深度解讀：20億年前的核反應堆，人類無法複製的綠色核電廠

法國物理學家弗朗西斯佩蘭坐在桌子前面，瞪大了眼睛，看著辦公桌上一塊黑乎乎的礦石，他的嘴裡就反反覆覆重複著這麼一句話。

“這不太可能，這絕不可能。”

他是法國原子能委員會的高階專員，他這個時候正在法國南部的一個核燃料加工廠裡，是因為工廠發現一批進口的鈾礦石有蹊蹺。

這批鈾礦石是從加彭共和國進口的，這個國家在非洲有著豐富的天然鈾礦資源。檢測結果顯示，桌子上的這1塊鈾礦石裡，鈾二三五的含量只佔了鈾含量的0。717%。而地球上正常的鈾礦石裡鈾235這種元素的含量是佔鈾含量的0。72%，也就是說這塊礦石裡的鈾235比正常數值少了0。003%，十萬分之三，這就是讓佩蘭崩潰的原因，那麼少掉的那麼一點點，鈾235元素它為什麼那麼重要呢？

那是因為鈾這種元素家族包含了十幾種同位素，從鈾226到鈾242，但是鈾礦裡面含量最多的是鈾238和鈾235，分別佔到了92。275%和0。72%。這其中鈾二三五是可以產生核裂變反應的化學元素，換句話說，它是核反應堆裡真正用的核材料。

人們發現，如果用中子去撞擊鈾235原子的時候，就會引起核連鎖反應，這種反應釋放的能量比化學反應要高出幾百萬倍。1克鈾二三五充分核裂變後，所釋放出來的能量等同於2噸高品質煤燃燒所釋放出的能量。這樣用核能發電的效率就完全秒殺了煤電等等一切傳統發電方式，而參與裂變反應的鈾235反應完了以後，它就變成了別的元素，這也就是佩蘭教授桌上那塊礦石少掉的十萬分之三。

鈾235的1種可能去處，它發生裂變了，這部分少於正常數值的鈾元素，難道真是在自然界中裂變的後果嗎？這怎麼可能呢？於是，專家們馬上動身，拎上行李包，組團去礦石的原產地加篷共和國的奧克洛地區調查，這次調查的結果堪稱是一枚核彈。

調查小組發現，整個礦床算是一個大反應堆，又隱藏了17組核裂變反應堆，而且反應堆的年齡最古老已經有將近20億歲了，它是連續運轉了50至150萬年才停止工作的。

調查小組在奧克洛一待就是兩個月，驚奇，可謂是一個接著一個，以調查開始之前18個月採集的礦石總量為基準，所能提取出來的鈾235比正常礦石的提取量少了整整200公斤，還有一些礦石裡的鈾235含量極低，只有區區的0。44%，也就是隻有正常礦石的61%。

關鍵是專家們在礦床上發現釹和釤這兩種元素，他們是鈾235裂變之後的產物。在扣除了自然界漫長歲月當中，鈾235天然衰變以後產生的釹和釤，那麼殘留的量在礦床上面，它和人工鈾裂變反應以後的量非常近似。

這個計算結果看起來就是奧克洛鈾礦是一個大型核反應堆的直接證據。於是佩蘭就忙不迭的向全世界宣佈，發現了第一個自然產生的核反應堆。

這一下世界都不淡定了，許多其他國家的科學家都立馬要求我們也要去調查。不過，法國科學家婉拒了同行們的熱情，只和世界分享他們的成果。

老美的科學家保羅黑田一夫聽說這一情況後很興奮，畢竟他早在1956年就提出過假說。他說，“如果條件合適，古老的鈾礦是有可能產生自然的核反應堆的”，這也是法國物理學家佩蘭的依據，似乎找到了符合黑田一夫假設的實證了，但是黑田一夫仔細一看佩蘭的報告，心裡不禁就畫了大大的問號，這個反應堆經歷瞭如此久遠的歲月，居然沒有自毀，那它是怎麼做到的呢？

一般來說，人工核反應堆的基本原理就是把核裂變產生的熱量轉化成水蒸氣，再用來推動蒸汽輪機發電，其中最重要的部件是燃料棒、慢化劑、冷卻劑、控制棒，安全殼、抗壓管道系統以及蒸汽生成裝置。

它必須得有這麼一整套有嚴密設計和工藝保障的裝置系統，得是一個體系，反應堆才能夠正常工作的。

我們接下來就一步一步的看一看，這個讓人驚掉下巴的奧克洛自然反應堆，它是怎麼運作的。

先來講講核裂變的鏈式反應，反應開始是靠中子去撞擊鈾235原子，鈾235原子被這麼一撞，它就發生了裂變反應，釋放出兩個或者更多的中子，同時釋放出伽馬射線也就是能量，然後釋放出去的這些中子，再去撞別的鈾235原子，挨撞的鈾原子再裂變，再釋放出更多的中子和能量。產生的能量越來越大，這就叫鏈式反應。

但是要想讓這個反應成功，就有兩個關鍵因素了，第一重要的就是鈾235這個核燃料它的濃度得夠高。其次就是這個中子的速度得合適，主要是不能太快，它對應到核反應堆的部件就是靠燃料棒和慢化劑這兩樣東西來實現的。

我們就來看看這個奧克洛自然反應堆它是怎麼解決這兩個問題的。先從反應的第一個要素燃料棒開講，核電廠的原料，它就是能夠裂變的鈾235，現代核電廠用的這種燃料棒，它裡面裝著濃縮鈾，鈾235的濃度能夠達到3。5%至5%，這都是人工濃縮出來的。這也是為什麼美國製裁伊朗和朝鮮，把眼光聚焦在濃縮鈾工廠的原因。

它是為核工業提供原料的部門了，就相當於為製造坦克提供鋼材的鍊鋼廠。你卡住了它，就卡住了一國核工業的脖子。但是在奧克洛反應堆工作的時代，哪來的這麼高濃度的鈾呢？難道說鈾235原子在存在於礦石的狀態下就這麼撞來撞去，開始裂變反應了嗎？

這太暴擊人們的頭腦了，以黑田一夫為代表的科學家提出的假設是，在當時自然界的鈾235濃度正好就是3。6%至4%。這個鈾235的濃度是和時間有關係的，就是地球處於不同階段，岩石當中所含有的鈾235濃度它是不一樣的。

這就要說到放射性同位素的半衰期了，就是一半的同位素，發生自然衰變變成其他元素所需要的時間。比如鈾二三五的半衰期大概是七點一億年，而現在鈾礦石裡的鈾二三五含量是0。72%。那我們反推回去在17到20億年前，鈾235的含量就是3。6%至4%，就是剛剛會發生自然反應的那個濃度。

所以奧克洛反應堆的啟動，它是恰巧碰上了這麼一個時間點。再來說說第二個要素，慢化劑在核電廠裡它起什麼作用呢？前面提到核裂變反應會釋放出中子，但是中子它是一種運動速度特別快的粒子，一釋放出來，如果不給它減速，它一下就跑沒影了，也就不可能催生鏈式反應了，中子都跑沒影了，它不去撞原子，當然也就不會發生裂變反應了。所以核電廠裡的一項重要工作就是得給中子人工減速，發揮這個作用的東西就叫慢化劑，因此它又叫做中子慢化劑。

中子慢化劑有好幾種，通常使用的慢化劑就是水，但還有重水和石墨。所以為了區分，用水做慢化劑的核反應堆就叫輕水核反應堆，重水它的分子質量比普通的水分子要高一些。

這個奧克洛反應堆它就是巧妙的使用了地下水做慢化劑，所以它是一個輕水反應堆。再有一個要素就是控制棒，控制棒裡的成分都是中子吸收劑，也叫做中子毒素。它是用來給反應剎車的，這個東西可以自由的插入或者抽出反應堆，插進去的時候，當然就是用來給反應堆減速的或者停止反應的。就像剎車一樣，無論車速多快，只要一腳下去，就能夠逐漸讓它停下來。這樣人才能夠控制反應堆，否則沒完沒了的這麼裂變反應下去，很快反應堆就會因為過熱而爆炸。

所以我們講核能它一定是可控的核反應。但是這也是恰恰讓黑田一夫感到最困惑的地方。就是這個奧克洛自然反應堆它運轉了幾十萬年，是什麼讓它沒有爆掉的呢？這個設計感就太強了，有木有？

研究團隊發現，奧克洛反應堆在反應過程中溫度會越來越高，甚至能夠達到接近400攝氏度。這時反應堆裡的水它不斷受到蒸發，在岩層下面就不斷的積蓄壓力。當壓力足夠強的時候，水就透過間歇泉的方式噴到地面上，水一旦消失，中子跑得太快，找不到原子去撞，鏈式反應就會立刻終止。而噴出去的水和蒸汽帶走了大部分反應堆裡積蓄的熱量，這樣反應堆就會逐漸冷卻下來，等到地下水再灌進礦床，核反應就又開始了。

所以奧克洛的工作方式是間歇性的，頻率是每工作30分鐘，大約歇150分鐘，這段時間就足以讓反應堆充分冷卻，然後再重啟。這是它工作了幾十萬年都沒有爆掉的原因，真可以用巧奪天工四個字來形容。那人工反應堆裡面的安全可抗壓管道系統，還有蒸汽生成裝置，這些在奧克洛反應堆是怎麼解決的呢？

研究小組發現，奧克洛周圍岩床的自然分佈就解決了這些問題。這樣一來，黑田一夫幾乎所有的疑惑都解開了。最後讓他唯一感嘆的就是這個自然反應堆的神奇遠遠超過了他的理論。

其實，奧克洛的神奇之處還不止這些，它是地球上最獨一無二的綠色核反應堆。如何處理核廢料是各個核電廠都很頭疼的問題。一般的做法就是把核廢料密封起來，然後找個沒人又深的地方一扔就完事兒了。

比如在地上挖一個深度超過500米的坑，這麼一埋，或者往深海里這麼一扔，就讓核廢料在漫長的歲月裡自然衰變，無害化。但是一旦這個封閉容器意外破損，那它對周圍環境還是存在著汙染隱患的。

但是奧克洛反應堆它就不存在這個問題，反應堆裡產生的高放射性廢物是被周圍的花崗岩、砂岩，還有粘土牢牢的固定在奧克洛的地下深處。

比如反應產生的鈽在經過近20億年的歲月，也只移動了不到3米。而且花崗岩很好的吸收了裂變反應所產生的氙氣和氪氣，讓這些有害的放射性氣體，被鎖定在岩層當中挪不了窩，可以說這是一個天然絕佳的密封容器。

自從奧克洛被發現以後，世界上各大核實驗室一直在想怎麼樣開發出這種長效的核廢料處理技術，讓核廢料老老實實就待在原地不動。從1972年到現在，50年過去了，還是沒有成功的案例出現。這麼精巧的設計，今天人類的技術複製不了，即使要做到理解，也得經過多年的鑽研。那麼大自然是完全在巧合的狀態下造就的這一切嗎？

現在的研究發現，奧克洛反應堆出現和地球上氧氣濃度的上升關係很密切，它正好和生命形態的變化也緊緊聯絡在一起。大約20億年前，光合細菌在地球上出現了，它們的出現，導致地球大氣層中氧氣的濃度大幅度上升。

這個條件對於創造濃縮鈾礦其實也很關鍵，因為鈾只有在足夠氧氣的情況下才會溶於水，水流才可以把鈾帶到合適的地方沉積下來，最終形成濃縮的鈾礦床。

如果當時的地球不是一個有氧的環境，那麼奧克洛反應堆所需要的燃料，高濃度的鈾它就沒有辦法形成。所以當時地球上出現的能夠進行光合作用的藻類生物，它實際上是推動了奧克洛反應堆的形成。

目前科學家們也發現了奧克洛反應堆的地質構造和礦床結構，它並不是全球獨一份兒的。在加拿大和澳大利亞北部都有類似的礦區，而且也有富含鈾235的礦石。但是偏偏就找不到像奧克洛這樣的第二個天然核反應堆。

從能支援鏈式反應的鈾礦礦脈構造，再加上地下水，礦床周圍的岩石材料和構造這些因素，再加上間歇泉噴發的岩石結構，把所有這些巧合因素湊到一塊兒，才造就了奧克洛的唯一性。這就不能不讓人懷疑，這是出於一隻智慧之手的傑作。

有人想到了外星智慧文明，也有人提出，這是一個史前超級文明的傑作。根據現在的認知，20億年前，地球上只有原始的藻類，由於時間過於久遠，當然也包含了更加豐富的猜測。

比如奧克洛反應堆，它未必真有20億年那麼久遠，而可能是高階智慧，利用優越的自然條件加以改造而達成的。奧克洛當地的土著人芳族和巴普魯族當中都流傳著這樣的神話，說他們的神靈是在一片光中從天而降，聽起來和飛船降落很類似。

一個民族用神話保留的記憶，說能追溯到上億年前，這是相當不可能的，能夠追溯到幾萬年前是可能的。

大家知道我對這個故事是什麼感想嗎？這讓我想起了中國歷史上的著名水利工程都江堰。

如果我們這一期人類某一天消失了，再過幾千年記憶一片空白的人類後代發現了都江堰有這麼神奇的作用，那是不是也會產生這樣的爭論呢？就說這個東西它到底是人工的傑作，還是自然巧合形成的呢？那大家是怎麼看這個問題的呢？