【未解之谜】远古科技：20亿年前核的反应堆
今天我们来给大家介绍个非常稀罕的物件，20亿年前的核反应堆，全世界仅此一例。而且它的奇特的运行方式以及核废料处理方式，令当代科学家啧啧称奇。
故事得从非洲小国加蓬共和国（Gabon）说起。加蓬位于非洲中西部，早期为法国殖民地，国土面积只有27万平方公里，人口不到200万。国家虽小，矿产却很丰富，有石油、镁矿、铁矿、黄金矿、铀矿等等。加蓬人靠出口这些矿产，比邻国过得富裕。
1968年法国发现奥克洛（Oklo）地区的铀矿比较丰富，于是进行挖掘开采。1972年，法国皮埃拉特的一家核燃料厂进口了奥克洛铀矿石。
一个奇怪的现象就在这时被发现了。
工作人员鲍齐奎斯在对矿石的提炼产品，六氟化铀进行常规分析时，发现其中铀-235同位素的含量只有0.717%，而不是应有的0.720%自然含量。接着又测到好几批来自该矿区的铀原料都有这种偏低的结果。这种异常现象引起了科学家的关注。要知道在地球上几乎所有的地方，甚至在月球上或陨石中，铀-235同位素的自然含量始终都是0.720%。
虽然是微⼩的差异，但是意义却是重大的。它足以令科学家怀疑，奥克洛铀矿石可能并非自然产品。
难道这些矿石已经过人工处理了？带着疑惑，科学家们进行了实地调查，发现虽然奥克洛铀矿是个含铀量很高的高品位矿，但铀-235同位素含量在整个矿区平均值仅为0.62%，最低值只有0.296%。这可是相当反常的。
科学家们迅速开展研究，很快就发现了原因所在——核裂变。为什么呢？因为较重的原⼦核⼀分为二时会产生新的轻元素，而这些铀矿石中轻元素的含量极⾼，除了曾经发生过核裂变之外，没有别的解释。也就是说，这些铀矿石都已经被当作核反应原料利用过了。
这个解释，把科学家们自己都吓了一跳。众所周知，居里夫人发现铀不过才一百多年的历史，世界上第一座核能发电厂1956年才于英国诞生。奥克洛铀矿深埋地下，年代久远，显然不会是现代核工业的废弃物，那会是什么呢？
勘察结果通报到了法国科学院后，引起了世界各地物理学家的浓厚兴趣，专家们纷至沓来，对奥克洛铀矿进行了各种研究。
1975年6月，国际原子能机构在加蓬首都利伯维尔市组织了专门的学术讨论会。物理学家们齐聚⼀堂分享他们对“奥克洛现象”的研究，最后一致断定，距今约20亿年前在奥克洛矿区曾有16座核反应堆断断续续地运行了约50万年，平均输出功率⼤致为100千⽡，约能供应几⼗个烤面包机运作。
这着实令⼈吃惊。如果这些核反应堆是自然形成的，那么它们为什么没有在核裂变连锁反应开始后爆炸⽽自毁？是什么机制使它们能够⾃我调节稳定不断地运作了几十万年？而放射性核废料又是怎样被安全处理的呢？
为了回答上面的问题，40多年来，科学家做了很多的研究，然而随着谜题的一一解开，人们却越来越倾向于相信，奥克洛核反应堆很可能并非自然形成。
为什么这么说呢？我们来看看科学家们所揭示出来的，奥克洛核反应堆三大奇特之处。
超常的铀含量
铀-235必须足够丰富达到临界质量才能导致核裂变的连锁反应。今天，即使是储量最大、浓度最高的铀矿矿脉也无法成为一座核反应堆，因为铀-235的浓度过低，甚至连1%都不到。而根据推算，20亿年前奥克洛铀矿脉形成的时候，铀-235所占的比例接近4%，与现在大多数核电站中使用的，人工提纯的浓缩铀燃料的浓度大致相当。这也就是说，奥克洛铀矿很可能也是人工提纯的。
神奇的“间歇泉”模式 50万年不变
这里，我们先来普及一下核知识：核裂变是从一个偶然闯入的中子开始的。它会诱使一个铀-235原子核发生分裂，裂变产生更多的中子，然后又会引发其他原子核继续分裂，如此进行下去，形成连锁反应。
而要使一个铀-235核反应堆稳定运作，必须有中子“慢化剂”（moderator）用来催化核裂变，还得有“中子毒物”（Neutron poison）来控制核反应速度。二者缺一不可。
铀-235 只有在慢中子的撞击下才会裂变产生能量，而中子刚从铀原子中分裂出来的时候速度很快，所以必须存在某种中子“慢化剂”，减慢铀原子核裂变时释放的中子速度，这样才能使核反应继续下去。一般的核电厂中使用的是轻水或者重水做慢化剂。
同时为了让核反应堆能稳定运作不至于发生核爆炸，核反应堆会使用“中子毒物”，通过吸收多余的自由中子，来控制核连锁反应的速度。这种吸收中子的物质通常置于反应堆的控制棒中。
而奥克洛核反应堆则巧妙地采用了间歇泉模式。俄国科学家艾力克斯·梅席克教授（Alex P. Meshik）的研究表明，奥克洛反应堆是间歇使用的，运作30分钟，然后⼜关闭⾄少两个⼩时30分钟，然后再启动。它使用地下水做中子慢化剂，使铀-235裂变时产生的快中子慢化，从而使炼式核反应持续进行。而核反应释放出的热量又加热了地下水，使其沸腾汽化，然后在⼀次壮观的喷发中，排出所有沸腾的地下⽔，于是没有了中子慢化剂，炼式反应也就停止了。
然后⽔慢慢回到反应区，中⼦受到适当的缓冲，核分裂再度展开，反应堆又开始工作。如此反复进行，水的不断流入和沸腾汽化，起到了现代反应堆控制棒的作用， 使得反应堆稳定运作几⼗万年，没有出现过任何熔毁或爆炸事件。
然而间歇泉在自然界中是非常罕见的，因为生成条件非常苛刻。除了要有地热源和地下水之外，还必须有特殊的水文地质结构。地面要有裂隙系统向下直通到地热处，而且必须要有一种特殊的物质硅华（SiO2），从岩石中溶解并沉积在间歇泉管道系统的内壁上，使之不漏气，地底产生的压力才能够一直被带到顶部而不泄漏，从而让水喷发。
而因为地下水的水量和水温易受周围环境影响，能稳定保持定时喷发的间歇泉几乎没有。目前也只有美国黄石公园的老忠实比较守时。但老忠实也不稳定，1939年时平均间隔时间为66.5分钟，现在已经逐渐升至90分钟。照此下去，千年以后，我们大概也就看不到老忠实了。而奥克洛的间歇泉系统却稳定运作了50万年，定时喷发，不随外界因素变化而改变。这背后如果没有一个智能的控制系统在随时调整平衡，很难想像是怎样做到的。
巧妙的核废料处理方式
大家都知道，核废料处理在现代核工业中是件非常令人头痛麻烦的事情。
奥克洛核反应堆有几公里，如此巨大的一个核反应堆，对周围环境的热干扰却局限在反应区周围40米之内。更让人吃惊的是，核反应所产生的废物，并没有扩散，而是局限在矿区周围。这是怎么做到的呢？
核裂变最危险的副产品之一是放射性铯，如果泄露进土壤或水中，就会引起严重的健康问题。美国海军研究实验室（US Naval Research Laboratory）的埃文·格罗普曼博士（Evan Groopman）研究发现，奥克洛核反应堆产生的铯却被巧妙的结合在了另一种裂变产物，钌的分子结构中，从而没有从古老的核反应堆中泄漏出来。
而另一种核裂变产物，放射性的惰性气体氙气，现代核电站一般就是任其释放到大气之中。而梅席克教授的研究表明，奥克洛间歇泉的水在喷发后温度下降时会析出磷酸铝，磷酸铝颗粒在形成过程中会捕获逸出的氙气，并将其牢牢锁在自己的结晶体内。
这真是很神奇。是谁发现了钌和磷酸铝的奇特功效，又是用怎样巧妙的手段让那些放射性物质乖乖听话，自进牢笼的呢？
格罗普曼博士曾经赞叹说，“反应堆中发生的情况奇迹般地汇集到了一块，令人难以置信”。这种种精巧的设计背后如果只是来自于大自然一个又一个的巧合，那么我们只能说是神力所为。
科学家们说，地球的年龄是45亿年。而我们人类的有记录的历史，大概也就5千年。5千年以前呢？洪荒。洪荒之前呢？无人知晓。可历史却是超越我们生命之外永恒的存在。
人们常说，历史是在不断地演变、重复的。如果真的是这样，那么这45亿年中，曾经会有多少文明，多少人类， 在创世、繁荣、没落与沉寂中辗转轮回过？
20亿年前正当盛年的地球，会是孤单寂寞的星球吗？
供稿：扶摇
编辑：野猫