国际先驱导报 张柯 2004-11-24 16:01:46
能量每3小时输出一次，已“安全生产”15万年
国际先驱导报文章 你知道吗？最早的核反应堆出现在20亿年前。这一令人震惊的结论缘自1972年科学家在非洲加蓬奥克洛地区发现的天然核反应堆。进行了数十年研究后，科学家今天终于弄清楚这些相当于100千瓦“迷你核电站”的反应堆，在曾经持续15万年的一段时期内，是如何每3个小时进行一次能量输出的。
奥克洛（Oklo）是非洲加蓬共和国一个铀矿区的名字。正是从这个矿区，法国取得了其核计划所需的铀。1972年，当这个矿区的铀矿石被运到法国时，人们发现其中一些铀矿竟然是被“利用过”的，铀235的含量不足0.3％，低于0.711%的天然含量，似乎这些铀矿石早已被一个核反应堆使用过。正是这一现象导致科学家实地调查，并发现了该地区的天然核反应堆：当地铀矿石中的铀曾经历了一个自给自足的链式裂变反应，这曾释放出大量的热能。
在这一过程中，铀原子的放射性裂变释放出中子，从而引起其他铀原子的裂变，最终导致核裂变并释放出热能之类的能量。现代的核反应堆正是运用这一原理来产生能量的。
然而，让人感到困惑不解的是，奥克洛“核反应堆”链式裂变并未出现失控的痕迹，否则将导致矿脉被破坏，甚至发生爆炸。一切都似乎是井然有序的。在现代的核工厂，人们利用缓和剂来控制核反应速度，缓和剂可以吸收一些裂变的中子，使链式裂变速度慢下来，当然也可以通过对中子能量的调节来加速反应的进行。
奥克洛的天然核反应堆是如何完成自我有序控制的呢？据《自然》杂志报道，科学家发现，奥克洛反应堆裂变的进行和停止是有周期性的，每30分钟的裂变反应之后就会有两个半小时的间歇。
是什么充当了这些天然反应堆的缓和剂呢？科学家经过观察与实验，认为是矿石中的水充当了这一角色。当铀原子发生核裂变时，被释放出的中子运行速度极快，以至于不能被其他原子吸收，因而不能引发其他原子的链式裂变。但是水能让中子的速度慢下来。在奥克洛的反应堆中，正是水的关键作用才让链式反应得以持续。
然而，反应进行时会产生大量的热，这会把岩石中的水分蒸干，没有了天然缓和剂，反应堆就会停止反应。只有当岩石冷却之后，水分含量又重新从地下水那里得到补充，核反应才会再次开始。
科学家是在测定了奥克洛地区岩石中氙的含量之后得出上述结论的，作为裂变生成物，氙这种气体一旦生成，就会从铀矿石中散发到空气中。但是假如反应堆存在周期性的冷却，氙就可以被保存在铝磷酸盐的岩石颗粒中。奥克洛当地矿石颗粒中氙的高含量证明了这些天然反应堆的确是周期性运行的。
现代工业核反应堆会产生出氙和氪等气体，但人们一直没有捕捉它们的可行办法，对奥克洛天然核反应堆的研究，也许可以让今天从事核工业的技术专家们得到启发。（张柯）