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17亿年前的核反应堆是自然形成,还是人为?

核反应是上世纪人类才掌握的一种比化学反应更为高效、相对来说比较清洁的能源,它以第一颗原子弹的爆炸为代表。

核反应是上世纪人类才掌握的一种比化学反应更为高效、相对来说比较清洁的能源,它以第一颗原子弹的爆炸为代表。

让人类真正见识了什么是能量的释放,什么叫爆炸威力,不过核反应不仅能够应用在军事,形成核威慑,在民用上也发挥着巨大的作用。

7亿年前的核反应堆是自然形成,还是人为?"

上世纪50年代,人类建成了第一座能够缓慢释放核能的反应堆用来发电,这就是和平利用可控核裂变成功的典范。

如果人类是地球生命进化史上唯一出现的智慧生命,那么由人类建造的核反应堆应该也是地球上最早的核裂变反应堆。这一点很符合逻辑。

7亿年前的核反应堆是自然形成,还是人为?"

但是在上世纪的70年代初,法国物理学家弗朗西斯·佩林在西非的加蓬的矿脉中发现了17处“核反应堆”遗迹,更令人震惊的是这些矿藏有17亿年的历史

17亿年前的地球,还没有经历寒武纪生命大爆发,根本没有人类,也没有恐龙,也没有三叶虫,毫不夸张的说,那时的地球上也许只存在简单的单细胞生命,也许生命才刚刚起源。

这就令很多人不解的是,为何远古地球上会存在“核反应堆遗迹”,这可是20世纪人类发现的科技文明,于是各种传言四起,难道地球上的生命在循环,在我们之前还存在着一帮智慧文明?

所以问题是,核反应堆除了人造能否天然形成?科学家如何解释17亿年前的核反应堆。

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为了了解这个问题,我们说下今天人类制造核反应堆需要什么条件?

无疑首先需要燃料,今天我们所使用的核反应堆的燃料是天然存在最重的元素铀,有92个质子,由于中子数的不同存在有三种同位素238U、235U和234U。

如此重的核,无疑它们都具有天然放射性,也就是可以不受外界干扰自行衰变,但是半衰期相差甚远,分别为4.468×10^9年,7.038×10^8年,245500年。、

半衰期越短的肯定衰变的越快,因此它们的自然含量肯定也差距比较大,其中的238U占了99.28%,235U只有0.71%,剩下的微不足道的0.006%就是234U。

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不过可以作为核裂变材料的理想只有235U,因为只有它可以发生稳定的自持反应,其他两种元素在裂变过程中会自行停止。

但是235U的含量很低,因此我们需要将它的含量提高到至少3%的水平才能稳定的持续核反应,这个过程非常复杂和困难,就是我们所说的铀浓缩。

完成了铀的提纯,我们还需要将核反应堆放在介质中进行,一般使用重水来减缓核反应发生的速率,这才能叫可控核反应,不然就叫原子弹。

下面我们再看下17亿年的情况。

17亿年的时间超过了235U半衰期(7亿年)的两倍还要多,这说明当时的235U不需要人工浓缩就能达到反应的含量。计算得出是3.7%。

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在人类创造的核反应堆中,浓缩铀的衰变会产生大量的中子,但我们不需要这些中子全部参与接下来的核反应,因此就需要慢化剂水的存在,来减慢中子的速度。

这样就只能有一部分中子参与撞击其他的235U核心,在原子核发生裂变以后会形成质量更小元素,并且释放能量和额外的三个中子。

这些中子的一小部分又再次进入下一反应,来维持链式反应的持续。

所以说,为了让核反应稳定的自持,不仅铀的含量要达标,还需要水的存在,且这个参与反应的铀原子要溶于水中。

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水是地球上最常见的物质,17亿年前就有大量的地下水流入了这个地方砂岩之间的铀矿藏中,并且水中含有氧气,可以和矿藏中的235U大量的结合,在水中形成丰富的富含铀的氧化物。

这形成了一个完美的自然的核反应堆,不过这个核反应堆并不会持续很长时间,因为核反应会产生热量使得地下水沸腾消失,然后反应堆会自行冷却,直到地下水再次淹没矿床,核反应又会继续。

我们现在甚至还计算出了这个反应堆运行的机体过程,由于水起到了的作用,每三个中子就有一个中子参与核反应,持续大约30分钟的时候。

7亿年前的核反应堆是自然形成,还是人为?"

然后反应堆冷却150分钟,等待地下水重新进入,再次开始核反应,这三个小时的循环存续的数亿年,直到矿床中235U的含量降低到3%以下,不能维持核反应。

那么我们如何确定这个地方发生了核裂变反应呢?

其实很简单,这个地方的235U的含量目前为0.44%到0.60%,远远低于正常含量的0.72%,这一线索就说明这里的铀曾经发生过除了衰变以外的核反应,肯定是裂变。

那么线索呢?其实也很简单,235u发生裂变的时候会产生很多质量更低的放射性元素,如氙、Nd-143,Ru-99,这个放射性元素都是核反应堆的废料。

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而在这个地方的含量水平却高于自然界的平均值。只能说明这里的235U发生了裂变。

所以说,不仅在非洲加蓬,在世界上很多的地方其实都存在自然的核反应堆,只要235u和238U的含量为3/97,且有地下水侵入铀矿床,那么就会形成一个天然的核反应,不需要人为去制造。

这也说明在自然界的核反应十分常见,观察非洲加蓬核反应堆产生核废料的变化,可以为我们提供一个处理人工核废料的方法。

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