地球演化中自己启动了核裂变-搜狐新闻

　　20亿年前，谁启动了十几座天然核反应堆？是外星人所为还是史前文明的杰作？中科院院士说出真相

　　地球演化中自己启动了核裂变

　　20亿年前，十几座天然核反应堆神秘启动，断续运行，释放能量。

　　20亿年前，什么原因启动了那些位于非洲加蓬共和国奥克洛铀矿区内的天然核反应堆？外星人所为？史前文明的杰作？

　　日前，中国科学院院士、中国探月工程首席科学家欧阳自远接受新华社记者采访，从地球演化历史的角度讲述其真相。

　　大量铀－235不翼而飞

　　1972年5月，法国某核燃料处理厂工人发现，部分采自奥克洛铀矿区的天然铀矿石有损耗，大约200千克铀－235不翼而飞，这一数量足够制造数枚原子弹。

　　难道矿区出售的是已经使用过的铀矿石？该核燃料处理厂派人专程前往奥克洛铀矿区，考察结果令人惊奇：奥克洛铀矿床的形成年龄为20亿年，分布在6个区域，铀矿石量大约为500吨，铀矿石中铀的同位素组成均发现异常。

　　一般来说，铀矿石含有三种铀同位素，其中，铀－238含量最丰，铀－234含量最少，可用于维持核链式反应的铀－235居中。奇怪的是，在地球甚至在月球、火星的陨石中，铀－235的原子数量在铀元素总量中占据的比例均为0.72％。奥克洛铀矿中的铀－235的丰度远远达不到正常值0.72％，而为0.71％－0.3％，表明铀－235曾经有过特殊消耗。

　　差异虽微小，却引起了世界各国科学家的极大兴趣。研究人员在奥克洛铀矿区的进一步调查证实，此处多个区域存在古老的核反应堆，据测算其自持核裂变反应在距今20亿年以前。

　　消息传出，远在中国的欧阳自远马上联想到自己于1963年完成的科学专著《核转变能与地球物质的演化》。

　　40多年前一项科学预测

　　71岁的欧阳院士被近期的一篇文章勾起回想，“2006年底，一本杂志发表了揭秘非洲20亿年前天然核反应堆的文章，再度引发了众多科普杂志和网站的热烈讨论。尽管事隔多年，事实仍然含混不清，公众难以理解，我觉得有必要对此事加以科学的解释”。

　　1960年，在中国科学院就读研究生的欧阳自远跟随地质学家、地球化学家侯德封先生研究核子地质。

　　欧阳院士说：“当时，我曾建议侯德封院士转移方向，研究地球物质中各类核过程产生的能量对地球46亿年演化过程的制约，他热情支持并鼓励我说，地球演化的能源是解决地球演化的钥匙和关键。”

　　1963年，欧阳自远完成了《核转变能与地球物质的演化》书稿。书中预言了地球在距今18亿年以前，有可能形成天然核反应堆，时代越古老，形成天然核反应堆的可能性越大。

　　“事实上，1972年奥克洛天然核反应堆的发现，恰好证明了书稿中的预言成立。”欧阳院士说。

　　略显遗憾的是，《核转变能与地球物质的演化》一书涉及到核物理学、天文学、地质学、地球化学与地球物理学等诸多学科，需要各领域专家审查。等到审查顺利通过，因政治上的风波，拖延至1974年才得以正式出版。

　　该书前言特意说明：“近十年来，这方面的研究进展极其迅速，特别是关于核转变能是地球演化的主要能源；地球物质中普遍发育着自发裂变、诱发裂变以及18亿年前自然界存在有链式反应的可能……对本文提供了有益的资料与数据。”

　　地球演化的必然现象

　　何以20亿年前地球上能出现天然核反应堆，此后却难以再次形成？又何以迄今为止，只有奥克洛天然核反应堆一处“神秘遗址”被发现？

　　欧阳院士认为，形成天然核反应堆，有其必备的条件，“并非所有的铀矿都有此机遇”。用铀作核燃料的热中子堆，使用的核燃料是铀－235,而核反应堆运行的基本要求是要实现铀－235的中子诱发裂变的链式反应。

　　扳着指头，欧阳院士娓娓将形成天然核反应堆的三个条件一一道来：

　　先来看第一个条件，天然铀矿层中的铀－235丰度能否达到发生链式反应的标准。铀－235的半衰期为7亿年，表明在经历7亿年之后，其原子数只剩下一半。倒推回去，7亿年前，铀－235的原子数是现在的2倍，14亿年前是现在的4倍，21亿年前是现在的8倍……这也就是说，现今铀－235的原子数丰度为0.72％，那么，18亿年前其丰度可以达到3％，相当于现今核反应堆的浓缩铀核燃料。“因此，时代越远古，铀－235的丰度越大，是极高浓缩的核燃料”。

　　第二个条件，自然界和铀矿层中是否具备维持链式反应的天然中子源及幔化剂。地球表面的中子流中主要是重核衰变所产生的α粒子与轻元素的反应产生的中子。在全部的天然中子流中，还有“大约30％是由于铀－238自发裂变而产生的中子”。而在较理想状态下，也即是铀矿石中含有一定数量的重水，就可能产生铀－235的裂变链式反应，临界年龄为12亿或18亿年。

　　最后一个条件，天然铀矿层的厚度影响中子的逃逸和热中子的利用系数。研究表明，天然铀矿层中铀－235诱发裂变中子穿越的平均距离为0.67米，“天然中子经重水幔化后，只要铀矿层足够厚，完全能被捕捉并因此诱发裂变链式反应并释放能量”。

　　“1975年，国际原子能委员会公布了奥克洛反应堆的主要科学证据，证明上述条件全部具备。”欧阳院士说，“总之，奥克洛天然核反应堆能够长期断续运行，主要原因是20亿年前奥克洛铀矿层中铀元素的铀－235丰度大于3％，达到了反应堆浓缩核燃料的要求；铀矿层足够厚，裂隙中含地下水，是较理想的中子幔化剂，使天然核反应堆得以启动并能断续运行。”

　　在欧阳院士看来，天然核反应堆的形成并运行，是地球演化历史中必然而又正常的自然现象，只能在距今约18亿年前才有可能出现，距今18－46亿年前，应该有更多的天然核反应堆形成。“只不过地球远古时代的记录绝大多数被后期的地质作用所破坏、剥蚀或掩埋，目前只发现了这一个而已。”（新华社贵阳3月13日电）