1942 年,著名物理學(xué)家費米帶領(lǐng)團隊在芝加哥大學(xué)的網(wǎng)球場搭建起世界上第一座人工核反應(yīng)堆,標(biāo)志著人類正式踏入核能時代,那是一個充滿挑戰(zhàn)與突破的過程。此后,核電站的建設(shè)逐步發(fā)展起來,為全球能源供應(yīng)格局帶來了重大變革。
然而,令人難以置信的是,早在 20 億年前,當(dāng)?shù)厍蜻€處于一片洪荒、動植物尚未誕生、只有細(xì)菌等微生物在寂靜中生存時,地球上就已經(jīng)存在核反應(yīng)堆了,而且它并非由智慧生命精心打造,而是自然形成的。
這一發(fā)現(xiàn),徹底顛覆了我們對地球歷史和核能起源的傳統(tǒng)認(rèn)知。
1972 年,在法國一家鈾濃縮工廠的實驗室里,一位工程師正全神貫注地按照標(biāo)準(zhǔn)流程檢查鈾濃縮原料 “黃餅” 中鈾 235 的富集度,即鈾 235 在總鈾元素中的占比。這本是一項日常且單調(diào)的工作,但很快,他的表情從專注轉(zhuǎn)為疑惑,因為檢測結(jié)果顯示,這批 “黃餅” 中鈾 235 的富集度為 0.7171%,這與科學(xué)界公認(rèn)的全球天然鈾元素中鈾 235 占比 0.72% 相比,竟然少了千分之三。
或許有人會覺得,千分之三的誤差似乎并不起眼,在許多領(lǐng)域都屬于正常波動范圍。但在核材料領(lǐng)域,這一細(xì)微差異引起高度重視。因為天然鈾元素中鈾 235 的占比在地球上無論何處都極為穩(wěn)定地保持在 0.72%,這是經(jīng)過無數(shù)次科學(xué)檢測與驗證得出的結(jié)論。
如今工廠原料中鈾 235 含量莫名減少,這意味著什么?是不是有一部分鈾 235 被人蓄意取走了?如果這些少了的鈾 235 落入恐怖分子手中用于制造核彈,那將給全球帶來無法估量的災(zāi)難。
于是,法國人迅速展開了一場緊張而深入的追查行動。
順著原料的供應(yīng)鏈條,他們一路溯源,最終找到了這批鈾礦的產(chǎn)地 —— 非洲加蓬的奧克洛礦區(qū)。在這片神秘的土地上,研究人員采集了多個鈾礦樣品進(jìn)行檢測,結(jié)果令人震驚不已。
他們發(fā)現(xiàn)了大量鈾 235 含量低于天然富集度的樣品,其中最低的甚至還不到正常值的一半。不僅如此,在這些樣品中,研究人員還檢測到了裂變產(chǎn)物釤和釹的痕跡。這些痕跡如同無聲的證人,指向了一個令人難以置信的事實:奧克洛礦的鈾礦石曾經(jīng)被使用過,這里極有可能存在著古老的核反應(yīng)堆。
隨著調(diào)查的不斷深入,更加驚人的真相逐漸浮出水面:這里存在的不是一座,而是多達(dá) 17 座核反應(yīng)堆。經(jīng)科學(xué)測算,這些反應(yīng)堆早在 20 億年前就已經(jīng)開始運行,并且持續(xù)運轉(zhuǎn)了幾十萬年,在漫長的時光里,它們總共釋放出了相當(dāng)于 1300 億千瓦時的能量,這個數(shù)字相當(dāng)于一座大型現(xiàn)代核電站數(shù)年的發(fā)電量。
消息一經(jīng)傳出,瞬間在全球范圍內(nèi)引起了軒然大波。科學(xué)界為之震動,科幻愛好者們更是興奮不已,各路媒體也紛紛將目光聚焦于此,一時間,各種猜測與討論甚囂塵上。
究竟是誰在 20 億年前使用了這些鈾礦石,建造了這些核反應(yīng)堆?
要知道,讓鈾發(fā)生核裂變反應(yīng),絕非易事。
人類掌握這項技術(shù)不過短短 70 多年,從最初科學(xué)家們在實驗室里艱難地探索原子核的奧秘,到費米成功建成簡陋的核反應(yīng)堆,期間經(jīng)歷了無數(shù)次的理論推演、實驗失敗與重新嘗試。而核能發(fā)電的歷史則更為短暫,這需要更為復(fù)雜的技術(shù)和龐大的工程體系支撐。
在現(xiàn)代核電站中,一般使用的是經(jīng)過濃縮處理的鈾作為核燃料,因為天然鈾中鈾 235 的含量較低,難以維持穩(wěn)定的核裂變反應(yīng)。
若要讓未經(jīng)濃縮的天然鈾發(fā)生核裂變,就需要使用吸收中子比較少的石墨或重水作為中子慢化劑來構(gòu)建反應(yīng)堆,同時還需要進(jìn)行復(fù)雜而精細(xì)的設(shè)計與計算,任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差,都可能導(dǎo)致反應(yīng)堆無法正常運行,甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。
然而,在 20 億年前的地球,那是一個完全處于洪荒狀態(tài)的時代。
陸地上一片荒蕪,沒有茂密的森林,沒有奔跑的動物,甚至連最原始的昆蟲都尚未出現(xiàn)。在這樣的環(huán)境下,根本不可能存在像費米這樣的頂尖學(xué)者,更不具備濃縮鈾或生產(chǎn)重水和石墨的技術(shù)條件。但是,奧克洛礦區(qū)中這些核反應(yīng)堆的存在是無可辯駁的事實,這就如同一個無法解開的謎團,讓人困惑不已。
難道是現(xiàn)代的某個超級科學(xué)家,帶著一群先進(jìn)的工程師,通過某種神奇的時光機器穿越回了 20 億年前建造了這些反應(yīng)堆?又或者,它們是由乘坐飛碟遠(yuǎn)道而來的外星人建造的?
畢竟,在宇宙的浩瀚之中,我們無法確定是否存在其他高度發(fā)達(dá)的文明。有沒有可能地球上曾經(jīng)存在過我們一無所知的史前高級文明,他們在遠(yuǎn)古時期就已經(jīng)掌握了先進(jìn)的核能技術(shù),留下了這些神秘的反應(yīng)堆作為文明的遺跡?
這樣的推論充滿了科幻色彩,極大地激發(fā)了人們的想象力,讓人為之熱血沸騰。
然而,當(dāng)我們冷靜下來,深入研究這些反應(yīng)堆遺址時,卻發(fā)現(xiàn)了一些與這些推論相悖的事實。在對這些反應(yīng)堆遺址進(jìn)行細(xì)致的勘查后,研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn),這里未發(fā)現(xiàn)任何人工制造的部件,目之所及,除了礦石還是礦石。
而且,整個遺址中也沒有任何能夠?qū)⒑四苻D(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,這些反應(yīng)堆似乎僅僅是在不斷地發(fā)出熱量。這就讓人感到十分奇怪了,如果是外星人建造的,他們大老遠(yuǎn)來到地球,耗費大量精力建造這些反應(yīng)堆,卻只是用來發(fā)熱,難道是想在這荒蕪的地球上燒暖氣?
又或者,他們只是出于某種惡作劇的心理,想要留下這些反應(yīng)堆,捉弄一下億萬年后才出現(xiàn)的人類?但從科學(xué)和邏輯的角度來看,這種假設(shè)顯然是不合理的。
如果建造者既不是外星人,也不是未知的史前文明,那么,到底是誰創(chuàng)造了這些神奇的核反應(yīng)堆呢?隨著研究的深入,一個令人意想不到的答案逐漸浮出水面:這些反應(yīng)堆竟是自然形成的,是二十億年前獨特的自然條件,加上一些偶然因素,共同促成了這個看似不可能的結(jié)果。
其實,反應(yīng)堆是天然形成的這一答案,有著科學(xué)依據(jù)。
在當(dāng)今地球上,鈾元素中鈾 235 占 0.72%,其余絕大部分是鈾 238。但需要知道的是,它們都屬于放射性核素,會隨著時間衰變。鈾 235 的半衰期是 7 億年,也就是說每過 7 億年,其含量就會減少一半;而鈾 238 的半衰期約為 45 億年。
由于它們的半衰期都極其漫長,在人類短短幾十年的核能利用歷史進(jìn)程中,我們可以近似地認(rèn)為它們的比例是恒定不變的。然而,二十億年的漫長時光,幾乎接近鈾 235 半衰期的三倍。在如此漫長的時間跨度下,情況就截然不同了。
經(jīng)過科學(xué)計算可知,當(dāng)時的鈾 235 總量大約是現(xiàn)在的 8 倍。再將鈾 238 的衰變情況考慮進(jìn)去,進(jìn)一步計算能夠得出,20 億年前鈾 235 的富集度高達(dá) 3.7%。這是一個極為關(guān)鍵的數(shù)據(jù),因為這一富集度已經(jīng)超過了現(xiàn)代核電站核燃料中的鈾濃縮程度。
在這樣的條件下,即便沒有石墨和重水,只要存在普通的輕水,就具備了形成反應(yīng)堆的可能性。
不過,事情遠(yuǎn)沒有這么簡單。鈾礦石畢竟不同于經(jīng)過精細(xì)加工的核燃料,其內(nèi)部鈾的含量其實非常少。
通常情況下,就算把鈾礦石泡在水里,也無法達(dá)到臨界狀態(tài),自然也就無法轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)堆。但大自然的鬼斧神工往往超乎人類想象。在奧克洛礦區(qū),鈾礦層與上方的頁巖層之間出現(xiàn)了裂縫,這看似偶然的地質(zhì)現(xiàn)象,卻成為了后續(xù)一系列神奇變化的開端。
地面上的水在重力作用下,順著這些裂縫不斷滲透進(jìn)入地下,逐漸溶解了鈾礦層中的含鈾礦物質(zhì)。隨著時間的推移,含鈾的水溶液不斷匯集,在地下形成了大大小小類似 “口袋” 的區(qū)域,也就是集水坑。
在這個過程中,水分持續(xù)匯集,同時又不斷蒸發(fā),使得集水坑中鈾的濃度越來越高。當(dāng)鈾的濃度達(dá)到一定程度時,如同觸發(fā)了一個神秘的開關(guān),核裂變反應(yīng)便悄然發(fā)生了。核裂變過程中會釋放出大量的熱量,這些熱量迅速將坑中的水加熱至沸騰狀態(tài)。
大約 30 分鐘后,坑中的水就會被全部蒸干,此時沒有了水作為中子慢化劑,核反應(yīng)便會停止。而在核反應(yīng)停止后的 2.5 小時左右,由于地下水位的變化以及裂縫的持續(xù)供水,足量的水又會再次涌入坑中,于是核反應(yīng)又會重新開始。
就這樣,核反應(yīng)在水的 “操控” 下,斷斷續(xù)續(xù)地持續(xù)了幾十萬年之久。
至此,關(guān)于奧克洛礦區(qū)史前核反應(yīng)堆的謎團終于真相大白。
原來,核反應(yīng)堆并非人類獨有的創(chuàng)造,在地球年輕的時期,在特定的自然條件下,這種神奇的現(xiàn)象并非個例。如果我們將時間進(jìn)一步向前推移,回到 45 億年前地球剛剛形成的時候,那時鈾 235 的富集度更加高,達(dá)到了 23%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)代核燃料的標(biāo)準(zhǔn)。
倘若當(dāng)時再有合適的條件,比如充足的水源存在,或許在遠(yuǎn)古的地球上,到處都有可能存在天然形成的核反應(yīng)堆。這一發(fā)現(xiàn),讓我們對地球的演化歷史有了全新的認(rèn)識,也不禁讓人感嘆大自然的神奇與奧秘?zé)o窮。
曾經(jīng)有人猜測是外星人建造了這些反應(yīng)堆,現(xiàn)在看來,這種想法實在是有些多余。畢竟,以宇宙中可能存在的高級外星文明的科技水平,他們恐怕根本看不上核裂變這種在他們眼中或許屬于 “低級” 的能源吧。
而奧克洛天然核反應(yīng)堆的發(fā)現(xiàn),也為科學(xué)家們研究地球早期環(huán)境、核物理過程以及核能的自然利用提供了珍貴的樣本,讓我們在探索地球歷史與宇宙奧秘的道路上,又邁出了重要的一步。
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