非洲发现20亿年前史前核反应堆，是上一届文明启动的吗？
惰性气体揭露谜底 在奥克罗反应堆遗迹中，氙同位素的构成比例出现异常。找出这种异常的根源，就能揭开远古核反应堆的运作之谜。 最近，科学家对奥克罗的一个反应堆遗迹进行了研究，重点集中在对氙气的分析方面。氙是一种较重的惰性气体(inert gas)，可以被矿物封存数十亿年之久。氙有9种稳定同位素，由不同的核反应过程产生，含量各不相同。作为一种惰性气体，它很难与其他元素形成化学键，因此很容易将它们提纯，进行同位素分析。氙的含量非常稀少，科学家可以用它来探测和追溯核反应，甚至用来研究那些发生于太阳系形成之前的、原始陨石之中的核反应。 分析氙的同位素成分需要一台质谱仪(mass spectrometer)，它可以根据原子量(atomic weight)的不同而分离出不同的原子。我有幸可以使用一台极其精确的氙质谱仪，那是我在华盛顿大学的同事查尔斯·M·霍恩贝格(Charles M. Hohenberg)制造的。不过在使用他的仪器之前，我们必须先把氙气从样品中提取出来。通常，科学家只须将寄主矿物加热到它的熔点以上，岩石就会失去晶体结构，无法再保留内部储藏的氙气。为了获得更多关于这种气体起源和封存过程的信息，我们采取了一种更加精巧的方法——激光萃取法(laser extraction)，它可以有针对性地从矿物样品的个别颗粒中释放出氙气，而不会触碰周围其他的部分。 我们可以利用的唯一一块奥克罗矿石碎块仅有1毫米厚、4毫米宽，我们把这种技术应用到碎块上的许多微小斑点之上。当然，我们首先需要决定将激光束聚焦到什么位置。在这方面，我和霍恩贝格得到了同事奥尔加·普拉夫迪夫切娃(Olga Pravptseva)的鼎力相助，她为我们的样本拍摄了一张详尽的X射线照片，识别出了候选的矿物。每次萃取之后，我们都会将得到的气体提纯，然后把氙气放入霍恩贝格的质谱仪中，仪器会显示出每一种同位素的原子数目。 氙气出现的位置令我们大吃一惊，它并不像我们想象的那样，大量分布在富含铀元素的矿物颗粒之中，储藏氙气数量最多的竟然是根本不含铀元素的磷酸铝颗粒。非常明显，在目前发现的所有天然矿物之中，这些颗粒中的氙浓度是最高的。第二个令人惊讶之处在于，与通常由核反应产生的气体相比，萃取出来的气体在同位素组成上有显著的不同。核裂变一定会产生氙136和氙134，但在奥克罗矿石中，这两种同位素似乎缺失严重，而其他较轻的氙同位素含量则变化不大。 同位素构成比例上的这种差异是如何产生的呢？化学反应无法提供答案，因为所有同位素的化学性质都完全相同。那么核反应，比如说中子俘获过程(neutron capture)，能不能给出解释呢？经过仔细分析，我和同事们把这种可能性也排除了。我们还考虑过不同同位素的物理分选过程：较重的原子移动速度比较轻的原子稍慢一些，有时它们就会相互分离开来。 铀浓缩装置就是利用这个过程来生产反应堆燃料的，不过需要相当高的技术水平才能建造出这样的工业设备。即使自然界能够奇迹般地在微观尺度上创造出类似的“装置”，仍然无法解释我们所研究的磷酸铝颗粒中混合在一起的氙同位素比例。举例来说，如果确实发生过物理分选的话，考虑到现有的氙132的含量，氙136(比氙132重4个原子质量单位)的缺失，应该是氙134(比氙132重2个原子质量单位)的两倍。但实际上，我们并没有看到那样的模式。 绞尽脑汁之后，我们终于想通了产生氙同位素构成比例异常的原因。我们所测量的所有氙同位素都不是铀裂变的直接产物。相反，它们是放射性碘同位素衰变的产物，碘则由放射性碲衰变而来，而碲又由别的元素衰变产生，这是一个著名的核反应序列，最终的产物才是稳定的氙气。 我们的突破点在于，我们意识到奥克罗样品中不同的氙同位素产生于不同的时期，它们所遵循的时间表由它们的母元素碘和再上一代的元素碲的半衰期所决定。某种特定的放射性前体(precursor，即一系列反应过程的中间产物)存在的时间越长，它们形成氙的过程就被拖延得越久。例如，在奥克罗的自持裂变反应开始后，氙136仅过了大约1分钟就开始生成；一个小时后，稍轻一些的稳定同位素氙134出现；接下来，在裂变开始的若干天后，氙132和氙131登场亮相；最终，几百万年之后，氙129才得以形成——此时，核链式反应早已停止很久了。 如果奥克罗矿脉一直处于封闭状态，那么在它的天然反应堆运转期间积聚起来的氙气，就会保持核裂变所产生的正常同位素比例，并一直保存至今。但是，科学家没有理由认为，这个系统会是封闭的。实际上，有充分的原因让人猜想，它不是封闭的。奥克罗反应堆可以通过某种方式自行调节核反应，这个简单的事实提供了间接的证据。最可能的调节机制与地下水的活动有关：当温度达到某个临界点时，水会被煮沸蒸发掉。水在核链式反应中起到了中子慢化剂的作用，如果水不见了，核链式反应就会暂时停止。只有当温度下降，足够的地下水再次渗入之后，反应区域才会继续开始发生裂变。 这种关于奥克罗反应堆如何运转的说法强调了两个要点：第一，核反应很可能以某种方式时断时续地发生；第二，必定有大量的水流过这些岩石——足够冲洗掉一些氙的前体，比如可溶于水的碲和碘。水的存在有助于解释这样一个问题：为什么大多数氙现在留存于磷酸铝颗粒中，而没有出现在富含铀元素的矿物里——要知道，裂变反应最初是在这里生成那些放射性前体的。氙气不会简单地从一组早已存在的矿物中迁移到另一组矿物里——在奥克罗反应堆开始运转之前，磷酸铝矿物很可能还不存在。实际上，那些磷酸铝颗粒可能是就地形成的，一旦被核反应加热的水冷却到300 左右，磷酸铝颗粒就会形成。 在奥克罗反应堆运转的每个活跃期和随后温度仍然很高的一段时间里，大量的氙气(包括形成速度相对较快的氙136和氙134)会被赶走。等到反应堆冷却时，半衰期更长的氙前体(也就是最后会产生目前含量比较丰富的氙132、氙131和氙129的放射性前体)则会优先与正在形成的磷酸铝颗粒结合起来。随着更多的水回到反应区域，中子被适当地慢化，裂变反应再度恢复，使这种加热和冷却的循环周而复始地重复下去。由此产生的结果，就是我们所观察到的、奇特的氙同位素构成比例。 什么力量能让氙气在磷酸铝矿物中留存20亿年之久呢？再进一步，为什么在某次反应堆运转期间产生的氙气，没有在下一次运转期间被清除呢？对于这些问题，我们还没有找到确切的答案。据推测，氙可能被囚禁在磷酸铝矿物的笼状结构中，这种结构即使在很高的温度下，也能够容纳笼中产生的氙气。尽管具体细节仍不清楚，但不管最终的答案如何，有一点是明确无误的：磷酸铝俘获氙气的能力真是令人惊叹。 间歇式核反应堆 远古核反应堆犹如今天的间歇泉，有着天然形成的自我调节机制。它们在核废料处置和基础物理研究方面，给科学家们提供了全新的思路。 在搞清了观测到的氙同位素在磷酸铝中产生的基本过程之后，我和我的同事们试图从数学上为这个过程建立一个模型。这个计算揭示了有关反应堆运转时间的更多信息，所有的氙同位素都提供了大致相同的答案。我们研究的那个奥克罗反应堆每次“开启”30分钟，然后再“关闭”至少2.5小时。这样的模式犹如我们所看到的一些间歇泉，先是缓慢地加热，然后在一场壮观的喷发中将积蓄的地下水统统蒸腾而出，接着再重新蓄水，开始新一轮循环，日复一日、年复一年地持续下去。这种相似性支持了这样的观点：流经奥克罗矿脉的地下水不仅充当着中子慢化剂的角色，还不时会被蒸发殆尽，形成保护这些天然反应堆不至于自我摧毁的调节机制。在这方面，这种调节机制十分有效，数十万年间没有发生一次熔毁或爆炸事件。 人们大概会设想，从事核电工业的工程师也许能在奥克罗学到一两样本事。他们确实能学到东西，不过不一定是有关反应堆设计的，更重要的也许是处置核废料的方法。毕竟，奥克罗就像一个地质储藏室那样运转了如此漫长的时间，这就是科学家要细致入微地进行调查的原因，他们想知道裂变的各种产物如何从这些天然核反应堆中迁移出来。他们还仔细检查了另一处类似的远古核裂变区域，这个地点是通过勘探钻井发现的，位于大约35千米以外的一个叫作班哥贝(Bangombe)的地方。班哥贝反应堆之所以特别引人注目，是因为它的埋藏位置比奥克罗及奥克罗班多地区的露天铀矿更浅，因此在近期有更多的水流过那里。总之，调查得出的结论令我们信心倍增：多种危险的核废料都能够成功地被隔离于地下。 奥克罗还演示了一种方法，能够储存那些一度被认为肯定会对环境造成污染的核废料。自从核能发电问世以来，核电站产生的大量放射性氙135、氪85和其他惰性气体，都被释放到大气之中。天然裂变反应堆表明，磷酸铝矿物拥有一种独一无二的能力，能够俘获和储存这些气体废料达几十亿年之久，把这些废气封存在这种矿物之中也许是可行的。 奥克罗反应堆还向科学家们透露了这样的讯息：他们曾经认定为基本物理常数的α(阿尔法，控制着诸如光速这样的宇宙参数)，可能曾发生过改变。过去30年来，发生在20亿年前的奥克罗现象一直被用来驳斥α曾经发生过改变的观点。但是2005年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的史蒂文·K·拉蒙诺(Steven K. Lamoreaux)和贾斯廷·R·托格森(Justin R. Torgerson)却根据奥克罗现象推断，这一“常数”确实发生了明显改变(而且十分奇怪的是，他们得出的常数改变方向与最近其他人得出的结论相反)。对于拉蒙诺和托格森的计算来说，奥克罗运转过程的一些细节十分关键，从这个角度上来讲，我和我的同事们所做的工作，也许有助于阐明这个复杂的问题。 加蓬的这些远古反应堆是地球曾经出现过的唯一天然反应堆吗？20亿年前，自持裂变所需的条件并不十分罕见，有朝一日，我们或许能够发现其他的天然反应堆。我想，一丝泄露天机的氙气，将给这项搜寻工作带来极大的帮助。
非洲发现史前核反应堆，科学家研究后确认：建造者不是人类
从猿人时代算起，人类已经在这颗蓝色星球上度过了数百万年的时间。对于地球来说，数百万年的时间显得那么的微不足道和短暂，因为它已经在茫茫宇宙中存在了46亿年。
二者夸张的年龄差让人止不住思考一个问题：人类出现之前，地球是否还孕育了其他智慧生命？他们又是否建立了文明？
这个值得深思的问题所带来的，是一个从诞生伊始就饱受争议的假说——史前文明理论。
作为宇宙中最强大的“橡皮擦”，时间可以抹去一切事物存在过的痕迹。在时间旅行无法成为现实的当下，没有人知道那已经被时间磨灭的史前时代，究竟隐藏着多少让人惊叹的秘密。
除了时间具有的不可回溯性，世界各地发现的“诡异”痕迹，似乎也印证了史前文明的真实性，比如科学家们在非洲发现的核反应堆。
“铀”是一种金属元素，在核裂变现象没被发现之前，人类通常用它来给瓷器或玻璃着色，在核裂变现象被发现之后，它成为了最常用、最普遍的核燃料。
通常情况下，“铀”存在于铀矿石中，含量极低，一吨铀矿石差不多才能够提炼出一千克的铀，也就是含量大约在0.1%左右。
铀矿中的铀主要是铀235和铀238两种同位素，其中能够裂变的只有铀235，或者说，真正作为核燃料使用的其实是铀235。
但是，铀矿石中铀235的含量很低，仅占比0.66%，其余几乎都是铀238，它占比高达99.2%。这就像炼煤厂炼出的煤球中有99.2%都是泥沙，当然没法直接燃烧。
根据实验数据，只有当铀235的含量（丰度）达到3%以上才能够当作核燃料使用，所以开采出的铀矿石不能像煤矿一样直接成为燃料，需要经过提纯和浓缩等手段提高其含量。
1972年5月，法国物理学家弗朗西斯·佩兰（Francis Perrin）在对送到核电站的铀矿石进行抽检时，发现一批铀矿石中铀235的含量比正常值少了0.003%。
由于这批铀矿石很多，0.003%的含量相当于200多公斤铀235，完全够浓缩成丰度大于90%的武器级高浓缩铀，这是制造核武器的基础。
事关重大，佩兰立即通知了原子能安全委员会，并对送检的铀矿石进行了溯源。溯源结果显示，这批矿石来自加蓬共和国奥克洛矿场。
1972年6月，原子能安全委员会研究队抵达加蓬奥克洛矿场，对铀235消失之谜进行详细调查。
经过数星期的调查，调查人员得到了一个震惊科学界的结果：消失的铀235并不是被人盗取了，而是自己消耗完了。
怎么回事？
原来，奥克洛矿场深处隐藏了几个20多亿年前的核反应堆，正是这些核反应堆消耗了铀矿中的铀235。
根据研究人员的计算，这几个核反应堆一共运行了约50万年，总共消耗了约500~800吨铀235，产生的热能大约可以发100亿度电。
问题来了，人类出现在地球才几十万年时间，文明建立至今还不到一万年，20世纪初才意识到核能蕴含巨大能量，一直到20世纪中叶才建成了第一座核电站，那20亿年前究竟是谁建造了这几个核反应堆？难道真是许多人坚信的史前文明？
和很多人想的不一样，奥克洛矿场深处隐藏的核反应堆并不是构造精细的现代装置，而是石头泥土拼接而成。此外，100亿度电看似非常吓人，但其实平均下来也就50多度左右。
所以，如果史前文明真的存在，并且已经窥见原子中隐藏的秘密，那么他们制造出的反应堆一定和人类所建类似，根本就不可能如此简陋。
而且为了每天50多度电，费尽心思建造如此简易的反应堆更是一点也不合理，同样的心思用水力或风力发更多的电难道不香吗？
既然不是史前文明所为，那这几个核反应堆的建造者是谁呢？科学家研究后给出答案：大自然本身。也就是说这几个核反应堆其实并不是某种地球生物建造的，而是大自然自身创造的。
天然核反应堆并不是一个新鲜的东西，早在1956年就有科学家预言了它的存在，在加蓬发现的反应堆仅仅是对这个预言的体现。
奥克洛矿场尚未开采之前，所在的位置是一片临河的河岸，奔流的河水侵袭着两侧河岸，大量细沙被卷入河岸地下，在水压和重力的影响下，这些细沙之间的缝隙越来越小，被挤压的越来越结实，形成了质地相对松软并且孔洞很多的砂岩。
随着河水一同流淌的铀元素遇到砂岩，被砂岩遍布的孔洞所吸收，日积月累变成了今天开采的铀矿石。
到这里，核反应堆的燃料齐备了，但它究竟是如何启动的？我们首先要了解现代核反应堆的原理。
核反应堆的原理跟核武器爆炸差不多，都是以中子为媒介的裂变链式反应，最大的区别就在于二者的反应速率。
裂变链式反应中会释放庞大的热能，用这股热能烧开水，产生的高压蒸汽会推动汽轮机进行发电。
在链式反应中，为了提高核分裂的几率，继续维持连锁反应，科学家们会用减速剂减缓中子的速度，使其从高速中子减缓成慢中子。在奥克洛矿场核反应堆中，地下水成为了最好的减速剂。
燃料齐备了，减速剂也到位了，当周围的铀235浓度达到临界值时，核裂变反应被激活了，形成了我们今天发现的天然核反应堆。
至此，20亿年前核反应堆之谜彻底揭开，它们不过是大自然展现自身奇妙性的一种方式，并不能作为史前文明存在过的证据。
非洲发现核反应堆，存在时间达20亿年，地球真的存在史前文明吗？
引言说到核反应，我们都会下意识觉得这是比较先进的技术。毕竟不管是原子弹、氢弹（核弹）还有核电，都是近代才发明的。但是你是否想过，其实核反应堆早在20亿年前就已经出现在地球上了呢？也许会有很多人觉得这个说法很荒谬是无稽之谈。但距今20亿年的时候，地球上就有核反应堆这个事情，还真不是乱说的。1972年法国从非洲中部加蓬共和国的奥克洛地区进口了铀矿石，准备加工利用。可是法国的科学家在这个时候却发现了铀矿石的异样，当时的检测结果显示，铀矿石里的铀235元素含量低得可怜，只有不到0.3%。作为一种核燃料，铀矿石里的铀235天然含量应该是0.7%左右。铀235含量低，只有一个原因，那就是这是铀矿石曾经“燃烧过”。而且根据此前化学家的研究结果，铀235的放射性半衰期大概是7亿年。经过科学家的研究和认定，该地区的铀矿石在20亿年前就开始燃烧了。核反应的发生，需要有一定的条件，比如人类建造核电站，通常都是利用核裂变反应堆，然后控制其中的链式反应，让核反应堆缓慢而稳定释放能量。而奥克洛的铀矿石在20亿年前就“被人使用过了”，还断断续续燃烧了50万年，说明当地至少在20亿年前就出现了核反应堆。虽然科学家经过测算发现，奥克洛反应堆的功率很小，相当于一个超级迷你的“核电站”。尽管这个反应堆的功率再小，但其中“核电”的技术却是实打实的，难道地球真的存在掌握了核技术的史前文明？这一发现和推测让全世界的科学界都震动，为了探寻事情的真相，欧洲各国和美国的科学家火急火燎赶往奥克洛地区。经过长时间的深入探究和勘察，当时一同在奥克洛地区探索的科学家们一致认定，奥克洛地区真的存在一个由6个区域里共计大约500吨铀矿石组成的核反应堆。而且科学家通过公式推算，奥克洛矿区的反应堆存在时间长达20亿年，铀矿形成以后不久核反应堆就出现了，属于天然形成的核反应堆。所以说，地球存在史前文明的说法，不攻自破了。不过，科学家对于这座天然形成的核反应堆很感兴趣。前面已经提到过了，核反应堆的形成和工作，需要相当严格的控制。那么在自然条件下，核反应堆是如何形成并且持续稳定燃烧的？成了当时科学家迫切想要解决的问题。其实自然界会出现核反应堆的情况，此前20年就已经有科学家提到过，并且还指出其形成需要一定的环境和条件，不过环境和条件具体是什么当时也没有说。1956年，美国的科学家才列举了很多条自然界会生成天然反应堆所需要的条件。而非洲奥克洛地区的矿床中，符合条件的矿床一共有十几个。这也说明了，奥克洛地区出现核反应堆并非是巧合，而且源自于大自然的鬼斧神工。这个地区核反应堆自然出现的原因弄清楚了，科学家们又开始研究它能正常且稳定工作的原因。前面说过，核反应堆需要控制，比如人类会用石墨等使得快中子变成慢中子，再用控制棒控制链式反应，让它缓慢进行。在自然条件下，奥克洛反应堆断断续续工作了50万年，是什么东西控制核反应堆“点火”和“熄灭”呢？答案是“水”，水在奥克洛反应堆中扮演了重要角色，这也是科学界最新的结论。美国科学家认为，铀235在反应中产生的快中子经过该地区的地下水后，被慢化和控制变成了慢中子，形成了链式反应发生的条件，加上周边都是“燃料”，反应堆就“点火”工作了。核反应堆工作持续放热，大量地下水被蒸发，慢中子减少，链式反应条件不充足了，反应速度变慢、直至“熄灭”。然后在自然界的水循环中，地下水在时间的作用下又重新汇聚，慢中子又变多了，核反应堆重新“点火”。如此循环往复，这个过程持续了50多万年。结语本是人类先进的核技术，却早已在大自然中出现过。而且我们生活的地球上，还有着很多神秘的东西没有被发现和解释。在自然力量下，许多人类看似不可能发生的东西，也许在某个角落悄然上演。就像数十万年以前，那一群猴子从树上下来，走上了一条充满了未知，最后却创造了奇迹的进化道路。
