【科技区征文】神秘的天然反应堆
（图1，Oklo矿床露头）
各位读者朋友们是否曾经读过一本名为《世界未解之谜》的科普书籍，在远古未解之谜一章中有一篇关于20亿年前的远古文明的文章。此文称在西非某地发现了一处历史超过20亿年的反应堆，运行时间超过50万年，并推断在只有单细胞生命存在的元古代存在人类不曾了解的史前文明。这到底是确有其事还是无稽之谈呢？
（图2，高度富集U的区域）
为了让读者更好地理解富集的铀矿中发生了什么，介绍一下U元素的几个特性很有必要。U有两种放射性同位素，分别是235U和238U，在常规的丰度下，它们都在岩石中自由自在地发生衰变，最后转变为稳定的Pb。这个过程不受外界的物理化学条件的影响，衰变的相关参数是一个常数。因此几乎所有封闭体系的样品的235U/238U都是一个常数，这个值为0.72%。由于235U的衰变速度比238U快得多，在20亿年前，235U/238U的值为3.7%。对于U非常富集的区域，一旦235U的浓度超过一定值时，衰变产生的中子就可以轰击另一个235U的原子核，使其发生裂变。高浓度的235U发生的裂变反应产生的中子可以不断传递下去，从而发生链式反应，这就是核电站和原子弹的工作原理。
科学家们发现，在奥克洛矿床中U含量很高的区域，235U/238U的值都相对于正常值偏低(Gauthier-Lafaye et al., 1989)。这有力地证明了，奥克洛矿床在历史上曾经发生过核裂变反应。尽管235U的裂变和U的强迁移性给自然反应堆的形成年龄的确定带来了很大的困难，Ruffenach (1979)仍然成功利用236U以及Nd，Sm，Gd，Th等定年体系限定形成年龄在18-21亿年之间。
那么为什么奥克洛矿床会形成如此富集U的区域，以至于会发生天然条件的核裂变反应呢？科学家们认为，这种情况虽然很罕见，但是仍然可以解释为大自然的鬼斧神工。奥克洛矿床并非直接从岩浆熔融过程中产生，而是经历了化学蚀变和风化作用的表生矿床。早在1989年，科学家就提出了奥克洛矿床的成矿原理。在佛兰斯福尔盆地上涌的岩浆的加热作用下，热液反复交待蚀变沉积砂岩中活动性强的U元素，并形成富集U的铀矿床。恰好在20亿年前有较高的235U/238U比值，使铀矿中235U的浓度恰好超过裂变反应的临界值，机缘巧合之下，核裂变反应就产生了(Evins et al., 2005; Fayek et al., 2003; Jensen and Ewing, 2001)。
至于远古反应堆的假说，完全没有被科学家们所考虑，其中最重要的理由便是奥克洛铀矿中样品的235U/238U没有超过正常值。现代核电站会使用离心法获得高235U浓度的核燃料，如果这些核燃料被埋入地底，未来的地质学家肯定会发现异常高的235U/238U。因此所谓远古核电站之说仅仅是个噱头罢了。
值得一提的是，自然反应堆仅仅在佛兰斯福尔盆地有所发现。1982年，在佛兰斯福尔盆地奥克洛矿床附近的巴格磨矿床（Bangome）又发现了五处新的自然反应堆(Gauthier-Lafaye et al., 1996)。科学家们呼吁停止开采巴格磨矿床来保留此处的构造成矿环境，以便于更加深入地研究这种奇特的自然反应堆。
亲爱的读者朋友们，大胆假设，小心求证是科学研究中非常重要的工作态度。面对异常和稀有的自然现象，我们不能先入为主，想着搞个大新闻，而是应该以谨慎、求是的态度去考证。所以将来在营销号上看到大新闻的时候，读者朋友们知道应该如何去做了吗？
图片
钻孔图、层位图来自(Gauthier-Lafaye et al., 1989)
地质图来自(Evins et al., 2005)
参考文献
Bodu, R. (1972) Sur l'existence d'anomalies isotopiques rencontrées dans l'uranium du Gabon.
Evins, L.Z., Jensen, K.A. and Ewing, R.C.J.G.e.C.A. (2005) Uraninite recrystallization and Pb loss in the Oklo and Bangombé natural fission reactors, Gabon. 69, 1589-1606.
Fayek, M., Utsunomiya, S., Ewing, R.C., Riciputi, L.R. and Jensen, K.A.J.A.M. (2003) Oxygen isotopic composition of nano-scale uraninite at the Oklo-Okélobondo natural fission reactors, Gabon. 88, 1583-1590.
Gauthier-Lafaye, F., Holliger, P. and Blanc, P.-L.J.G.e.C.A. (1996) Natural fission reactors in the Franceville basin, Gabon: A review of the conditions and results of a “critical event” in a geologic system. 60, 4831-4852.
Gauthier-Lafaye, F., Weber, F. and Ohmoto, H.J.E.G. (1989) Natural fission reactors of Oklo. 84, 2286-2295.
Jensen, K.A. and Ewing, R.C.J.G.S.o.A.B. (2001) The Okélobondo natural fission reactor, southeast Gabon: Geology, mineralogy, and retardation of nuclear-reaction products. 113, 32-62.
Ruffenach, J.-C. (1979) The Oklo natural nuclear reactors: neutron parameters, age and duration of the reactions, uranium and fission products migrations.
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