核反应堆都要将铀浓缩，十几亿年前加蓬核反应堆是怎么开动的呢？
发布网友
发布时间：2023-10-12 03:10
共4个回答
热心网友
时间：2024-03-11 19:11
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。
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。
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。
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。
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%。
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。
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，由于水起到了慢化剂的作用，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。
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。
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。
热心网友
时间：2024-03-11 19:12
热心网友
时间：2024-03-11 19:12
热心网友
时间：2024-03-11 19:13
