20亿年前,是谁保证了这些核反应的安全运行?

馆长3年前奇闻怪事44698

20亿年前,十几座天然反馈堆怪异滥觞,安定地输出能量,并紧闭工了几十万年之久。为不拘它们没有在爆炸中自我捣毁?是谁担保了这些反馈的紧闭招儿?难道它们真箇如人世的流言所说,是外星人造访的表明,怕是上终身文明的佳作?佩带对遗址抽丝剥茧地剖判,邃古核反馈堆的究竟正越发越明了地裸露在本身人背后。

1972年5月,法兰西人一座核燃料区处厂的一名人造留神到了一个异样的局面。已他正对一同铀矿石举办旧例剖判,这块矿石采自一座看似凡是的铀矿。与各位的天然铀矿一如,该矿石控制3种铀同位素──换句话说,中间的铀元素以3种了亮的形制有,它们的原子量各不一样:含量最胖的是铀238;最稀的是铀234;而烝黎垂涎镆,可能留下核链式反馈(chain reaction)的同位素,则是铀235。在坤舆上简直各位的阁阁,以至在月球上或陨石中,铀235同位素的原子多寡在铀元素总量中霸占的延展原原本本都是0.720%。单一,在这些采自非洲加蓬的矿石试样中,铀235的含量仅有0.717%!即便羊工合着细读,却缘故了法兰西人科学家的小心,这中间料定暴发过某种异事。进一步的剖判展示,从该矿采来的一切面矿石中,铀235坟墓缺斤短两:大概有200千克不胫而走——充实创造6枚原子弹。

相接几周,法兰西人原子能委员会(French Atomic Energy Commission,简写为CEA)的大师们都迷惑不止。直到有人瞬间想起19年前的一个实际预卜,众人才遽尔大悟。1953年,漂亮国加利福尼亚大学洛杉矶分校的乔治·W·韦瑟里尔(George W. Wetherill)和芝加哥大学的马克·G·英格拉姆(Mark G. Inghram)示意,一般铀矿矿脉不妨业已式过天然的核裂变反馈堆,斯观念很快便通行了起来。继后不久,漂亮国阿肯色大学的一位化学家黑田和夫(Paul K. Kuroda)推定出了铀矿自发发生“自扰裂变反

应”(self-sustained fission)的要求。所谓自扰裂变反馈,即可能自发留下下去的核裂变反馈,是从一个未必闯入的中子滥觞的:它会诱使一个铀235原子核暴发分割,裂变发生更多的中子,又会原其余原子核接续分割,合着传流下去,式连锁反馈。

黑田和夫相认,自扰裂变反馈可能暴发的第一个要求平实,铀矿矿脉的大小总得跨越诱发裂变的中子在矿石中穿行的均匀隔断,也平实0.67米颠倒。斯要求可能担保,裂变的原子核撒的中子在跑步矿脉曾经,就能被其余铀原子核摄取。

第二个需求要求是,铀235总得充实胖。此日,即便是储量最大、浓度最高的铀矿矿脉也无法成为一座核反馈堆,因为铀235的浓度过低,以至连1%都下边。单一这种同位素领有喷射性,它的颓唐速率比铀238快大概6倍,因而在长远的在前,这种更轻松颓唐的同位素所占的延展确信高得多。即如,20亿年前奥克罗铀矿脉式的时刻,铀235所占的延展亲密3%,与方今开业数核电站中着的、人造提纯的精矿铀燃料的浓度大抵相配。

第三个要紧成分是,总得有某种中子“慢化剂”(moderator),减慢铀原子核裂变时撒的中子的行动快慢,爰使这些中子在诱使铀原子核分割时,尤其得心道理。终于,矿脉中不能呈现丰足的硼、锂或其余“毒素”,这些元素会摄取中子,因而可能令任何核裂变反馈戛不过止。

终于,钻研塞在奥克罗和相近的奥克罗班多地域的铀矿中,识别了16个彼此离别的地区——20亿年前,那边的正宗环境,不意与黑田和夫描画的大抵环境惊人地相像。即便这些地区早在几十年前就被悉数识别进去,不啻邃古核反馈堆工课的种种端的,直到近来才被我和共事痛多大。

轻元素供应表明

重元素分割发生的轻元素供应了正宗相信的表明:奥克罗铀矿在20亿年前笃暴发过自扰核裂变反馈,另外不断时光长达数十万年。

奥克罗的铀极度环境被发觉此后不久,物科学家就识别,天然的裂变反馈由了铀235的消费。一个重原子核一分为二时,会发生较轻的新元素。找到这些元素,就匀找到了核裂变正宗相信的表明。真相解说,这些分割出产的含量合着之高,因而外表核链式反馈外表,不不妨有其余任何证明。这场链式反馈很像1942年恩里科·费米(Enrico Fermi)及其共事所做的那场有名示范(已他们建成了口才上第一座可控原子核裂变链反馈堆),反馈全靠本身的筋骨留下工,仅仅时光上提早了20亿年。

合着令人震惊的发觉驿站后不久,口才各地的物科学家便滥觞钻研这些天然核反馈堆的表明,并在1975年加蓬都门利伯维尔的一次极度理解上,份儿了他们对于“奥克罗局面”的钻研收效。第二年,选任漂亮国参与那次理解的乔治·A·考恩(George A. Cowan,乘隙撩,他是漂亮国有名的圣菲钻研所的创办者之一,至今仍是该钻研所的一把手)为《科学漂亮国人》撰稿了一篇著作(指称1976年7月号乔治·A·考恩所著《天然核裂变反馈堆》一文),文中他分诉了已的科学家对这些邃古核反馈堆招儿理论的料想。

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