在加蓬發現的遠古核反應堆是史前文明的遺蹟

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【明慧網二零二零年四月三十日】1972年法國人發現從加蓬共和國進口的鈾礦石中鈾235豐度(即鈾235/總鈾)異常,認為這些鈾礦石曾被利用過。隨後科學家們陸續在加蓬的鈾礦區發現並確認了15個核反應堆(也有報導17個)。它們包括在Oklo礦區的1~10,13,15,16號反應堆,附近Okelobondo礦區的RZOKE反應堆,和30公里外Bangombé礦區的BA145反應堆(見圖1、3、5)。據測算,這些核反應堆有20億年歷史,而且已奇蹟般地穩定運行了數十萬年之久。這是一項重大的人類考古發現,是迄今發現的最早的史前文明遺蹟。

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圖1:Oklo-Okelobondo鈾礦分布圖(Gauthier-Lafaye et al.,1989)

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圖2:2號反應堆剖面圖,堆芯邊緣鈾濃度迅速過渡到0.5%(J. C. Ruffenach et al., November 1979)

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圖3:Oklo-Okelobondo礦區圖(Keld Alstrup Jensen et al., 2001)

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圖4:Franceville沉積盆地西南部錳礦分布圖(Jean-Yves Renaud et al., 2017)

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圖5:Franceville沉積盆地西南部平面圖(Keld Alstrup Jensen et al., 2001)

從1972年起,多國科學家相繼介入研究,發表的研究報告已有數百份之多。但可嘆的是,由於受進化論的影響,許多科學家不願相信它是史前文明的遺蹟,在研究過程中跳不出「自然形成論」的框架。

雖然20億年的漫長歲月已風化了史前文明的表面,卻總會留下些許痕跡。在科學發現中,這些「痕跡」已經被大量發掘出來,只是散落在各個科學報告的角落裏。雖然科學界不願承認這些遺蹟是史前文明,但這不妨礙我們借用研究人員的發現,重新分析它們。

因此筆者從研究加蓬核反應堆的幾位領頭研究人員的和知名的研究報告中,把這些證據整理出來,以此來說明加蓬核反應堆確實是史前文明的遺蹟。

1. 核反應堆可能建在三角洲流域

已發現的反應堆和鈾礦全部處於沉積地層中最下一層即FA砂岩層的頂部,其上面是黑色頁岩等構成的FB沉積層,再往上還有FC、FD、FE三個沉積地層。FA地層頂部是河口三角洲地帶沉積所成,FB地層底部是海洋環境沉積所成[8][13]。這說明反應堆所在的地層區域曾經是水流平緩的河流三角洲地帶。那麼反應堆形成的時候三角洲還在嗎,還是已經沉入地下了?

科學界沿著反應堆「自然」形成的邏輯,認為反應堆是在地下深處(3000-4000米)「自然」生成和運行的。然而這種推論卻和許多科學研究發現相悖:

• 科學研究發現7-9號反應堆存在汽化散熱且汽化溫度必然不超過250攝氏度(甚至另有研究認為只有100多攝氏度),水在250攝氏度以內就能汽化,這說明反應堆在運行時離地表不遠。[10]

• 反應堆區域的砂岩(原含佔體積超過80%的二氧化硅)在反應堆加熱的水流作用下出現大規模熱脫硅現象,固體體積大幅縮小。因此反應堆上方地層都有數米的塌陷,反應堆和粘土圈(研究認為包覆反應堆的粘土圈是周圍砂岩在熱脫硅作用下形成的)被壓扁[4][5]。3-5和7-9號反應堆上方地層甚至有明顯的墜土塌方現象[10]。有趣的是,落土兩側的地層沒有表現出側向變形現象,這說明上方地層塌陷時,反應堆離地表不遠[10]。甚至反應堆上方的地層可能就是在反應堆運行期間沉積的。

• 已發現的核反應堆體現出沿三角洲流域布局的特徵(見下文第6節)

• Oklo-Okelobondo鈾礦分布也呈現出鈾在三角洲流域的擴散特徵(圖1)

這樣看來,核反應堆真的是有可能建於三角洲流域,而非於地下深處自然生成。這只是初步推測,我們接著往下分析。

2. Oklo-Okelobondo鈾礦成因之謎

要說明鈾礦成因,先介紹一些Oklo-Okelobondo鈾礦區的基本情況:鈾礦區多為低濃度區0.4-0.6%,很少高於1%。低濃度區中間有少數高濃度小區塊,鈾濃度一般為5-10%,個別區塊可達15%。反應堆一般位於高濃度區塊中,鈾濃度達20-80%。在低濃度區域,鈾和有機物伴生甚至被有機物包裹,處於高度硅化的砂岩縫隙中,濃度與孔隙率相關而與有機物含量無關。高濃度礦存在於普通(沒有硅化)砂岩中,和赤鐵礦顆粒伴生,微觀上處於破裂的石英晶面間,幾乎不含有機物。[2][3]

為解釋鈾礦的「自然」生成,科學界創造出了許多假說。科學界現在認可最多的假說版本大致內容是:沉積地層沉入地下深處,富氧地下水把FA地層底部圓鑠岩中的鈾氧化,地下水攜帶微溶於水的氧化鈾上浮至FA地層頂部,在那裏與FB地層擴散下來的有機物相遇發生還原反應,聚集在地層微裂縫中形成鈾礦[3][9]。

這種假說乍看有道理,其實隱藏的問題很多。它無法解釋許多關鍵細節,至少包括:

• 不能解釋為何鈾礦只形成於FA地層頂部,而且(除深入盆地的反應堆)卻離FB地層(有機物的來源)還要保持幾米遠的距離。

• 不能解釋鈾礦區平面為何接近於流域形狀。

• 不能解釋高濃度礦區塊為甚麼反倒幾乎沒有有機物。

• 1-6號(及15號)反應堆周邊有機物含量很少,其它反應堆周邊則很多。按假說推理,1-6號反應堆所在的鈾礦區塊應該形成於離FB頁岩層(有機物的來源)更近的地方,甚至1-6號反應堆所在的鈾礦區塊的鈾含量應該少於其它反應堆所在的區塊。然而事實確是完全相反的[10]。

• 無法解釋高低濃度鈾礦的其它微觀差異。

• 假說中自己也提到,要形成現在看到鈾礦區,地下水要循環通暢並能持續充氧[3]。可是深層地下水的氧氣來源在哪?何況FB地層的還原環境也會隔絕上部氧化環境。

• 無法解釋高低濃度鈾礦間非常突兀的濃度過渡(圖2[14])。

• 最有趣的是,假說(多數假說都是這樣認為的)認為鈾礦的來源是FA地層底部(圓鑠岩)的流域沉積型鈾礦。然而,科學家們在FA地層底部仔細查找後,竟完全沒有找到此種礦源的任何蹤跡[3]。

其它的自然形成論假說存在的矛盾就更多了。

其實鈾礦區的擴散特徵是顯而易見的。從史前文明角度來推測,以鈾補充料或施工用料的擴散來解釋高濃度礦區的形成,而把低濃度礦區看作鈾從高濃度區的再擴散,解釋起來就通暢多了。當然,這裏只是舉個例子來說明轉換視角的重要,鈾礦區成因也有其它可能。

分析到這兒,核反應堆是史前文明遺蹟的說法就不只是一種可能了。我們再接著分析。

3. 史前核反應堆的啟動疑團

科學界可以較容易的解釋1-6號反應堆的啟動條件,但是在解釋其它小尺寸反應堆的啟動條件時遇到了困難。以加蓬核反應堆前期研究項目組長法國核物理學家Roger Naudet為代表的早期研究模型,發現7-9號反應堆滿足不了核反應的啟動條件[10]。

後來的研究人員雖然通過新的建模分析說明9號反應堆能勉強滿足啟動條件[12],但是預設的假定要比老模型寬鬆許多。這裏可以列舉新模型最優解的幾個問題:

• 從對9號反應堆305號鑽孔的採樣數據看[10],簡單加權平均鈾濃度為20.5%。考慮到9號堆的鈾濃度分布嚴重不平均,那麼有效平均濃度比這個值還要低。然後考慮到核反應過程中堆芯中砂岩大規模熱脫硅的影響,核反應開始前的鈾濃度是達不到20%的。這樣來看,新模型中假定20%的鈾濃度作為計算的基礎條件偏理想化了。

• 新模型假定反應堆堆芯存在高初始孔隙率(30%),但同時又假定包裹堆芯的上下各40釐米砂岩層和側方砂岩分別存在10%和15%的低孔隙率[12]。這種假定恰好能得出好的計算結果,這是因為包裹地層的孔隙率越低,中子反射性能越好。但是在如此小的範圍內,反應堆堆芯和40釐米包裹地層在核反應開始前的孔隙率不可能有大的差別。這種假定也過於理想化了。

• 從9號反應堆區域縱向取樣繪製的中子流量曲線和鈾235豐度曲線看[5],上下包裹地層的中子反射效果幾乎不存在。這也說明新模型的假定過於樂觀了。

從上面的分析看,9號反應堆或許還是達不到「自然」啟動的條件。其它幾個小尺寸反應堆也各有類似的啟動難度,比如RZOKE反應堆雖然平均鈾濃度比9號堆大,但存在大量的中子毒物釩,且尺寸也略小[8]。

現代人類設計的核電站中,許多反應堆的新燃料組需要用外來中子源「點火」。說不定這些小尺寸反應堆也是靠外來中子源啟動,甚至多個小反應堆就是大型反應堆的單元呢?

4. 反應堆曾經存在殼體的可能

• 科學界已普遍認同反應堆存在脈衝式反應周期[1]。在自然形成論中,脈衝周期假說是迄今唯一能說通維持核反應臨界狀態的自動控制機制。即認為作為慢化劑的地下水流入反應堆使核反應開始,核反應產生的熱量使水汽化增壓把液體水排出反應堆,反應堆失水使核反應接近停止進入休息期;在休息期,反應堆緩慢的降溫後,蒸汽壓力逐漸降低,在休息期末,水從新滲入反應堆開始了下一個反應期。然而,此種假說意味著在產汽(void effect)和對流(moderator density)作用下,反應堆下部要比上部的核反應成度要高不少[10],這一點類似於沒有控制棒的現代沸水反應堆。然而比沸水堆更甚的是,在對流和汽壓的作用下,反應堆下部會是最後排水和最早進水的部位,甚至可能出現水在反應堆底部徘徊一段時間的現象。也就是說,反應堆下部/底部的反應程度要遠遠的超出上部。可是矛盾的是,從幾個反應堆的縱向核反應分析曲線看[5][7],只有少數反應堆的下部比上部發生的核反應多,多的成度也並不明顯。有的反應堆上部發生的核反應卻遠超下部。而且,從反應堆區域岩層觀察,並未發現堆芯下部被堵塞的跡象。由此看,反應堆內的水流動是非「自然」的。難道反應堆曾有殼體?甚至內部曾有流道設計?

• 包覆多數反應堆堆芯的粘土圈內層的主要成份是富鎂綠泥石粘土,這層粘土的鎂含量遠遠高於堆芯和周邊區域(堆芯內部也有少量分散的這種粘土)[2][4][5]。科學已知富鎂綠泥石一般生成於沸騰蒸發環境或風化環境。那麼從上面的特點看,粘土圈內層好像是產生沸騰的地方(就如電水壺的底面),也就是說,粘土圈內層和堆芯之間可能曾經存在過殼體?

• 7-9號反應堆堆芯內的砂岩脫硅不完全,甚至在堆芯內發現有幾乎未脫硅的砂岩塊。然而,反應堆上方發生的脫硅現象卻是驚人的顯著。7-9號反應堆上方約有120立方米砂岩被脫硅成粘土(礦區中,只有反應堆外圍有這種粘土。科學家認為這種粘土是砂岩在反應堆產生的熱水流中脫硅形成的)[10]。這說明反應堆不只曾存在殼體,而且其結構並非簡單。

• 同位素測定曾經發現,7-9號反應堆堆芯中的有機物的年代要晚於周邊的有機物[10]。似乎這些反應堆曾另有取水通道?或是結群運行?

• 反應堆核心和包覆它的粘土圈因脫硅存在數米高度的收縮,上方地層也隨之出現了幾米塌陷,最終把反應堆堆芯和粘土圈壓扁[5]。從反應堆區域的多角度研究均發現[10],反應堆「運行過程中」發生的上方落土/塌陷並沒能改變反應堆的形狀,也沒有減少反應堆的供水[10]。另外從3-5號反應堆看,運行過程中的落土雖然壓在堆芯上卻沒有把它壓扁。研究還發現,最終上方土層是跌落才「砸」扁上述核堆芯的[10]。這些發現也說明了反應堆可能不只存在殼體,而且還有一定的堅固性。

• 對SC36號鑽孔取樣發現,水的分布非常精確,而且推算堆芯孔隙率達40%,還有在反應堆運行期間幾乎沒有變形[10]。這樣來看,內部的流道設計是很有可能存在的。而40%的孔隙率已和疏鬆的砂子無異,如反應堆無外殼如何在上方落土掩埋的環境中保持運行穩定?

• 許多反應堆上方的砂石和粘土甚至從堆芯周邊滑入反應堆下方脫硅形成的空穴中[10]。要知道反應堆堆芯的脫硅成度遠比粘土圈和外圍砂岩高多了[2][4][5],也就是說脫硅後其內部構造要比周邊砂岩和粘土層疏鬆多了。而且脫硅後堆芯的鈾濃度遠高於周圍土質,也就是說它的密度更大更重。那麼數十到數百平方米的堆芯自己為甚麼沒有先填入下邊的空穴?

• 如果按自然形成論來推理,在同一個Oklo礦區的反應堆,堆芯中反應過的鈾向外遷移的路徑和體量應該是近似的。然而,不同的反應堆卻展示了完全不同的遷移現象。有早期研究發現粘土圈發現微量的鈾遷移[2],有的研究發現有2號反應堆有「實質」的鈾遷移至數米範圍[11],有相同科學家參與的研究發現10號反應堆沒有鈾遷移跡象[7]……早期研究發現「個別」反應堆周邊兩米範圍內有隨距離遞降的反應過的鈾,還有的發現在離反應堆較遠距離的GL2491鑽孔區域發現一小堆反應過的鈾[10],有報告提及最終未被確認的11、12和14號反應堆區域也發現了反應過的鈾(但沒找到反應堆)。這些難以理解的差異似乎是由反應堆外殼/系統管路腐蝕破損成度造成的。

綜合這些發現和分析,反應堆在運行前期真有可能存在某種殼體,殼體內部或有支撐。在運行後期殼體被腐蝕致內外環境逐漸連通,之後又運行了或長或短的時間。最終上方土層壓垮腐蝕殆盡的殼體,砸扁堆芯。

5. 數十萬年穩定運行的奇蹟

現代核反應堆是精密設計的龐雜系統,從燃料構成、燃料形狀/間隙,一層層到外圍環境,都要經過嚴格考量。運行中要頻繁控制中子數量和冷卻機制以維持核反應的臨界狀態,不然很快就會出現事故。運行過程中,還要採取水處理、管道維護、燃料維護等方式保持系統穩定。

即便在如此精緻的照顧下,僅在59年間(1952-2011),僅現代商用核反應堆就已出現了33次重大事故[15]。而那些因人為處理得當而沒有發生災難的「準」事故就更多了。

在純自然條件下,僅一個核反應堆能持續運作一個星期都是難以想像的。而15個「自然」條件各異的反應堆全都穩定運轉了數十萬年。更不用說⻓期還存在著水環境、中子毒物消耗、脫硅、地層塌陷、核燃料消耗、砂岩粘土化、縫隙/孔隙變化等諸多變量。「自然」締造的15個核反應堆如何全都精確的自適應這些變化而維持臨界狀態數十萬年呢?

難道把一堆合適濃度的鈾燃料埋到地下就可以持續核反應數十萬年嗎?

這種奇蹟的複雜程度,絕非「自然」巧合所能造就。

自然形成論中還有諸如同位素定代等不少自相矛盾之處,這裏就不一一列舉了。

6. 核反應堆的布局

當我們以史前文明的視角來觀察,會發現這些反應堆的布局非常合理。

(1)科學發現Oklo-Okelobondo反應堆群所在的地層是三角洲區域[3][8],這恰是供水充足、平緩的廣闊淺水地帶,正適合於建造反應堆。

(2)1-6號反應堆區域的有機物稀少,而其它反應堆區域有豐富的有機物。各反應堆上方都沉積有河砂(現為砂岩)或河泥(現為泥質岩),東南方的RZOKE反應堆的一部份上方直接被覆黑色頁岩[5][8][10]。這說明在Oklo反應堆群中1-6號反應堆的位置更靠近上游一點。

從地圖(圖1、3和5)上看也是這樣,Oklo-Okelobondo反應堆群處於盆地邊緣,排列似乎沿流域布置。1-6號(包括15號)反應堆,更靠近盆地邊緣,略處於上游方向。研究也發現,1-6號反應堆功率大,又似乎自成一組(高濃度鈾區域把它們一一相連)[10],從位置看它可能是樞紐,這些反應堆可能就是大型核反應堆的一部份。

(3)沉積盆地內的錳礦沉積於核反應堆建成很久後形成的FB地層中上部富生物質泥岩中。雖然科學界對錳礦形成時的位置有多種見解,但科學家們都認可錳礦形成於近岸淺海的窪地或斜坡[13]。這就是說,錳礦的位置可以顯示反應堆建成時三角洲流域的大致方位。

從錳礦分布圖和反應堆位置圖(圖4和圖5)上看,Oklo-Okelobondo和Bangombe的核反應堆剛好分布在錳礦區域的兩端,這很好的印證了加蓬核反應堆正是史前文明建造的遍布三角洲入海口的大型核反應堆群。

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圖6:沉積盆地西北至東南方向地層剖面和鈾礦區示意圖(F. Gauthier-Lafaye et al., 1986)

(4)從科學家繪製的沉積盆地西北至東南方向地層剖面和鈾礦區示意圖(圖6)來看,這種聯繫就更明顯了。已發現核反應堆的Oklo-Okelobondo礦區和Bangombe礦區恰好都在三角洲前緣亞相附近。

(5)按此推測,在Bangombe和Oklo之間沿與反應堆同一年代的三角洲前緣亞相地帶,應該能找到更多的小反應堆。

當然找尋反應堆是不容易的。由於單個反應堆的尺寸不大,鑽孔方位差一點都可能會錯失機會。而且,反應堆所在區域未必一定伴隨鈾礦區,這就更增加了找尋的難度。圖7就是這種難度的說明,在直線200米範圍以尋找鈾礦為目的的地下環境測量型勘探中,碰到核反應堆確實需要好運氣。要尋找反應堆的話,此200米範圍還需要從新勘探。

7. 圍繞史前核反應堆的奇蹟

所有的證據都指向唯一的可能:位於加蓬的遠古核反應堆是史前文明的遺蹟。

其實,《轉法輪》中提到的多個史前文明遺蹟都不難證實,甚至已有證據。

另外,圍繞加蓬史前核反應堆還存在幾個驚人的奇蹟。

(1)反應堆在地下歷經近20億年仍保存完好

在地下越深,溫度越高壓力越大。如果地下環境溫度超過200攝氏度,岩石就會發生變質(metamorphism),致使岩石的形態改變。研究發現,反應堆區域埋入地下10幾億年間最大溫度為180-190/200攝氏度,恰好在岩石變質的溫度邊緣[5][9]。而FA地層底部已經由於高溫開始發生變質[5]。只要埋藏再深一點兒,溫度再高一點兒,反應堆區域就無法保持現在的面目了。

反應堆所在的Francevillian盆地沉積地層的變形之小和地層保存之好讓許多研究人員嘖嘖稱奇。

(2)鈾235豐度測試

反應堆能被發現,源於Oklo露天鈾礦在開採2年後,法國一家鈾燃料處理廠內對鈾原料的一次鈾235豐度(鈾235/鈾238)測試。測試結果顯示鈾235豐度異常,從而掀起了逐步深入的調查,最終發現了核反應堆。這個測試發現其實是很偶然的,這是因為:

• 此前科學界發現地球上甚至整個太陽系中的鈾豐度都是固定的比率0.72%。完全沒有必要去關注原料的鈾235豐度。即使要測此值,在鈾礦勘探時測量就行了。

• 鈾礦進口兩年都沒關注過原料鈾235豐度(後來才從之前開採的部份鈾礦存留樣品中也發現存在異常)。發現核反應堆後,科學界才號召各國把鈾原料的鈾235豐度列為常規測試[16]。

• 恰好測量的鈾來自於含鈾多體積大的1號、2號反應堆的局部和周邊礦的混合料。即使這樣,兩個測試值(0.70%、0.71%)和標準值0.72%也並無大差異,測量人員沒有把它們視作測量誤差而忽視掉體現了強大的責任心。

這個測試發現是命運的再一次眷顧。

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圖7:Bangombe的BA145(BAX3)反應堆附近的鑽孔剖面透視圖

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圖8:Oklo-Okelobondo礦區剖面透視圖(Régis Bros et al., 2003)

(3)Oklo鈾礦和反應堆的位置

Oklo礦區和反應堆原來都埋在300米厚的FB地層下。在此深度,即使能發現這個鈾礦,也只能進行地下開採。如果是這樣,發現反應堆的機會就很小了。然而巧合的是,Oklo礦區西部邊緣的一小塊變質岩基礎地塊奇蹟般的鑽出地層,被稱為Mounana地壘(Mounana basement horst)(圖5)。這個小地塊的上行精準的拱起了Boyindzi、Mounana、Oklo、和Okelobondo四個鈾礦區。Oklo核反應堆被拱起後,成了圖8的形狀[8] [9](圖中反應堆上方的FB土層已被挖開)。這種拱起才使礦區和反應堆處於極易被發現和被發掘的位置上。

更巧合的是,這個Mounana地壘拱起地層的力量正正好好。如果力量再大一點兒,就會把反應堆擠變形/破碎。在Oklo北邊一點的Mounana鈾礦區在這種擠壓力下已發生嚴重變形[5]。如果力量再小一些,就無法拱起礦區和反應堆到地表附近。

可以看到,只要在Mounana地壘的意外出現、它的精準位置、擠壓力量,這三個變量上差一點兒,Oklo反應堆都難於被發現,或變得面目全非。

Oklo核反應堆能被發現完全是一個奇蹟!

(4)神秘「消失」的地層

如果覺得前面幾個奇蹟還不夠驚人,最後再介紹一個。為了說清這個奇蹟,我們先列舉幾個相關的科學研究和地質發現及推理。

• 科學界認為,鈾礦地層約20億年前後沉入地下最深達約4000米,約2.6億年前才隨基礎地層從地下深處浮上來[8][9]。

• 這樣說來,FA-FE沉積地層上面應該還有2000-3000米的沉積地層(這也是科學界認同的)。

• 然而現在FA-FE地層上只有於中生代即2.5億年-6500萬年前(有另外研究認為是新生代的始新世時期即5500-3700萬年前)形成的一層很薄的地層(Stanley Pool)[9],再加上盆地東部於新生代的6500-260萬年之間形成的一片Bateke高原[13]。整個Francevillian盆地及周邊,沒有其它古沉積地層的遺蹟(圖5、圖9)。

當把以上幾點聯繫在一起看時,問題就出現了:FA-FE地層上面的那2000-3000米厚的地層哪兒去了?就算被風化也不可能如此平整的像掀掉面紗一樣消失啊?整個盆地及周邊區域竟然沒有遺留那個「消失」地層的任何痕跡?這簡直是神跡啊。

當把本文描述的所有奇特現象擺在一起時就會發現,在加蓬的遠古核反應堆不只是史前文明的遺蹟,而且是史前遺留的奇蹟。

8. 附:鈾235核裂變反應的基礎知識

當用一個中子轟擊鈾235原子核時,它就會分裂成兩個質量較小的原子核,同時釋放出2-3個中子和巨大的能量。如果釋放的2-3個中子至少有一個能擊中附近的鈾235原子核,就能使核裂變反應持續下去,稱作核裂變鏈式反應。

要使鏈式反應能持續,還要同時滿足許多條件:

(1)慢化劑

鈾235裂變時釋放出的中子能量高速度快,被叫做快中子。多數快中子會像電磁波穿越人體一樣穿過附近的鈾235原子核而不會使它分裂,所以快中子一般不足以引發持續的鏈式反應。科學家發現當快中子穿越慢化劑(如水、石墨)後,飛行速度就會減慢下來成為慢中子,也叫熱中子。這些熱中子就能很容易的撞擊附近的鈾235原子核使反應持續下去。所以必須用慢化劑填充在核燃料間隙內才可能使核裂變反應持續。

核燃料間的慢化劑既不能多也不能少。少了不能充份慢化中子,多了會使中子慢化過度。

(2)冷卻劑

運行中核反應堆需要持續流動的冷卻劑及時帶走產生的熱量。不然核反應產生的大量熱會很快的使反應堆在高溫下熔毀。

(3)控制機制

如果裂變的鈾235原子核釋放的2-3個中子平均只有一個擊中附近的鈾235原子核,就會使鏈式反應不增不減的平穩運行下去,稱為臨界狀態。

如果每次裂變平均有超過一個中子擊中附近的鈾235原子核,會使鏈式反應規模迅速擴大,稱為超臨界狀態。在超臨界狀態下,核燃料堆會快速升溫。如果不加以抑制,很快就會使核燃料堆熔毀。如果每次裂變平均有少於一個中子擊中附近的鈾235原子核,會使鏈式反應規模迅速縮小,稱為亞臨界狀態。在亞臨界狀態下,鏈式反應會很快停止。

所以為了使核反應持續運行,就要使核反應動態的維持在臨界狀態。在現代核電站中,人們主要通過頻繁調節插入核燃料間的中子吸收材料的面積和調整冷卻水流來動態的維持臨界狀態。

(4)豐度和濃度

要發生核反應,鈾235的豐度(鈾235/總鈾)和鈾的濃度都要達到一定比例。簡單的說就是鈾235要足夠多。

(5)中子毒物

許多化學元素的某些同位素能夠劇烈吸收中子,使剩下的熱中子不足以使鈾235核反應達到臨界,甚至使其停止。大家把這些物質稱為中子毒物。中子毒物吸收中子後,會最終變為不能強烈吸收中子的其它元素,這個過程被稱為中子毒物的消耗。


'圖9:東加蓬大地塊(Jean-Yves Renaud, 2017)'
圖9:東加蓬大地塊(Jean-Yves Renaud, 2017)


註﹕
[1] Alex Meshik, The Workings of an Ancient Nuclear Reactor, in Scientific American, December 2005
[2] A.T. Jakubick, Oklo Natural Reactors:Geological and Geochemical Conditions - a Review, February 1986
[3] F. Gauthier-Lafaye, Time constraint for the occurrence of uranium deposits and natural nuclear fission reactors in the Paleoproterozoic Franceville Basin (Gabon), January 2006
[4] F. Gauthier-Lafaye et al., Natural Fission Reactors of Oklo, in Economic Geology, 1989
[5] F. Gauthier-Lafaye et al., Natural fission reactors in the Franceville basin, Gabon:A review of the conditions and results of a 「critical event」 in a geologic system, 1996
[6] F. Gauthier-Lafaye et al., Les gisements d'uranium du Gabon et les réacteurs d'Oklo, May 1986
[7] Hiroshi Hidaka et al., Geochemical and Neutronic Characteristics of the Natural Fossil Fission Reactors at Oklo and Bangombé, Gabon, September 1997
[8] Keld Alstrup Jensen et al., The Okélobondo natural fission reactor, Southeast Gabon:Geology, mineralogy, and retardation of nuclear-reaction products, January 2001
[9] Lena Zetterstrom, Oklo:A Review and Critical Evaluation of Literature, SKB Technical Report TR-00-17, October 2000
[10] R. Naudet, Oklo:The Fossil Nuclear Reactors (Translation of Chapter 6, 13 and Conclusions), SKB Technical Report 96-14, September 1996
[11] Régis Bros et al., Mobilization and mechanisms of retardation in the Oklo natural reactor zone 2 (Gabon), April 2003
[12] Salah-Eddine Bentridi et al., Criticality of Oklo Natural Reactors:Realistic Model of Reaction Zone 9, in IEEE Transactions on Nuclear Science, February 2013
[13] Jean-Yves Renaud et al., Depositional setting of the 21 Ga Francevillian macrobiota (Gabon):Rapid mud settling in a shallow basin swept by high-density sand flows, 2017
[14] J. C. Ruffenach et al., Isotopic Abundances Measurements a Key to Understanding the Oklo Phenomenon, November 1979
[15] The Guardian (https://www.theguardian.com/news/datablog/2011/mar/14/nuclear-power-plant-accidents-list-rank#data), Nuclear power plant accidents:listed and ranked since 1952, Mar 2011
[16] K. E. Apt, Uranium Mill Monitoring for Natural Fission Reactors, December 1977

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