核反应堆，一种旨在从核裂变中产生能量的人造机器，自 1942 年以来就已经存在。然而，有些人可能会惊讶地发现，尽管人造核反应堆是在近 80 年前创建的，但在此之前就存在天然核反应堆。事实上，天然核反应堆在全球各个地区的人造反应堆之前就已经存在了数十亿年。尤其是中非加蓬这个国家，曾经拥有16座天然核反应堆。加蓬核反应堆能够产生大约 100 千瓦的能量，足以同时点亮大约 1000 个灯泡。
许多人想知道加蓬核反应堆是如何形成的，以及未来天然核反应堆在地球其他地方形成的可能性有多大。科学家和研究人员能够将有关这些反应堆的一些信息拼凑起来，让我们更好地了解它们的功能。通过看看这些天然核反应堆是如何形成的，我们可以分析未来形成更多核反应堆的潜力，甚至可以从大自然母亲身上学到一两个关于能源生产的教训。
岩石收藏馆馆长 Ludovic Ferrière 在维也纳自然历史博物馆拥有 Oklo 反应堆
原始的全天然能源
加蓬是加蓬共和国的简称，位于中非西海岸。它拥有近 220 万人口，起源于 1800 年代的法国领土。因此，加蓬的主要语言是法语。加蓬于 1960 年与其他几个以前曾是法兰西共同体一部分的非洲国家一起从法国获得独立。
地质学上，加蓬的有趣之处在于它主要由近 20 亿年前的古元古代火成岩和变质岩构成。这个古老的地壳含有宝贵的自然资源，包括镁、铁、铀、黄金和石油。在整个景观中，探险家和研究人员都可以找到古老的地层，例如 1.75 亿年前盘古大陆分离期间形成的充满碳氢化合物的裂谷盆地。加蓬天然核反应堆是近 50 年前偶然发现的另一个古老结构。
1970 年代，矿工们在加蓬东南部地区的奥克洛（Oklo）发现了这 16 座核反应堆，当时他们正在寻找为法国核电站提供动力的铀。铀是用于通过核裂变产生能量的主要元素。在人造核电站中，铀被制成颗粒，用作核反应堆中的燃料。然后将这些铀芯块放入捆绑在一起形成燃料组件的棒中。燃料组件装在反应堆容器内，反应堆容器浸入水中作为冷却剂。
样品被捐赠给了维也纳的自然历史博物馆
在核裂变中，最初的铀原子被分裂，释放出一个中子。然后这个中子撞击其他铀原子，这反过来也分裂了它们。随着更多的神经元分裂出更多的铀原子，这些化学反应会产生热量，然后将热量用于将水变成蒸汽。然后，这些蒸汽用于旋转蒸汽轮机，以生产环保的可再生能源。反应堆容器中浸没的水起到冷却元素和减慢中子的作用，以使反应不会发生得太快。
铀受到核电站的高度追捧，因为与其他元素相比，它能够轻松分裂成更小的原子。当法国矿工在奥克洛发现天然铀时，致电该地区。研究人员注意到，235 U的浓度较低。他们还发现了铯、镅、锔和钚的证据，这些元素通常被视为核反应堆中铀衰变产生的废物。这是第一个表明核裂变可以在地球内自然发生的发现。
Oklo的天然核裂变反应堆：（1）核反应堆区。(2)砂岩。(3)铀矿层。(4)花岗岩
天然核电站的基本要素
随着研究人员开始深入研究加蓬核反应堆中发生的核裂变，他们开始怀疑核裂变是如何如此随意地发生的。在人造核反应堆中，需要水等冷却剂通过降低中子运动的速度来减缓化学反应。减少中子运动会减少铀原子的分裂，从而产生更易于控制的热量和蒸汽。如果没有像水这样的冷却剂，核裂变会发生得如此之快，以至于反应堆容器会变得足够热以熔化、燃烧甚至爆炸。
不受控制的核裂变的一个典型例子是切尔诺贝利灾难，该灾难熔化了反应堆的核心并引发了数次爆炸，导致该地区数人伤亡和严重的放射性污染。由于放射性暴露，后来又发生了几起死亡事件，导致受影响的人患上各种癌症和疾病。
简单的核裂变图
在分析加蓬核反应堆时，科学家们首先意识到，要发生自然核裂变，必须在某一时刻存在明显更高的235 U 浓度才能启动连锁反应。鉴于铀的极高半衰期（7 亿年），这种浓度在发现铀矿石之前近20亿年前就已经存在。在如此高的浓度下，原子会自然碰撞和分裂，从而导致进一步的反应。研究人员认为，这种高浓度的铀很可能是由古代火成岩的风化和高细菌活动共同造成的。
由于235 U 的浓度如此之高，因此需要某种类型的冷却剂来控制反应并防止它们在矿井内引起爆炸。据信，奥克洛以前有大量的水，这些水在 20 亿年前可以作为矿山的天然冷却剂。这将防止随着时间的推移在矿井内发生任何无法控制的反应。
对一些科学家来说，加蓬核反应堆最吸引人的地方并不是它们曾经产生过核能。最有趣的事实是，测试并未显示该地区存在高放射性的证据。曾经有毒的铯和钚现在已经衰变成对人类无害的钡。该地区的野生动物也没有受到放射性照射的迹象，这自然会出现在 16 个天然核反应堆周围。关于加蓬核反应堆的这一发现表明，随着时间的推移，大自然已经找到了一种自然地消除该地区显着放射性的方法，科学家们正在迅速尝试从中吸取教训。
奥克洛天然核反应堆周围的地形表明，位于一层基岩之上的地下水可能是能够自发裂变的富铀矿石的必要成分
一系列不幸的核事件
研究人员认为，加蓬核反应堆在近 20 亿年前形成后，已经运行了超过 100 万年。反应堆本来可以在水下正常运行，直到水最终由于核反应产生的高热而蒸发。这与人造反应堆中发生的反应相同，只是水被循环利用而不是完全蒸发掉。
大约一百万年后，先前高浓度的235 U 将显着耗尽。在这一点上，反应堆很可能停止积极生产能量。虽然天然反应堆已经关闭，但由于周围粘土和碳质物质的保护，它们奇迹般地保存了数百万年。这些物质保护反应堆免受高氧源的影响，这些高氧源会腐蚀或溶解过去几百万年的所有核反应痕迹。
关于加蓬天然核反应堆的未来，法国矿工继续提取剩余的铀用于人造核反应堆。如今，这些矿山的大部分可用铀已经耗尽，这消除了反应堆在未来某一天产生更多能量的任何机会。科学家们现在称这些地区为“化石”天然核裂变反应堆，因为它们不再起作用，但仍包含证明其先前产生能量的能力的证据。
Francois Gautier-Lafaye 教授 于 1997 年在 Oklo 铀矿（加蓬）向一群瑞士记者展示 10 号天然核反应堆的接触区
自然能源能否卷土重来？
尽管加蓬核反应堆现在已经开采了所有可用的铀，但矿工们已采取措施进行矿山复垦。矿山复垦是通过将矿区恢复到原始状态来最大限度地减少采矿对环境影响的人类行为。开垦可能涉及减少侵蚀、稳定斜坡以及修复对当地野生动物的任何影响。随着时间的推移，人们相信矿山复垦可能会导致地球补充自己的资源，尽管矿山复垦的一些影响在我们的有生之年不会看到。许多雷区变成了野生动物栖息地或农田。
对于奥克洛的化石天然核反应堆，矿山复垦仍在进行中。鉴于该地区作为天然核反应堆场址的历史，该地区的计划尚不完全清楚，但科学家们正在该地区积极开展工作，以实施可能的最佳计划。这些复垦计划让一些人质疑这些矿山是否有朝一日会再次开始发电。鉴于目前矿山中的铀浓度非常低，在不久的将来发生任何连锁反应的可能性很小。由于铀是地球上的有限资源，无法制造，因此矿山中的铀浓度也不可能随着时间的推移而增加。
尽管加蓬核反应堆的未来看起来很黯淡，但科学家们承认，地球上其他地方肯定存在其他天然核反应堆。虽然目前还没有发现，但矿工和研究人员未来在各个地区的探索可能会导致发现另一个天然核反应堆。由于海洋中的铀浓度很高（据估计约为“四十亿吨”），一些科学家推测在海底的洋壳中可能存在一些天然核反应堆。
海水将充当天然冷却剂，以防止不受控制的铀分裂，类似于 20 亿年前的加蓬反应堆。鉴于大约 80% 海洋仍未绘制地图和探索，自然核反应堆肯定有可能潜伏在深海的某个地方。
随着可再生能源的进一步研究和实施，铀将继续被开采用于人造核反应堆。核科学家仍在分析核能的长期影响，例如需要处理核废料而不用放射性污染地球。通过使用从加蓬核反应堆收集的信息，科学家们或许能够在未来开发出一种有效且安全的方法来处理这种废物。运气好的话，加蓬核反应堆总有一天会成为如何以环境安全的方式产生核能的一个可实现的例子。