史前文明之谜.核反应堆

跨越20亿年的史前文明 加蓬核反应堆群释疑

作者:奉全
加蓬Franceville盆地西南部三角洲地带分布着史前核反应堆,透露史前文明深不可测之谜。(背景图片来源:pixabay/奉全合成/大纪元)
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谈到非洲中西部的加蓬(Gabon)这个国家,最引人注目的就是它的史前核反应堆。说起它存在的年代,想像一下“20亿年”前,是怎样的一个跨越人类历史的天文数字,它稳定运行了50万年又是怎样的一种科技文明!为何说加蓬史前核反应堆不可能是自然形成的呢?科学家们的研究怎么说道?

1972年,法国的一家铀处理厂发现从加蓬共和国进口的铀矿石中,铀235丰度(*指铀235与总铀含量的比值)异常,认为这些铀矿石曾被利用过。随后科学家们陆续在加蓬的铀矿区发现并确认了15个史前核反应堆。它们包括在Oklo矿区的1~10、13、15~16号反应堆(12和14号区域也发现了反应过的铀,但没找到反应堆),以及附近Okelobondo矿区的RZOKE反应堆,和30公里外Bangombé矿区的BA145反应堆。科学界公认,这些核反应堆有20亿年历史,而且奇迹般地稳定运行了数十万年之久。

图1)加蓬Franceville盆地地质及史前核反应堆位置示意图 (奉全/大纪元)

历史这么悠久的加蓬史前核反应堆是怎么形成的?科学界针对这些史前核反应堆的成因,不愿越雷池一步,先确立“答案”再搜寻“证据”,即先假定这些反应堆是自然形成的,再寻找拼凑支撑“自然形成理论”的证据,对不能纳入“自然形成理论”框架的大量疑点则避而不谈。50年来,虽然科学家们竭尽所能,但仍无法说清这些反应堆从“自然形成”到稳定运行数十万年的机理,提出的假说中存有太多漏洞,无法自圆其说。

有关加蓬史前核反应堆形成说的释疑

1. 为何说加蓬史前核反应堆不可能是自然形成的

加蓬史前核反应堆是“人造”的立论,触碰到现代科学的根基,因此许多科学家出于感情不假思考地拒绝探索此种可能。但是仍有质疑和诸多科学悖论被揭示出来,如美国原子能协会前主席Glenn T. Seaborg博士就曾提出过对“自然形成理论”的质疑:要让核反应堆运行起来,需要满足诸多“精准的”条件。例如:在1952~2011年的59年间,仅现代商用核反应堆就已出现了33次重大事故[1],而“准”事故就更多了。熟悉核反应的人懂得,一点点细微变化都可能使核反应脱离临界状态,导致烧堆或停堆。

在漫长的数十万年间,维持核反应堆正常运作所需的“精准的条件”,诸如:水循环环境、中子毒物存量、脱硅和粘土化、地震、核燃料消耗、堆芯变形、孔隙率等诸多变量不可能不出现变化。试想15个“自然形成”的反应堆如何能全都精确地自适应这些变化而维持临界状态数十万年呢?难道一堆合适浓度的铀燃料埋在地下就可以持续核反应数十万年吗?

还有,在加蓬史前反应堆的前期研究中担任项目组长的法国核物理学家Roger Naudet,虽然支持“自然形成”的假定,然而1996年,他在总结其20年研究成果的《OKLO:化石核反应堆》[2]一书中,也详细描述了大量无法以“自然形成论”解释的现象。不止如此,其他科学家的研究中也不时地发现各种矛盾。

对加蓬史前核反应堆,有哪些“自然形成理论”无法解释的现象呢?下面是从科学文献中摘录列举的几个现象:

1)科学界推断铀矿通过富集(浓缩)形成含铀浓度高的反应堆,那么反应堆应该被周边铀矿所包围。实际上,很多反应堆位于铀矿区的边缘地带,不可能是富集(浓缩)形成的。呈流域形状的铀矿区平面倒更像是含铀溶液扩散形成的。

图2)Oklo-Okelobondo反应堆(*黑点标示处)与铀矿分布示意图:铀矿分布呈流域状而非围绕反应堆呈浓缩状分布。(奉全/大纪元)

2)更奇怪的是,如果史前反应堆是自然形成的,核反应堆和周边铀矿的含铀浓度应该过渡平缓。实际上区域间的这种浓度过渡存在跳跃性的突变[14]。

图3)二号反应堆铀浓度分布区间示意图:区间的铀浓度过渡非常突兀,不符合自然形成状态。(奉全/大纪元)

3)科学界推断富氧水溶解了FA地层底部的含铀圆砾岩,然后含铀富氧水上升碰到来自FB地层的有机物,发生还原反应析出铀化合物成矿并逐渐富集(浓缩)成高浓度的核反应堆。按这种假设推理,铀矿和反应堆应该出现在FA和FB地层交界面。然而实际情况并非如此,不仅铀矿和反应堆全都形成于离FA/FB交界面数米远的地方,而且科学家们在FA地层底部仔细查找后,竟完全没有找到铀矿源的任何踪迹(见[4]- Formation of the Uranium Deposits一节)。也就是说,“自然形成理论”的理论基础其实都是不存在的。

图4)史前核反应堆群铀矿示意图:“自然形成论”推论的史前核反应堆和铀矿应该形成于FA/FB地层交界面。实际情况是铀矿和反应堆都出现在离FA/FB交界面数米远的地方。(奉全/大纪元)

4)更奇怪的是,在最大的1~6号(包括15号)反应堆附近的有机物含量很少[2],和“自然形成理论”中的有机物还原说完全背道而驰。

5)科学界推断反应堆只可能在地下深处形成和运行,可是又存在诸多说明反应堆在地表附近运转的证据(例如文献[2]-第38页)。篇幅有限就不展开解释了。

6)为了解释9号堆的自发启动条件,核物理学家在2003年创建了非常理想化的研究模型[9],但即使这样也只能勉强解释9号堆的自发启动条件,无力解释其它几个小反应堆的自发启动。除了用中子源人为“点火”外,似乎没有其它办法能启动它们。

7)在对流(moderator density)、产汽(void effect)和蒸汽压力的自然条件作用下,反应堆下部的反应程度必然会远远地超出上部。矛盾的是,从几个反应堆的纵向核反应分析曲线看[6][12],只有少数反应堆的下部比上部发生的核反应略多,反而有的反应堆上部的核反应程度却远超下部。这说明反应堆的原始构造可能很复杂。

图5)“自然形成论”假想的核反应周期循环示意图,及反应堆上部和下部的核反应程度比较。(奉全/大纪元)

8)自然条件下,反应堆堆芯在热水流中的脱硅程度应远大于外部。可是实际情况并非如此,比如7~9号反应堆堆芯内的砂岩脱硅不完全,甚至在堆芯内发现有几乎未脱硅的砂岩块,然而,7~9号反应堆上方约有120立方米砂岩被脱硅成粘土[2]。这似乎说明反应堆曾存在壳体。(注:脱硅指含硅岩石在热水流中发生硅流失,逐渐体积收缩到粘土化的过程)

9)包覆多数反应堆堆芯的粘土圈内层的主要成分是富镁绿泥石粘土,这层粘土的镁含量远远高于堆芯和周边区域[6][10][11]。科学已知富镁绿泥石一般生成于沸腾蒸发环境或风化环境。那么从上面的特点看,粘土圈内层好像是发生沸腾的地方(就如电水壶的内底面),也就是说,粘土圈内层和堆芯之间可能曾经存在过壳体。

图6)史前反应堆富镁绿泥石粘土层图示:沸腾作用渐渐形成富镁绿泥石粘土,粘土圈内层和堆芯之间可能曾经存在过壳体。(奉全/大纪元)

10)各个反应堆都存在上方砂岩脱硅后引发塌陷现象,再加上地震作用,这些反应堆在自然条件下怎么可能稳定运行50万年?和反应堆上方的脱硅塌陷相比,下面土层的脱硅更奇葩。下方土层脱硅后体积缩小形成空穴,按理说脱硅后疏松的反应堆芯应该逐渐从中心碎裂下沉,实际上不仅没有出现此种情况,反而发现多个反应堆上方的土层绕过反应堆滑入下方空穴的现象[10]。似乎反应堆不只曾经存在类球状壳体而且还挺坚固。

图7.1)史前反应堆是自然形成的假设图示:应该看到破碎的反应堆芯沉入下方空穴。(奉全/大纪元)
图7.2)史前反应堆现场实况图示:疏松的反应堆芯不但没有碎裂下坠,而且上方的黏土绕过反应堆滑入下方空穴。(奉全/大纪元)

11)文献[2]的第91页陈述了科学研究发现,要想使核反应持续,这些反应堆从始至终(数十万年间)都需要维持在40%的内部孔隙率,然而在自然条件下这是完全不可能存在的。40%的孔隙率与沙子无异,可是实际上,所谓“自然形成”的反应堆是由比沙子质地更细密的砂岩构成,即使假设在核反应开始前就已不可思议地脱硅达到40%的孔隙率,在持续脱硅的数十万年间如何保持孔隙率不变?现实情况是,脱硅现象不只会使反应堆的孔隙率持续变化,而且脱硅还持续改变了反应堆及周边的形状和构造,文献[2]第49页就描述了脱硅现象和反应堆稳定运行间的矛盾。

12)前一个矛盾现象也点出了本文开篇谈过的“自然形成理论”最大的矛盾:在漫长的数十万年间,水循环环境、中子毒物存量、脱硅和粘土化、地震、核燃料消耗、堆芯变形、孔隙率等诸多变量必然会发生不小的变化。而一点点细微的变化都可能使反应堆脱离临界状态导致烧堆或停堆,那么除非在人造环境下运行,否则15个史前反应堆绝无可能稳定运转数十万年之久。

以上矛盾现象仅是举例而已,“自然形成理论”无法解释的现象太多了,以至于称其千疮百孔并不过分。

可叹的是,对于大量的矛盾现象,许多科学家都视而不见。比如法国核物理学家Roger Naudet在《OKLO:化石核反应堆》(第6、13章和结论的英文翻译稿)[2]的第87页的最后说:“尽管7~9号反应堆存在许多(无法解释)的问题,我们的假想为(将来)解释大多数特异现象提供了空间。”我们看到,Roger Naudet先生此时不是在科学上探讨各种可能性,而是在阐述他对“自然形成理论”的坚定信仰。仅从本文摘录的矛盾现象来分析和推测,就足以发现这些史前反应堆不是自然形成的,而是有外壳、有管路、结构精巧的大型核反应堆群。

2. 为何大型核反应堆群在三角洲上被发现?

当我们以史前文明的视角来观察,会发现这些反应堆的布局非常合理。科学研究早就发现Oklo-Okelobondo和Bangombe反应堆群所在的地层是三角洲区域(如[4][5][15])。

法国科学家François Gauthier-Lafaye在其编著的《加蓬的铀矿藏及Oklo核反应堆 – 1986》[3]一书107页的图51中明确绘出了Oklo-Okelobondo和Bangombe核反应堆的史前位置,是在三角洲前缘地带。这恰是供水充足、平缓的广阔浅水地带,正适合于建造反应堆。

图8)Oklo-Okelobondo和Bangombe核反应堆史前位置的剖面概念图(奉全/大纪元)
图9)Oklo-Okelobondo和Bangombe核反应堆史前位置的平面概念图(奉全/大纪元)

史前文明的思路推测,相距30公里的Oklo-Okelobondo和Bangombe反应堆不可能是孤立的。在20亿年前的三角洲前缘地带,应该还有更多的小反应堆构成一个大型的核反应堆群。Oklo和Bangombe反应堆都在盆地的翘起边缘地区被发现,它们的位置比较容易被找到和发掘研究。已经发现的这些史前反应堆的尺寸都不大,直径只有几米到十几米。因而,想进一步发掘核反应堆群,需要于盆地地表下350~1000米的深层进行密集的钻孔勘探,但是这样的勘探研究需要大量的资金、设备和人力,或许未来能有所突破。

3. 为什么说史前核反应堆的发现本身就是奇迹?

围绕着加蓬史前核反应堆的发现还存在几个奇迹,就像是鬼使神差一般:

(1)铀235丰度测试

法国一家铀燃料处理厂对进口铀原料的测试发现铀235丰度(指铀235与总铀含量的比值)异常,导致发现了这些史前核反应堆。这个测试发现其实是非常偶然的,这是因为:

• 此前科学界发现地球上甚至整个太阳系中的铀235丰度都是固定比率的0.72%,在当时来说,矿石的铀235丰度都是一个固定值,完全没有必要去关注原料矿石的铀235丰度。即使要检查数此值,在铀矿勘探时测量就行了,于采矿后关注矿石原料丰度有点无厘头。

• 这个铀燃料处理厂在Oklo铀矿进口的两年间从没认真关注过原料铀235丰度,后来才发现之前进口的Oklo铀矿石存留样品也存在丰度异常,但在之前的检测中都被忽略掉了。发现问题时的丰度测试值0.717%和标准值0.720%差异很小[13],如果换一个测试人员可能也会把它们视作测量误差而忽略掉了。若非当时的值班测试人员较真,根本就不会有此发现。实际上,发现史前核反应堆后,科学界才号召各国把铀原料的铀235丰度列为常规测试[8]。

• 从图2可以看到,这些反应堆在整个矿区的体积占比很微小,当时被测的铀矿石来自于含铀多、体积大的1号、2号反应堆和周边矿的混合料,才使混料后的铀235丰度比之标准值有少许差异。如果换一批原料取样检查铀235丰度,恐怕就难以发现这些反应堆了。

(2)反应堆在地下历经近20亿年仍保存完好

反应堆所在的Francevillian盆地远古沉积地层的变形之小和地层保存之好很罕见,这让许多地质和考古研究人员啧啧称奇。

在地下越深,温度越高压力越大。如果地下环境温度超过200摄氏度,岩石就会发生形态变质(metamorphism),比如石灰石变质成大理石。研究发现,反应堆区域埋入地下十几亿年间的最大温度在180~200摄氏度之间,恰好在岩石变质的温度边缘[6][7]。只要埋藏再深一点儿,温度再高一点儿,反应堆区域就无法保持现在的面目了。研究发现,在反应堆下方FA地层底部的岩石已经开始发生变质反应[6]。

(3)Oklo铀矿和反应堆地块边缘被拱起

Oklo矿区和史前反应堆原来都埋在三百多米厚的FB地层下。在此深度,即使能发现这个铀矿,也只能进行地下开采。如果是这样,发现反应堆的机会就更小了。然而巧合的是,Oklo矿区西部边缘的很小的一块太古变质岩基础地块奇迹般地拱出地层(见图1),被称为Mounana地垒(Mounana Basement Horst)。这个小地块精准地拱起了毗邻的Boyindzi、Mounana、Oklo和Okelobondo四个铀矿区,使Oklo矿区和反应堆处于易被发现和发掘的位置上[5] [7](见下图10 左上角的示意,图中反应堆上方的FB土层已被挖开。)

图10)Oklo-Okelobondo被Mounana地垒拱起示意(奉全/大纪元)

这个Mounana地垒拱起地层的力量刚刚好好。如果力量再小一些,就无法拱起矿区和反应堆到地表附近。如果力量再大一点儿,就会把1~6号反应堆过高拱起而提前风化掉,导致这些反应堆难以被发现,或者会把反应堆挤压变形或破碎。在Oklo北边一点的Mounana铀矿区在这种挤压力道下已发生严重变形[6]。

加蓬史前核反应堆充满了奇迹和未知,等待着世人去进一步探索。

引用文献:
[1] 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
[2] R. Naudet, Oklo:The Fossil Nuclear Reactors (Translation of Chapter 6, 13 and Conclusions), SKB Technical Report 96-14, September 1996
[3] F. Gauthier-Lafaye et al., Les gisements d’ uranium du Gabon et les réacteurs d’ Oklo, May 1986
[4] F. Gauthier-Lafaye, Time constraint for the occurrence of uranium deposits and natural nuclear fission reactors in the Paleoproterozoic Franceville Basin (Gabon), January 2006
[5] Keld Alstrup Jensen et al., The Okélobondo natural fission reactor, Southeast Gabon:Geology, mineralogy, and retardation of nuclear-reaction products, January 2001
[6] 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
[7] Lena Zetterstrom, Oklo: A Review and Critical Evaluation of Literature, SKB Technical Report TR-00-17, October 2000
[8] K. E. Apt, Uranium Mill Monitoring for Natural Fission Reactors, December 1977
[9] Salah-Eddine Bentridi et al., Criticality of Oklo Natural Reactors: Realistic Model of Reaction Zone 9, in IEEE Transactions on Nuclear Science, February 2013
[10] A.T. Jakubick, Oklo Natural Reactors: Geological and Geochemical Conditions – a Review, February 1986
[11] F. Gauthier-Lafaye et al., Natural Fission Reactors of Oklo, in Economic Geology, 1989
[12] Hiroshi Hidaka et al., Geochemical and Neutronic Characteristics of the Natural Fossil Fission Reactors at Oklo and Bangombé, Gabon, September 1997
[13] Alex Meshik, The Workings of an Ancient Nuclear Reactor, in Scientific American, December 2005
[14] J. C. Ruffenach et al., Isotopic Abundances Measurements a Key to Understanding the Oklo Phenomenon, November 1979
[15] Francis Weber et al., The 2-Ga Eburnean Orogeny in Gabon and the opening of the Francevillian intracratonic basins: A review, April 2016
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责任编辑:古容#

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