奧克洛天然核反應(yīng)堆是什么東西
奧克洛天然核反應(yīng)堆是什么東西
對(duì)于奧克洛天然核反應(yīng)堆，可能很多朋友都不會(huì)不知道是什么，這是指一種在天然情況下，自發(fā)而成的核反應(yīng)堆，跟人造的核反應(yīng)堆相似。下面是小編分享的奧克洛天然核反應(yīng)堆的介紹，一起來(lái)看看吧。
奧克洛天然核反應(yīng)堆的介紹
非洲中部加蓬共和國(guó)的奧克洛由法國(guó)物理學(xué)家弗朗西斯·佩蘭發(fā)現(xiàn)天然核反應(yīng)堆，指在鈾礦層中發(fā)現(xiàn)的鈾的同位素能夠在過(guò)去自然發(fā)生自持核連鎖反應(yīng)的一種現(xiàn)象。1956年日裔美籍物理學(xué)家黑田和夫預(yù)言了在某種條件下存在天然核反應(yīng)堆的可能性。發(fā)現(xiàn)的天然核反應(yīng)堆的自然條件與預(yù)言非常相似。
奧克洛是目前世界上唯一確認(rèn)的曾經(jīng)自然發(fā)生自持的核連鎖反應(yīng)的地方，共有16處。從大約20億年以前開(kāi)始反應(yīng)，斷斷續(xù)續(xù)反應(yīng)了幾十萬(wàn)年，在此期間平均輸出功率為100千瓦輸出為3000萬(wàn)伏特。
奧克洛核反應(yīng)堆的說(shuō)法
奧克洛核反應(yīng)堆——科學(xué)家考察 明的說(shuō)法，這些都是有缺陷的推論，真相是： 1972年，法國(guó)從非洲加蓬共和國(guó)進(jìn)口一些鈾礦石，準(zhǔn)備用于核工業(yè)。這些鈾礦石產(chǎn)于奧克洛地區(qū)，但是，經(jīng)過(guò)同位素分析后發(fā)現(xiàn)，U235的平均濃度竟然只有0.62%，比U235的正常濃度0.72%低得多。為了研究這一特殊現(xiàn)象，科學(xué)家們到分布為帶狀的奧克洛鈾礦區(qū)的各點(diǎn)取樣，然后做同位素分析，又發(fā)現(xiàn)了濃度低于0.3%的貧化鈾(U235濃度小于其天然濃度0.72%的鈾)。通過(guò)認(rèn)真的科學(xué)研究后發(fā)現(xiàn)，在20億年前，由于地質(zhì)的變遷，有水滲入到奧克洛鈾礦區(qū)，從而引發(fā)了奧克洛鈾礦中的鈾進(jìn)行了天然的自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)，從而使奧克洛鈾礦區(qū)U235的濃度值嚴(yán)重低于正常值。這是人們發(fā)現(xiàn)的一例天然(并非人造)核反應(yīng)堆，被稱之為奧克洛現(xiàn)象。
通常人們以為，在地球上，只有人類建造的“核反應(yīng)堆”?？墒牵诜侵尬骱０兜募优罟埠蛧?guó)奧克洛鈾礦，法國(guó)工程師鮑齊奎斯發(fā)現(xiàn)了奇異的情況。他在1972年6月，對(duì)這里的礦石作出了分析，結(jié)果令科學(xué)界大吃一驚。經(jīng)過(guò)對(duì)鈾礦中一種鈾的同位素鈾235進(jìn)行常規(guī)分析，結(jié)果顯得異乎尋常：天然鈾235的含量，比他過(guò)去測(cè)量所得的數(shù)值低。這個(gè)數(shù)據(jù)表明，幾十億年前，這里的鈾235可能已燃燒過(guò)。
科學(xué)解釋奧克洛核反應(yīng)堆
對(duì)于奧克洛現(xiàn)象，科學(xué)家們?cè)缭?0年代就有預(yù)言，比如，中國(guó)著名的科
核反應(yīng)堆 學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員侯德封先生，在60年代就明確指出，由于U235的放射性半衰期，也就是U235在放射性衰變過(guò)程中，原子核的數(shù)目或U235的濃度，減少到原來(lái)數(shù)目的一半時(shí)，所需要的時(shí)間大約為7億年，因此，現(xiàn)在天然U235的正常濃度為0.72%，但是在幾十億年前，也就是地球形成后的幾十億年中，鈾礦中U235的濃度卻遠(yuǎn)高于今天的濃度，也就是天然的濃縮鈾，如果自然條件具備的話，就會(huì)發(fā)生天然的自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)。 國(guó)外科學(xué)界的同行們也相繼作出了同樣的預(yù)見(jiàn)，美國(guó)的一些科學(xué)家明確指出，20億年前的鈾礦石中U235的濃度足以產(chǎn)生天然連鎖反應(yīng)，并且明確地給出了天然鈾礦發(fā)生天然自持鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)的條件。很快，在1972年，科學(xué)家們的預(yù)見(jiàn)被證實(shí)了。
核反應(yīng)堆有什么用途
核裂變時(shí)既釋放出大量能量、又釋放出大量中子。核反應(yīng)堆有許多用途，但歸結(jié)起來(lái)，一是利用裂變核能，二是利用裂變中子。核能主要用于發(fā)電，但它在其它方面也有廣泛的應(yīng)用。例如核能供熱、核動(dòng)力等。
核能供熱是廿世紀(jì)八十年代才發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，這是一種經(jīng)濟(jì)、安全、清潔的熱源，因而在世界上受到廣泛重視。在能源結(jié)構(gòu)上，用于低溫(如供暖等)的熱源，占總熱耗量的一半左右，這部分熱多由直接燃煤取得，因而給環(huán)境造成嚴(yán)重污染。在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，近70%的能量是以熱能形式消耗的，而其中約60%是120℃以下的低溫?zé)崮?，所以發(fā)展核反應(yīng)堆低溫供熱，對(duì)緩解供應(yīng)和運(yùn)輸緊張、凈化環(huán)境、減少污染等方面都有十分重要的意義。核供熱是一種前途遠(yuǎn)大的核能利用方式。核供熱不僅可用于居民冬季采暖，也可用于工業(yè)供熱。特別是高溫氣冷堆可以提供高溫?zé)嵩?，能用于煤的氣化、煉鐵等耗熱巨大的行業(yè)。核能既然可以用來(lái)供熱、也一定可以用來(lái)制冷。清華大學(xué)在五兆瓦的低溫供熱堆上已經(jīng)進(jìn)行過(guò)成功的試驗(yàn)。核供熱的另一個(gè)潛在的大用途是海水淡化。在各種海水淡化方案中，采用核供熱是經(jīng)濟(jì)性最好的一種。在中東、北非地區(qū)，由于缺乏淡水，海水淡化的需求是很大的。
核能又是一種具有獨(dú)特優(yōu)越性的動(dòng)力。因?yàn)樗恍枰諝庵?，可作為地下、水中和太空缺乏空氣環(huán)境下的特殊動(dòng)力;又由于它少耗料、高能量，是一種一次裝料后可以長(zhǎng)時(shí)間供能的特殊動(dòng)力。例如，它可作為火箭、宇宙飛船、人造衛(wèi)星、潛艇、航空母艦等的特殊動(dòng)力。將來(lái)核動(dòng)力可能會(huì)用于星際航行?，F(xiàn)在人類進(jìn)行的太空探索，還局限于太陽(yáng)系，故飛行器所需能量不大，用太陽(yáng)能電池就可以了。如要到太陽(yáng)系外其他星系探索，核動(dòng)力恐怕是唯一的選擇。美、俄等國(guó)-直在從事核動(dòng)力衛(wèi)星的研究開(kāi)發(fā)，旨在把發(fā)電能力達(dá)上百千瓦的發(fā)電設(shè)備裝在衛(wèi)星上。由于有了大功率電源，衛(wèi)星在通訊、軍事等方面的威力將大大增強(qiáng)。1997年10月15日美國(guó)宇航局發(fā)射的“卡西尼”號(hào)核動(dòng)力空間探測(cè)飛船，它要飛往土星，歷時(shí)7年，行程長(zhǎng)達(dá)35億公里漫長(zhǎng)的旅途。
核動(dòng)力推進(jìn)，主要用于核潛艇、核航空母艦和核破冰船。由于核能的能量密度大、只需要少量核燃料就能運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，這在軍事上有很大優(yōu)越性。尤其是核裂變能的產(chǎn)生不需要氧氣，故核潛艇可在水下長(zhǎng)時(shí)間航行。正因?yàn)楹藙?dòng)力推進(jìn)有如此大的優(yōu)越性，故幾十年來(lái)全世界己制造的用于艦船推進(jìn)的核反應(yīng)堆數(shù)目已達(dá)數(shù)百座，超過(guò)了核電站中的反應(yīng)堆數(shù)目(當(dāng)然其功率遠(yuǎn)小于核電站反應(yīng)堆)?，F(xiàn)在核航空母艦、核驅(qū)逐艦、核巡洋艦與核潛艇一起，已形成了一支強(qiáng)大的海上核力量。
核反應(yīng)堆的第二大用途就是利用鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)中放出的大量中子。這方面的用途是非常多的，我們這里僅舉少量幾個(gè)例子。我們知道，許多穩(wěn)定的元素的原子核如果再吸收一個(gè)中子就會(huì)變成一種放射性同位素。因此反應(yīng)堆可用來(lái)大量生產(chǎn)各種放射性同位素。放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)上的廣泛用途現(xiàn)在幾乎是盡人皆知的了。還有，現(xiàn)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)和科研中經(jīng)常需用一種帶有極微小孔洞的薄膜，用來(lái)過(guò)濾、去除溶液中的極細(xì)小的雜質(zhì)或細(xì)菌之類。在反應(yīng)堆中用中子轟擊薄膜材料可以生成極微小的孔洞，達(dá)到上述技術(shù)要求。利用反應(yīng)堆中的中子還可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體材料。我們知道在單晶硅中必須摻入少量其他材料，才能變成半導(dǎo)體，例如摻入磷元素。一般是采用擴(kuò)散方法，在爐子里讓磷蒸汽通過(guò)硅片表面滲進(jìn)去。但這樣做效果不是太理想，硅中磷的濃度不均勻，表面濃度高里面濃度變低?，F(xiàn)在可采用中子摻雜技術(shù)。把單晶硅放在反應(yīng)堆里受中子輻照，硅俘獲一個(gè)中子后，經(jīng)衰變后就變成了磷。由于中子不帶電、很容易進(jìn)入硅片的內(nèi)部，故這種辦法生產(chǎn)的硅半導(dǎo)體性質(zhì)優(yōu)良。利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子可以治療癌癥。因?yàn)樵S多癌組織對(duì)于硼元素有較多的吸收，而且硼又有很強(qiáng)的吸收中子能力。硼被癌組織吸收后，經(jīng)中子照射，硼會(huì)變成鋰并放出α射線。α射線可以有效殺死癌細(xì)胞，治療效果要比從外部用γ射線照射好得多。反應(yīng)堆里的中子還可用于中子照相或者說(shuō)中子成像。中子易于被輕物質(zhì)散射，故中子照相用于檢查輕物質(zhì)(例如炸藥、毒品等)特別有效，如果用x光或超聲成像則檢查不出來(lái)。
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