核反應堆都要將鈾濃縮，十幾億年前加彭核反應堆是怎麼開動的？

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核反應堆都需要將鈾礦濃縮嗎？其實不一定哦，需要濃縮鈾有幾種方式，比如輕水反應堆，還有核潛艇用的高濃度濃縮鈾核反應堆，或者原子彈或者氫彈中的裂變材料，但有一種核反應堆並不需要高濃縮鈾，甚至直接用鈾礦石，它叫做：重水反應堆

重水反應堆

我們得先來了解下什麼叫做裂變，要不然無論是輕水堆還是重水堆都有點雲裡霧裡，我們常見的核燃料就是U-235，也就是92號鈾元素的235核子數的同位素，238的不容易裂變，而用鈽造價非常昂貴，沒有人會用它來發電，因此你看到核燃料第一反應是U-235肯定沒錯。

U-235的原子核有92個質子和143箇中子，在這種高核子數的原子核內部非常不穩定，不僅會透過α衰變釋放出一個α粒子（氦四原子核）成為元素釷，當然這個半衰期也有點久，大約7億年！還能透過中子的轟擊產生裂變！而且裂變的過程又會放出多箇中子，繼續轟擊其他鈾原子核，產生鏈式反應的效果。

衰變和裂變都能產生能量，但衰變能量比較低，比如U-235的α粒子衰變只釋放出4。679MeV的能量，但自發分裂則能產生202。48MeV的能量。而用來轟擊U-235鈾原子核的中子有兩種，一種是快中子，另一種是慢中子，U-235在受到慢中子轟擊時裂變效率比較高，因此需要將裂變時放出的快中子降低速度，而這個減速劑的選擇就比較重要了，我們常說的輕水反應堆和重水反應堆的含義就是減速劑不一樣！當然兩者對核燃料的濃度也有很大的區別。

重水就是氫的同位素氘和氧結合後的一氧化二氘，一般用D2O來表示，可以讓中子減速，而且經過其減速的熱中子吸收介面小，因此重水反應堆可以使用濃度極低的鈾燃料，甚至直接使用鈾礦石，當然沒有人會用如此暴力操作，畢竟更換鈾礦石也是非常麻煩的一件事。

我國採集的第一塊鈾礦石，於1954年採自廣西

而輕水反應堆則使用普通的水作為中子減速劑，當然這個普通的水可不是自來水，水質要求極高，需要經過一個處理流程，但和重水的成本相比，基本就是自來水的價格啦。但輕水的中子減速效率並不是很好（輕水慢化比70，重水慢化比2000），因此經過輕水減速後合適的熱中子比例不高，它需要濃度更高的核燃料才能持續裂變釋放能量。

似乎聽起來重水反應堆完美哈，但事實上全球輕水反應堆裝機容量超過90%以上，重水反應堆就那麼幾個！這是為什麼？因為重水反應堆可以生產鈽燃料，U-235裂變會產生中子2-3個，除了維持自持裂變外這些被重水減速後的中子可以用來轟擊U-238（無法作為核燃料）產生Pu-239（鈽-239），平均裂變一個U-235的原子可以得到0。8個鈽原子，這效率相當可以，還可以用來生產聚變材料氚！

鈽-239可以用來幹什麼？當然是原子彈啦，還有氧化鈽還是核電池的重要來源，因此全球在執行的重水反應堆被IAEA（國際原子能機構）盯得死死的，畢竟這鈽只要幾千克就可以製造一枚原子彈，你說能不讓人緊張嘛？

為什麼加彭鈾礦能形成自然核反應堆？

上文我們說了重水反應堆可以使用極低濃度的鈾-235礦石，因為它用了減速效率極高的重水，但加彭鈾礦的並沒有重水，它只是有水流經過，理論上來看能構成輕水反應堆的結構！但問題來了，輕水反應堆對鈾燃料的濃度要求很高，加彭鈾礦能滿足要求嗎？

上文我們也說了U-235的半衰期是7億年左右，因此在距今17億年時自然界鈾礦中的U-235濃度比現在要高得多，現代鈾礦石中235的濃度大約是0。72%，按7億年的半衰期，那麼在17億年前鈾礦石的的235濃度超過3%，這可是個不小的濃度！我們來模擬一下這個場景：

礦石在衰變時有一定的比例會釋放出中子，撞擊其他U235原子核會導致裂變，並釋放出2-3箇中子，形成基本的鏈式反應，但裂變產生的快中子U-235原子核無法捕獲，因此水的介入就非常有必要了，形成了最為原始的輕水反應堆，儘管它的中子減速能力很差，因此加彭鈾礦的原始反應堆僅能保持比較低的功率，單個反應區域大約在100KW左右（加彭鈾礦有多個天然反應堆）。

加彭鈾礦天然反應堆結構： 1。 核反應區域 2。 砂石 3。 鈾礦層 4。 花崗岩

當然水的另一個功能將熱量帶走，其實在天然核反應堆中有沒有水帶走熱量其實無所謂，畢竟又不是拿來發電，又不是用來取暖，但水的存在是反應堆繼續執行的關鍵。據科學家估計，這個反應堆運行了50萬年之久。