有没有天然的核反应堆?

宇宙观察记录


好久没有遇到本专业的问题了,作为核电从业者解答下这个问题。

直接答案:天然的核反应堆是可能存在的。

核反应堆是核电站中热量的来源,是核反应发生的场所,核电站中构成反应堆的主要部件有燃料组件、控制棒组件、慢化剂、冷却剂、反射层以及屏蔽层等,发生核反应的确切场所就是燃料组件中的燃料芯块中。

下图所示为燃料芯块

核反应堆各部件的作用

燃料组件是发生核反应的场所;控制棒用来控制核反应的速率以及紧急情况下阻断核反应的进行,也就是紧急停堆用的;慢化剂是慢化中子保证核反应进行的;冷却剂是导出核裂变释放出的反应热的;反射层是将泄露的中子反射回堆芯展平径向功率分布的;屏蔽层是为了减少反应堆周围剂量用的。

图释:以下为堆芯结构

以上各个部件对于商用核电站反应堆来说是必需的,一个都不能少,但是对于天然反应堆来说仅仅需要两个部分就够了:

1、燃料,提供场所;

2、慢化剂,增加核反应的概率。

在非洲加蓬地区的一个铀矿天然的铀矿就凑齐了以上两样,天然的铀矿石就是燃料,雨水就是慢化剂,这也不奇怪,很多型号的大型商用压水堆中用的慢化剂也是普通水。

燃料有了、慢化剂有了,只差中子“点火”了,铀矿石中其实大多数是U238,U238的自裂变释放出的中子就提供了启动中子流。

图释:加蓬铀矿

这样在特定的分布下,天然的核反应堆就运行起来了,当时法国从加蓬地区进口回去铀矿石才发现,这些铀矿石中U235丰度低于正常值是在反应堆中运行过的,而加蓬地区不可能有人工反应堆,推测只能是天然的反应堆。

以上天然运行的反应堆是发生在距今17亿年前的,现存的铀矿不会出现这种天然的反应堆,原因如下

不是任何丰度的核燃料都能保证和反应堆运行的,目前天然的铀矿石中U235的丰度仅为0.72%,大多数是U238,而发生核裂变的主要是U235。U235的半衰期是7亿年,我计算了一下,在17亿年前U235的丰度可以达到3.88%,这相当于现在核电站中核燃料的U235的丰度,所以使用普通的水作为慢化剂完全可以达到临界,也就是雨水也能使其临界,然后运行起来。

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核先生科普


核反应分为核聚变与核裂变,核裂变是人类目前掌握的唯一一种可控核反应,核聚变在宇宙中很常见,就是像太阳一样的恒星。

它们就是天然的核聚变反应堆,通过氢的同位素氘和氚发生反应产生氦核与电子,放出巨大的能量。在几十亿年中向外一刻不停地输送能量。那是否存在天然的核聚变反应堆呢?

目前我们没有发现其存在的实例,但是根据在非洲加蓬一处铀矿中开采出的矿石中的铀235中的含量,科学家推断出在一些铀矿矿脉中在某种情况下会发生自持裂变反应,也就是说,发生了天然的核裂变反应,形成了天然的核反应堆。

这是由一个偶然闯入的中子诱发的,不得不感叹自然的神奇。但是这种天然的反应堆也是一种想象中的巧合,更多的是自然过程,而不是真的有反应堆存在。


深空电报


有,毫无疑问,丰度够了,体积够了,就会自发连续核反应,但不会爆炸因为太分散


星辉650


太阳,所有的恒星都是天然的核反应堆


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