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天然核反应堆是指在铀矿层中发现的铀的同位素能够在过去自然发生自持核连锁反应的一种现象。1956年日裔美籍物理学家黑田和夫（英语：Paul Kuroda）预言了在某种条件下存在天然核反应堆的可能性。这种现象由法国物理学家弗朗西斯·佩兰（英语：Francis Perrin）于1972年在非洲加蓬的奥克洛发现。发现的天然核反应堆的自然条件与预言非常相似。

奥克洛是目前世界上唯一已知的曾经自然发生自持的核连锁反应的地方，共有16处。从大约20亿年以前开始反应，断断续续反应几十万年，在此期间平均输出功率为100千瓦。

历史

1953年美国曾有人研究沥青铀矿时做过一个粗略的预测，认为20亿年前，当铀235的丰度是3%时，沉积的铀矿更接近于能运行的反应堆。1956年黑田和夫则进一步预言，如果核反应所需的浓度、可能发生的过去时间以及铀235与铀238的比率都满足的话，自发的核反应可能在自然界发生。但是他并不认为地球上能够找到同时满足这些特殊条件的地方。

1972年6月2日，在法国皮埃尔拉特核燃料再处理厂工作的布兹盖博士（Dr. Bouzigue）用常规的质谱分析法对六氟化铀样本的分析发现，来自奥克洛河附近铀矿中铀235与铀238两种同位素的比例失常，正常情况下，铀235的自然丰度是0.7202±0.0006%，而奥洛克的铀235自然丰度是0.7171±0.0007%，少了约0.003%。为了防止可以用作核武器的铀235被偷窃，法国原子能委员会进行了调查，但是所有的环节都没有发现问题，而且自从1970年开始开采奥克洛铀矿以来，所有来自这里的铀矿样本都显示铀235略少了一点。

进一步调查发现，奥克洛铀矿的矿层中含有30多种核连锁反应的副产物。副产物之一的钕，其同位素钕142不是裂变产生的，从而可以确定奥克洛铀矿中自然钕在核反应开始之前的丰度，进而确定核反应的效果和时间。最后认为由于奥克洛特殊的地质条件导致了从20亿年前开始的天然核反应。

为了做进一步的地质化学调查，奥克洛铀矿的开采在1972年暂停了一段时间。最后在奥克洛发现了14座已经停止了核反应的古反应堆遗址，另外还在奥克洛南边的班贡贝发现了一座。

在非洲和美国科罗拉多的其他遗址也发现了铀235不足的现象，但是都还没有确认它们是天然核反应引起的。

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