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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。

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 州|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。