1. 原子反應堆是什麼
原子反應堆
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核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現大規模可控制裂變鏈式反應的裝置。
[編輯]核反應堆的類型
根據用途，核反應堆可以分為以下幾種類型：
將中子束用於實驗或利用中子束的核反應，包括研究堆、材料實驗等。
生產放射性同位素的核反應堆。
生產核裂變物質的核反應堆，稱為生產堆。
提供取暖、海水淡化、化工等用的熱量的核反應堆，比如多目的堆。
為發電而發生熱量的核反應，稱為發電堆。
用於推進船舶、飛機、火箭等到的核反應堆，稱為推進堆。
另外，核反應堆根據燃料類型分為天然氣鈾堆、濃縮鈾堆、釷堆；根據中子能量分為快中子堆和熱中子堆；根據冷卻劑(載熱劑)材料分為水冷堆、氣冷堆、有機液冷堆、液態金屬冷堆；根據慢化劑(減速劑)分為石墨堆、重水堆、壓水堆、沸水堆、有機堆、熔鹽堆、鈹堆；根據中子通量分為高通量堆和一般能量堆；根據熱工狀態分為沸騰堆、非沸騰堆、壓水堆；根據運行方式分為脈沖堆和穩態堆，等等。核反應堆概念上可有900多種設計，但現實上非常有限。
[編輯]核反應堆的工作原理
核反應堆是核電站的心臟，它的工作原理是這樣的：
原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾—235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2—3個中子。這裂變產生的中子又去轟擊另外的鈾—235原子核，引起新的裂變。如此持續進行就是裂變的鏈式反應。鏈式反應產生大量熱能。用循環水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發電。由此可知，核反應堆最基本的組成是裂變原子核＋熱載體。但是只有這兩項是不能工作的。因為，高速中子會大量飛散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的機會；核反應堆要依人的意願決定工作狀態，這就要有控制設施；鈾及裂變產物都有強放射性，會對人造成傷害，因此必須有可靠的防護措施。綜上所述，核反應堆的合理結構應該是：核燃料＋慢化劑＋熱載體＋控制設施＋防護裝置。
還需要說明的是，鈾礦石不能直接做核燃料。鈾礦石要經過精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序，製成有一定鈾含量、一定幾何形狀的鈾棒才能參與反應堆工作。
[編輯]核反應堆的用途
核裂變時既釋放出大量能量、又釋放出大量中子。核反應堆有許多用途，但歸結起來，-是利用裂變核能，二是利用裂變中子。
核能主要用於發電，但它在其它方面也有廣泛的應用。例如核能供熱、核動力等。
核能供熱是廿世紀八十年代才發展起來的一項新技術，這是一種經濟、安全、清潔的熱源，因而在世界上受到廣泛重視。在能源結構上，用於低溫(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，因而給環境造成嚴重污染。在我國能源結構中，近70%的能量是以熱能形式消耗的，而其中約60%是120℃以下的低溫熱能，所以發展核反應堆低溫供熱，對緩解供應和運輸緊張、凈化環境、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大的核能利用方式。核供熱不僅可用於居民冬季採暖，也可用於工業供熱。特別是高溫氣冷堆可以提供高溫熱源，能用於煤的氣化、煉鐵等耗熱巨大的行業。核能既然可以用來供熱、也一定可以用來製冷。清華大學在五兆瓦的低溫供熱堆上已經進行過成功的試驗。核供熱的另一個潛在的大用途是海水淡化。在各種海水淡化方案中，採用核供熱是經濟性最好的一種。在中東、北非地區，由於缺乏淡水，海水淡化的需求是很大的。
核能又是一種具有獨特優越性的動力。因為它不需要空氣助燃，可作為地下、水中和太空缺乏空氣環境下的特殊動力；又由於它少耗料、高能量，是一種一次裝料後可以長時間供能的特殊動力。例如，它可作為火箭、宇宙飛船、人造衛星、潛艇、航空母艦等的特殊動力。將來核動力可能會用於星際航行。現在人類進行的太空探索，還局限於太陽系，故飛行器所需能量不大，用太陽能電池就可以了。如要到太陽系外其他星系探索，核動力恐怕是唯一的選擇。美、俄等國-直在從事核動力衛星的研究開發，旨在把發電能力達上百千瓦的發電設備裝在衛星上。由於有了大功率電源，衛星在通訊、軍事等方面的威力將大大增強。1997年10月15日美國宇航局發射的「卡西尼」號核動力空間探測飛船，它要飛往土星，歷時7年，行程長達35億公里漫長的旅途。
核動力推進，目前主要用於核潛艇、核航空母艦和核破冰船。由於核能的能量密度大、只需要少量核燃料就能運行很長時間，這在軍事上有很大優越性。尤其是核裂變能的產生不需要氧氣，故核潛艇可在水下長時間航行。正因為核動力推進有如此大的優越性，故幾十年來全世界己製造的用於艦船推進的核反應堆數目已達數百座、超過了核電站中的反應堆數目(當然其功率遠小於核電站反應堆)。現在核航空母艦、核驅逐艦、核巡洋艦與核潛艇一起，已形成了一支強大的海上核力量。
核反應堆的第二大用途就是利用鏈式裂變反應中放出的大量中子。這方面的用途是非常多的，我們這里僅舉少量幾個例子。我們知道，許多穩定的元素的原子核如果再吸收一個中子就會變成一種放射性同位素。因此反應堆可用來大量生產各種放射性同位素。放射性同位素在工業、農業、醫學上的廣泛用途現在幾乎是盡人皆知的了。還有，現在工業、醫學和科研中經常需用一種帶有極微小孔洞的薄膜，用來過濾、去除溶液中的極細小的雜質或細菌之類。在反應堆中用中子轟擊薄膜材料可以生成極微小的孔洞，達到上述技術要求。利用反應堆中的中子還可以生產優質半導體材料。我們知道在單晶硅中必須摻入少量其他材料，才能變成半導體，例如摻入磷元素。一般是採用擴散方法，在爐子里讓磷蒸汽通過矽片表面滲進去。但這樣做效果不是太理想，硅中磷的濃度不均勻，表面濃度高裡面濃變低。現在可採用中子摻雜技術。把單晶硅放在反應堆里受中子輻照，硅俘獲一個中子後，經衰變後就變成了磷。由於中子不帶電、很容易進入矽片的內部，故這種辦法生產的硅半導體性質優良。利用反應堆產生的中子可以治療癌症。因為許多癌組織對於硼元素有較多的吸收，而且硼又有很強的吸收中子能力。硼被癌組織吸收後，經中子照射，硼會變成鋰並放出α射線。α射線可以有效殺死癌細胞，治療效果要比從外部用γ射線照射好得多。反應堆里的中子還可用於中子照相或者說中子成像。中子易於被輕物質散射，故中子照相用於檢查輕物質(例如炸葯、毒品等)特別有效，如果用χ光或超聲成像則檢查不出來。
總之，由於反應堆是一個巨大的中子源，因此是進行基礎科學和應用科學研究的一種有效工具。目前其應用領域日益擴大，而且其應用潛力也很大，有待人們的進一步開發。
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一提起核反應堆，人們也許會聯想到原子彈和切樂諾貝利核電站事故。其實與其他事物一樣，人決定性因素，人們既可以把核反應堆完全用於和平事業，又可以完全避免切爾諾貝利電站事故。
核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現大規模可控制裂變鏈式反應的裝置。
根據用途，核反應堆可以分為以下幾種類型①將中子束用於實驗或利用中子束的核反應，包括研究堆、材料實驗等。②生產放射性同位素的核反應堆。③生產核裂變物質的核反應堆，稱為生產堆。④提供取暖、海水淡化、化工等用的熱量的核反應堆，比如多目的堆。⑤為發電而發生熱量的核反應，稱為發電堆。⑥用於推進船舶、飛機、火箭等到的核反應堆，稱為推進堆。
另外，核反應堆根據燃料類型分為天然氣鈾堆、濃縮鈾堆、釷堆；根據中子能量分為快中子堆和熱中子堆；根據冷卻劑（載熱劑）材料分為水冷堆、氣冷堆、有機液冷堆、液態金屬冷堆；根據慢化劑（減速劑）分為石墨堆、重水堆、壓水堆、沸水堆、有機堆、熔鹽堆、鈹堆；根據中子通量分為高通量堆和一般能量堆；根據熱工狀態分為沸騰堆、非沸騰堆、壓水堆；根據運行方式分為脈沖堆和穩態堆，等等。核反應堆概念上可有900多種設計，但現實上非常有限。
世界上水最寶貴的。人離不開水，核反應堆也是如此。水是使核反應堆中產生的中子減速的最好材料之一。
用重水即氧化氘（D2O）作為慢化劑的核反應堆被稱為重水反應堆，或簡稱為重水堆現在的反應堆幾乎都利用熱中子，因此慢化劑是反應堆不可缺少的組成部分慢化劑與中子碰撞使中子亦即減少中子的數量的話，便失去了意義。所以，重水是非常優異的慢化劑，它與石墨並列是最常用的慢化劑。
用輕水作為慢化劑和冷卻劑的核反應堆被稱為輕水反應堆，包括沸騰水堆和加壓水堆輕水也就是一般的水，廣泛地被用於反應堆的慢化劑和冷卻劑。與重水相比，輕水有廉價的長處，此外其減速效率也很高沸騰水堆的特點是將水蒸汽不經過熱交換器直接送到氣輪機，從而防止了熱效率的低下，加壓水堆則用高壓抑制沸騰，對輕水一般加100至160個大氣壓，從而熱交換器把一次冷卻系（取出堆芯產生的熱）和二次冷卻系（發生送往蝸輪機的蒸汽）完全隔離開來。
2. 反應堆的相關知識有哪些
核）反應堆 (nuclear) reactor 能維持可控自持鏈式核裂變反應的裝置。
指任何含有其核燃料按此種方式布置的結構，使得在無需補加中子源的條件下能在其中發生自持鏈式核裂變過程。
注釋：更廣泛的意義上講，反應堆這一術語應覆蓋裂變堆、聚變堆、裂變聚變混合堆，但一般情況下僅指裂變堆。
核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現大規模可控制裂變鏈式反應的裝置。
編輯本段核反應堆原理
核反應堆原理
核反應堆是核電站的心臟，它的工作原理是這樣的：
原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2—3個中子。這裂變產生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此持續進行就是裂變的鏈式反應。鏈式反應產生大量熱能。用循環水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發電。由此可知，核反應堆最基本的組成是裂變原子核+熱載體。但是只有這兩項是不能工作的。因為，高速中子會大量飛散，這就需要使中子減速增加與原子核碰撞的機會；核反應堆要依人的意願決定工作狀態，這就要有控制設施；鈾及裂變產物都有強放射性，會對人造成傷害，因此必須有可靠的防護措施。綜上所述，核反應堆的合理結構應該是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設施+防護裝置。
還需要說明的是，鈾礦石不能直接做核燃料。鈾礦石要經過精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序，製成有一定鈾含量、一定幾何形狀的鈾棒才能參與反應堆工作。
編輯本段神秘面紗20億年前，十幾座天然核反應堆神秘啟動，穩定地輸出能量，並安全運轉了幾十萬年之久。
核反應堆
為什麼它們沒有在爆炸中自我摧毀？是誰保證了這些核反應的安全運行？莫非它們真的如世間的傳言那樣，是外星人造訪的證據，或者是上一代文明的傑作？通過對遺跡抽絲剝繭地分析，遠古核反應堆的真相正越來越清晰地暴露在我們面前。
1972年5月，法國一座核燃料處理廠的一名工人注意到了一個奇怪的現象。當時他正對一塊鈾礦石進行常規分析，這塊礦石采自一座看似普通的鈾礦。與所有的天然鈾礦一樣，該礦石含有3種鈾同位素──換句話說，其中的鈾元素以3種不同的形態存在，它們的原子量各不相同：含量最豐富的是鈾238；最稀少的是鈾234；而令人們垂涎三尺，能夠維持核鏈式反應(chain reaction)的同位素，則是鈾235。在地球上幾乎所有的地方，甚至在月球上或隕石中，鈾235同位素的原子數量在鈾元素總量中占據的比例始終都是0.720%。不過，在這些采自非洲加彭的礦石樣品中，鈾235的含量僅有0.717%！盡管差異如此細微，卻引起了法國科學家的警惕，這其中一定發生過某種怪事。進一步的分析顯示，從該礦采來的一部分礦石中，鈾235嚴重缺斤短兩：大約有200千克不翼而飛——足夠製造6枚原子彈。
接連幾周，法國原子能委員會(French Atomic Energy Commission，簡寫為CEA)的專家們都困惑不已。直到有人突然想起19年前的一個理論預言，大家才恍然大悟。1953年，美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的喬治·W·韋瑟里爾(George W. Wetherill)和芝加哥大學的馬克·G·英格拉姆(Mark G. Inghram)指出，一些鈾礦礦脈可能曾經形成過天然的核裂變反應堆，這個觀點很快便流行起來。其後不久，美國阿肯色大學的一位化學家黑田和夫(Paul K. Kuroda)計算出了鈾礦自發產生「自持裂變反應」(self-sustained fission)的條件。所謂自持裂變反應，即可以自發維持下去的核裂變反應，是從一個偶然闖入的中子開始的：它會誘使一個鈾235原子核發生分裂，裂變產生更多的中子，又會引發其他原子核繼續分裂，如此循環下去，形成連鎖反應。
黑田和夫認為，自持裂變反應能夠發生的第一個條件就是，鈾礦礦脈的大小必須超過誘發裂變的中子在礦石中穿行的平均距離，也就是0.67米左右。這個條件可以保證，裂變的原子核釋放的中子在逃離礦脈之前，就能被其他鈾原子核吸收。
第二個必要條件是，鈾235必須足夠豐富。今天，即使是儲量最大、濃度最高的鈾礦礦脈也無法成為一座核反應堆，因為鈾235的濃度過低，甚至連1%都不到。不過這種同位素具有放射性，它的衰變速率比鈾238快大約6倍，因此在久遠的過去，這種更容易衰變的同位素所佔的比例肯定高得多。例如，20億年前奧克羅鈾礦脈形成的時候，鈾235所佔的比例接近3%，與現在大多數核電站中使用的、人工提純的濃縮鈾燃料的濃度大致相當。
第三個重要因素是，必須存在某種中子「慢化劑」(moderator)，減慢鈾原子核裂變時釋放的中子的運動速度，從而使這些中子在誘使鈾原子核分裂時，更加得心應手。最終，礦脈中不能出現大量的硼、鋰或其他「毒素」，這些元素會吸收中子，因此可以令任何核裂變反應戛然而止。
最終，研究人員在奧克羅和鄰近的奧克羅班多地區的鈾礦中，確定了16個相互分離的區域——20億年前，那裡的真實環境，居然與黑田和夫描繪的大致情況驚人地相似。盡管這些區域早在幾十年前就被全部辨認出來，但是遠古核反應堆運轉過程的種種細節，直到最近才被我和同事徹底揭開。
輕元素提供證據
重元素分裂產生的輕元素提供了確鑿無疑的證據：奧克羅鈾礦在20億年前確實發生過自持核裂變反應，而且持續時間長達數十萬年。
奧克羅的鈾異常情況被發現之後不久，物理學家就確定，天然的裂變反應導致了鈾235的損耗。一個重原子核一分為二時，會產生較輕的新元素。找到這些元素，就等於找到了核裂變確鑿無疑的證據。事實證明，這些分裂產物的含量如此之高，因此除了核鏈式反應以外，不可能存在其他任何解釋。這場鏈式反應很像1942年恩里科·費米(Enrico Fermi)及其同事所做的那場著名演示(當時他們建成了世界上第一座可控原子核裂變鏈反應堆)，反應全靠自己的力量維持運轉，只是時間上提早了20億年。
如此令人震驚的發現公布後不久，世界各地的物理學家便開始研究這些天然核反應堆的證據，並在1975年加彭首都利伯維爾的一次特別會議上，分享了他們關於「奧克羅現象」的研究成果。第二年，代表美國出席那次會議的喬治·A·考恩(George A. Cowan，順便提及，他是美國著名的聖菲研究所的創建者之一，至今仍是該研究所的成員)為《科學美國人》撰寫了一篇文章(參見1976年7月號喬治·A·考恩所著《天然核裂變反應堆》一文)，文中他講解了當時的科學家對這些遠古核反應堆運行原理的猜測。
比如，考恩描述了鈈239的形成過程——數量更加豐富的鈾238捕獲了鈾235裂變釋放的一些中子，轉變為鈾239，然後再釋放出兩個電子，轉化成鈈239。在奧克羅鈾礦中，曾經產生過超過兩噸的鈈239。不過這種同位素後來幾乎全都消失了(主要是通過天然的放射性衰變，鈈239的半衰期為2.4萬年)，一些鈈自身也經歷了裂變，它所特有的裂變產物證明了這一點。這些輕元素豐富的含量讓科學家推測，裂變反應一定持續了幾十萬年之久。根據鈾235消耗的數量，他們計算出了反應堆釋放的總能量，大概相當於1,500萬千瓦的機器運轉一整年所消耗的能量；再結合一些其他的證據，就能推算出反應堆的平均輸出功率：不超過100千瓦，足夠維持幾十隻烤箱的運作。
十幾座天然反應堆自發工作，並維持著適度的功率輸出，運轉了大約幾十萬年之久，這確實令人驚嘆。為什麼這些礦脈沒有發生爆炸，沒有在核鏈式反應啟動後立即自我摧毀？是什麼機制使它們擁有了必不可少的自我調節能力？這些反應堆是穩定運轉，還是間歇式發作？自奧克羅現象最初發現以來，這些問題遲遲得不到解答。實際上，最後一個問題困擾了人們長達30年之久，直到我和我在美國華盛頓大學聖路易斯分校的同事檢測了一塊來自這個神秘非洲鈾礦的礦石之後，謎底才被逐漸揭開。
惰性氣體揭露謎底
在奧克羅反應堆遺跡中，氙同位素的構成比例出現異常。找出這種異常的根源，就能揭開遠古核反應堆的運作之謎。
最近，我們對奧克羅的一個反應堆遺跡進行了研究，重點集中在對氙氣的分析方面。氙是一種較重的惰性氣體(inert gas)，可以被礦物封存數十億年之久。氙有9種穩定同位素，由不同的核反應過程產生，含量各不相同。作為一種惰性氣體，它很難與其他元素形成化學鍵，因此很容易將它們提純，進行同位素分析。氙的含量非常稀少，科學家可以用它來探測和追溯核反應，甚至用來研究那些發生於太陽系形成之前的、原始隕石之中的核反應。
分析氙的同位素成分需要一台質譜儀(mass spectrometer)，它可以根據原子量(atomic weight)的不同而分離出不同的原子。我有幸可以使用一台極其精確的氙質譜儀，那是我在華盛頓大學的同事查爾斯·M·霍恩貝格(Charles M. Hohenberg)製造的。不過在使用他的儀器之前，我們必須先把氙氣從樣品中提取出來。通常，科學家只須將寄主礦物加熱到它的熔點以上，岩石就會失去晶體結構，無法再保留內部儲藏的氙氣。為了獲得更多關於這種氣體起源和封存過程的信息，我們採取了一種更加精巧的方法——激光萃取法(laser extraction)，它可以有針對性地從礦物樣品的個別顆粒中釋放出氙氣，而不會觸碰周圍其他的部分。
我們可以利用的唯一一塊奧克羅礦石碎塊僅有1毫米厚、4毫米寬，我們把這種技術應用到碎塊上的許多微小斑點之上。當然，我們首先需要決定將激光束聚焦到什麼位置。在這方面，我和霍恩貝格得到了同事奧爾加·普拉夫迪夫切娃(Olga Pravdivtseva)的鼎力相助，她為我們的樣本拍攝了一張詳盡的X射線照片，識別出了候選的礦物。每次萃取之後，我們都會將得到的氣體提純，然後把氙氣放入霍恩貝格的質譜儀中，儀器會顯示出每一種同位素的原子數目。
氙氣出現的位置令我們大吃一驚，它並不像我們想像的那樣，大量分布在富含鈾元素的礦物顆粒之中，儲藏氙氣數量最多的竟然是根本不含鈾元素的磷酸鋁顆粒。非常明顯，在目前發現的所有天然礦物之中，這些顆粒中的氙濃度是最高的。第二個令人驚訝之處在於，與通常由核反應產生的氣體相比，萃取出來的氣體在同位素組成上有顯著的不同。核裂變一定會產生氙136和氙134，但在奧克羅礦石中，這兩種同位素似乎缺失嚴重，而其他較輕的氙同位素含量則變化不大。
同位素構成比例上的這種差異是如何產生的呢？化學反應無法提供答案，因為所有同位素的化學性質都完全相同。那麼核反應，比如說中子俘獲過程(neutron capture)，能不能給出解釋呢？經過仔細分析，我和同事們把這種可能性也排除了。我們還考慮過不同同位素的物理分選過程：較重的原子移動速度比較輕的原子稍慢一些，有時它們就會相互分離開來。鈾濃縮裝置就是利用這個過程來生產反應堆燃料的，不過需要相當高的技術水平才能建造出這樣的工業設備。即使自然界能夠奇跡般地在微觀尺度上創造出類似的「裝置」，仍然無法解釋我們所研究的磷酸鋁顆粒中混合在一起的氙同位素比例。舉例來說，如果確實發生過物理分選的話，考慮到現有的氙132的含量，氙136(比氙132重4個原子質量單位)的缺失，應該是氙134(比氙132重2個原子質量單位)的兩倍。但實際上，我們並沒有看到那樣的模式。
絞盡腦汁之後，我們終於想通了產生氙同位素構成比例異常的原因。我們所測量的所有氙同位素都不是鈾裂變的直接產物。相反，它們是放射性碘同位素衰變的產物，碘則由放射性碲衰變而來，而碲又由別的元素衰變產生，這是一個著名的核反應序列，最終的產物才是穩定的氙氣。
我們的突破點在於，我們意識到奧克羅樣品中不同的氙同位素產生於不同的時期，它們所遵循的時間表由它們的母元素碘和再上一代的元素碲的半衰期所決定。某種特定的放射性前體(precursor，即一系列反應過程的中間產物)存在的時間越長，它們形成氙的過程就被拖延得越久。例如，在奧克羅的自持裂變反應開始後，氙136僅過了大約1分鍾就開始生成；一個小時後，稍輕一些的穩定同位素氙134出現；接下來，在裂變開始的若干天後，氙132和氙131登場亮相；最終，幾百萬年之後，氙129才得以形成——此時，核鏈式反應早已停止很久了。
如果奧克羅礦脈一直處於封閉狀態，那麼在它的天然反應堆運轉期間積聚起來的氙氣，就會保持核裂變所產生的正常同位素比例，並一直保存至今。但是，科學家沒有理由認為，這個系統會是封閉的。實際上，有充分的原因讓人猜想，它不是封閉的。奧克羅反應堆可以通過某種方式自行調節核反應，這個簡單的事實提供了間接的證據。最可能的調節機制與地下水的活動有關：當溫度達到某個臨界點時，水會被煮沸蒸發掉。水在核鏈式反應中起到了中子慢化劑的作用，如果水不見了，核鏈式反應就會暫時停止。只有當溫度下降，足夠的地下水再次滲入之後，反應區域才會繼續開始發生裂變。
這種關於奧克羅反應堆如何運轉的說法強調了兩個要點：第一，核反應很可能以某種方式時斷時續地發生；第二，必定有大量的水流過這些岩石——足夠沖洗掉一些氙的前體，比如可溶於水的碲和碘。水的存在有助於解釋這樣一個問題：為什麼大多數氙現在留存於磷酸鋁顆粒中，而沒有出現在富含鈾元素的礦物里——要知道，裂變反應最初是在這里生成那些放射性前體的。氙氣不會簡單地從一組早已存在的礦物中遷移到另一組礦物里——在奧克羅反應堆開始運轉之前，磷酸鋁礦物很可能還不存在。實際上，那些磷酸鋁顆粒可能是就地形成的，一旦被核反應加熱的水冷卻到300℃左右，磷酸鋁顆粒就會形成。
在奧克羅反應堆運轉的每個活躍期和隨後溫度仍然很高的一段時間里，大量的氙氣(包括形成速度相對較快的氙136和氙134)會被趕走。等到反應堆冷卻時，半衰期更長的氙前體(也就是最後會產生目前含量比較豐富的氙132、氙131和氙129的放射性前體)則會優先與正在形成的磷酸鋁顆粒結合起來。隨著更多的水回到反應區域，中子被適當地慢化，裂變反應再度恢復，使這種加熱和冷卻的循環周而復始地重復下去。由此產生的結果，就是我們所觀察到的、奇特的氙同位素構成比例
3. 反應堆物理有哪些重要概念
核反應堆（nuclear reactor）是能維持可控自持鏈式核裂變反應，以實現核能利用的裝置。 核反應堆通過合理布置核燃料，使得在無需補加中子源的條件下能在其中發生自持鏈式核裂變過程。
核反應堆是核電站的心臟，它的工作原理是這樣的：
原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾235的原子核受到外來中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核，同時放出2—3個中子。這裂變產生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核，引起新的裂變。如此持續進行就是裂變的鏈式反應。鏈式反應產生大量熱能。用循環水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動汽輪機發電。由此可知，核反應堆最基本的組成是裂變原子核+載熱體。但是只有這兩項是不能工作的。因為，高速中子會大量飛散，這就需要使中子慢化增加與原子核碰撞的機會；核反應堆要依人的意願決定工作狀態，這就要有控制設施；鈾及裂變產物都有強放射性，會對人造成傷害，因此必須有可靠的防護措施；核反應堆發生事故時，要防止各種事故工況下輻射泄漏，所以反應堆還需要各種安全系統。綜上所述，核反應堆的合理結構應該是：核燃料+慢化劑+載熱體+控制設施+防護裝置+安全設施。
還需要說明的是，鈾礦石不能直接做核燃料。鈾礦石要經過精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序，製成有一定鈾含量、一定幾何形狀的鈾棒或者球狀燃料才能參與反應堆工作