综述：元素和同位素指纹特征在核法医学中的应用

这篇综述聚焦核法医学，阐述了元素和同位素指纹特征（如铀（U）、钚（Pu）等）在追溯核材料来源、用途等方面的应用，介绍相关分析方法，包括样品预处理、质谱测量等，为核安全保障提供有力支撑。

　　

引言

自前苏联解体后，核材料走私日益猖獗，衍生出的核恐怖主义成为影响核能发展和国家安全的重大隐患。核法医学旨在通过分析核或放射性材料样本及相关信息，为确定材料的历史提供证据，涵盖材料的生产方式、用途、贩运路线及合法所有者身份等内容。

核法医学是一门跨学科研究领域，融合了多种科学学科的原理和分析技术，包括传统法医分析（如形态学、DNA、纤维分析）、内在法医分析（如元素组成、同位素组成分析）以及核法医解读。其中，元素和同位素指纹特征在核法医学中意义重大，它们能够反映核材料的基本属性，通过与参考数据库对比，可实现核材料的准确溯源。例如，铀和钚在核燃料循环不同阶段以不同化学形式存在，依据铀和钚同位素比例可判断核材料类型；稀土元素（REEs）作为铀矿石的伴生元素，其分布模式可追溯核材料来源；化学杂质能推断加工技术；母体 / 子体比例可反映核材料的 “年龄” 。不过，单一指纹可能不足以完整重建核材料历史，因此需要运用合适的分析技术获取更多指纹信息。

本文从分析化学和放射化学角度，总结了元素和同位素指纹特征在核法医学中的应用及最新研究进展，介绍了相关测量技术的进步，重点聚焦质谱技术的能力。

铀和钚的同位素指纹特征

²³⁵U 是三种最重要的易裂变同位素之一，材料中²³⁵U 同位素的丰度被称为 “铀浓缩度” 或 “富集度” 。²³⁵U 的富集度能直接表明相应铀材料的预期用途，而且由于自然同位素分馏效应导致的²³⁵U/²³⁸U 比例差异，也可应用于核法医调查。自然界中的²³⁴U 是核材料内放射性核素随时间衰变产生的中间产物，其在核法医学研究中也具有一定意义。

核法医学中的年龄测定

放射性测年法（Radiochronometry）是核法医学研究的基础技术，它依赖于核材料内放射性核素的时间衰变。材料上次化学分离后经过的时间被称为材料的 “年龄” 或生产日期。通过测量母体 / 子体比例（也称为放射性时钟，radiochronometers）并利用贝特曼方程计算，可确定模型年龄。但计算得出的模型年龄基于两个关键因素，在实际应用中需要综合考虑多种因素以确保准确性。

稀土元素模式的分析方法

核材料中稀土元素的浓度和分布模式为核法医学提供了关键信息。稀土元素具有相似的电子结构、化学和物理性质，受矿化和地质氧化还原条件影响，不同铀矿石中的稀土元素模式（即浓度和分布模式）存在差异。Balboni 等人开发了相关方法，用于研究一系列铀矿石中的稀土元素模式。

杂质元素浓度的分析方法

分析核材料的杂质组成可获取复杂信息。铀矿石具有多种地质和地理特征，进入核燃料循环后，部分特征会逐渐减弱或消失，同时生产过程会引入技术特征，这些特征相互作用形成新的指纹特征，有助于推断核材料的加工过程等信息。

结论与展望

核法医学因其在增强核安全和核保障方面的潜在应用而备受关注，开展核法医学研究能有效应对核材料走私相关的紧急情况。当前研究重点在于识别核材料的内在指纹特征，以更好地理解其与相关材料的关系，这也推动了相关分析方法的建立和完善。未来，随着技术的不断进步，核法医学有望在核安全领域发挥更大的作用，为全球核安全保障提供更坚实的支持。