切尔诺贝利核事故熔岩碎片的环境土壤提取与空间同位素分析揭示其稳定性和来源特征

推荐：研究人员首次在切尔诺贝利核电站东南5公里农田土壤中发现并提取了一种庇护所来源的燃料含铀材料(FCM)颗粒，通过SEM/EDS、SNMS等技术证实其硅基质中均匀分布U、Pu、Am及铀包裹体，揭示了该颗粒在环境中30年未风化，为核事故长期环境影响评估提供新依据。

　　

1986年切尔诺贝利核事故释放的放射性颗粒至今仍是环境与健康领域的重大课题。传统研究认为三类燃料颗粒（UO₂
、UO_2+x
和U-Zr-O）主导了环境污染，而源自反应堆熔岩的燃料含铀材料(FCM)被认为仅存在于反应堆建筑内部。然而，德国研究团队在《Journal of Environmental Radioactivity》发表的研究打破了这一认知——他们首次在核电站5公里外的农田土壤中发现了具有典型FCM特征的玻璃态颗粒，揭示了第四类污染颗粒的环境存在及其惊人的稳定性。

研究团队采用多模态分析技术：通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)定位颗粒并解析元素分布；γ能谱定量¹³⁷
Cs、²⁴¹
Am等核素活度；二次中性质谱(SNMS)实现Pu/Am同位素微区成像。样本源自2017年切尔诺贝利禁区内Kopachi村农田土壤（0-10 cm层）。

3.1 成像和EDS
SEM显示颗粒表面无风化痕迹，硅基质中嵌有铀富集区（ROI 1-3）和锆包裹体。EDS证实铀以U-Zr合金（ROI 2-3）和游离态（ROI 1）共存，整体呈现FCM特有的"混凝土-燃料"混合结构。

3.2 γ测量
活度比值¹³⁷
Cs/²⁴¹
Am/¹⁵⁴
Eu=200:10:1接近"黑熔岩"类型，暗示其可能源自"象脚"熔岩体。与反应堆内FCM相比，该颗粒¹³⁷
Cs相对丰度更高，反映排放过程的动态分异。

3.3 SIMS/SNMS结果
关键发现包括：
1）Pu同位素指纹（²⁴⁰
Pu/²³⁹
Pu=0.37-0.41）与RBMK堆型2.0%富集燃料数据吻合；
2）铀同位素示踪（²³⁵
U/²³⁸
U=0.7%）证实燃耗达11-12 MWd/kgU，与事故释放燃料颗粒文献值一致；
3）硅基质中检测到均匀分布的²⁴¹
Am（²⁴³
Am/²⁴¹
Am=0.0117-0.0150），证实其源自反应堆内部。

结论与意义
该研究首次证实FCM颗粒可通过未知途径（推测为1986年5月2-6日排放）进入远场环境，其硅基质的化学稳定性远超传统燃料颗粒，可能成为禁区内长效放射性源项。Wolfgang Schulz团队建立的单颗粒提取-分析技术为核取证提供了新范式，而²⁴¹
Am的持续积累提示这类颗粒需纳入长期剂量评估模型。尽管当前发现仍属个案，但挑战了原有三类颗粒的污染框架，为理解核事故后复杂物质迁移机制开辟了新视角。