塞米巴拉金斯克核试验场土壤中90 Sr/137 Cs活度比的空间分布特征及其环境诊断意义

针对核试验遗留放射性污染溯源难题，研究人员通过分析塞米巴拉金斯克试验场1951年核试验（38 kt）与1953年热核试验（400 kt）形成的两条沉降羽流土壤中90 Sr与137 Cs的活度比，发现热核试验羽流90 Sr/137 Cs比值（4.7±0.6）显著高于核试验（0.9±0.3），揭示不同当量核爆产生放射性粒子的分馏效应，为核污染源识别与生态风险评估提供关键指标。

　　

在人类核武器试验的历史长河中，放射性沉降物如同看不见的幽灵，持续影响着试验场及周边生态环境。塞米巴拉金斯克试验场（STS）作为前苏联最大的核试验基地，其遗留的⁹⁰
Sr和¹³⁷
Cs等长寿命裂变产物，因化学性质类似钙/钾而具有高生物可利用性，成为长期公共卫生隐患。然而，不同当量核爆形成的沉降羽流中这些核素的分布规律尚不明确，传统⁹⁰
Sr检测方法又存在耗时耗力的技术瓶颈。这些问题的存在，使得快速识别污染来源、评估生态风险面临巨大挑战。

哈萨克斯坦国家核中心的Yu V. Baklanova团队在《Journal of Environmental Radioactivity》发表的研究，首次系统比较了STS试验场1951年9月24日38千吨级核试验（南部羽流）与1953年8月12日400千吨级热核试验（东南羽流）的表层土壤（0-5 cm）中⁹⁰
Sr/¹³⁷
Cs活度比的空间分布特征。研究创新性地结合γ能谱分析（¹³⁷
Cs测定）与放射化学分离-β能谱联用技术（⁹⁰
Sr测定），建立了基于¹³⁷
Cs活度快速推算⁹⁰
Sr活度的实用模型，并首次揭示了土壤粒径分级（1000-500 μm至<1 μm）对核素比值的调控规律。

关键技术方法包括：1）沿羽流轴线按6 km间隔采集表层土壤样本（n=43）；2）湿筛-沉降法分离9级粒径组分；3）高纯锗γ能谱仪（ORTEC GEM-FX5825P4）测定¹³⁷
Cs；4）酸消解-氢氧化钇共沉淀结合液体闪烁计数（Tri-Carb 2900 TR）分析⁹⁰
Sr；5）ICP-OES（iCAP-6000）验证化学回收率。

研究结果方面：
3.1 放射性核素活度浓度
东南羽流⁹⁰
Sr平均活度（1.7×10³
Bq/kg）比南部羽流（3.1×10²
Bq/kg）高一个数量级，而两区域¹³⁷
Cs活度相当（4.2×10²
vs 3.5×10²
Bq/kg），表明热核试验显著促进⁹⁰
Sr生成。

3.2 粒径分级特征
南部羽流中¹³⁷
Cs富集于250-100 μm组分，而东南羽流在500-250 μm组分出现⁹⁰
Sr活度峰值（6951±43 Bq/kg）。随着粒径减小至<40 μm，东南羽流⁹⁰
Sr/¹³⁷
Cs比值从4.8骤降至1.0，反映热核爆炸产生更大粒径的放射性颗粒。

3.3-3.4 活度比空间分布
南部羽流轴线⁹⁰
Sr/¹³⁷
Cs比值呈线性递减（1.1→0.4），而东南羽流保持高位波动（5.1±0.6）。异常高比值点（如南部80 km处达7.0）揭示与1953年Sary-Uzen地下核试验沉降的叠加效应。

3.5 粒径特异性比值
250-1000 μm粗颗粒中东南羽流比值（4.8）较南部（1.1）提升4.4倍，而<1 μm细颗粒中差异消失（0.3 vs 0.2），证实粗颗粒携带更多"核爆指纹"信息。

讨论与结论指出，实测比值远超²³⁹
Pu裂变理论值（0.3），可能与热核装置中铀层（²³⁵
U）参与裂变有关。该研究不仅建立了STS特定核爆的比值数据库（南部1.1/东南5.1），更创新性提出：1）粗颗粒组分比值可作为核爆类型诊断指标；2）<40 μm组分反映长期环境迁移效应。这些发现为法国Gerboise Blanche（比值3.4-6.2）等国际核试验场的污染溯源提供了可比数据，对制定土壤修复策略具有重要指导价值。

这项研究突破性地将核素比值分析与土壤粒径分级相结合，开创了核污染历史重建的新方法。其建立的快速评估模型，可大幅降低大规模环境调查成本，为《全面禁止核试验条约》的履约监督提供了关键技术支撑。随着核禁区生态恢复计划的推进，这些成果将成为风险评估与修复效果评价的黄金标准。