铀钍天然衰变系标准核素组在核年代测定中的应用研究

为解决地质年代测定中核素系统开放性问题，研究人员提出标准核素组（SSN）方法，通过分析238U衰变系核素活动规律，结合低本底实验与统计模拟，实现了对喀尔巴阡山脉岩石/土壤样本的精准年代测定，为核计时器重置现象及放射性平衡破坏研究提供新范式。

　　

地球的辐射背景是生命活动的永恒特征，其中陆地放射性通过α、β、γ射线谱随时间与地域动态变化，其代谢机制至今未明。传统核年代测定依赖母/子体核素对（如²³⁸U/²⁰⁶Pb）的点估计法，但地质活动易导致核素系统开放，引发核计时器重置（nuclear chronometer reset），亟需能整合多核素数据的新方法。

针对这一挑战，乌克兰外喀尔巴阡地质勘探队与本土研究团队提出标准核素组（Standard Sets of Nuclides, SSN）方法，通过分析²³⁸U天然衰变系中所有γ活性核素（Gamma-Active Nuclides, GAN）的活度演化规律，结合蒙特卡洛统计模拟，实现对岩石与土壤样本的核年代测定。该成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》，为核取证与地质年代学提供创新工具。

关键技术方法

1. 低本底γ能谱法：测定岩石（花岗片麻岩）与土壤样本中GAN活度，覆盖²³⁸U衰变系关键核素；
2. 非平衡态建模：基于Bateman方程构建核素转化动力学模型；
3. 统计测试模拟：通过蒙特卡洛法量化实验误差对年代结果的影响；
4. 土壤采样规范：按"信封规则"（State Standards 17.4.3.01-83）采集喀尔巴阡山区土壤，剔除有机杂质后研磨过筛。

研究结果
理论部分
SSN方法通过GAN活度比（如²²⁶Ra/²³⁸U）构建时间演化函数，引入"等效年龄"概念，可识别核素系统是否封闭。模型显示，第四纪更新世（1.8 Ma-11.5 ka）形成的喀尔巴阡岩石存在多阶段铀系失衡。

样本与实验
花岗片麻岩样本显示²¹⁴Bi/²³⁸U活度比异常（0.87±0.05），表明近期铀迁移；土壤样本中²¹⁰Pb/²²⁶Ra比值（1.15-1.30）反映百年尺度的成土作用。

讨论
喀尔巴阡土壤的²³⁰Th/²³⁴U比值（0.62-0.75）揭示冰川漂移导致的核素再分配，SSN方法成功量化该事件发生于（12.4±1.2）ka前，与区域地质记录吻合。

结论与意义
SSN方法突破传统两点法的局限，通过整合多核素活度数据与误差分析，实现：

1. 概率性年代判定：识别出喀尔巴阡岩石存在（1.2±0.3）Ma与（45±5）ka两期铀活化事件；
2. 系统状态诊断：土壤中²²⁶Ra/²³⁸U比值>1提示开放系统下的镭富集；
3. 方法普适性：可扩展至²³²Th、²³⁵U衰变系研究，为核废料处置监测提供新思路。

该研究由V. Maslyuk与Oksana Pop合作完成，其创新性在于将核素系统动力学与统计物理学结合，为复杂地质过程的年代学解读树立了新标准。