喷灌条件下放射性核素湿沉降截留机制及其在核设施风险评估中的应用研究

为解决核设施运行及事故情景下放射性核素通过灌溉水污染农作物的风险问题，研究人员以喷灌模拟降雨，系统研究了59Fe、134Cs等7种核素在番茄、胡萝卜等蔬菜中的截留规律。发现降雨量10-30mm时核素浓度显著升高，70mm后趋于稳定，并提出基于生物量的截留因子近似模型，为干旱区核安全评估提供了关键数据。

　　

在核能利用日益广泛的背景下，放射性核素通过大气沉降或灌溉水进入食物链的风险备受关注。尤其对于干旱地区，灌溉农业是主要生产方式，但关于核素通过喷灌系统在蔬菜中截留规律的研究却严重不足。现有模型多基于温带环境数据，难以指导干旱区的辐射防护决策。更棘手的是，核反应堆冷却水可能含有⁵⁹Fe、⁶⁰Co等活化产物，而事故情景下¹³⁷Cs、⁹⁰Sr等裂变产物的转移机制也缺乏系统研究。这些知识缺口使得风险评估存在显著不确定性。

为填补这一空白，俄罗斯国家研究中心"库尔恰托夫研究所"（National Research Center ?Kurchatov Institute?）的S. Fesenko团队在《Journal of Environmental Radioactivity》发表重要成果。研究人员选择北高加索灌溉农业区的番茄、黄瓜等典型蔬菜，通过精确控制的喷灌实验模拟10-70mm降雨，首次系统研究了⁵⁹Fe、⁶⁵Zn等7种核素的截留动力学。

研究采用三大关键技术：1）多核素示踪技术（涵盖活化产物与裂变产物）；2）梯度降雨设计（10-70mm/m²模拟不同降水强度）；3）发育阶段同步监测（分析生物量对截留的影响）。样本来自实验农田标准化种植的蔬菜作物。

主要结果

1. 降雨量效应：当降雨从10mm增至30mm时，植物营养体中⁵⁹Fe浓度升高1.5-3.2倍，¹³⁴Cs升高1.2-3.3倍；但超过70mm后浓度趋于稳定，表明截留存在饱和阈值。
2. 核素结合强度排序：通过比较不同核素在叶面的滞留能力，发现⁶⁵Zn≈¹⁴⁴Ce≥⁶⁰Co≥¹⁰⁶Ru>¹³⁴Cs，这一排序反映了元素化学性质的差异。
3. 生物量模型：建立了基于蔬菜生物量的截留因子（interception fraction）近似方程，为预测不同生长阶段的污染水平提供量化工具。

结论与意义
该研究首次揭示了干旱区灌溉条件下多核素截留的动态规律，明确了降雨量30mm为浓度变化的临界点。提出的生物量-截留模型突破了传统温带模型的局限性，可直接用于核设施周边灌溉农业的风险评估。特别值得注意的是，⁶⁵Zn和¹⁴⁴Ce表现出的强叶面结合特性，提示这些核素在事故后需优先监测。这些发现不仅完善了IAEA（国际原子能机构）推荐模型的关键参数，也为制定干旱区核应急方案提供了科学依据。

研究还指出，后续应重点探究核素从营养组织向可食部位的 translocation（转移）机制——这正是团队在2025年待发表论文中将要揭示的内容。通过这一系列工作，科学家们正在构建起从大气沉降到餐桌的完整风险预测链条，为全球核安全治理贡献关键数据。