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据《科学日报》(ScienceDaily)2026年10月22日报道,切尔诺贝利核事故已过去整整40年,切尔诺贝利放射性粒子至今仍散布在隔离区周边土壤中,直径仅8至50微米,辐射强度依旧不容小觑。德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心(HZDR)与汉诺威莱布尼茨大学的研究团队,利用同步辐射X射线衍射技术首次完成了这类粒子的精细结构分析,发现部分粒子的晶体结构远比科学界预期的更坚固。
定档官宣事故四十年后,微米级放射性粒子仍在污染土壤
1986年4月26日的爆炸摧毁了4号反应堆,向大气释放出大量核燃料碎片。此后,这些碎片在高温熔融中被重新塑形,最终以微米级颗粒的形式沉降进入土壤。进入切尔诺贝利隔离区的人员至今仍须穿戴防护服,因为地表细小的颗粒一旦被风扬起,就可能被吸入人体,构成内照射风险。汉诺威莱布尼茨大学博士生、论文第一作者托比亚斯·魏森博恩表示,他们从乌克兰土壤样本中分离出6颗粒子进行研究,每颗粒子的成分、结构和风化速度各不相同。早期研究已证实,放射性尘埃可在自然条件下变成多种铀氧化物,但具体分解路径始终没有定论,这使长期风险评估一直停留在估算层面。
撤档风波三类粒子,三段不同的爆炸演变史
魏森博恩在研究报告中给出了一个清晰的分类框架,把样品中的粒子分成三种来源与结构不同的类型。第一类在化学组分上仍与核燃料二氧化铀(UO₂)高度相似;第二类是在堆芯极端高温下,熔融燃料与锆合金包壳发生了融合反应;第三类则诞生于石墨慢化剂起火的燃烧过程,燃料被氧化为U₃O₈等铀氧化物。三种粒子的环境稳定性差异很大,其中第三类铀氧化物机械强度最低,容易碎裂成更小碎屑,随风扩散,构成最直接的健康威胁。
演员片酬| 粒子类别 | 形成过程 | 结构特征 | 潜在风险 |
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| 第一类 | 堆芯熔毁,燃料未与包壳充分作用 | 与二氧化铀燃料基本相似 | 较易受环境风化影响 |
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| 第二类 | 高温熔融后与锆层融合 | 部分或全部被锆包壳裹覆 | 锆层可延缓核素溶出 |
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| 第三类 | 石墨起火燃烧,燃料氧化 | 生成多种铀氧化物 | 结构脆弱,易碎裂扩散 |
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同步辐射X射线下的“粒子体检”
分析这样微小的样品并不容易。研究团队把6颗粒子分别固定在钨电极上,再经多层屏蔽包装,从乌克兰运至法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置。在那里,HZDR晶体学家克里斯托夫·亨尼希主导的团队利用罗森多夫光束线对粒子进行X射线衍射扫描。亨尼希在论文发布声明中如此描述实验过程:“我们最终让粒子在聚焦到100微米(约一根头发粗细)的X射线束中完整旋转,逐颗粒子从2000个不同角度测量,捕捉所有衍射反射。”衍射数据会被换算为原子排列间距,亨尼希表示,这是世界上首次针对高温放射性颗粒开展的同步辐射结构解析。
天价片酬六颗微尘、两千个角度:晶体结构竟出奇完整
分析结果公布后,团队自己也感到意外:在土壤中暴露了40年,6颗粒子内部仍保留着核燃料的大部分原始晶体结构。这意味着放射性物质并非如预想那样被迅速释放,而是被相对稳定的晶格“锁”在内部。《危险材料杂志》2026年卷505号刊载的论文确认了上述分析。魏森博恩解释:“第一类粒子依然很像燃料本身;第二类被锆层完全裹住,或与其熔为一体;第三类则由石墨火灾后的氧化产物构成。”这种稳定性的环境意义在于,裂变产物被滞留在颗粒内,进入周边土壤和水体的速度可能低于以往模型假设。
稳定不等于安全:样本量太小,禁区管制照旧
科学家提醒,这并不意味着切尔诺贝利周边已经安全。魏森博恩直言:“每一颗粒子的结构都不一样,而我们只研究了来自两个地点的6颗粒子。”即便未来获得更多平均值,也未必能形成统一结论。他补充说,即便颗粒以大致统一的模式衰变,总有个别“顽固”颗粒会在更晚的时间持续释放放射性核素。这样的离散性意味着,切尔诺贝利隔离区的出入限制短期内不会因这项研究而放宽。HZDR方面也强调,更全面的结论需要依托更大范围、更多数量的采样,目前的成果更像为后续研究搭建了一把标尺。
超铀元素研究接力:放射性尘埃“寿命”仍未卜
研究并未止步于此。魏森博恩与亨尼希正针对残留碎片中的超铀元素相开展下一轮实验,尝试追踪钚、镅等长周期核素的环境行为。这些元素半衰期极长,在环境中的迁移机制也更复杂。对公众而言,这项研究首次以原子级尺度确认:切尔诺贝利事故后的放射性尘埃并不像人们担心的那样“快速溶解”,也不像模型假定的那样“均匀分解”,而是呈现出高度个体化、不均匀的风化面貌。40年前的那场灾难,其环境遗留问题可能比任何单一模型都更漫长、更难以预测。
Q1:为什么切尔诺贝利的放射性粒子几十年后仍保持稳定?
A1: 同步辐射X射线实验显示,部分粒子保存了核燃料原有的晶体结构,锆包壳与燃料融合形成的致密外壳也阻止了放射性核素快速溶出。不过,不同粒子的成分差异极大,目前只确认了6颗粒子的行为。
Q2:这项发现是否意味着切尔诺贝利隔离区可以重新开放?
A2: 不能。研究人员明确表示,样本规模过小,无法代表整个污染区域的粒子行为;个别顽固颗粒可能在未来某个时间点持续释放放射性核素。隔离区的管控措施短期内没有解除依据。
40年的风化没有让切尔诺贝利放射性粒子同质化,反而展现出远比预期复杂的面貌。这项研究为核事故长期环境后果提供了新的计量标尺,也把一个问题留给未来:那些被“锁”住的放射性物质,究竟会在哪一天被重新打开?
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切尔诺贝利核事故过去40年,散布在土壤中的放射性粒子却远未消失。德国科学家利用同步辐射X射线,首次从原子尺度看清微米级尘埃的内部晶体结构,发现核燃料竟比预想更稳定,放射性物质被牢牢锁在晶格内。这对切尔诺贝利隔离区的未来意味着什么?了解这项改变核污染认知的突破性研究,尽在本篇深度报道。
