俄羅斯的膠體:擁有鈽,即可擴散

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在蘇聯中央計劃造成的環境災難列表中,馬雅克(Mayak)核設施肯定名列前茅。該設施於1948年在俄羅斯南部設立,旨在生產用於炸彈的鈽,之後很快轉變為核反應堆和退役武器核材料的長期後處理中心。但馬雅克(在俄語中意為“燈塔”)也產生了自身的放射性廢物——鈾、鈽和其他錒系元素——並且至少在初期,可能一直到 20 世紀 50 年代,都將它們傾倒入周圍的水道,包括現已乾涸的卡拉恰伊湖以及相鄰的兩條河流:捷恰河和米舍利亞克河。“如果你需要一個嚴重汙染的場地,那簡直是夢想成真,”密歇根大學核材料科學家羅德·尤因(Rod Ewing)冷淡地說。“他們把大量的錒系元素直接排放到地下水中。”

尤因的俄羅斯同事,在俄羅斯科學院的亞歷山大·諾維科夫(Alexander Novikov)的帶領下,對距離原始汙染地點最多四公里的井中提取的地下水進行了取樣,那裡的放射性水平達到每升約 1,000 貝克勒爾(每秒原子核衰變)。即使在那個距離,研究人員仍然測量到每升 0.16 貝克勒爾。由於鈾和鈽是重元素,且在水中的溶解度較低,一些科學家曾預計這種汙染相對來說是不可移動的。然而,在馬雅克,汙染在短短 55 年內就擴散了至少三公里。這是如何發生的?

尤因和他的美國同事使用成像技術證實,放射性物質搭乘膠體——小於一微米的奈米級顆粒——的“順風車”,具體而言,是地下水中存在的氧化鐵。“這些是在水中攜帶的實際礦物碎片,”尤因解釋說。它們抓住“鈾和鈽,並將其攜帶到數公里之外”。這些氧化鐵顆粒——和其他膠體——通常帶有負電荷,而帶正電的錒系元素只是透過靜電吸附在它們的表面。而且錒系元素也不會從顆粒上溶解下來:“它與固體結合在一起並隨之移動,即使溶液中的濃度足夠低,以至於如果是鈽固體,你也會期望它溶解,”尤因指出。


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證實錒系元素可以在膠體上遷移僅僅是第一步。“它進一步證實了我們對地下鈽的理解:它是膠體的,它確實會移動,它不是不可移動的,”勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的地球化學家安妮·克斯廷(Annie Kersting)說。“如果你在那裡發現了它,那不是終點,那只是他們打井的地方。如果能為傳輸濃度設定一些界限就太好了。”這項工作對於確定任何型別的核廢料儲存庫(如內華達州的尤卡山)隨著時間的推移可能如何表現,以及評估美國和世界各地場所的汙染情況仍然至關重要。

而且氧化鐵顆粒可能只是第一個被明確識別出的運輸膠體。正如科羅拉多州落基 flats 最近的研究表明,腐殖酸(一種有機複合物)和許多其他膠體可能具有類似的作用。“這是一個難題,因為它真的很難;在地下水中,膠體無處不在,”尤因指出。“它們可能成為某些錒系元素的運輸載體,這真是太不幸了。”在那種情況下,馬雅克可能最終會成為一個燈塔——儘管是一個警示燈塔。“重要的是要研究環境的地球化學,以幫助我們理解究竟是什麼會移動鈽,”克斯廷補充道。“但是我們需要擺脫鈽不會移動的這種想法,因為它確實會移動。”

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