从切尔诺贝利核事故了解地球起源

1986年4月26日，切尔诺贝利核电站的反应堆发生了灾难性的熔毁。在随后的几周里，这一致命事件迫使数十万人从周边地区搬离，该地区今天仍然是一个荒芜的“禁区”。

切尔诺贝利核事故是由人类错误和有缺陷的反应堆设计造成的。它是历史上最严重的核灾难，释放出的放射性物质是广岛原子弹的400多倍。

(相关资料图)

反应堆内无法控制的链式反应导致温度急剧上升，最终导致了燃料棒的融合、蒸汽爆炸和火灾。熔化的燃料棒在进入电厂的更深层之前，暂时聚集在反应堆室的底部。

这个地狱般的熔汤为地质学家提供了灵感。在发表于《美国矿物学家》上的新研究中，学者们展示了在切尔诺贝利形成的微小锆石，改变了我们对这些晶体的理解，向我们揭示了地球的过去。

熔融堆芯和大象的脚

熔化的反应堆材料被称为熔融堆芯，它是地球上最危险的物质之一。暴露在附近的辐射中，几分钟内就会死亡，但这还不是全部。熔融堆芯非常热，并从放射性中产生自己的热量。要把它冷却下来是非常困难的。

切尔诺贝利的堆芯温度达到2600℃，几乎是航天飞机重返大气层时的表面温度的两倍，或太阳表面温度的一半。作为比较，火山的天然熔岩的温度在500至1000℃之间。熔融堆芯可以溶解钢铁、沙子和混凝土，并且几乎在瞬间将水转化为放射性蒸汽。

在切尔诺贝利，据估计产生了1500吨的腐蚀性物质，像熔岩一样流淌，吞噬了发电厂地下室数米的混凝土。

通过将用于灭火的水从地下室抽出，才勉强避免了第二次更具破坏性的爆炸。最终，熔融堆芯融入了足够多的外来建筑材料，被冷却并凝固成一个看起来像大象脚的块状物。

锆石和地质学家：一个爱情故事

铀燃料棒由浓缩的氧化铀制成，包在锆合金中。熔融堆芯融化了沙子和混凝土，它们的硅成分很高。

锆、硅和氧：所有的成分都存在于切尔诺贝利熔体中，使锆石(ZrSiO₄)结晶成大约有人类头发的宽度。地质学家和地球科学家喜欢锆石，因为研究它可以揭示岩石形成的年代和形成这些岩石的地质过程。它对恶劣的地质条件也有很强的适应性，并能稳定数十亿年。

从切尔诺贝利的凝固冠层中取样的锆石很特别，因为我们对它们的形成条件和历史有很多了解。在许多方面，它们可以被认为类似于受控实验，但来自于一个极其危险的环境，无法在实验室环境中安全地再现。相反，来自天然岩石的锆石有很长、很复杂的历史，很难解开。

令人惊讶的是，来自切尔诺贝利的锆石显示出被称为“再平衡纹理”的特征，这在许多天然锆石中也有发现。直到现在，这些特征被归结为水溶解矿物的作用。

切尔诺贝利熔体中的锆石晶体显示出令人惊讶的“再平衡纹理”，地质学家之前认为这些纹理是由与水接触产生的。

然而，切尔诺贝利熔体几乎不含水，甚至是完全干燥的。这些特征说明锆石晶体是由熔体直接产生的，没有水的影响。

切尔诺贝利的锆石告诉地质学家，锆石并不像他们想象的那样有弹性，在研究复杂的岩石时应该考虑到这一点。

核鉴证学：用于核安全的CSI

研究核事故的后果是被称为核鉴证学，类似于侦探工作。核电站反应堆熔毁在历史上只发生过三次：切尔诺贝利、1979年美国的三里岛和2011年日本的福岛第一核电站。现代核电反应堆已经纳入了更多的安全功能，以避免再次发生切尔诺贝利灾难。使用极其复杂的仪器，有可能测量在事故现场发现的铀和其他放射性元素的确切成分。通过测量铀和钚的同位素比例，可以确定反应堆中使用的燃料类型的信息。

这不仅对了解事故和改善安全有帮助。回答有关使用中的燃料种类的问题，也可以帮助我们得出许多其他的结论，包括事故的原因和如何减轻这些原因。核取证也有助于控制由国际原子能机构(IAEA)监督的核设施，促进核技术的安全、可靠与和平利用。

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