这是第一次发现砷能将铀锁在矿物中

杂草丛生的南特拉斯矿,在树林中可以看到烟囱

来源:©Claire Corkhill

康沃尔郡废弃的南特拉斯矿,1930年以前一直开采铀矿

砷阻止了英国南特拉斯矿的铀渗入水道。这一令人惊讶的发现是首次发现这种有毒元素可以控制铀污染,并可能有助于清理世界各地的场地。

位于康沃尔郡圣奥斯特尔(St Austell)附近的南特拉斯(South Terras)铀矿是英国唯一也是最重要的铀矿,开采时间为1873年至1930年。居里夫人在那里获得了她早期的镭样品——铀矿开采的副产品。但是,世界上有许多废弃的铀矿,以及核武器试验场和核事故现场,都受到了铀等放射性元素的污染。

“自从[南特拉斯]被废弃80年以来,我们想要调查铀的化学形式,以了解它是否可移动——也就是说,随着地下水流向河流——还是以某种方式固定在土壤中,”主要作者说克莱尔Corkhill来自谢菲尔德大学。“了解放射性元素如何在进入地下水、饮用水或作为气溶胶在空气中流动之前被固定下来,对公共安全至关重要。”

后锌矿的SEM图像

来源:©Claire Corkhill

铀砷矿物偏锌矿的扫描电子显微镜图像

科克希尔和她的团队对矿区周围的土壤取样,以检测放射性物质,然后用世界上最亮的同步加速器x射线显微镜——瑞士光源和美国国家同步加速器光源——对它们进行分析。这些显微镜使用强x射线束聚焦在直径1μm的点上。科克希尔说,这有点像大海捞针。

研究小组发现,土壤中的铀与砷结合,形成一种不溶性矿物。科克希尔说:“由于土壤中砷含量高,铀被锁在了一种名为元zeunerite的铀砷矿物中。”她还说,这是第一次在任何受放射性元素污染的地点发现这种矿物质,这表明,在这种情况下,砷有助于清理铀。

西蒙雷德芬英国剑桥大学矿物物理学教授,他认为这项工作“在理解环境中的放射性核素的背景下很有趣”。“南特拉斯矿提供了一个极好的自然实验,从中我们可以开始了解如何将放射性废物固定起来,并通过这种自然过程降低与之相关的风险。”

现在,研究小组想用同样的技术来揭示放射性元素在其他核污染地点的行为方式,比如切尔诺贝利和福岛。科克希尔说:“我们的目标是对特定放射性元素在特定环境中的表现有广泛的了解,这样就可以制定有效的土壤修复策略。”