实验室重现了切尔诺贝利的强放射性“象脚”熔岩

一种新型材料已经在实验室中被创造出来，这种材料模仿了切尔诺贝利和福岛等核熔毁过程中产生的放射性熔岩样废物。模拟材料提供了一种更安全的方法来研究放射性熔融废物，比如臭名昭著的“大象的脚因为它们只有轻微的放射性。

1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号反应堆发生灾难性熔毁，铀堆芯温度超过1600˚C。由于容器温度过高，分离燃料和冷却液的锆包层开始融化，并与铀、钢、混凝土和沙子结合，形成具有放射性的玻璃状熔岩。随着时间的推移，熔岩融化了反应堆容器的底部和建筑物的几层，最终在地下室冷却并凝固。

直到1986年12月，清理小组的成员才发现了放射性物质的一个分支，后来被称为“象脚”。尽管在熔毁过程中产生的大约100吨熔岩中，大象的脚只是很小的一部分，但主要由于其强烈的放射性，它已经成为切尔诺贝利可怕遗产的象征。这个物质刚形成时具有很强的放射性，如果你站在它旁边，它会在300秒内杀死你。

自1986年以来，象脚和切尔诺贝利其他类似熔岩的含燃料物质(lfcm)的放射性已经显著下降，但接近它仍然是危险的。除了对地下水污染的担忧，还有一个令人感兴趣的领域是切尔诺贝利石棺内凝结的水引起的腐蚀损害。水导致新的含铀相在材料表面积聚，当石棺的湿度下降到85%以下时，就会形成大量的放射性尘埃。据估计，切尔诺贝利的lfcm每年释放多达10公斤的灰尘。

然而，研究真正的lfcm是非常有挑战性的。过去的研究涉及切割少量材料，并使用防护设备处理它们，但这种研究受到材料构成的风险的限制。

现在，谢菲尔德大学的一个团队使用贫铀开发了低活性材料，准确地模拟了真正的lfcm的微观结构和矿物学。为此，他们混合了精确数量的含有已知存在于真实lfcm中的元素的试剂，并在1500˚C的还原气氛下加热4小时，然后在720˚C下再加热3天。结果是小批量的材料表现出与从切尔诺贝利回收的lfcm相同的铀、锆和微量金属相。

研究人员还通过从玻璃熔体中结晶，首次成功合成了切尔诺贝利石(一种高铀-锆石硅酸盐)。虽然切尔诺贝利酸以前是用U-Zi-Si-O凝胶热处理合成的，但这种新方法可能更接近切尔诺贝利的实际情况，因此可能会对象脚等现象提供更清晰的见解。

俄罗斯弗鲁姆金物理化学和电化学研究所(Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry)的研究员安德烈·谢利亚耶夫(Andrei Shiryaev)说，这篇论文代表了对含熔岩物质的良好研究，这些物质是在切尔诺贝利核反应堆堆芯熔毁的某些阶段形成的，可能也包括福岛核反应堆。“这是一项深入的研究，为lfcm的形成提供了有趣的见解。”的确，有些发现非常新颖，甚至超过了之前的实验。”

研究小组希望他们的lfcm模拟物可以用来进行通常不可能进行的分析，这样我们就可以更好地理解这些材料——这些信息对于正在进行的去污染切尔诺贝利和福岛等地点的尝试至关重要。这项工作也可能意味着，像法国Vulcano这样的大规模lfcm测试设施所需的成本更低、风险更大的实验。有了更小规模的替代方案，这些设施可能只用于最重要的研究。

然而，尽管这些模拟lfcm看起来与切尔诺贝利的真实材料非常相似，但研究小组警告说，它们并不是完全匹配的。他们特别指出，他们的材料是用二氧化锆作为前驱体合成的，而不是核电站使用的锆合金包层。

Shiryaev说:“当然，模拟材料的研究很重要，因为它们更简单，可以进行大量的实验。”“然而，人们应该现实地看待只研究模拟物的意义。这种区别类似于真正的体育运动和玩电子游戏之间的区别。”