作為巖石年齡測定和熱歷史分析的重要方法，“裂變徑跡定年法”利用核物理中的“裂變”產(chǎn)生的“核徑跡”定年，自上世紀(jì)60年代中期被引入地質(zhì)、地球化學(xué)領(lǐng)域以來，相關(guān)研究備受關(guān)注。

記者29日從中國科學(xué)院青藏高原研究所獲悉，該所新生代環(huán)境團(tuán)隊李偉星研究員等與合作者通過巧妙設(shè)計實驗，將透射電鏡與離子加速器相連，首次直接觀察到“核徑跡”在高能離子轟擊下半徑縮小、長度變短的完整過程。

科學(xué)家這一首次揭秘在不加熱條件下“核徑跡”受離子轟擊縮小的全過程、將推動巖石年齡測定的最新研究成果論文，近期已在國際地球化學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《地球化學(xué)與宇宙化學(xué)學(xué)報》發(fā)表。

論文通訊作者兼第一作者李偉星研究員表示，最新論文成果是典型的學(xué)科交叉研究，涉及材料與核工程、地質(zhì)專業(yè)，將對地質(zhì)學(xué)、石油勘探等科學(xué)實踐應(yīng)用中利用鋯石和磷灰石裂變徑跡準(zhǔn)確限定巖石年齡、提高熱歷史分析精度具有重要意義。

他介紹說，在地球地質(zhì)的探索中，科學(xué)家通過巖石年齡、溫度等要素，對地球和生命的演化進(jìn)行分析解讀。而測定上述要素需要更有效精準(zhǔn)的工具方法，吸引科學(xué)家們數(shù)十年來不斷進(jìn)行探索。

其中，“裂變徑跡定年法”的裂變徑跡是指礦物中微量鈾-238自發(fā)裂變后，高速運(yùn)動的核子在礦物中產(chǎn)生長度大約為20微米的損傷核徑跡。在光學(xué)顯微鏡下，可以觀察到經(jīng)化學(xué)蝕刻放大后的裂變徑跡。此外，裂變徑跡還具有“退火”特性，即當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境受熱時，損傷恢復(fù)，徑跡縮短、密度下降甚至完全消失，據(jù)此便可限定巖石形成的時間和溫度歷史，這也是判定巖石年齡及熱史分析的基本假設(shè)。

早在2005年，挪威地質(zhì)學(xué)家亨德瑞克斯(Hendriks)等推測，裂變徑跡在鈾-238和釷-232衰變所釋放的高能阿爾法(α)粒子轟擊下，裂變徑跡數(shù)量變少或長度變短，這種“非熱”輻照退火引起裂變徑跡測量年齡偏年輕，直接影響裂變徑跡定年在板塊、地形及盆地演化分析中的廣泛應(yīng)用。

不過，由于該推測一直缺乏實驗證據(jù)有效支持，是學(xué)界頗具爭議的科學(xué)問題。爭議的核心是“熱”退火和“輻照”退火都可能阻礙蝕刻液在裂變徑跡中前進(jìn)，導(dǎo)致裂變徑跡蝕刻長度縮短，而常規(guī)蝕刻方法無法區(qū)分這兩種退火。

李偉星指出，為通過實驗解決爭議，中科院團(tuán)隊利用俄羅斯杜布納聯(lián)合核子研究所、哈薩克斯坦核物理研究所快重離子加速器、美國阿貢實驗室原位離子輻照等大型科學(xué)裝置，通過連接透射電鏡與離子加速器，首次直接觀察到核徑跡在高能離子轟擊下半徑縮小、長度變短的完整過程。這一創(chuàng)新方法直觀地研究“未蝕刻”徑跡輻照退火效應(yīng)，原位離子輻照可在不加熱條件下進(jìn)行，解決了“蝕刻”方法無法區(qū)分輻照退火和熱退火的難題。

他說，這項研究通過原位輻照和量化分析發(fā)現(xiàn)，α-反沖核的核碰撞導(dǎo)致裂變徑跡破碎、縮小，阻礙蝕刻液前進(jìn)以及蝕刻徑跡長度縮短。研究還發(fā)現(xiàn)，鋯石比磷灰石的α-輻照退火效應(yīng)更為靈敏，且鋯石中鈾和釷含量一般比磷灰石高，因此裂變徑跡實踐應(yīng)用中，須考慮鋯石的α-輻照退火效應(yīng)，磷灰石的退火效應(yīng)則較弱，或可忽略。(記者 孫自法)

關(guān)鍵詞： 核徑跡 受離子