英国核试验结束近 60 年后，含有钚和铀的放射性粒子仍然污染着南澳大利亚内陆马拉林加周围的景观。
这些“热粒子”并不像我们曾经假设的那么稳定。我们的研究显示它们可能释放出微小的钚和铀块，这些物质很容易通过灰尘和水传播，被人类和野生动物吸入并被植物吸收。
英国核试验留下了放射性遗产。 （澳大利亚国家档案馆）
英国的核游乐场
1945年美国对广岛和长崎进行原子弹爆炸后，其他国家竞相建造自己的核武器。英国正在寻找进行测试的地点。当它在 20 世纪 50 年代初与澳大利亚政府接洽时，澳大利亚非常急于同意。
1952年至1963年间，英国在澳大利亚引爆了12枚核弹。其中三个位于西澳大利亚州附近的蒙特贝罗群岛，但大多数位于南澳大利亚内陆地区：两个位于鸸鹋场，七个位于马拉林加。
除了全面核爆炸之外，还有数百次“亚临界”试验，旨在测试核武器及其部件的性能和安全性。这些试验通常涉及用常规炸药炸毁或点燃核装置。
亚临界测试释放出放射性物质。仅 Vixen B 试验（在马拉林加的塔拉纳基试验场）就在干旱地区散布了 22.2 公斤钚和超过 40 公斤铀。相比之下，投在长崎的核弹含有 6.4 公斤钚，投在广岛的核弹含有 64 公斤铀。
这些测试导致了环境的长期放射性污染。直到 1984 年，土地才被归还给其传统所有者 Maralinga Tjarutja 人之前，污染的严重程度才得以显现。
烫手山芋
尽管进行了大量的清理工作，残留的钚和铀仍然留在马拉林加。大多数以“热颗粒”的形式存在。这些是分散在土壤中的微小放射性颗粒（远小于一毫米）。
钚是一种放射性元素，主要由人类制造，英国核试验中使用的武器级钚的半衰期为24,100年。这意味着，即使在 1963 年 Vixen B 试验结束 24,100 年后，塔拉纳基试验场周围仍然散布着相当于两颗长崎原子弹的钚。
钚会发出α辐射，如果它通过饮食或呼吸进入人体，就会损害DNA。
在原始状态下，钚和铀粒子相当不活跃。然而，随着时间的推移，当暴露于大气、水或微生物时，它们可能会在灰尘或暴雨中风化并释放钚和铀。
直到最近，我们对这些热粒子的内部构成知之甚少。这使得准确评估它们造成的环境和健康风险变得非常困难。
莫纳什大学博士生梅根·库克（我们新论文的主要作者）接受了这一挑战。她的研究旨在确定核试验后，钚在大气流中是如何沉积的（其中一些钚通过远至昆士兰州！），钚热粒子落地时的特性，以及土壤内的潜在运动。
（库克等人，《科学报告》，2021 年）
多于：在这张电子显微镜图像中，钚和铀呈明亮的块状嵌入在较暗的铁铝合金中。
纳米技术来拯救
先前的研究利用同步加速器光源产生的超强X射线来绘制微米尺度的热粒子内钚的分布和氧化态。
为了获得更多细节，我们使用了来自英国牛津附近的钻石同步加速器的 X 射线，这是一个巨大的机器周长超过半公里，在粒子加速器中产生的光比太阳亮一百亿倍。
研究这些粒子如何吸收 X 射线表明，它们含有几种不同氧化状态的钚和铀，这会影响它们的反应性和毒性。然而，当我们观察颗粒在 X 射线光（或“X 射线衍射”）中投射的阴影时，如果不了解颗粒内部不同化学物质的更多信息，我们就无法解释结果。
为了了解更多信息，我们使用了机器莫纳什大学的该技术可以用纳米宽的高能离子束切开微小的样品，然后分析内部的元素并拍摄内部图像。这有点像使用只切割最微小的岩石。这以精美的细节揭示了颗粒内部复杂的材料和纹理阵列。
大部分钚和铀分布在尺寸在几微米到几纳米之间的微小颗粒中，或者溶解在铁铝合金中。我们还发现了一种钚-铀-碳化合物，它在空气中会很快被破坏，但通过金属合金保持稳定。
颗粒的这种复杂的物理和化学结构表明颗粒是由爆炸云中的熔融金属液滴冷却形成的。
最终，跨越三大洲的多学科团队——包括土壤科学家、矿物学家、物理学家、矿物工程师、同步加速器科学家、显微镜学家和放射化学家——揭示了马拉林加热粒子的本质。
从火到尘
我们的研究结果表明，从长远来看，内陆环境中的自然化学和物理过程可能会导致钚从热粒子中缓慢释放。钚的释放可能会导致钚的持续吸收马拉林加野生动物产生的钚。
即使在马拉林加的半干旱条件下，炽热的颗粒也会慢慢分解，释放出致命的物质。马拉林加颗粒的教训不仅限于澳大利亚内陆地区。它们对于理解脏弹产生的粒子或亚临界核事故释放的粒子也很有用。
此类事件已有一些记录在案的实例。其中包括导致 1966 年西班牙帕洛马雷斯和 1968 年格陵兰图勒附近热核武器常规爆炸的 B-52 事故，以及美国麦奎尔空军基地的武装核导弹爆炸和随后的火灾1960年。
当今世界各国仍持有数以千计的现役核武器。马拉林加的遗产表明，世界无法承受涉及核粒子的事件。
芭芭拉·埃奇曼, 研究人员,莫纳什大学;乔尔·布鲁格，同步加速器地球科学教授，莫纳什大学， 和黄凡妮莎， 副教授，莫纳什大学。
