本报讯（记者韩扬眉）中科院青藏高原研究所新生代环境团队研究员李伟星等利用大型科学装置，通过连接透射电镜与离子加速器，首次直接观察到核径迹在高能离子轰击下半径缩小、长度变短的完整过程。相关研究成果发表于《地球化学与宇宙化学学报》。
矿物中微量铀—238自发裂变后，高速运动的核子会在矿物中产生长度大约为20微米的损伤核径迹。在光学显微镜下，经化学蚀刻放大后的裂变径迹可被观察到。裂变径迹具有“退火”特性，即当地质环境受热时，其损伤恢复、径迹缩短、密度下降甚至完全消失，据此便可限定岩石形成的时间和温度历史。“如果矿物中其他因素也导致了裂变径迹密度、长度变化，那对岩石年龄、温度等的判定将会产生差错。”李伟星告诉《中国科学报》。
2005年，挪威地质学家Hendriks等人就推测，裂变径迹在铀—238和钍—232衰变后所释放的高能阿尔法（α）粒子轰击下，裂变径迹数量变少或长度变短，这种“非热”辐照退火引起裂变径迹测量年龄偏年轻。“热”退火和“辐照”退火都可能阻碍蚀刻液在裂变径迹中前进，导致裂变径迹蚀刻长度缩短，但常规蚀刻方法无法区分这两种退火。
该研究中，研究人员巧妙设计实验，先用“快重离子”加速器产生的核径迹来模拟裂变径迹，再将透射电镜与另一离子加速器相连，首次直接观察到核径迹在高能离子轰击下半径缩小、长度变短的完整过程。这一创新方法可以直观地研究“未蚀刻”径迹辐照退火效应。原位离子辐照可以方便地选择不同离子模拟α—粒子或α—反冲核，也可以在不加热条件下进行，解决了“蚀刻”方法无法区分辐照退火和热退火的难题。
该研究发现，α—反冲核的核碰撞导致了裂变径迹破碎、缩小，阻碍蚀刻液前进以及蚀刻径迹长度缩短。研究还发现，锆石比磷灰石的α—辐照退火效应更为灵敏，且锆石中铀和钍含量一般比磷灰石高，因此，在裂变径迹实践应用中，须考虑锆石的α—辐照退火效应。
审稿人认为，该研究回答了领域内的一个“根本性问题”，是一项“里程碑式的工作”。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.01.022
