放射性铯原子的世界首张图像，远非止步于此

福岛核电站事故十三年后，一项突破性的分析成功实现了世界首次：直接成像环境样本中的放射性铯（Cs）原子。这项研究由日本、芬兰、美国和法国的研究人员完成，他们分析了受损福岛第一核电站反应堆排放的物质，揭示了日本面临的环境和放射性废物管理挑战。该研究发表在《危险材料期刊》上。

在2011年的日本东北大地震和海啸之后，福岛第一核电站的3个核反应堆经历了熔毁，导致备用电源和冷却系统失效。自那时以来，广泛的研究努力集中在理解燃料残渣（熔化的核燃料和结构材料的混合物）的特性上，这些残渣必须谨慎清除和处置。

然而，关于燃料残渣的物理和化学状态仍存在许多不确定性，这极大地复杂了回收工作。

大量放射性铯以颗粒形式从受损的福岛第一核电站反应堆中释放出来。这些颗粒被称为富含铯的微粒（CsMPs），它们溶解性差，尺寸小（< 5 µm），并具有类似玻璃的组成。研究负责人宇都宫聪教授解释说，这些微粒是在熔毁过程中形成的，当熔化的核燃料与混凝土发生碰撞时会在受损反应堆底部形成。

详细的微粒特征表明了关于熔毁机制和范围的重要线索。然而，尽管微粒中铯含量丰富，但直接成像放射性铯原子的尝试一直无法实现。

研究合作者加雷斯·罗尔教授解释说，“这意味着我们缺乏有关微粒和燃料残渣中铯化学形式的完整信息。”

通过模拟得知，研究团队进行了艰苦的分析工作，最终实现了对放射性Cs原子的成像。宇都宫聪教授表示：“在污染锂辉石结构中看到放射性Cs原子的美丽图案非常令人激动，图像中约一半的原子对应于放射性Cs。”他继续说：“这是人类首次直接在环境样本中成像放射性Cs原子。在环境样本中找到足够高浓度的放射性Cs以进行直接成像是不寻常的，并带来安全问题。虽然能够做出科学上的世界首次成像非常令人兴奋，但同时也令人遗憾，因为这只有在核事故发生时才可能实现。”

研究发现不仅仅是成像的突破。宇都宫聪强调，该研究结果比单纯的放射性Cs原子成像更为广泛：“我们的工作揭示了锂辉石的形成以及福岛核电站反应堆和环境中铯分布的可能异质性。”

罗尔进一步强调了相关性：“我们确切地证明了福岛核电站反应堆排放物中的新铯现象。在富含铯的微粒中发现含锂辉石的铯可能意味着它仍然存在于受损反应堆中；因此，其特性现在可以考虑在反应堆退役和废物管理策略中。”

研究论文发表在《危险材料期刊》上，得到了日本学术振兴会和芬兰研究委员会的双边资助。