科学家首次实现对福岛核电站泄露的放射性铯进行成像检测

科学家首次实现对福岛核电站泄露的放射性铯进行成像检测 一项新研究对福岛环境样本中的放射性铯原子进行了直接成像，为核废料管理和环境恢复工作提供了重要数据。福岛第一核电站（FDNPP）核灾难发生 13 年后，研究人员取得了一项突破性的成就：他们首次成功地对环境样本中的放射性铯（Cs）原子进行了直接成像。由日本、芬兰、美国和法国的研究人员组成的研究小组完成了一项开创性的分析，对受损的国防核电站反应堆排放的材料进行了分析，揭示了日本面临的挥之不去的环境和放射性废物管理挑战的重要见解。这项研究最近发表在《危险材料杂志》（Journal of Hazardous Materials）上。福岛第一核电站核泄漏事故：持续的工程和环境难题2011 年，东北大地震和海啸发生后，由于失去备用电源和冷却系统，国防核电站的 3 座核反应堆发生熔毁。此后，大量的研究工作集中在了解受损反应堆内的燃料碎片（熔化的核燃料和结构材料的混合物）的特性上。这些碎片必须小心清除和处理。然而，燃料碎片的物理和化学状态仍存在许多不确定因素，这使得回收工作变得非常复杂。受损的福岛第一核反应堆以微粒形式释放出大量放射性铯。这些颗粒被称为富含铯的微颗粒（CsMPs），溶解性差，体积小（< 5 微米），成分类似玻璃。日本九州大学的 Satoshi Utsunomiya 教授领导了本次研究。他解释说，"在熔毁过程中，熔融核燃料撞击混凝土，在受损反应堆底部形成。在形成之后，许多铯金属氧化物从反应堆安全壳中流失到周围环境中。"图 1：（左）辉绿岩的结构模型和使用 MacTempas 模拟的 HAADF-STEM 图像。(右图）CsMPs 中富含铁的辉绿岩的高分辨率 HAADF-STEM 图像。图像中的铯原子呈现为亮点（图像中的圆圈）。该结构中约有一半的铯原子具有放射性。放射性铯原子以前从未在环境样本中成像过。资料来源：Kanako Miyazaki et.对 CsMPs 的详细表征揭示了有关熔毁机制和程度的重要线索。然而，尽管微颗粒中含有大量的铯，但事实证明不可能对颗粒中的放射性铯进行原子尺度的直接成像。来自赫尔辛基大学的研究合作者加雷思-劳教授解释说："这意味着我们缺乏关于粒子和燃料碎片中铯化学形态的完整信息。"Utsunomiya 说："虽然粒子中的铯浓度相当高，但往往还是太低，无法使用先进的电子显微镜技术成功地进行原子尺度成像。当发现铯的浓度足够高时，我们发现电子束会损坏样品，从而使得到的数据毫无用处"。不过，在该团队使用最先进的高分辨率高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HR-HAADF-STEM）进行的前一项工作中，他们发现在铯多晶锰矿石中存在一种名为铯榴石（一种沸石）的矿物包裹体。Law 解释说："在过去的分析中，我们发现 CsMPs 中富含铁的铯榴石包裹体中的铯含量大于 20 wt.%。在自然界中，铯榴石通常富含铝。"铯多晶锰矿中的多晶锰矿明显不同于自然界中的多晶锰矿，这表明多晶锰矿是在反应堆中形成的。Utsunomiya 继续说："由于我们知道铯多晶锰矿中的大部分铯是裂变产生的，因此我们认为对多晶锰矿的分析可以首次获得放射性铯原子的直接图像。"沸石在受到电子束辐照时会变得无定形，但这种破坏与沸石的成分有关，研究小组发现，一些沸石夹杂物在电子束中是稳定的。了解到这一点并借鉴模型，研究小组开始了艰苦的分析工作，宇都宫、研究生宫崎加奈子和研究小组最终将放射性铯原子成像。科学家在受损的福岛第一核反应堆附近采集受污染土壤样本。图片来源：Satoshi Utsunomiya图像中约有一半的原子与放射性铯相对应。这是人类首次对环境样本中的放射性铯原子进行直接成像。在环境样本中发现足够高浓度的放射性铯以允许直接成像是不寻常的，而且会带来安全问题。虽然能在科学界首次成像令人兴奋，但与此同时，令人遗憾的是，这只是由于核事故才成为可能。Utsunomiya 强调说，这项研究的发现不仅仅是放射性铯原子的成像："我们的工作揭示了辉绿岩的形成，以及 Cs 在 FDNPP 反应堆和环境中可能存在的异质性分布"。Law 进一步强调了相关性："我们明确证明了一种新的铯出现与 FDNPP 反应堆排放的材料有关。在 CsMPs 中发现含 Cs 的多孔石可能意味着它也残留在受损的反应堆中；因此，现在可以在反应堆退役和废物管理战略中考虑它的特性"。合作者、南特大学亚特兰蒂克分校 Subatech 荣誉教授 Bernd Grambow 补充说："我们现在还应该开始考虑铯沸石的环境行为及其可能造成的影响。它的表现可能与迄今为止记录的其他形式的铯沉降物不同。此外，还必须考虑它对人类健康的影响。沸石在环境和体液中的化学反应性肯定不同于其他形式的放射性铯沉降物"。最后，斯坦福大学的罗德-尤因（Rod Ewing）教授在反思这项研究的意义时强调，迫切需要继续开展研究，为碎片清除战略和环境修复提供依据："我们再次看到，国际科学家艰苦的分析工作确实能够揭开核事故的神秘面纱，帮助长期的恢复工作"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

比尔·盖茨旗下公司计划在美国建造新一代核电站

比尔·盖茨旗下公司计划在美国建造新一代核电站 据英国《金融时报》，比尔·盖茨的公司泰拉能源TerraPower计划建造一座新一代核电站。该公司首席执行官克里斯·莱维斯克表示，计划于6月份开始建造美国第一座新一代核电站。新型反应堆的特点是使用液态钠而不是水进行冷却，这使其建造成本降低了一半。 来源：格隆汇

美参议院全体一致同意通过对俄浓缩铀禁令

美参议院全体一致同意通过对俄浓缩铀禁令 根据美国能源部数据，俄罗斯提供了美国超过90座商用反应堆所需浓缩铀的大约四分之一，使其成为美国最大的外国供应商。这些销售每年估计为俄罗斯带来约10亿美元的营收，但替代这部分供应可能面临挑战，并可能导致浓缩铀成本上升约20%。白宫早些时候曾在一份事实表中表示，需要对俄罗斯进口实施“长期禁令”，以便解锁国会今年早些时候提供的用于建立国内铀产业的约27亿美元资金，但条件是必须限制从俄罗斯进口铀。白宫指出：“依赖俄罗斯铀源给美国经济和因俄乌冲突而进一步承压的民用核工业带来了风险。如果不采取行动，俄罗斯将继续掌控全球铀市场，这对美国及其盟友和伙伴造成不利影响。”去年12月，众议院以口头表决方式通过了相关法案。美国已经禁止进口俄罗斯石油，并与七国集团（G7）盟友合作对俄罗斯海运原油及石油产品实施价格上限。这项将于2040年底到期的立法规定，允许能源部发放豁免，授权根据美国商务部与俄罗斯之间的反倾销协议设定的到2027年的出口限额，允许进口全部体积的俄罗斯铀。据核燃料市场研究公司UxC总裁乔纳森·欣茨（Jonathan Hinze）称，如果没有这些豁免，浓缩铀当前的分离功单位（SWU）现货价格可能从每SWU 165美元跃升约20%，达到每SWU高达200美元的历史最高水平。浓缩铀的计量单位是分离功单位（SWU），反映了放射性金属的体积和浓缩密度。如果美国禁止进口，俄罗斯可能会实施出口禁令作为回应。实施进口禁令将需要一段时间才会对美国核电站运营商产生实际影响。反应堆通常每隔18个月至24个月进行一次换料，而燃料采购则需提前很长时间谈判。这意味着大多数但并非所有公用事业公司都已经储备了足够多的铀，至少在未来几年内能够维持其反应堆运行。 ... PC版： 手机版：

美国着手停止从俄罗斯购买铀 并开始在本国生产铀

美国着手停止从俄罗斯购买铀 并开始在本国生产铀 俄罗斯历来是美国和其他国家最大的铀供应国之一。美国在 2022 年为应对乌克兰战争而禁止进口煤炭、石油和天然气时，将铀排除在制裁范围之外，这表明美国是多么依赖于从国外进口铀，尤其是从俄罗斯及其盟国进口铀。此后，两党一直在推动启动国内铀矿开采和加工。对于拜登政府来说，铀在实现美国气候目标方面发挥着关键作用，它将太阳能和风能等可再生能源与核反应堆更稳定的发电相结合。但是，虽然核能可以帮助美国减少温室气体排放，但它也会引发与受铀生产和核废料影响的社区的冲突。"我们国家的清洁能源未来将不会依赖俄罗斯的进口，"美国能源部长詹妮弗-格兰霍尔姆（Jennifer Granholm）在一份新闻稿中说，"我们正在进行投资，以便在美国本土建立安全的核燃料供应链。"俄罗斯国家核能公司（Rosatom）供应着美国约 20% 的浓缩铀。俄罗斯还主导着世界上用于为下一代核反应堆提供燃料的更高浓缩铀的商业供应。自 2020 年以来，美国国内的铀产量几乎为零。但这种情况正在改变。亚利桑那州和犹他州的三个铀矿于 12 月开始生产这种材料，人们对核能作为化石燃料替代品的兴趣日益浓厚，推动了铀价格的上涨。其中包括大峡谷附近一个名为"Pinyon Plain"的矿场，哈瓦苏派部落和环保人士多年来一直反对该矿场，认为它对周围的土地、圣地和水源构成威胁。美国仍在清理纳瓦霍部落土地上数百个冷战时期废弃的铀矿，这些铀矿与癌症和其他疾病有关。尽管铀供应链沿线的社区仍人心惶惶，但核能支持者相信，技术进步已足以避免之前的灾难。拜登政府在大峡谷附近建立了一个新的国家纪念碑，禁止在边界内的大片土地上开采铀矿，州立法者正在对此进行抗争。Pinyon Plain 公司已经获得了采矿许可，仍将被允许在新纪念碑的边界内开采铀矿。相关文章:美国核能将迎复兴？7年来第一座新建核电机组开始并网发电历史性转变 美国首次重启关闭的核电站 ... PC版： 手机版：

有关稀土元素钷的新发现将改写化学教科书

有关稀土元素钷的新发现将改写化学教科书 概念图展示了小瓶中的稀土元素钷，周围环绕着有机配体。ORNL 科学家发现了钷的隐藏特征，为研究其他镧系元素开辟了道路。图片来源：Jacquelyn DeMink，艺术；Thomas Dyke，摄影；ORNL，美国能源部钷于 1945 年在克林顿实验室（即现在的美国能源部橡树岭国家实验室）被发现，并一直在橡树岭国家实验室进行微量生产。尽管稀土元素被用于医学研究和长寿命核电池，但它的一些特性仍然难以捉摸。它以神话中的泰坦命名，泰坦将火传递给人类，其名字象征着人类的奋斗。美国国家实验室的突破性研究共同领导这项研究的ORNL科学家亚历克斯-伊万诺夫（Alex Ivanov）说："整个想法就是探索这种非常罕见的元素，以获得新的知识。意识到这是在这个国家实验室和我们工作的地方发现的，我们就觉得有义务进行这项研究，以维护 ORNL 的传统"。由 ORNL 领导的科学家团队制备了一种钷的化学复合物，从而首次在溶液中描述了钷的特性。因此，他们通过一系列细致的实验揭开了这种原子序数为 61 的极其罕见镧系元素的秘密。这项具有里程碑意义的研究于 5 月 22 日发表在《自然》杂志上，标志着稀土研究取得了重大进展，并有可能改写化学教科书。左起：亚历克斯-伊万诺夫（Alex Ivanov）、桑塔-扬松-波波娃（Santa Jansone-Popova）和伊尔亚-波波夫斯（Ilja Popovs），均来自美国国家实验室。图片来源：Carlos Jones/ORNL，美国能源部镧系元素的特性共同领导这项研究的 ORNL 的 Ilja Popovs 说："由于没有稳定的同位素，钷是最后发现的镧系元素，也是最难研究的镧系元素。大多数稀土元素都是镧系元素，即元素周期表上从57（镧）到71（镥）的元素。它们具有相似的化学性质，但大小不同。"人们对其他 14 种镧系元素都很了解。它们是具有有用特性的金属，在许多现代技术中不可或缺。它们是激光器、风力涡轮机和电动汽车中的永久磁铁、X 射线屏幕甚至抗癌药物等应用的主力军。"数以千计的关于镧系元素化学的出版物中都没有钷。这对所有科学来说都是一个明显的空白，"ORNL 的 Santa Jansone-Popova 说，她是这项研究的共同负责人。"科学家们不得不假设钷的大部分特性。现在我们可以实际测量其中的一些特性了。"左起：Richard Mayes、Frankie White、April Miller、Matt Silveira 和 Thomas Dyke。图片来源：Carlos Jones/ORNL，美国能源部独特的研究能力这项研究依赖于能源部国家实验室的独特资源和专业知识。作者利用研究反应堆、热电池和超级计算机，以及 18 位科学家在不同领域积累的知识和技能，详细描述了对溶液中钷复合物的首次观测。ORNL 的科学家将放射性钷与称为二甘醇酰胺配体的特殊有机分子结合或螯合。然后，他们利用 X 射线光谱测定了络合物的性质，包括钷与邻近原子的化学键长度这是科学界的创举，也是元素周期表中长期缺失的部分。钷非常稀有，在任何时候，地壳中自然存在的钷只有一磅左右。与其他稀土元素不同，由于钷没有稳定的同位素，因此只能获得微量的合成钷。在这项研究中，ORNL 小组生产了半衰期为 2.62 年的同位素钷-147，其数量和纯度足以研究其化学特性。ORNL 是美国唯一的钷-147 生产商。站在 ORNL 放射化学工程开发中心前的钷研究小组成员，从左至右依次为：Santanu Roy、Thomas Dyke、Ilja Popovs、Richard Mayes、Darren Driscoll、Frankie White、Alex Ivanov、April Miller、Subhamay Pramanik、Santa Jansone-Popova、Sandra Davern、Matt Silveira、Shelley VanCleve 和 Jeffrey Einkauf。资料来源：Carlos Jones/ORNL, 美国能源部值得注意的是，研究小组首次展示了整个镧系元素在溶液中的镧系收缩特征，包括原子序数为 61 的钷。镧系元素收缩是指原子序数在 57 到 71 之间的元素比预期的要小。随着这些镧系元素原子序数的增加，其离子半径也随之减小。这种收缩产生了独特的化学和电子特性，因为相同的电荷被限制在一个不断缩小的空间内。ORNL 的科学家们得到了一个清晰的钷信号，这使他们能够更好地确定整个系列的趋势形状。伊万诺夫说："从科学的角度来看，这确实令人震惊。当我们获得所有数据后，我感到非常震惊。这种化学键的收缩在原子序列中是加速的，但在钷之后，这种收缩就大大减慢了。这是了解这些元素的化学键特性及其在元素周期表中的结构变化的一个重要里程碑。"其中许多元素，如镧系元素和锕系元素的应用范围很广，从癌症诊断和治疗到可再生能源技术和用于深空探测的长寿命核电池。对技术和科学的影响扬松-波波娃表示，这一成果将减轻分离这些宝贵元素的工作难度。长期以来，研究小组一直致力于全系列镧系元素的分离，"但钷是最后一块拼图。这相当具有挑战性，"她说。"现代先进技术无法将所有这些镧系元素作为混合物使用，因为首先需要将它们分离。这就是收缩变得非常重要的地方；它基本上使我们能够分离它们，而这仍然是一项相当困难的任务。"研究小组在该项目中使用了能源部的多个主要设施。在 ORNL，钷在高通量同位素反应堆（能源部科学办公室的用户设施）合成，并在放射化学工程开发中心（多用途放射化学处理和研究设施）纯化。然后，研究小组在位于能源部布鲁克海文国家实验室的能源部科学办公室用户设施国家同步辐射光源 II 进行了 X 射线吸收光谱分析，特别是在由美国国家标准与技术研究院资助和运营的材料测量光束线工作。研究小组还在橡树岭领先计算设施（Oak Ridge Leadership Computing Facility）进行了量子化学计算和分子动力学模拟，该设施是能源部科学办公室在 ORNL 的用户设施，使用的是实验室的 Summit 超级计算机，这是当时唯一能够提供必要计算的计算资源。此外，研究人员还使用了 ORNL 科学计算和数据环境的资源。他们预计未来的计算将在 ORNL 的 Frontier 超级计算机上进行，这是世界上最强大的超级计算机，也是第一个超大规模系统，每秒能进行超过五万亿次计算。波波夫斯强调说，ORNL领导取得的成就归功于团队合作。他说，《自然》杂志论文的18位作者中的每一位都对项目至关重要。科学家们说，这项成果为研究的新时代奠定了基础。波波夫斯说："任何我们称之为现代技术奇迹的东西，都会或多或少地包含这些稀土元素。我们正在添加缺失的环节。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

前蓝色起源公司高管的月球开发初创公司Interlune制订采矿计划

前蓝色起源公司高管的月球开发初创公司Interlune制订采矿计划 两份保密投标文件显示，这家初创公司正在寻求这笔资金，用于建造和测试月球氦-3（He-3）资源提取硬件。Interlune公司的代表拒绝对此发表评论。Interlune 公司在最新的宣传材料中说，它已经开发出了一种从月球碎屑中提取氦的"突破性方法"，但幻灯片中并没有更详细的介绍。根据一张幻灯片，这家初创公司正在开发轿车大小的提取器，并与其他硬件相结合，以有效地制造可扩展的物理工厂。不过，幻灯片没有解释如何储存氦，或如何将其运回地球。He-3是氦的一种稳定同位素；地球通过磁场屏蔽了太阳风，而月球则受到太阳风的轰击，He-3等高能粒子沉积在月球表面。在地球上，He-3 最常见的来源是氚的衰变，氚是一种用于核武器的人造元素。Interlune 预测，在量子计算、医疗成像、太空推进剂和核聚变等领域的推动下，未来几年对 He-3 的需求将呈"指数"增长，预计到 2040 年，每年的需求量将达到 4000 千克（而现在仅为 5 千克）。月球上的 He-3 和地球上的 He-3 一样稀缺。在月球上开采氦-3 并不是一个新概念：自阿波罗任务以来收集的数据显示，月球上存在大量的氦-3 同位素。但多年来，它一直被认为是科幻小说中的情节：科学家们从未接近开发出必要的提取技术，使这种努力变得值得。He-3可以用来为核聚变反应堆提供动力这是一个特别诱人的概念，因为它的副产品不会具有放射性但是，尽管核聚变研究在过去几年中取得了重大成果，要使核聚变成为地球上（更不用说太空中）商业上可行的能源，还需要采取更多的措施。其他国家已经开始向我们的月球寻求解决这一问题的办法。最值得注意的是，中国在 2022 年宣布，其嫦娥五号机器人任务采集到了一种新的月球矿物，其中含有 He-3，这表明其储量比以前想象的还要大。中国对开采氦-3 的兴趣为确保月球上这些大吨位资源的国家安全创造了必要条件这可能意味着 Interlune 公司有望获得政府机构的非扩张性政府合同，以及寻求以国防为重点的投资者的青睐。Interlune 的管理团队包括首席执行官罗布-梅耶森（Rob Meyerson）、首席技术官盖瑞-赖（Gary Lai）和首席运营官英德拉-霍恩斯比（Indra Hornsby），罗布-梅耶森是一位多产的太空产业投资者，曾任蓝色起源公司总裁；盖瑞-赖曾任蓝色起源公司首席架构师；英德拉-霍恩斯比曾在火箭实验室、黑天公司和太空飞行工业公司工作过。这家初创公司已成立至少三年，但除了几份简短的公开声明外，这是公众第一次详细了解其计划。报告还称，Interlune 公司计划最早于 2026 年在月球上展示这项技术，并于 2028 年建立一个提取氦-3 的试验工厂。该公司告诉投资者，如果计划如公司所愿，那么到下一个十年开始时，公司每年可从氦-3回收中获得5亿美元的经常性收入，而且只会越来越多。但这仍然是一个昂贵的计划：该公司需要支付发射费用、确保资源回返合作伙伴，并建立起启动大规模采矿所需的所有硬件。经济效益，比如开采一克氦的成本，也还不清楚。不过，如果 Interlune 能够成功，那么它将自成一类：也有其他初创公司专注于太空资源开采，但它们要么专注于将月球资源纯粹用于在轨应用（如Argo Space Corporation），要么只专注于矿物（如AstroForge）。 ... PC版： 手机版：