在英国核试验结束近60年后，含有钚和铀的放射性粒子仍然污染着澳大利亚南部内陆地区马拉林加周围的景观。

这些“热粒子”不像我们曾经设想的那样稳定。我们的研究表明，它们很可能释放出微小的钚和铀块，这些钚和铀很容易在灰尘和水中运输，被人类和野生动物吸入，被植物吸收。

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，其他国家竞相制造自己的核武器。英国正在寻找进行试验的地点。上世纪50年代初，当它与澳大利亚政府接洽时，澳大利亚只是急于表示同意。

1952年至1963年间，英国在澳大利亚引爆了12枚核弹。在西澳大利亚附近的蒙特贝洛群岛有三个，但大多数在南澳大利亚内陆：两个在Emu油田，七个在马拉林加。

除了全面的核爆炸外，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核装置，或放火焚烧。

亚临界试验释放了放射性物质。仅Vixen B试验（在马拉林加的塔拉纳基试验场）就在干旱地区分布了22.2公斤钚和40多公斤铀。相比之下，投在长崎的核弹含有6.4公斤钚，而投在广岛的核弹含有64公斤铀。

这些试验导致了环境的长期放射性污染。直到1984年，在这片土地被归还给它的传统拥有者马拉林加·塔加鲁贾（Maralinga Tjarutja）人之前，才意识到污染是多么严重。

热粒子

尽管进行了大量清理工作，但残留钚和铀仍在马拉灵加。大多数以“热粒子”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24100年。这意味着即使在1963年结束的Vixen B试验结束后的24100年后，仍有将近两枚长崎炸弹的价值钚散布在塔拉纳基试验场周围。

钚发出α辐射，如果它通过进食、饮用或呼吸进入人体，会破坏DNA。在其原始状态下，钚和铀粒子相当不活跃。然而，随着时间的推移，当接触大气、水或微生物时，它们可能会在灰尘或暴雨中天气并释放钚和铀。

直到最近，我们对这些热粒子的内部组成知之甚少。这使得很难准确评估它们所构成的环境和健康风险。

莫纳什（Monash）博士生梅根·库克（Megan Cook）（我们新论文的主要作者）接受了这一挑战。她的研究旨在确定钚是如何在核试验之后被大气气流携带的（其中一些是在昆士兰旅行！），以及钚热粒子着陆时的特性和土壤中的潜在运动。

纳米技术拯救人类

以往的研究利用同步辐射光源产生的超强X射线，在微米尺度上绘制出钚在热粒子内部的分布和氧化状态。

为了获得更多的细节，我们使用了来自英国牛津附近钻石同步加速器的X射线，这是一台周长超过半公里的巨大机器，在粒子加速器中产生的光比太阳还要亮100亿倍。

研究这些粒子是如何吸收X射线的，发现它们含有处于几种不同氧化状态的钚和铀，这会影响它们的活性和毒性。然而，当我们观察粒子在X射线光（或“X射线衍射”）下投射的阴影时，如果我们不了解粒子内部的不同化学物质，就无法解释结果。

为了找到更多的线索，我们使用了蒙纳士大学的一台机器，它可以用一束纳米宽的高能离子束切开微小的样品，然后分析里面的元素，制作内部图像。这有点像用光剑切割岩石，只是在最小的规模。这精细地揭示了粒子内部复杂的材料和纹理阵列。

钚和铀的大部分分布在几微米到几纳米的微小颗粒中，或者溶解在铁铝合金中。我们还发现了一种钚-铀-碳化合物，这种化合物在空气中会很快被破坏，但被金属合金保持稳定。

这些粒子复杂的物理和化学结构表明，这些粒子是由爆炸云中熔融金属液滴冷却形成的。

最终，一个跨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性质。

从火到尘

我们的结果表明，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长期缓慢释放。这种钚的释放可能有助于马拉林加野生动物持续摄取钚。