幾種礦物質(zhì)遭受放射性自我輻射，并且其特性會(huì)發(fā)生長(zhǎng)期變化。獨(dú)居石礦物的行為類似于卡門培爾奶酪，在其中鉆孔：現(xiàn)有的輻射損傷可自行修復(fù)。維也納大學(xué)礦物學(xué)和晶體學(xué)研究所的Lutz Nasdala領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組進(jìn)行了離子輻照研究，揭示了獨(dú)居石自我修復(fù)的原因。結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上。

在自然界中，有很多礦物在其晶體結(jié)構(gòu)中摻入了鈾和or。這會(huì)導(dǎo)致放射性自我輻射，在一定的地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，它們可能會(huì)破壞晶體并將其轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ?。早?893年，挪威礦物學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家就用“ metamict”一詞來(lái)描述這種玻璃態(tài)。

自輻射礦物目前是國(guó)際研究的重點(diǎn)。這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性輻射損傷可能會(huì)影響礦物的物理和化學(xué)性質(zhì)。了解這些性質(zhì)變化的原因?qū)τ诘厍蚩茖W(xué)至關(guān)重要，因?yàn)榇_定礦物和巖石年齡的最重要技術(shù)之一是基于鈾的放射性衰變。在材料科學(xué)中，放射性礦物是用于固定放射性廢物的主體陶瓷的類似物。

獨(dú)居石可以自愈

人們不理解為什么自然界中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)某些礦物質(zhì)(例如鋯石，ZrSiO 4)處于輻射玻璃化狀態(tài)，而其他物種(例如獨(dú)居石，CePO 4)盡管具有更高的自輻照性，卻從未變成過(guò)氧化態(tài)。而是始終以中等程度的輻射損壞狀態(tài)進(jìn)行觀察。這是由于獨(dú)居石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致無(wú)法在地質(zhì)時(shí)期內(nèi)累積破壞。盧茨·納斯達(dá)拉(Lutz Nasdala)通過(guò)與奶酪進(jìn)行比較來(lái)闡明這一點(diǎn)，并大大簡(jiǎn)化了這一過(guò)程：“使用鉛筆很容易在硬的('穩(wěn)定')愛(ài)門塔爾奶酪上戳一個(gè)洞，而類似的在軟卡門培爾奶酪上制造的洞會(huì)立即治愈。”

氦離子產(chǎn)生并治愈輻射損傷

據(jù)認(rèn)為，獨(dú)居石的部分自我修復(fù)不僅是由于這種礦物的低熱穩(wěn)定性引起的，而且還與天然α粒子的作用有關(guān)(即，由原子核中不穩(wěn)定的核發(fā)出的能量豐富的氦核)。 “ alpha衰減事件”)。但是，后者與結(jié)晶獨(dú)居石易于受到α輻射損害的觀察結(jié)果形成鮮明對(duì)比。

在新的研究中，研究小組可以通過(guò)進(jìn)行輻照實(shí)驗(yàn)來(lái)闡明自我修復(fù)的原因。能量為數(shù)百萬(wàn)電子伏特的氦離子(天然α粒子的類似物)會(huì)在晶體獨(dú)居石中造成結(jié)構(gòu)破壞。相反，相同的氦離子會(huì)導(dǎo)致輻射損壞的獨(dú)居石的結(jié)構(gòu)恢復(fù)。因此，結(jié)晶的獨(dú)居石將對(duì)應(yīng)于Emmentaler奶酪，而受輻射破壞的獨(dú)居石則變?yōu)榭ㄩT培爾奶酪。

以前從未描述過(guò)如此強(qiáng)烈的礦物特性對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)微小變化的依賴性。地球科學(xué)研究的一個(gè)后果是，用合成的(即未輻射破壞的)獨(dú)居石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可能得出的結(jié)果不一定與這種(總是受到輻射破壞的)礦物在地球內(nèi)部的行為有關(guān)。