幾種礦物質(zhì)遭受放射性自我輻射，并且其特性會發(fā)生長期變化。獨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。維也納大學礦物學和晶體學研究所的Lutz Nasdala領(lǐng)導的國際研究小組進行了離子輻照研究，揭示了獨居石自我修復的原因。結(jié)果發(fā)表在《科學報告》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。這會導致放射性自我輻射，在一定的地質(zhì)時期內(nèi)，它們可能會破壞晶體并將其轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ?。早?893年，挪威礦物學家和地質(zhì)學家就用“ metamict”一詞來描述這種玻璃態(tài)。

自輻射礦物目前是國際研究的重點。這是因為結(jié)構(gòu)性輻射損傷可能會影響礦物的物理和化學性質(zhì)。了解這些性質(zhì)變化的原因?qū)τ诘厍蚩茖W至關(guān)重要，因為確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(例如獨居石，CePO 4)盡管具有更高的自輻照性，卻從未變成過氧化態(tài)。而是始終以中等程度的輻射損壞狀態(tài)進行觀察。這是由于獨居石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，導致無法在地質(zhì)時期內(nèi)累積破壞。盧茨·納斯達拉(Lutz Nasdala)通過與奶酪進行比較來闡明這一點，并大大簡化了這一過程：“使用鉛筆很容易在硬的('穩(wěn)定')愛門塔爾奶酪上戳一個洞，而類似的在軟卡門培爾奶酪上制造的洞會立即治愈。”

氦離子產(chǎn)生并治愈輻射損傷

據(jù)認為，獨居石的部分自我修復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)晶獨居石易于受到α輻射損害的觀察結(jié)果形成鮮明對比。

在新的研究中，研究小組可以通過進行輻照實驗來闡明自我修復的原因。能量為數(shù)百萬電子伏特的氦離子(天然α粒子的類似物)會在晶體獨居石中造成結(jié)構(gòu)破壞。相反，相同的氦離子會導致輻射損壞的獨居石的結(jié)構(gòu)恢復。因此，結(jié)晶的獨居石將對應于Emmentaler奶酪，而受輻射破壞的獨居石則變?yōu)榭ㄩT培爾奶酪。

以前從未描述過如此強烈的礦物特性對結(jié)構(gòu)狀態(tài)微小變化的依賴性。地球科學研究的一個后果是，用合成的(即未輻射破壞的)獨居石進行實驗可能得出的結(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)。