1986年4月26日，切爾諾貝利核電站的反應堆發生了災難性的熔毀。在隨后的幾周里，這一致命事件迫使數十萬人從周邊地區搬離，該地區今天仍然是一個荒蕪的“禁區”。

切爾諾貝利核事故是由人類錯誤和有缺陷的反應堆設計造成的。它是歷史上最嚴重的核災難，釋放出的放射性物質是廣島原子彈的400多倍。

反應堆內無法控制的鏈式反應導致溫度急劇上升，最終導致了燃料棒的融合、蒸汽爆炸和火災。熔化的燃料棒在進入電廠的更深層之前，暫時聚集在反應堆室的底部。

這個地獄般的熔湯為地質學家提供了靈感。在發表于《美國礦物學家》上的新研究中，學者們展示了在切爾諾貝利形成的微小鋯石，改變了我們對這些晶體的理解，向我們揭示了地球的過去。

熔融堆芯和大象的腳

熔化的反應堆材料被稱為熔融堆芯，它是地球上最危險的物質之一。暴露在附近的輻射中，幾分鐘內就會死亡，但這還不是全部。熔融堆芯非常熱，并從放射性中產生自己的熱量。要把它冷卻下來是非常困難的。

切爾諾貝利的堆芯溫度達到2600℃，幾乎是航天飛機重返大氣層時的表面溫度的兩倍，或太陽表面溫度的一半。作為比較，火山的天然熔巖的溫度在500至1000℃之間。熔融堆芯可以溶解鋼鐵、沙子和混凝土，并且幾乎在瞬間將水轉化為放射性蒸汽。

在切爾諾貝利，據估計產生了1500噸的腐蝕性物質，像熔巖一樣流淌，吞噬了發電廠地下室數米的混凝土。

通過將用于滅火的水從地下室抽出，才勉強避免了第二次更具破壞性的爆炸。最終，熔融堆芯融入了足夠多的外來建筑材料，被冷卻并凝固成一個看起來像大象腳的塊狀物。

鋯石和地質學家：一個愛情故事

鈾燃料棒由濃縮的氧化鈾制成，包在鋯合金中。熔融堆芯融化了沙子和混凝土，它們的硅成分很高。

鋯、硅和氧：所有的成分都存在于切爾諾貝利熔體中，使鋯石(ZrSiO?)結晶成大約有人類頭發的寬度。地質學家和地球科學家喜歡鋯石，因為研究它可以揭示巖石形成的年代和形成這些巖石的地質過程。它對惡劣的地質條件也有很強的適應性，并能穩定數十億年。

從切爾諾貝利的凝固冠層中取樣的鋯石很特別，因為我們對它們的形成條件和歷史有很多了解。在許多方面，它們可以被認為類似于受控實驗，但來自于一個極其危險的環境，無法在實驗室環境中安全地再現。相反，來自天然巖石的鋯石有很長、很復雜的歷史，很難解開。

令人驚訝的是，來自切爾諾貝利的鋯石顯示出被稱為“再平衡紋理”的特征，這在許多天然鋯石中也有發現。直到現在，這些特征被歸結為水溶解礦物的作用。

切爾諾貝利熔體中的鋯石晶體顯示出令人驚訝的“再平衡紋理”，地質學家之前認為這些紋理是由與水接觸產生的。

然而，切爾諾貝利熔體幾乎不含水，甚至是完全干燥的。這些特征說明鋯石晶體是由熔體直接產生的，沒有水的影響。

切爾諾貝利的鋯石告訴地質學家，鋯石并不像他們想象的那樣有彈性，在研究復雜的巖石時應該考慮到這一點。

核鑒證學：用于核安全的CSI

研究核事故的后果是被稱為核鑒證學，類似于偵探工作。核電站反應堆熔毀在歷史上只發生過三次：切爾諾貝利、1979年美國的三里島和2011年日本的福島第一核電站。現代核電反應堆已經納入了更多的安全功能，以避免再次發生切爾諾貝利災難。使用極其復雜的儀器，有可能測量在事故現場發現的鈾和其他放射性元素的確切成分。通過測量鈾和钚的同位素比例，可以確定反應堆中使用的燃料類型的信息。

這不僅對了解事故和改善安全有幫助。回答有關使用中的燃料種類的問題，也可以幫助我們得出許多其他的結論，包括事故的原因和如何減輕這些原因。核取證也有助于控制由國際原子能機構(IAEA)監督的核設施，促進核技術的安全、可靠與和平利用。