研究人員最近發現了一種新的方法，可以監測和建模環境及核廢料管理中的玻璃腐蝕。他們揭示了微小的硼原子差異如何幫助科學家更好地預測用於儲存危險廢物的玻璃的長期行為。這些研究結果可能有助於改善對於放射性物質在數千年內從儲存中釋放的預測。
來自北京大學、劍橋大學及其合作機構的研究人員強調，玻璃通常用於固定放射性核素和重金屬等污染物，將其安全地鎖定在穩定結構內。然而，當地下水滲入處置場時，玻璃會逐漸溶解。理解這一過程對於確保地質廢物儲存庫的安全至關重要。這項研究為未來在管理核廢料和環境污染方面提供了新的視角，尤其是在長期儲存及其對環境影響的評估上。
硼同位素提供了一種靈敏且直接的示踪劑。主要作者Thomas L. Goût表示：「硼同位素提供了一種靈敏且直接的示踪劑，幫助我們了解廢物玻璃與水的相互作用。」這項研究團隊利用硼同位素的「指紋識別」技術來追蹤硼在溶解玻璃中的移動。通過比較兩種不同類型的硼硅酸鹽玻璃，一種含鎂，另一種不含鎂，研究團隊發現硼原子的擴散強烈依賴於玻璃的組成以及其暴露於水中的時間。
研究人員指出，在實驗室中，這兩種玻璃在90攝氏度的純水中浸泡，時間長達112天。硼同位素的測量表明，在早期階段，硼是均勻地從玻璃表面釋放的。然而，隨著時間的推移，通過改變的表層的擴散成為控制釋放的關鍵機制。在含鎂玻璃中，二次礦物的形成減緩了溶解，形成了一個密集的保護層。相反，無鎂玻璃的表面層提供的保護較少，導致硼繼續擴散。這項研究展示了基於同位素的技術可以提供對廢物材料內部複雜反應的詳細見解，這對於設計未來幾個世紀核和工業廢物的安全儲存策略至關重要。
這項發表於《環境與生物地球化學過程》的研究調查了硼同位素指紋技術在研究玻璃溶解機制方面的適用性，重點關注了在硼釋放過程中的固態擴散過程。研究人員表示：「兩種玻璃（無鎂的10B-ISG和含鎂的6Li-Mg-EM）在90°C的去離子水中浸泡，時間從0.25天到112天。解決方案更新實驗進一步研究了改變的表層特性。」他們補充道：「在≤28天時，6Li-Mg-EM的解決方案硼同位素（11B/10B）比率與硼的明顯一致釋放相符，並伴隨著與二次礦物的吸附/共沉澱過程，但在>28天時，解決方案11B/10B比率的下降表明在一個與鋰分離的溶解前沿上發生了擴散。」
這項研究提出了硼同位素作為在位示踪劑，用於研究玻璃溶解機制，並協助預測在廢物玻璃與水溶液相互作用過程中污染物的釋放情況。這對未來環境保護和核廢物管理的研究具有重要意義。
