硼同位素揭示玻璃腐蚀机制

硼硅酸盐玻璃被广泛用于将放射性核素和重金属等有害元素固定在化学稳定的基质中。然而，地下水渗透会缓慢溶解这种玻璃，这对必须保持安全数千年的储存设施提出了安全担忧。

来自北京大学、剑桥大学和沈阳农业大学的研究团队分析了硼同位素在溶解玻璃中的迁移行为，以追踪腐蚀过程背后的机制。他们发表在《环境与生物地球化学过程》上的研究结果表明，硼扩散对玻璃成分和暴露时间高度敏感。

在实验中，两种硼硅酸盐玻璃样品——一种含镁，一种不含镁——在90°C的纯水中浸泡长达112天。最初，硼从表面均匀释放，但随着玻璃老化，通过改变层的扩散成为硼释放的主要途径。在富含镁的玻璃中，次生矿物形成创造了致密的保护屏障，减缓了溶解。相比之下，不含镁的玻璃形成了多孔表面层，使硼得以继续逸出。

"硼同位素提供了废料玻璃与水相互作用的一个灵敏且直接的示踪剂，"第一作者Thomas L. Gout解释说。"它们有助于揭示玻璃何时均匀溶解，以及何时该过程转变为通过转化表面层的扩散控制。"

通过使用同位素"指纹"，科学家可以更好地模拟玻璃腐蚀如何演变以及污染物如何迁移到地下水中。该方法为评估核废料和工业废料储存的长期安全性提供了一个有价值的框架。

研究报告：硼同位素示踪玻璃溶解过程中的扩散

摘要