礦物中U/Th發(fā)生α衰變，沿相反方向射出一對α-粒子(即He) 和α-反沖核。由α-反沖核造成的輻照損傷影響放射成因定年元素(如He、Pb等)在礦物中擴(kuò)散及礦物封閉溫度，是熱年代學(xué)和U-Th-Pb定年方法的一個(gè)熱點(diǎn)問題，如加州理工Shuster等人近提出的He擴(kuò)散陷阱模型。直到現(xiàn)在，熱事件仍被認(rèn)為是輻照損傷恢復(fù)退火的內(nèi)因。然而，來自諸如α衰變事件中α-粒子輻照本身就可能導(dǎo)致已存在輻照損傷的恢復(fù)。由于很難在原子或納米尺度直接觀察到這種由α衰變事件中α-粒子輻照所導(dǎo)致的損傷恢復(fù)，還不可能對其進(jìn)行量化。

中國科學(xué)院青藏高原研究所、青藏高原地球科學(xué)創(chuàng)新中心研究員李偉星課題組利用美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的透射電鏡-原位輻照裝置，進(jìn)行了先后兩步離子輻照：即先用Kr2+模擬α-反沖核損傷，再用He+模擬α-粒子退火效應(yīng)。

研究人員原位觀察到礦物在α-粒子輻照過程中由非晶到晶體轉(zhuǎn)化的動態(tài)詳細(xì)過程。在He+輻照下，初已經(jīng)*非晶化Durango磷灰石又出現(xiàn)部分重結(jié)晶，這一點(diǎn)可由透射電鏡照片重新出現(xiàn)的新晶粒以及選區(qū)衍射譜中重新出現(xiàn)的衍射點(diǎn)清楚看出，并成功進(jìn)行量化。因此，礦物中α-粒子退火效應(yīng)的確存在，在地質(zhì)年代學(xué)和熱年代學(xué)有關(guān)α衰變事件損傷模型中必須考慮該效應(yīng)及其對放射成因元素?cái)U(kuò)散的影響。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Scientific Reports上。兩位審稿人都對該工作給予高度評價(jià)，認(rèn)為“這篇很有意思的工作對從地質(zhì)熱年代學(xué)到核廢料處理等領(lǐng)域都具有深刻意義”，“作者完成了非常漂亮的工作，把實(shí)驗(yàn)室得到的結(jié)果放在一個(gè)更大的框架下，實(shí)現(xiàn)了與天然樣品中的損傷累積以及退火速度相比較。”