在一個(gè)陽(yáng)光明媚的春日早晨，Stephen Wangari與國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)同位素水文學(xué)實(shí)驗(yàn)室的其他年輕科學(xué)家一起，帶著水泵、小瓶、塑料容器和管子，來(lái)到維也納國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)總部附近多瑙河的一個(gè)安靜的回水處。在長(zhǎng)滿(mǎn)青草的河岸上，他們連接設(shè)備，將一根管子浸入水中，然后啟動(dòng)水泵。水開(kāi)始在這套裝置中循環(huán)，這些科學(xué)家對(duì)其密切監(jiān)測(cè)著。?

“這是一次旨在改進(jìn)水樣采集的試運(yùn)轉(zhuǎn)，” 該實(shí)驗(yàn)室研究員Astrid Harjung說(shuō)。 “看起來(lái)不怎么起眼，是吧？”她指著攤在草地上的物品，笑著說(shuō)，“但像這樣的實(shí)地測(cè)試能讓我們有機(jī)會(huì)在真實(shí)條件下對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和微調(diào)，從而盡可能高效地完成采樣?！?/p>

用硫-35追蹤地表水遷移

Astrid和她的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一種新方法，這種方法利用硫-35追蹤地表水及其可能攜帶的任何污染物如何遷移到地下水中。

“硫-35的半衰期很短，為87天，并且天然存在于降水中?！盇strid 解釋說(shuō)，“追蹤它能幫助我們快速評(píng)估特定區(qū)域的地下水是否容易受到污染。例如在缺乏適當(dāng)衛(wèi)生設(shè)施的難民營(yíng)或是遭受自然災(zāi)害影響的地區(qū)，這種方法可能特別有用。”

Stephen在該實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)期間，就協(xié)助了硫-35分析方法的初步開(kāi)發(fā)。在祖國(guó)肯尼亞的一家實(shí)驗(yàn)室工作了一段時(shí)間后，他如今回到原子能機(jī)構(gòu)，成為同位素水文學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一名技術(shù)員，他的工作重點(diǎn)已從硫-35 轉(zhuǎn)移到氚。

了解水循環(huán)

氚是氫的一種同位素，半衰期為12.3年，可提供約50年時(shí)間范圍內(nèi)的水循環(huán)信息。這些信息有助于水文學(xué)家和水資源管理者了解地下水補(bǔ)給的長(zhǎng)期變化、含水層與地表水系統(tǒng)的連接情況，以及這對(duì)地下水可持續(xù)性意味著什么。

60多年來(lái)，為成員國(guó)提供氚分析支持一直是同位素水文學(xué)實(shí)驗(yàn)室的核心職能。

就在Stephen的同事們繼續(xù)在河岸工作時(shí)，他匆匆道別，前往實(shí)驗(yàn)室處理全球降水同位素網(wǎng)的水樣。

他查看了成員國(guó)寄來(lái)的新水樣，發(fā)現(xiàn)已有幾份送達(dá)。他當(dāng)天的工作就是對(duì)這些水樣進(jìn)行凈化、富集和測(cè)量。

氚分析的工作原理

Stephen將每份水樣放入水凈化系統(tǒng)。他連接好管子，引導(dǎo)水流經(jīng)裝滿(mǎn)離子交換樹(shù)脂的細(xì)小柱體，離子交換樹(shù)脂這種特殊材料就像磁鐵一樣，吸附鹽分和其他帶電粒子，將它們從水中去除。這個(gè)過(guò)程大約需要一個(gè)小時(shí)，Stephen利用這段時(shí)間更新了實(shí)驗(yàn)室的樣品數(shù)據(jù)庫(kù)。?

水凈化完成后，樣品就可以進(jìn)入下一步：富集。Stephen將樣品插入電解富集系統(tǒng)，這是一臺(tái)兩米長(zhǎng)的鋼架機(jī)器，里面布滿(mǎn)電纜、數(shù)字顯示屏和一排排管子。電流開(kāi)始在系統(tǒng)中流動(dòng)。

與能在水中自由漂浮的硫-35不同，氚是水分子本身的一部分，因此無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)濾來(lái)提取測(cè)量。電解可逐漸將水分子分解成氫氣和氧氣，減小水的體積，從而實(shí)現(xiàn)氚的富集。

Stephen定期檢查和維護(hù)這些機(jī)器，并監(jiān)督富集過(guò)程，整個(gè)過(guò)程可能需要兩周完成。他要確保通過(guò)樣品的電流按要求逐步增大

“我們一直在努力改進(jìn)富集過(guò)程。”他說(shuō)，“氚的濃度很低，很難測(cè)量。有效的富集對(duì)于從樣品中獲得可靠信息至關(guān)重要?！?/p>

雖然經(jīng)過(guò)富集過(guò)程后氚的濃度大幅提高，但在水樣中仍然幾乎檢測(cè)不到。即使是大氣輻射最微弱的污染，也會(huì)扭曲樣品的測(cè)量結(jié)果。正因如此，Stephen將富集后的樣品帶到一個(gè)位于地下數(shù)層、里面鋪設(shè)厚厚的混凝土的房間，以屏蔽環(huán)境輻射的影響。在這里，他仔細(xì)地將每份樣品與一種化學(xué)溶液混合，然后放入機(jī)器中，在接下來(lái)的24小時(shí)內(nèi)測(cè)量它們的放射性特征。

回到樓上時(shí)，一天的工作即將結(jié)束。Astrid已從野外回來(lái)，她和Stephen互相交流了當(dāng)天的工作情況。他們對(duì)取得的進(jìn)展感到滿(mǎn)意，并討論了第二天的任務(wù)。

“我們?cè)谶@里的工作將我們與世界許多地區(qū)聯(lián)系起來(lái)。” Stephen一邊掛起實(shí)驗(yàn)服，一邊準(zhǔn)備回家，“我們所做的工作支持著許多領(lǐng)域——農(nóng)業(yè)、氣候變化、公共衛(wèi)生等等。我很自豪成為其中的一員。”?