我们的科学家如何测量石器时代？

我们的科学家通过离子轰击直接观察到了核径迹的缩小过程

通过年轮，我们可以判断树木的年龄；通过牙齿，我们可以判断马、大象、鲸鱼等大型动物的年龄；那么，如何才能知道石器时代呢？裂变径迹断代是一把“剑”。

3月29日，记者从中国科学院青藏高原研究所了解到，该所研究人员利用俄罗斯杜布纳联合核研究所的快重离子加速器和美国阿尔贡实验室的原位离子辐照，将离子加速器与透射电子显微镜连接，在世界上首次直接观察到高能离子轰击下核径迹半径减小、长度缩短的全过程。相关研究成果发表于《地球化学与宇宙化学学报》。

几十年来，科学家们一直在寻找一把“剑”，以便更准确地定义岩石的年龄，分析地球和生命的进化。

20世纪60年代，国外科学家将核物理中的裂变径迹引入地质学和地球化学，并用核物理中的裂变径迹进行年代测定。如今，裂变径迹测年已成为岩石年龄测定和热历史分析的重要方法。

裂变径迹是指矿物中微量铀-238自发裂变后，高速运动的原子核在矿物中产生长度约20微米的损伤痕迹。在光学显微镜下，研究人员可以观察到化学蚀刻放大的裂变径迹。

那么，为什么裂变径迹可以限制岩石的年龄呢？

中科院青藏高原研究所第一记者、研究员李解释说，裂变径迹具有“退火”特征，即地质环境受热时，损伤恢复，径迹缩短，密度减小，甚至完全消失，从而定义了岩石形成的时间和温度历史。"这是判断岩石年龄和热历史分析的基本假设."李强调。

然而，一些科学家在2005年推测，在铀-238和钍-232衰变释放的高能粒子的轰击下，裂变径迹的数量将减少或长度将缩短。这种非热辐照引起的退火现象会使裂变径迹的测量年龄变小，直接影响裂变径迹测年方法在板块、地形和盆地演化分析中的广泛应用。

“因为这种推测一直缺乏实验证据的支持，所以在该领域是一个有争议的科学问题。”李说，争议的核心是热退火和辐照退火都可能阻碍刻蚀液在裂变径迹中前进，导致裂变径迹刻蚀长度缩短，但常规刻蚀方法无法区分这两种退火。

为此，研究人员巧妙地设计了实验，并将透射电子显微镜与离子加速器连接起来。他们在世界上第一次直接观察到高能离子轰击下核径迹半径和长度减小的完整过程。

这种创新的方法不需要刻蚀径迹就可以直接研究裂变径迹的辐照退火效应。同时，无需加热即可进行原位离子辐照，解决了刻蚀法无法区分辐照退火和热退火的问题。

李说，这项研究是一项典型的交叉学科研究，涉及材料与核工程、地质等领域，在地质、石油勘探等科学实践应用中，利用裂变径迹准确界定岩石年龄、提高热历史分析精度具有重要意义。