铀矿石浓缩物的核法证学地理溯源研究现状

姜小燕，李力力

(中国原子能科学研究院 放射化学研究所，北京 102413)

核法证学是核研究的一门新学科，涉及放射化学、材料科学、核物理和分析化学以及核燃料循环方面的知识[1]，其主要目的是识别非法走私核材料来源，包括收集与分析核或放射性材料，为涉及材料的转移、贩卖或非法活动的调查提供技术支持。通过核法证学研究，可探清截获的核或放射性材料的以下特征：物质形态，预期用途，制备方法，最后处理时间，使用、生产和储存地等。经过溯源，可将未知核或放射性材料与人、工艺、事件、地点关联，追查相关责任方。20世纪90年代中期，国际核走私技术工作组(ITWG)首次提出了核法证学概念[2]。2015年，IAEA对其进行了定义：在根据与核安保有关的国际法或国家法提起的法律诉讼中，对核材料或其他放射性物质或受放射性核素污染的证据进行的检查。对核材料或其他放射性物质的分析旨在确定这些物质的组成、制造方式，制造时间和地点及其预期用途。可见，核法证技术的核心任务是溯源分析。与传统法证学相同，溯源分析时最重要的是寻找到涉核材料的特征指纹信息，也称特征属性。

目前，国内外核法证学的研究对象基本都是核燃料循环不同阶段的涉核材料[1]，主要有铀矿石浓缩物(UOC，也称铀矿石粗产品)、铀芯块[3]等。循环最前端的铀矿石携带了大量的地质、地理特征属性，进入循环后，原始矿石中的部分地质、地理特征属性逐渐减少或被去除，工艺过程引入的工艺特征属性在增加，两种属性相混合形成新的特征。所以核法证的地理溯源研究主要集中在核燃料循环的前端。相比于核燃料循环中、后段的核材料，UOC相对不敏感，是除铀矿石外携带地理特征属性最多的材料，包含众多杂质等特征信息，是核法证学研究的热点样品。通过开展UOC溯源研究，一定程度上可评价一个国家核法证学研究的先进性。

UOC是开采出来的铀矿石经粉碎、选矿后用浸出法提取，通过萃取法或离子交换法分离和提纯并转化而成[4]。UOC中铀含量为60%～80%，其存在的化学形式多样，主要有重铀酸铵、重铀酸钠、氢氧化铀酰、过氧化铀酰和八氧化三铀[2]。截至2016年，除加拿大、乌克兰、俄罗斯外，大多数核电大国几乎不生产铀，它们的核燃料补给主要是依靠市场采购、境外合作开发和部分二次铀资源补给。另外，也有一些国家国内没有核电机组，铀资源勘查后生产的天然铀全部用于出口[5]。由于其高铀含量(>60%)及运输方便，UOC是目前国际市场上常见的商品[6]，若被非法分子获取，通过纯化、浓缩等工艺可转化为各种级别的核材料，甚至用于恐怖袭击或制造社会恐慌，给国际核安保及核保障带来了潜在的风险。

为有效防止UOC的非法交易、打击核走私，加强管控并核实UOC交易中的申报来源，需开展UOC的核法证学研究。UOC的核法证学研究主要集中在两个方面：1) 从原矿石遗传下来的地质、地理特征信息，用以溯源产地；2) 经过铀矿石的采冶技术加入的工艺特征信息，用以溯源生产工艺。UOC的地理溯源方法可分为两类。一类是基于UOC数据库，将未知样品测量的特征参数与数据库中参数进行对比分析，直观比对不同来源样品间特征参数的差异，从而找到未知样品所对应的产地。但这种方法有其局限性，即依赖数据库的完整性，当未知样品类型不包含在数据库中时，用数据库对比的方法得出的结论有可能是错误的。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LLNL)建立的UOC数据库在2013年包含了1 800个样品的30个特征参数[7]，但也不能确保所有的未知样品都可从数据库对比中得出可靠结论。另一类是通过未知样品测量的特征参数，根据UOC中保留的大量铀矿石的特征参数，结合地质、铀矿石成因等方面知识推测样品产地等信息，即在没有数据库的情况下也可对未知样品进行地理位置、铀矿类型等溯源。

UOC的地理特征属性种类、分析手段、溯源方法等日益受到关注，中国UOC的核法证地理溯源研究还处于起步阶段，本文试图结合最近几年该领域的研究成果，综述UOC可地理溯源特征属性研究现状及UOC溯源案例分析，以推动中国在UOC地理溯源研究领域的发展。

1 UOC的地理特征属性

UOC的地理特征属性来自于铀矿石。以我国铀矿石为例，截至2012年底，我国已探明各类铀矿床近350个，分布在23个省(自治区)。已探明的铀资源量中砂岩型约占32%、花岗岩型约占27%、火山岩型约占21%、碳硅泥岩型约占11%、其他类型约占10%，砂岩型铀矿床集中产于新疆、内蒙古等北方地区[5]。不同类型及不同产地的铀矿石携带了大量地理特征属性，而生产出的UOC地理特征属性差异也会较大。

理论上，UOC有诸多地理特征属性可用于溯源其铀矿石的来源地，但在没有完备数据库情况下，很多属性无法完成溯源功能。目前明确可用于UOC样品溯源的特征属性有铀同位素、REE分布模式、其他杂质含量及同位素等。

1.1 铀同位素

Richter等[8]分析了德国、法国、澳大利亚、芬兰、加拿大、捷克共和国的铀矿石样品，证实234U/238U、235U/238U、236U/238U(同位素比)在铀矿中存在区别，其中234U/238U测量结果为5.154(28)×10-5～5.460(41)×10-5，因此提出234U/238U可作为天然铀矿样品的指纹信息。Placzek等[9]研究了234U/238U在不同铀矿中存在差异的原因，发现U溶解度的变化与氧化还原反应有密切关系，由于从晶格中优先浸出234U，导致铀矿石中234U/238U发生变化。对于铀矿中的235U/238U，Brennecka等[10]发现，氧化还原敏感导致235U/238U不同，低温环境下成矿的铀矿石中235U/238U较低，与高温成矿或非氧化还原环境成矿相差0.004%，同时发现流体介质传输也会导致234U/238U不同。Spano等[11]分析了沥青铀矿中的铀同位素，发现234U/238U可用于区分铀矿所属状态为正在沉积或沉积已完成，且核场偏移会导致235U/238U不同。Wilcken等[12]和Murphy等[13]通过铀矿床中236U的分析，认为236U/238U可作为UOC强有力的潜在指纹信息。由此可看出，铀矿中的234U/238U、235U/238U、236U/238U都有可能因不同的地质环境而有区别。

Wilcken等[12]和Murphy等[13]认为，当发现不同产地铀矿中铀同位素有区别时，应考虑将其作为UOC的特征指纹信息。Richter等[14]对澳大利亚生产的UOC中234U/238U进行了分析，发现234U/238U变化范围很小，其相对标准偏差(RSD)<1%。Spano等[11]分析了UOC中的铀同位素，发现这种因铀矿石成因不同而导致的234U/238U、235U/238U差异在铀矿浓缩物生产过程中无明显的同位素分馏效应，认为234U/238U、235U/238U均为地理溯源特征指纹信息。Brennecka等[10]分析了全球40个UOC样品中的234U/238U和235U/238U，发现了不同类型铀沉积物中铀同位素比的变化并确定了其可作为铀矿浓缩物溯源的依据。但此研究的前提条件是通过理论分析认为水冶过程不会导致同位素分馏，保留了原始的铀同位素信息，但没有进行实验验证。Srncik等[15]发现了工艺对铀同位素特征信息的影响，他们分析了加拿大、澳大利亚、巴西的铀矿，发现不同铀矿石中的236U/238U有区别，但在测量了铀矿及UOC中的236U/238U后发现，这两者中的236U/238U没有完全关联，并建议UOC的核法证溯源从UOC开始而非铀矿石，因而避免了同一矿床的不均一性导致236U/238U波动，从而影响核法证的溯源分析。铀矿冶厂可能会处理来自各种矿床及不同矿山的矿石并进行铀矿石原料混合，从而只能得到混合后的同位素比。

实际上，由于铀矿冶会根据铀矿石类型的不同而采用不同工艺，并因提取效率及环保要求，铀矿冶工艺一直处于更新换代中，因此不同国家在不同阶段会结合铀矿地质特征采取不同的铀矿冶工艺。所以，矿冶工艺对铀同位素的影响需进一步研究。目前最有效的溯源方法是结合多种特征指纹信息形成综合判据，完成对UOC的溯源。如Keegan等[16]对澳大利亚的铀矿分析，通过Pb同位素、234U/238U及综合分析杂质元素含量，能区分Olympic Dam、Beverley和Ranger 3个运行的铀矿冶厂生产的产品，同时发现3个厂生产的UOC中的稀土元素(REE)分布模式也有区别，REE是除铀同位素外较强有力的特征指纹信息。

1.2 REE分布模式

REE为亲石元素，占地壳总质量的0.001 78%，主要分布于岩石圈上部，是铀矿石中的伴生元素。REE具有稳定的三价，铈、镨、铽有四价，钐、铕有二价[17]。REE共有17种元素，可分为轻稀土元素(LREE)和重稀土元素(HREE)，LREE包括La～Eu，HREE包括Gd～Lu+Y+Sc。不同矿石中的REE含量差别往往很大，且带有一定的地理及地质信息，其分布模式已广泛应用于地质溯源。对于铀矿石，由于REE间化学性质接近，在铀矿的成矿过程中会作为一个整体在围矿脉石和矿石间迁移，是铀矿的一个重要特性。Martz等[18]分析了加拿大2个铀矿石样品中的U-Th-Pb定年、REE分布模式、轻稀土与重稀土含量对比分析，发现Sb、Co、W、Ti、HREE可作为取证分析用元素。这种特征在UOC溯源研究中有可能成为一个非常重要的特征信息。

虽然REE间化学性质相近，但HREE与LREE仍存在化学性质上的微小差异。以成矿过程为例，HREE在高温型铀矿中富集：1) 在高温型铀矿的火成、变质过程中，U6+被还原成U4+，从而富集成矿[19]；2) HREE(+3价)与U4+拥有近似的离子半径，因此在成矿过程时会随U4+共同沉淀[20]。而LREE在低温型铀矿中富集：1) U(Ⅳ)会先被氧化为U(Ⅵ)，然后形成络合物随地下水迁移，并在还原性物质的作用下还原成不溶于水的U(Ⅳ)[10]；2) 正三价的HREE和阴离子(如碳酸根、氟离子)会形成稳定络合物[21]，所以HREE会随地下水迁移，而LREE则随U(Ⅳ)沉淀。这种差异不但体现在矿石生成过程中，对铀矿水冶过程也可能有影响，增加了溯源难度。但研究人员发现，在铀矿的水冶过程中，REE分布模式几乎不会受到影响，携带的信息也不会受到干扰[22]，所以稀土元素的分布模式能作为UOC产地溯源的特征指纹信息。目前，此项工作研究最多的两个机构分别为澳大利亚核科学技术组织(ANSTO)和欧盟委员会联合研究中心(JRC)。

ANSTO的Keegan等于2008年[16]通过对铀矿及UOC的分析发现，澳大利亚的Olympic Dam、Beverley和Ranger 3个运行中的铀矿冶厂生产的UOC中的REE分布模式有区别。2012年[23]他们利用包括REE在内的杂质元素组成和阴离子比组成，在5种不同原矿石类型的UOC样品中区分出了磷灰石型、石英-卵石砾岩型和不整合面型3种类型样品，并基本实现了对加拿大3个铀矿产地样品的区分。认为在样品量较大的情况下，杂质组成模式能将UOC与其矿床类型和地理来源相关联。2014年Keegan等[24]分析了一起案件中截获的未知样品，分析了U、Pb和Sr同位素比及REE模式，未知样品NSR-F-130509的稀土分布模式与已知铀矿Mary Kathleen的稀土分布模式相吻合(图1)，将以上特征的测量结果与来自各地矿山的UOC数据库对比分析，找出了UOC的生产厂矿。

图1 未知样品与已知铀矿稀土分布模式比较Fig.1 Comparison of rare earth distribution patterns of uranium ore sample

JRC的Varga等于2010年[25]提出，如果在铀矿冶过程中REE分布模式没有改变，稀土含量的分布模式将会是一个非常强大的指纹信息。同年[22]，他们分析了来自不同铀矿冶厂的38个UOC的REE分布模式，结果表明，在某些特定情况下(如磷矿床)，REE分布模式可用于区分不同地质环境中铀矿生产的UOC，并推测加工过程对REE的影响较小。2011年[26]他们利用稀土分布模式分析了一未知UOC样品，并确定其来自伊拉克。被调查的铀矿精矿物质具有与中东的海洋沉积特提斯亚磷矿床相似的REE组成(图2)，其中包括古新世的阿卡沙特矿床，该矿床主要用于生产铀。对于铀矿冶工艺对稀土分布模式的影响，2017年[27]Varga等开展了进一步研究：跟踪了南非某矿从铀矿石到U3O8的生产过程，发现浸取液和矿石相比REE含量有一定程度变化，矿石中LREE较萃余液中更丰富，总REE分布模式与先前石英卵石砾岩UOC样品类似，进一步证明REE分布模式能判断沉积岩类型。

图2 已知与未知样品REE分布模式对比Fig.2 Comparison of REE distribution patterns for known and unknown samples

以上研究结果表明，REE分布模式是UOC核法证的有效特征指纹信息。在结合多种特征信息的情况下，成功地对未知样品进行了溯源。在跟踪研究了传统铀矿冶过程后，证明REE分布模式不易受传统水冶工艺影响。但在实际生产工艺过程中，采用的原料除矿体本身铀矿石外，其伴生的蚀变矿物也会在采冶过程中进入水冶工艺段，为探究伴生的蚀变矿物是否对其UOC产品的稀土分布模式有影响，美国圣母大学的Enrica等于2016年[28]分析了11种铀矿石及1种UOC中的地理特征属性。发现低温形成的铀矿石中稀土总含量低(质量分数小于1%),虽铀矿石与对应的UOC中的REE含量不同，但分布模式一致。2017年[29]研究了沥青铀矿及其伴生的含六价铀的蚀变矿物中的REE含量，由于沥青铀矿中富含Ca2+作为层间阳离子会贫化LREE，而富含K+、Pb2+作为层间阳离子则会富集LREE。结果表明，沥青铀矿中的稀土含量高于蚀变矿物，蚀变矿物中的LREE较HREE有明显富集，导致了铀矿石和其伴生的蚀变矿物中稀土分布模式的差异。所以，矿石和铀矿浓缩物中REE含量不同，有可能是由于原生矿石和伴生蚀变矿物中REE含量差异或生产UOC采用的工艺不同导致的稀土含量变化。除LREE可能有富集外，铀矿石和UOC中的稀土分布模式基本不变。在同年同一研究机构的Spano等[11]分析了沥青铀矿及UOC中的稀土含量后，发现在铀矿浓缩物生产过程中无明显的同位素分馏效应，稀土分布模式不会被改变，可作为铀矿浓缩物溯源指示剂。但作者同时建议研究不同的沉淀剂对稀土分布模式的影响，可有助于更好地了解工艺及化学过程对UOC中REE分布模式的影响，这是溯源工作的基础信息。

除伴生矿的影响，矿床内的不均匀性也有可能影响稀土这一特征指纹信息。英国的Keatley等[30]发现，一些关键元素及REE含量及分布模式在部分矿区内存在显著差异，建议在利用稀土分布模式溯源不同铀矿或分析生产工艺对稀土分布模式影响的研究前，先对本矿区进行代表性取样分析。图3为同一矿区沿脉样品的REE分布模式(KW1～12为样品编号)，分析出的REE分布曲线有明显区别。

图3 同一矿区沿脉的REE分布模式Fig.3 REE distribution pattern along veins in the same mining area

综上所述，尽管REE分布模式是UOC独特的核法证特征指纹信息[2]，但单一的REE分布模式不足以区分不同来源的铀矿石浓缩物，必须与其他痕量元素、同位素特征信息结合在一起才能溯源，且铀矿石类型各异，不一定所有类型都可用这种模式进行溯源，要根据不同的矿石、矿床、工艺类型进行分别研究。

1.3 Pb、Sr、Nd同位素丰度

放射成因同位素(表1)丰度带有铀矿石的地球化学属性。在进行地理溯源时，可借鉴地球化学的知识和数据积累，在无可比对的完整数据库的情况下，实现溯源产地的目的。Geagea等[31]曾利用Pb、Sr、Nd同位素丰度结合REE分布模式，经过数据处理，研究了钢厂排放的溯源方法。目前核法证研究中，Pb、Sr、Nd的放射成因稳定同位素子体(206Pb、207Pb、208Pb、87Sr、143Nd)已作为特征指纹信息用于UOC的溯源研究。

表1 放射性同位素母体、半衰期及其放射成因稳定同位素子体Table 1 Radioisotope parent,half-life and radiogenic stable isotope daughter

2007年JRC的Svedkauskaite等[32]研究了来自不同产区的7种UOC样品中Pb同位素丰度比的特点，利用测得的204Pb原子百分含量和208Pb/204Pb、207Pb/204Pb、206Pb/204Pb的天然丰度比，对测得的数据进行校正，去除天然Pb的贡献，最后通过所得208Pb/206Pb、207Pb/206Pb溯源样品产地。结果表明：在大多数情况下，Pb的放射成因同位素的差异应足以区分不同来源的含铀材料，Pb同位素丰度比可作为一种有效特征信息对天然铀材料溯源。

2009年ITU的Varga等[33]对来自7个国家19个地区的25个UOC样品进行了Pb、Sr同位素组成研究。实验结果表明，不同地区的Pb同位素组成差别非常大，其波动范围可达2个数量级，虽然铅的溯源研究相较于其他元素具有较大的优势，但研究中发现了数据异常：1) 来自纳米比亚Rossing矿区的2个UOC样品，其207Pb/206Pb分别为0.168和0.823；2) 来自澳大利亚的Ranger-2UOC样品和美国的CAN ESIUOC样品，其207Pb/206Pb分别为0.851和0.853，几乎相同；3) 来自加拿大、车臣共和国和美国佛罗里达州的Rabbit-1、Straz 和USA ESI 3种样品的Pb同位素组成与Pb的天然丰度几乎相同，且由于Pb同位素同一矿区内差异较大，所以Pb同位素不是强有力的特征指纹。不同产地UOC中87Sr/86Sr的波动范围在0.707 85～0.760 63之间，来自同一矿区的87Sr/86Sr相差无几，且不易受到矿冶工艺的影响，可将其作为一种有效的溯源工具。因此可将二者结合作为核取证学中溯源特征之一。

2014年澳大利亚的Keegan等[24]对截获的UOC样品中铅同位素组成及其他特征信息进行研究，通过与UOC数据库中数据进行比对，发现被截获的UOC样品极可能来自Mary Kathleen矿区，同时认为有用的溯源指纹信息只有U、Pb、Sr同位素丰度及REE分布模式。但该案例中较特殊的一点是：Mary Kathleen的Pb、Sr同位素丰度比较特殊，所以识别度较高，而Pb同位素溯源的可信度不太高，可能是由以下几种情况引起的：1) 矿石中铅同位素组成的不均一性；2) 在UOC的生产加工过程中引入的Pb对原样品中Pb的“稀释”；3) 矿石年龄较小，UOC中Pb同位素组成与Pb天然丰度极为相近。

相较于Pb同位素，Sr同位素丰度是比较稳定的特征信息。Mayer等[1]的研究发现：UOC中87Sr/86Sr变化范围为0.707 85～0.760 63，在某些特定种类矿石如磷灰石矿中，87Sr/86Sr明显偏高，可将其作为一项重要指示信息对源矿石进行分类和地理定位研究。有学者[26]曾在一起截获的UOC案例中，利用测得的87Sr/86Sr溯源其由伊拉克的磷灰石所制。

综上所述，作为特征指纹信息，Pb、Sr同位素组成各有其特点，可将两者结合综合分析。Svedkauskaite等[34-35]认为在核法证溯源所采用的特征指纹信息中，当其中一项特征信息分析产生歧义数据时，另一项特征分析可用于解决歧义，或至少减少歧义的数量。因此，建议将杂质和铅同位素测量结合起来作为核法证学的高度特征指纹。利用Pb同位素的差异并结合其他杂质元素，综合判断出不同来源的UOC样品。目前，在UOC的溯源研究中，美国LLNL已建立了“Pb、Sr同位素组成”的全球范围内的数据库，并开发了基于偏最小二乘-辨别分析法(PLS-DA)的DAVE算法。

除Pb、Sr外，还有一个特征信息是Nd同位素丰度。Kristo等[2]认为143Nd/144Nd是到目前为止较可靠的核法证指纹信息。ITU的Krajkó等[36]对4个不同铀矿样品和20个矿冶厂的铀矿浓缩物样品中的143Nd/144Nd使用MC-ICP-MS进行了测定。结果表明，UOC和铀矿石中143Nd/144Nd变化很大，范围为0.510～0.515，且这种变化与样品中的Sm、Nd含量比有较好的相关性。143Nd/144Nd与矿床类型相关，某些矿床类型(如侵入性或石英-卵石砾岩)中的143Nd/144Nd具有特定值，而其他大多数矿床类型的143Nd/144Nd的分布较大。某些矿石类型具有重叠的Nd同位素比，因此不能作为溯源的唯一特征信息，但可与材料的其他特征(如Sr、Pb或REE)组合使用，并建议进行UOC-矿石-矿床类型间Nd同位素的关联性研究[37]。

1.4 其他特征属性

1) 年龄

年龄是核法证学中一个非常有效的特征指纹信息，如230Th-234U是常用的计算铀材料年龄的母子体，但这仅适用于能达到母子体完全分离的纯铀材料。UOC的年龄无法用230Th/234U来计算，因为在UOC的生产过程中铀没有完全分离，残留的230Th较多，会引起较大的系统偏差，因此利用230Th-234U母子对计算UOC的年龄较实际年龄偏高很多。其他子体分离不完全的母子对都存在同样的问题，如235U-231Pa等。

图4 228Ra从钍中完全分离后228Th/232Th、228Ra/232Th活度比随时间的变化Fig.4 Change in 228Th/232Th,228Ra/232Th activity ratio over time after 228Ra completely separated from thorium

Varga等[38]首次利用232Th-228Th母子对进行了UOC的年龄分析，算方法是基于同一元素同位素比的变化，即通过232Th-228Ra-228Th衰变链计算UOC年龄(图4)，因此无需要求Th、U的完全分离。经过铀矿石长期存放，达到了长期平衡，即228Th/232Th活度比为1，而由于Ra、Th化学性质差异大，UOC生产过程中RaSO4的溶解度低，使其从铀中分离出来。在所研究的UOC样品中228Ra的含量很低，可认为UOC生产过程中Ra被完全去掉。由于228Th(T1/2=1.91 a)较短的半衰期，其使用仅限于年龄小于约30 a的含铀样品。

2) 杂质元素含量

Wallenius等[39]经过对截获的铀芯块核取证分析，发现铀芯块中的Al、Cr、Cu、Fe、Zn可能不是由加工工艺引入的，而是铀矿石中遗传下来的，这一信息可供UOC的溯源研究参考。Balboni等[28]经过对北美11种不同铀矿石样品(包括岩浆伟晶石、变质岩、砂岩等)和UOC的分析发现，低温形成的铀矿石中U/Th原子比高(大于1 000)，第一周期过渡金属Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni含量高(大于300 ppm)，都可能作为UOC核取证的特征指纹信息，但需确定这些特征属性在UOC生产过程中有无发生变化。Jones等[40]搜集了UOC产品的质检数据，经过数据处理、计算，发现区分不同国家的特征元素有Al、Na、Fe、Si、P，区分不同沉降类型矿床的特征元素有Al、Ca、Na、K、Zr，部分分析结果与使用稀土等微量元素溯源相比类似。

以上研究为UOC的产地溯源提供了更多的潜在特征信息，但由于经过了铀矿水冶的化学分离过程，杂质含量特征受不同工艺及同一工艺不同时间段的影响较大，且铀矿内的不均一性也为杂质溯源带来了很大困难。Keatley等[30]沿铀矿脉取样分析结果显示有6个关键元素含量差别较大，分别是Ca、As、U、P、S、Cu(图5)，这6个元素在沿脉样品间的差异甚至较不同产地UOC中的差异还大，不能作为核法证学溯源用特征指纹。

图5 杂质元素含量随矿脉的变化Fig.5 Variation of impurity element content with veins

文献[41]采用ICP-MS首次系统利用杂质元素特征指纹信息溯源铀矿、UOC的产地信息。结果表明，当使用统计技术(如方差分析和聚类分析)分析杂质数据时，杂质特征可用于溯源的特征指纹信息。但由于杂质分布模式不是材料的唯一特征，仅通过它进行溯源可能会导致误差。

地理溯源用的杂质含量特征属性要分析对应铀矿的特征，在明确矿内无差异且矿间有差异情况下，矿石间的杂质特征属性又会在铀矿冶过程中被混合，从而掩盖或使得特征属性消失，进而还需分析铀矿冶过程对其含量的影响。综上所述，杂质含量特征可作为辅助特征信息，配合其他特征属性使用方可完成可靠的地理溯源。

3) 同位素丰度

除传统的可用于地理溯源的放射成因同位素外，近年来也有部分工作探索了一些非传统稳定同位素，如氧、饿、钼同位素在UOC地理溯源中的应用。

Mayer等[1]认为，氧同位素可能会成为一个潜在的核法证指纹信息，但对于UOC样品，工艺过程所采用试剂中的氧与矿石中原有的氧相混合，试剂中大量的氧掩盖了矿石中的氧同位素特征，不适用于UOC的地理溯源分析。Zhao等[42]利用加速器质谱分析了20个厂家生产的307个UOC样品及开发中的UOC标准样品。研究了236U/238U、187Os/188Os的变化，首次提出将187Os/188Os作为核取证特征指纹信息，认为Re/Os在溯源分析上也有较大应用价值，187Re衰变生成187Os，可用Re、Os进行定年。Migeon等[43-44]发现在某些UOC样品中，δ(98Mo)的范围较大，表明钼同位素具有很强的示踪剂作用，可作为核燃料循环中铀矿产或铀提纯过程的示踪剂。Rolison等[45]对Mo的测量精度可达0.005%。Mo同位素均存在因受地质氧化还原反应影响而出现的同位素分馏效应。在一组UOC样品中观察到98Mo/95Mo的变化>0.3%，其中δ(98Mo)为-0.115%～0.196%。UOC样品中观察到的δ(98Mo)范围与地壳火成岩和含Mo矿物中观察到的δ(98Mo)范围非常相似，这表明UOC中的Mo同位素特异性是由母体矿石引起的。

2 工艺对特征属性的影响

无论利用哪种UOC地理溯源用的特征属性，其溯源分析都建立在一个前提上，即UOC的地理特征属性是从原矿石中遗传下来的。但原矿石经过了采冶工艺过程，具有地理溯源潜力的杂质元素含量、同位素比等有可能受到影响，部分特征信息被去除，部分因工艺过程中所用试剂和材料及环境而引入其他来源的特征信息，从而与原矿石信息相混合。在工艺对UOC影响不明确的情况下进行地理溯源，有可能造成溯源前提不成立。

为研究采冶工艺对原矿石中地理溯源特征的影响，需跟踪工艺过程，分析每个工艺转换点特征信息的走向，最后确定未受到工艺影响的特征信息和被工艺过程影响丧失溯源可能性的特征信息。国际上对于核燃料循环体系中涉核材料的核法证学特征指纹信息判断已开展了系统研究，追踪了从铀矿石到铀芯块产品的工艺过程中产地特征属性的遗传及工艺特征属性的加入情况。Varga等[27]跟踪了南非某矿从铀矿石到U3O8的生产过程中铀矿石、浸取液、萃余液、离子交换洗脱液、ADU粉末、U3O8，发现REE分布模式、年龄、硫及有机杂质含量有助于溯源材料的来源及历史。

3 地理特征属性溯源案例

1978年[46]新墨西哥州俄亥俄州标准石油公司的5桶UOC被盗，联邦调查局逮捕了3名嫌疑人，并追回了这5桶UOC。之后，Sohio实验室从Sohio工厂及该地区附近工厂收集UOC样品，分析了每个UOC的痕量金属和有机杂质特征。最终确认被盗的UOC是从Sohio工厂而不是周围工厂采购的。尽管杂质指纹信息从未在法庭上用作证据，但可用作对嫌疑人提起诉讼的依据。

2009年初，澳大利亚一警务机构突袭了一个主要城市郊区的秘密毒品实验室，发现一个标有“Gamma Source”的小玻璃瓶，其中装有绿色粉末，该粉末具有放射性。Keegan等[24]分析了此样品的U、Pb、Sr、Nd同位素、杂质含量、阴离子含量、组成相及微观结构等，经过与UOC数据库比对分析，发现未知UOC样品可能来源于澳大利亚的一个已停产的Mary Kathleen铀矿。

2011年Varga等[26]通过结合各种技术(如红外光谱法测量杂质含量、REE分布模式以及质谱测量的U，Sr和Pb同位素比分析)，确定了生产UOC的矿床类型，并最终判断了截获的UOC样品来自伊拉克。

以上3个溯源案例都是在准确分析UOC特征属性的基础上，与一定范围内已知产地的UOC、UOC数据库对比分析或利用地球化学知识判断铀矿的地质类型及位置，缩小了截获的未知样品可能来源范围并最终明确产地。无论是基于UOC数据库进行的对比分析，还是通过地球化学等相关方面的知识推测样品的产地等信息，都必须尽可能多地分析材料特征属性，有些为UOC溯源的特征指纹信息，其他属性可辅助验证溯源结果。

4 结论

自20世纪90年代初开展核法证研究以来的近30年中，核法证学在分析方法、数据处理、溯源等方面都取得了重大进展，确定了铀同位素、REE分布模式、Sr及Nd同位素丰度、部分杂质元素含量等可作为有效的地理溯源特征指纹信息。但仍无法确定某一UOC的特效特征指纹信息[2]用以直接进行产地溯源，需要结合地球化学知识寻找越来越多的特征指纹尤其是同位素特征指纹信息，结合使用多元统计等数据处理技术，对未知UOC样品的产地信息进行有效溯源。

未来的研究方向是需继续扩大未知UOC样本、新增同位素特征指纹信息等方法获取大量有效数据，通过数据处理从中寻找出不同产地间的特征信息规律。同时，不能忽视采冶工艺对原矿石中地理溯源特征的影响，可通过跟踪工艺过程，分析每个工艺转换点特征信息的走向，确定未受到工艺影响的特征信息，及被工艺过程影响到丧失溯源可能性的特征信息。