冷战遗留：一个春假任务演变成调查美国蜂蜜中的铯-137
这项工作始于2017年，是威廉与玛丽大学新生研讨会成员的春假作业，意外地发展成为一项对美国东部蜂蜜中存在放射性同位素的严肃调查
这种同位素是铯-137，是冷战期间原子弹试验的遗物。该大学地质系副教授吉姆·凯斯特（Jim Kaste）报告说，从缅因州到佛罗里达州的122份蜂蜜样本中，有68份显示出不同数量的铯-137。
在切尔诺贝利和福岛核事故发生后，食品中的铯-137污染引起了人们的关注，但凯斯特说，他在蜂蜜中发现的铯-137含量远远低于核电站灾难后促使当局将食品从市场上撤下的水平。
“我并不是想告诉人们不应该吃蜂蜜。我给我的孩子喂蜂蜜，”凯斯特说。“我现在吃的蜂蜜比刚开始这个项目的时候要多。”
这项研究发表在《自然通讯》杂志上，题为“现代蜂蜜中的炸弹137Cs揭示了植物对污染物循环的区域土壤控制”。共同作者是马里兰大学环境科学中心的Andrew J. Elmore和Paul Volante ' 20，他是COLL 150研讨会的成员，发现了这一现象。
多步骤假设
凯斯特提出了一个多步骤假设，说明铯-137是如何移动了很远的距离——甚至跨越了太平洋——最终进入了美国东海岸蜂箱里的蜂蜜罐中。这个假设也解释了为什么铯-137在某些地区比其他地区更容易出现。
铯-137是铀-钚裂变的副产品，是美国和苏联在新墨西哥州、内华达州、马绍尔群岛和俄罗斯北极群岛新地岛等地进行的氢弹试验爆炸所产生的沉降物的一部分。核弹试验的强度各不相同，凯斯特说，不可能确定在任何地区发现的产生铯-137的精确炸弹，更不用说任何特定的蜂蜜罐了。
他说：“但我们知道，太平洋和俄罗斯核电站产生的铯-137是新墨西哥和内华达爆炸产生的400多倍。”“一枚俄罗斯炸弹，沙皇炸弹，比内华达州和新墨西哥州所有试验加起来的威力大50多倍。”
凯斯特解释说，在试验场附近没有落到地球上的东西会在大气层的高处漂流——在较大爆炸的情况下会进入平流层。盛行风把铯带往东方，直到美国东部充足的降雨把这种同位素带到地球
凯斯特对单一来源蜂蜜的调查显示出一些趋势。例如，来自弗吉尼亚皮埃蒙特的蜂蜜样本几乎不含铯。相比之下，来自北卡罗莱纳南部的蜂蜜通常含有铯-137。佛罗里达的蜂蜜特别“辣”。
从维吉尼亚州北部开始，铯的含量是混合的，但奇怪的是，在缅因州又开始出现。
“我和缅因州的一个养蜂人谈过，他告诉我他们把蜂箱送到南方过冬，”凯斯特说。“缅因州对蜜蜂来说太冷了。”
这是土壤化学
由于铯是通过降雨带到地球上的，所以年降雨量最高的地区倾向于生产含铯的蜂蜜是有道理的。但事实并非如此。合作者发现，铯-蜂蜜联系的秘密在于土壤化学，尤其是钾的含量。
研究人员将蜂蜜样本绘制在每个县钾含量的地图上。他们发现了一个明确的负相关：含铯的蜂蜜来自低钾土壤，比如卡罗来纳州的低钾土壤。
“钾是植物的重要营养物质，”他说。“钾原子和铯原子看起来非常相似。”
Kaste解释说，寻找钾的植物吸收了铯，并补充说，这种替代不会发生在富含钾的土壤中。但在低钾土壤中，植物吸收了似乎是次佳的东西，通过花蜜传递给蜜蜂。蜜蜂在制蜜过程中生物放大铯。
蜂蜜探针起源于GEOL 150：放射性污染。凯斯特说，他意识到他的学生——甚至可能是学生的家长——没有原子弹焦虑、炸弹试验和随后的学校民防演习的经验。
他想出了一个实际的示范，向人们展示原子弹时代仍在我们的食品中留下的痕迹。他给学生们布置了一项春假作业：带回一些当地的食物。
学生们从不同的地方带回了各种各样的食物。苹果，枫糖浆，山核桃，啤酒花。保罗·沃兰特（Paul Volante）委托一个朋友从佛罗里达带柑橘回来：“橙子是我付的钱。”
研讨会成员使用Kaste的伽马探测器来检测他们的食物中铯-137的存在。结果很有启发性，“这里有一点铯，那里也有一点铯”，直到一个样本显示出这种同位素的含量是其他样本的100多倍。它来自北卡罗莱纳州农贸市场的一罐蜂蜜。
“我又测量了一遍，因为我认为容器出了问题，或者我的探测器坏了。我重现了测量结果。而且，它比其他任何食物都要热100倍。”
蜂蜜之旅开始了
凯斯特在美国东部的大部分地区发起了一项蜂蜜搜索，得到了约瑟夫·j·普卢梅里优秀教师奖和教务长威廉与玛丽办公室的资助。是他派保罗·沃兰特去的。
“基本上，我从寻找蜂蜜生产商开始，”Volante说。“我需要证实他们是当地的小规模蜂蜜生产商。所以我会给他们发邮件。我们会订购它，一旦送到这里，我们通常会把它倒入这个150毫升的培养皿中。”
沃兰特在大学一年级时就参与了蜂蜜项目，并在威廉玛丽学院（William & 玛丽）待了四年，甚至更久。毕业后，Volante被聘为地质系的技术人员；他现在正准备进入宾夕法尼亚州立大学攻读博士学位。他的双学位是地质学和化学，他说这两个专业的结合对他寻找博士项目很有帮助。
“这是一个地球科学博士学位，”他说。“这是真正的地球化学——在地质背景下应用化学。”
他在《自然通讯》（Nature Communications）上的一篇论文被列为共同作者，这也没有影响他申请宾夕法尼亚州立大学。Volante顺利地从新生研讨会的参与者转变为佳博体育合作者，再到合著者。
蜂蜜一到伽玛佳博体育就变得黏糊糊的。Volante遇到了蜂蜜使用者在家里遇到的同样的问题：倒蜂蜜时要干净，不要弄得到处都是蜂蜜。他发明了一种减轻混乱的技术。
他解释说：“老实说，对我有用的是：因为蜂蜜很粘稠，一旦你开始倒，就会有延迟。”“当你倒水的时候，水就会立刻消失。但是蜂蜜太迟了，你可以开始倒，然后稍微翻一下。”
一旦蜂蜜样本被安全放入培养皿中，它就会进入伽马探测器几天。探测器记录了铯-137衰变时发射的伽马粒子的相互作用。
沃兰特在威廉玛丽大学的整个本科阶段都和凯斯特一起工作。他把毕业论文的重点放在了与之相关的同位素镅-241上。凯斯特解释说，镅-241和铯-137一样，是“钚子”和核弹裂变的产物。
“镅-241几乎无处不在，”凯斯特说。它的浓度比铯低。但它不会被植物吸收，所以镅-241最终不会出现在蜂蜜中。”
植物对镅-241的漠不关心，再加上这种同位素的半衰期约为400年，使得它对Volante和其他对沉积物年代测定感兴趣的环境地质学家来说很有价值，Kaste说。
主要辐射污染物
但他补充说，即使在核试验结束60年后，半衰期约为30年的铯-137仍然是环境中主要的电离辐射污染形式。凯斯特指出，美国东部铯-137污染的主要来源是那些核弹试验，而不是核电站事故。
《自然通讯》的论文指出，铯-137渗入人类饮食已经有一段时间了：凯斯特说，从冷战时期到20世纪80年代，美国政府对牛奶进行了广泛的铯-137和其他放射性核素的检测。他说，他发现了牛奶检测的记录，这些记录一直显示，来自佛罗里达州的样品中污染程度较高。
凯斯特说，目前还没有关于牛奶因铯-137含量高而被从市场上撤下的记录，并重申他的蜂蜜研究不应引发对人类消费的任何担忧。但昆虫可能完全是另一回事。
“我们今天看到的只是20世纪60年代和70年代辐射的一小部分，”他说。“我们不能确定铯-137是否与蜂群崩溃或人口减少有关。”
凯斯特说，他希望蜂蜜的研究能说明环境污染物的寿命很长，尤其是污染物在环境中循环的方式往往是不可预测的。他说，铯-137是一种“遗留污染物”，随着核衰变每30年将其含量减半，它将与我们同在。
他补充说，这是一个缓慢走向虚拟消失点的过程，除非其他一些裂变事件将另一剂量的同位素引入环境中。
有荨麻疹?
地质学家吉姆·凯斯特正在寻找更多的蜂蜜来检测铯-137的存在。他的要求:
- 单一来源的蜂蜜，而不是混合的。
- 蜜蜂啃食植物的信息。
- GPS/蜂巢经纬度。
联系他：jmkaste@wm.edu
