Через 40 років після аварії на Чорнобильській атомній електростанції, яка сталася у квітні 1986 року, радіоактивні частинки, що залишилися в довкіллі, продовжують дивувати вчених. Дослідження показало, що їхня внутрішня кристалічна структура збереглася довше, ніж очікували науковці, що може мати значення для розуміння того, як радіоактивні матеріали поводяться в навколишньому середовищі.
Мікроскопічні радіоактивні частинки, відомі як “гарячі частинки”, розміром від 8 до 50 мікрометрів, досі розсіяні у ґрунті навколишніх територій. Вони залишаються високорадіоактивними, а для відвідування уражених територій досі потрібен захисний одяг. Вчені детальніше дослідили ці крихітні залишки та виявили несподіваний факт: деякі з них зберегли значну частину своєї первісної внутрішньої структури, попри десятиліття впливу навколишнього середовища.
«Є три класи цих частинок. По-перше, є частинки, які за хімічними та фізичними властивостями досі дуже схожі на ядерне паливо – діоксид урану. Далі є частинки, які частково або повністю вкриті шаром цирконію чи повністю з ним сплавлені», – пояснив фізик і докторант Ганноверського університету імені Лейбніца Тобіас Вайссенборн.
Друга категорія утворилася за надзвичайно високих температур, коли ядерне паливо розплавилося і змішалося з цирконієм. Третій тип частинок виник, коли зайнявся графітовий сповільнювач реактора. Графіт горів протягом десяти днів, внаслідок чого паливо окислилося, утворивши різні оксиди урану, зокрема U₃O₈. Цей оксид урану механічно крихкий і може легко розпадатися на мікроскопічні фрагменти, які вітер здатен розносити, створюючи небезпеку при вдиханні.
Учені дослідили радіоактивний пил з безпрецедентною деталізацією
Дослідники досі не до кінця розуміють, чому радіоактивні частинки з Чорнобиля руйнуються з різною швидкістю. Для вивчення цих змін потрібне надзвичайно точне обладнання, зокрема метод рентгенівської дифракції із застосуванням синхротронного випромінювання, який дозволяє визначити розташування атомів усередині кристалічних матеріалів. Кристалограф із Центру Гельмгольца в Дрездені-Россендорфі (HZDR) доктор Крістоф Генніг уперше успішно провів структурний аналіз таких радіоактивних фрагментів на експериментальній станції у Греноблі.
Працюючи разом із Вайссенборном, Генніг проаналізував шість частинок, зібраних у Чорнобильському регіоні. Визначивши різні кристалічні фази всередині них, дослідники отримали інформацію, яка може допомогти з’ясувати, з якою швидкістю радіоактивні речовини потрапляють у навколишнє середовище. Зразки, через високу радіоактивність, були поміщені в кілька захисних оболонок перед транспортуванням. Дослідники використали рентгенівську дифракцію, вимірюючи розсіювання рентгенівського випромінювання під час проходження крізь матеріал.
«Спочатку нам потрібно було з’ясувати, як саме досліджувати структуру частинок. Зрештою ми повністю обертали частинки в рентгенівському пучку, сфокусованому до 100 мікрометрів – приблизно такої товщини, як людська волосина. Ми виміряли кожну частинку під 2000 різними кутами, щоб безперервно зафіксувати всі дифракційні відбиття», – каже Генніг.
Завдяки цим вимірюванням науковці змогли розрізнити різні фази оксидів урану всередині радіоактивних фрагментів і виявити деталі, які раніше були недоступними для дослідження.
Неочікуване відкриття про радіоактивні викиди
Результати виявилися несподіваними. Попри те, що протягом чотирьох десятиліть частинки перебували в навколишньому середовищі, ядерне паливо всередині всіх шести досліджених зразків зберегло значну частину своєї первісної кристалічної структури. Це свідчить про те, що принаймні частина радіоактивних уламків, утворених унаслідок Чорнобильської катастрофи, хімічно стабільніша, ніж раніше вважали дослідники. Така стабільність може мати важливі наслідки для довкілля: частинки, схоже, здатні утримувати всередині своєї структури продукти поділу ядер, що може допомогти обмежити поширення радіоактивних забруднювачів.
Однак дослідники наголошують, що їхні результати не слід трактувати як доказ того, що радіоактивне забруднення Чорнобиля стає нешкідливим.
«Проте кожна окрема частинка має власну структуру. А в нашому експерименті ми дослідили лише шість таких частинок із двох різних місць», – застеріг Вайссенборн.
Відносно невелика кількість зразків означає, що результати поки не дають змоги встановити, як поводяться радіоактивні частинки на всій забрудненій території. Для ґрунтовнішого розуміння їхньої стабільності науковцям потрібно дослідити набагато більше частинок, зібраних у значно ширшому діапазоні місць.
Навіть за наявності значно більшого обсягу даних передбачити довгострокові небезпеки, пов’язані з радіоактивними уламками Чорнобиля, буде складно. Окремі частинки можуть відрізнятися за складом, структурою та стійкістю до впливу навколишнього середовища, що впливає на те, коли саме вони вивільнятимуть радіоактивні речовини.
«І навіть якби в певний момент ми отримали усереднені показники, усе одно не змогли б зробити універсальні висновки щодо ризиків для здоров’я людей у цьому регіоні. Адже навіть якщо частинки руйнуватимуться переважно однаково, завжди будуть винятки – стійкіші частинки, які вивільнятимуть радіонукліди пізніше», – застеріг Вайссенборн.
Такі стійкі частинки можуть продовжувати вивільняти радіоактивні речовини ще довго після того, як інші залишки вже розпадуться, що ускладнює оцінювання майбутнього забруднення та ризиків для здоров’я. Тому нові результати дослідження не свідчать про те, що обмеження в Чорнобильській зоні відчуження можна буде скасувати найближчим часом. Вайссенборн і Генніг проводять додаткові експерименти, зосереджені на фазах трансуранових елементів із високою радіоактивністю, що містяться в уламках, які залишилися.
