Частицы радиоактивных материалов из Чернобыля сохранили оригинальную структуру спустя 40 лет

Четыре десятилетия спустя после ядерной катастрофы в Чернобыле микроскопические радиоактивные частицы остаются разбросанными по окружающей почве. Взрывы, разрушившие реактор, выпустили огромные количества обломков, оставив за собой загрязнение, которое продолжает представлять серьезные риски для здоровья. Даже спустя 40 лет частицы размером всего 8-50 микрометров остаются высокорадиоактивными, и вход в затронутые районы по-прежнему требует защитной одежды.

Ученые теперь более внимательно изучили эти крошечные остатки и обнаружили удивительное открытие: некоторые из них сохранили большую часть своей оригинальной внутренней структуры, несмотря на десятилетия воздействия окружающей среды.

"Существует три класса этих частиц," объясняет Тобиас Вайсенборн, физик и аспирант Лейбниц-Университета Ганновера. "Во-первых, есть частицы, которые химически и физически все еще очень похожи на ядерное топливо диоксид урана. Затем есть частицы, которые частично или полностью заключены в, или полностью слиты с, их циркониевым слоем."

Вторая категория возникла во время экстремальных температур, достигнутых внутри реактора. Когда ядерное топливо расплавилось, оно объединилось с цирконием, высокоустойчивым металлом, используемым в защитном внешнем слое топлива.

Третий тип частицы был создан, когда графитовый модератор загорелся. При нормальных условиях эксплуатации графитовый модератор замедляет быстрые нейтроны, помогая поддерживать ядерную цепную реакцию. Однако во время катастрофы графит загорелся и продолжал гореть в течение десяти дней.

В процессе топливо окислялось в различные оксиды урана, такие как U3O8. В отличие от более стабильных материалов, этот оксид урана механически хрупок и может легко распадаться на микроскопические фрагменты. Ветер может затем переносить эти радиоактивные частицы по окружающей среде, где их вдыхание представляет серьезные риски для здоровья.

Несмотря на десятилетия исследований, ученые все еще не полностью понимают, почему радиоактивные частицы из Чернобыля разлагаются с разной скоростью. Исследование этих изменений требует исключительно точного оборудования, включая синхротронную рентгеновскую дифракцию, технику, которая показывает расположение атомов внутри кристаллических материалов.

Доктор Кристоф Хенниг, кристаллограф из Гельмгольц-Центра Дрезден-Россендорф (HZDR), теперь завершил первый успешный структурный анализ радиоактивных фрагментов такого рода на лучевой линии Россендорфа в Гренобле. Работая с Вайсенборном, Хенниг проанализировал шесть частиц, извлеченных из Чернобыльского региона. Определив различные кристаллические фазы внутри них, исследователи получили информацию, которая может помочь определить, как быстро радиоактивные вещества покидают окружающую среду.

Результаты показали нечто неожиданное. Несмотря на то, что эти шесть частиц провели четыре десятилетия в окружающей среде, ядерное топливо внутри них сохранило большую часть своей оригинальной кристаллической структуры. Это предполагает, что по крайней мере некоторые из радиоактивных обломков, произведенных катастрофой в Чернобыле, более химически стабильны, чем считали исследователи ранее. Однако исследователи подчеркивают, что их выводы не следует интерпретировать как доказательство того, что радиоактивное загрязнение Чернобыля становится безвредным.