Спустя четыре десятилетия после аварии на Чернобыльской АЭС в почве вокруг станции по-прежнему рассеяны мельчайшие радиоактивные частицы. Взрывы на реакторе выбросили огромное количество обломков, и оставшееся загрязнение до сих пор создаёт серьёзную угрозу для здоровья. Даже через 40 лет частицы размером всего от 8 до 50 микрометров сохраняют высокую радиоактивность, а для входа в заражённые районы по-прежнему требуется защитная одежда. Учёные решили детально изучить эти микроскопические остатки и обнаружили неожиданное: часть из них, несмотря на десятилетия воздействия окружающей среды, сохранила значительную долю исходной внутренней структуры, сообщает ScienceDaily.
Физик и докторант Ганноверского университета имени Лейбница Тобиас Вайсенборн выделяет три класса таких частиц. К первому относятся частицы, которые химически и физически всё ещё очень близки к ядерному топливу — диоксиду урана. Второй класс — частицы, частично или полностью заключённые в циркониевый слой либо полностью с ним сплавленные. Такие образования возникли при экстремальных температурах внутри реактора: расплавившееся топливо соединилось с цирконием — прочным металлом, которым покрыта защитная оболочка топлива.
Третий тип частиц появился, когда загорелся графитовый замедлитель, отмечает Вайсенборн. В обычных условиях этот графит замедляет быстрые нейтроны и поддерживает цепную реакцию. Однако во время аварии графит воспламенился и горел десять дней. В этом процессе топливо окислялось с образованием различных оксидов урана, например U3O8. В отличие от более устойчивых материалов такой оксид урана механически хрупок и легко распадается на микроскопические фрагменты, которые ветер разносит по округе, а их вдыхание опасно для здоровья.
До сих пор учёные не до конца понимали, почему радиоактивные частицы из Чернобыля разрушаются с разной скоростью. При выветривании материалы могут образовывать несколько форм оксида урана, из-за чего их долгосрочное поведение трудно предсказать. Для изучения этих изменений нужна исключительно точная аппаратура, в том числе синхротронная рентгеновская дифракция, позволяющая увидеть расположение атомов в кристаллических материалах. Кристаллограф Кристоф Хенниг из Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) впервые успешно провёл структурный анализ таких радиоактивных фрагментов на пучковой линии Россендорфа в Гренобле.
Вместе с Вайсенборном Хенниг исследовал шесть частиц, извлечённых из чернобыльского региона. Специалисты из Ганновера выделили частицы из украинских образцов почвы и закрепили их на вольфрамовых электродах. Из-за высокой радиоактивности образцы пришлось поместить в несколько защитных слоёв перед отправкой в Гренобль, где команда Хеннига изучала их внутреннюю структуру методом рентгеновской дифракции, измеряя рассеяние лучей при прохождении через материал. «Сначала нам нужно было понять, как исследовать структуру частицы, — поясняет Хенниг. — В итоге мы полностью вращали частицы в рентгеновском пучке, сфокусированном до 100 микрометров — примерно до толщины человеческого волоса. Каждую частицу мы измерили под 2000 разными углами, чтобы без пропусков уловить все отражения».
Результаты показали, что ядерное топливо внутри всех шести изученных частиц за четыре десятилетия в окружающей среде во многом сохранило исходную кристаллическую структуру. Это говорит о том, что по крайней мере часть радиоактивных обломков химически устойчивее, чем считалось ранее, и такие частицы способны удерживать продукты деления внутри своей структуры, ограничивая попадание загрязнителей в почву и воду. При этом исследователи подчёркивают: выводы не означают, что загрязнение становится безвредным. «Однако каждая отдельная частица имеет разную структуру, а мы изучили лишь шесть таких частиц из двух разных мест», — предупреждает Вайсенборн.
Из-за малой выборки пока нельзя судить о поведении радиоактивных частиц во всём заражённом регионе — для этого потребуются многочисленные дополнительные образцы из гораздо более широкого круга мест. Даже при наличии значительно большего объёма данных прогнозировать долгосрочные риски останется сложно: частицы различаются по составу, структуре и устойчивости к выветриванию. «И даже если мы когда-нибудь получим некие средние значения, мы всё равно не сможем делать универсальные заявления о рисках для здоровья в регионе, — предостерегает Вайсенборн. — Потому что даже при преимущественно однородном распаде частиц всегда будут исключения — более стойкие частицы, которые высвободят радионуклиды позже». Такие частицы могут продолжать выделять радиоактивные вещества ещё долго после разрушения остальных, что усложняет оценку будущего загрязнения и рисков для здоровья. Поэтому новые данные не дают оснований снимать ограничения в Чернобыльской зоне отчуждения в ближайшее время. Вайсенборн и Хенниг уже проводят дополнительные эксперименты с высокорадиоактивными трансурановыми фазами в оставшихся обломках.