Через майже 40 років після наймасштабнішої ядерної аварії в історії вчені знову придивилися до радіоактивних частинок, викинутих під час вибуху на Чорнобильській АЕС. Аналіз показав, що структура цих мікроскопічних паливних зерен виявилася на диво стійкою, а більшість радіоактивних елементів досі «замкнені» всередині. Про це повідомляє видання ScienceAlert.

Розуміння того, як ці частинки змінювалися під дією погоди, корозії та радіоактивного розпаду протягом десятиліть, важливе для оцінки безпеки майбутніх ядерних об’єктів. Воно також допомагає точніше прогнозувати, коли перебування в районі Чорнобиля може стати менш небезпечним.

Три типи паливних частинок

Дослідження виконали фахівці з Університету Лейбніца в Ганновері та центру Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf у Німеччині. Вони проаналізували шість паливних частинок, які утворилися під час аварії та були винесені за межі реактора.

Фізик Тобіас Вайсенборн (Tobias Weissenborn) пояснює, що всі зразки можна поділити на три класи залежно від того, що з ними сталося під час вибуху:

• частинки, які хімічно й фізично досі дуже схожі на вихідне ядерне паливо – діоксид урану;
• частинки, що частково або повністю вкриті, чи навіть повністю сплавлені зі своїм цирконієвим оболонковим шаром;
• частинки, які утворилися, коли загорівся графітовий модератор реактора.

Кожен із цих типів має свою хімічну будову, а отже – і власний сценарій руйнування з часом.

Мікроскопічні зразки та рентгенівський аналіз

Усі досліджені частинки були зібрані в межах зони відчуження Чорнобиля. Їхній розмір становив лише 8–50 мікрометрів – тобто щонайменше два десятки таких частинок можуть уміститися в один міліметр.

Щоб зазирнути всередину цих крихітних об’єктів, команда застосувала дифракційний аналіз: структуру кристалічної решітки визначали за тим, як рентгенівські промені відбиваються від атомів.

Кристалограф Крістоф Генніг (Christoph Hennig) розповідає, що частинки повністю обертали в сфокусованому рентгенівському пучку товщиною близько 100 мікрометрів – приблизно як людська волосина. Кожен зразок вимірювали з 2 000 різних кутів, щоб без прогалин зафіксувати всі відбиті сигнали.

Результат виявився несподіваним: у всіх трьох класах частинок кристалічна структура, яка утримує ядерне паливо, загалом залишилася неушкодженою. Це свідчить про вищу хімічну стабільність цих паливних зерен, ніж припускали раніше.

Повільніший викид радіонуклідів, але небезпека зберігається

Автори роботи зазначають, що їхні результати показують: паливні частинки Чорнобиля діють як «надзвичайно стійкі резервуари» радіоактивних речовин. З одного боку, це можна вважати відносно позитивною новиною: радіонукліди, ймовірно, вивільняються в довкілля повільніше, ніж вважалося.

Це не означає, що повернення до зони відчуження стало безпечним. Однак такі дані допомагають точніше оцінювати довгострокові екологічні ризики та планувати моніторинг території.

Водночас є й зворотний бік. Радіоактивний матеріал нікуди не зник – він залишається всередині цих частинок, які можуть бути небезпечними ще багато десятиліть. Особливо ризикованим є вдихання таких мікрочастинок: вони можуть підніматися в повітря через вітер, ерозію ґрунту або рух тварин.

Про складність ситуації нагадує й те, що навіть через десятки років після аварії тема Чорнобиля привертає увагу, зокрема й у науково-популярних відео. Один із таких матеріалів можна переглянути за посиланням на платформі YouTube.

Малі вибірки та великі невизначеності

Самі дослідники підкреслюють обмеження своєї роботи. Усього шість частинок, до того ж з двох локацій, – це дуже невелика вибірка. Щоб реально оцінити поточні ризики в Чорнобильській зоні, потрібні значно масштабніші набори даних, зібрані протягом тривалого часу.

За словами Вайсенборна, навіть якщо вдасться отримати певні середні показники, це не дозволить робити універсальні висновки про ризики для здоров’я в усьому регіоні. Навіть за відносно однорідного розпаду завжди будуть «виняткові» частинки, які зберігатимуться довше й вивільнятимуть радіонукліди пізніше.

Попри ці обмеження, нове дослідження дає важливу підказку: паливні частинки Чорнобиля виявилися значно стійкішими, ніж очікували, а отже, їхній вплив на довкілля та людей може розтягнутися на дуже тривалий час.