Czarnobylskie drobiny paliwa jądrowego zaskakują. Przetrwały 40 lat?

Zespół z Leibniz University Hannover oraz Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf pobrał z ukraińskiej gleby fragmenty o rozmiarach od 8 do 50 mikrometrów. Mimo mikroskopijnych wymiarów cząstki pozostawały wyraźnie radioaktywne nawet czterdzieści lat po katastrofie w Czarnobylu.

Badacze podzielili zebrany materiał na trzy zasadnicze kategorie. W pierwszej znalazły się cząstki, które pod względem chemicznym i fizycznym były zbliżone do dwutlenku uranu, czyli paliwa reaktorowego. Druga grupa obejmowała fragmenty, które częściowo albo całkowicie związały się z cyrkonem – elementem osłony paliwa – po tym, jak w ekstremalnej temperaturze uległ stopieniu i połączył się z paliwem.

Trzeci typ wiązano ze skutkami pożaru grafitowego moderatora, który w warunkach pracy reaktora odpowiada za spowalnianie neutronów. Pożar trwał dziesięć dni, a w jego trakcie paliwo utleniało się, tworząc związki uranu, w tym oktatlenek triuranu. Taki materiał ma tendencję do rozpadania się na drobne cząstki, które mogą być przenoszone przez wiatr, co zwiększa zagrożenie ich wdychaniem.

Aby bezpiecznie i precyzyjnie zbadać budowę próbek, umieszczono je na elektrodach wolframowych, a następnie osłonięto wieloma warstwami zabezpieczeń. W ośrodku Rossendorf Beamline w Grenoble cząstki obracano w skoncentrowanej wiązce promieniowania rentgenowskiego, wykonując pomiary dla każdego fragmentu pod 2 tysiącami różnych ustawień.

"Ostatecznie obracaliśmy cząstki w wiązce promieniowania rentgenowskiego skupionej do 100 mikrometrów, czyli mniej więcej grubości ludzkiego włosa. Każdą próbkę mierzyliśmy pod 2 tysiącami różnych kątów, aby dokładnie uchwycić wszystkie odbicia" – wyjaśnił krystalograf HZDR Christoph Hennig.

Wyniki wskazały, że w badanych drobinach w dużej mierze przetrwała krystaliczna struktura charakterystyczna dla paliwa. To z kolei może oznaczać wolniejsze uwalnianie produktów rozszczepienia do gleby oraz wody. Naukowcy zwracają jednak uwagę na ograniczenia wniosków: przeanalizowano jedynie sześć cząstek pochodzących z dwóch lokalizacji, a każda z nich różniła się budową. Fizyk Tobias Weissenborn zaznaczył, że tak mała liczba próbek nie pozwala wyciągać uogólnień dla całego obszaru skażenia. Zespół prowadzi jednocześnie dalsze prace dotyczące silnie radioaktywnych faz transuranowych.