Чернобыльские частицы почти не изменились за 40 лет, выяснили физики
Через 40 лет после аварии на Чернобыльской АЭС ученые впервые подробно изучили внутреннюю структуру отдельных «горячих частиц» — микроскопических фрагментов ядерного топлива, выброшенных из разрушенного реактора. Как сообщает Ганноверский университет имени Лейбница (Германия), исследователи изучили шесть таких частиц и выяснили, что топливная матрица внутри них сохранилась значительно лучше, чем предполагалось. Результаты опубликованы в Journal of Hazardous Materials.
Что осталось после аварии
В первые часы после взрыва из реактора разлетелись частицы топлива и других материалов. Некоторые из них до сих пор находятся в почве Чернобыльской зоны отчуждения. Их размер составляет всего 8–50 микрометров, однако радиоактивность может сохраняться десятилетиями.
Исследователи выделяют три основных типа таких частиц. Одни по составу и структуре близки к исходному диоксиду урана. Другие частично или полностью смешались с циркониевым слоем, который окружал топливо.
Третий тип появился после пожара графита. Графит в реакторе горел около 10 дней, а высокая температура и доступ кислорода привели к окислению топлива. В результате образовались соединения урана, в том числе U₃O₈. Они механически нестабильны и могут распадаться на мельчайшую пыль, которую способен переносить ветер.
Частицы впервые изучили изнутри
До сих пор ученым было трудно понять, насколько быстро такие фрагменты разрушаются в окружающей среде. Для этого команда из Ганноверского университета имени Лейбница и Исследовательского центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе использовала синхротронное рентгеновское излучение.
Шесть частиц сначала извлекли из украинских образцов почвы и закрепили на вольфрамовых электродах. Затем их отправили в Гренобль, где на установке Россендорфской линии пучка провели рентгеновский дифракционный анализ.
«Сначала нам пришлось понять, каким способом вообще можно исследовать структуру частиц. В итоге мы полностью вращали их в рентгеновском луче, сфокусированном до 100 микрометров — примерно с толщину человеческого волоса. Для каждой частицы мы провели измерения под 2000 разными углами, чтобы полностью зафиксировать все отражения», — объяснил кристаллограф Исследовательского центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе Кристоф Хенниг.
Так ученые смогли определить, какие соединения урана сохранились внутри фрагментов. Они обнаружили UO₂, U₃O₈, U₄O₉ и фазы с примесью циркония. При этом структура исходного ядерного топлива в исследованных частицах во многом осталась неповрежденной.
Радиоактивные вещества остаются внутри
Результат оказался неожиданным. Устойчивые структуры оксидов урана продолжают удерживать внутри себя продукты деления и другие радиоактивные вещества. Это означает, что частицы могут высвобождать их медленнее, чем предполагалось ранее.
Однако делать вывод обо всех подобных фрагментах пока рано.
«Каждая частица имеет свою структуру, а наш эксперимент охватил только шесть частиц из двух мест», — отметил Тобиас Вайсенборн из Ганноверского университета имени Лейбница.
По его словам, даже если дальнейшие исследования позволят определить среднюю скорость разрушения таких частиц, отдельные более устойчивые фрагменты все равно могут сохраняться дольше и высвобождать радионуклиды позднее.
Поэтому новые результаты не означают, что ограничения для Чернобыльской зоны можно отменить. Исследователи уже проводят следующие эксперименты, на этот раз изучая высокорадиоактивные трансурановые фазы в сохранившихся материалах.
