Спустя 40 лет ученые выяснили неожиданные последствия аварии на Чернобыльской АЭС
© Министерство обороны РФ
/ Подписаться
Ученые раскрыли удивительную тайну, скрытую в радиоактивной пыли, которая может определить опасные последствия катастрофы для будущих поколений.
ЕРЕВАН, 31 окт — Sputnik. Спустя сорок лет после Чернобыльской катастрофы используя мощные рентгеновские лучи, ученые обнаружили, что некоторые из мельчайших радиоактивных частиц оказались на удивление стабильными. Они все еще рассеяны в почве и несут в себе опасное наследие, удерживая радиоактивные вещества внутри, а не высвобождая их в окружающую среду. Об открытии немецких ученых сообщил ресурс ScienceDaily.
Взрывы, разрушившие реактор, выбросили огромное количество обломков, оставив после себя загрязнение, которое продолжает представлять серьезную угрозу для здоровья. Даже спустя десятки лет частицы размером всего от 8 до 50 микрометров остаются высокорадиоактивными, и для посещения пострадавших районов по-прежнему требуется защитная одежда.
Ученые внимательно изучили эти крошечные остатки и сделали удивительный вывод: некоторые из них сохранили большую часть своей первоначальной внутренней структуры, несмотря на десятилетия воздействия окружающей среды.
"Существует три класса этих частиц, — объясняет Тобиас Вайссенборн, физик и аспирант Лейбницкого университета в Ганновере. — Во-первых, это частицы, которые химически и физически все еще очень похожи на ядерное топливо — диоксид урана. Затем есть частицы, которые частично или полностью заключены в слой циркония или полностью слиты с ним".
Вторая категория возникла из-за экстремальных температур, достигаемых внутри реактора. При плавлении ядерного топлива оно соединялось с цирконием, высокопрочным металлом, используемым в защитном внешнем слое топлива.
"Третий тип частиц образовался, когда графитовый замедлитель загорелся", — добавляет Вайссенборн.
В нормальных условиях эксплуатации графитовый замедлитель замедляет быстрые нейтроны, способствуя поддержанию ядерной цепной реакции. Однако во время катастрофы графит воспламенился и продолжал гореть в течение десяти дней.
В процессе окисления топливо превратилось в различные оксиды урана. В том числе, наиболее стабильный оксид урана U₃O₈. Со временем оксид урана распадается на микроскопические фрагменты, затем ветер может переносить эти радиоактивные частицы в окружающую среду, где их вдыхание представляет серьезную опасность для здоровья.
Ученые изучили радиоактивную пыль Чернобыля с беспрецедентной детализацией
Несмотря на десятилетия исследований, ученые до сих пор не до конца понимают, почему радиоактивные частицы из Чернобыля распадаются с разной скоростью. В процессе выветривания эти материалы могут образовывать несколько форм оксида урана, что затрудняет прогнозирование их долговременного поведения.
Для исследования этих изменений требуется исключительно точное оборудование, включая синхротронную рентгеновскую дифракцию — метод, позволяющий выявить расположение атомов внутри кристаллических материалов.
Доктор Кристоф Хенниг, кристаллограф из Дрезденско-Россендорфского центра им. Гельмгольца (HZDR), завершил первый успешный структурный анализ радиоактивных фрагментов такого рода на линии синхротронного излучения Россендорф в Гренобле.
Работая с Вайссенборном, Хенниг проанализировал шесть частиц, обнаруженных в Чернобыльской области. Идентифицировав различные кристаллические фазы в них, исследователи получили информацию, которая может помочь определить, как быстро радиоактивные вещества попадают в окружающую среду.
"Мы с коллегами из Ганновера использовали различные методы для выделения частиц из образцов почвы и прикрепления их к вольфрамовым электродам", — объясняет Вайссенборн.
Поскольку образцы были высокорадиоактивными, их пришлось поместить в несколько слоев защитной оболочки, прежде чем транспортировать в Гренобль. Там исследовательская группа Хеннига использовала рентгеновскую дифракцию для изучения их внутренней структуры, измеряя рассеяние рентгеновских лучей при прохождении через материал.
"Сначала нам нужно было выяснить, как исследовать структуру частиц", — объясняет Кристоф Хенниг. "В конечном итоге мы полностью повернули частицы в рентгеновском луче, сфокусированном до 100 микрометров — примерно толщины человеческого волоса. Мы измерили каждую частицу под 2000 различными углами, чтобы беспрепятственно зафиксировать все отражения".
Проведенные измерения позволили ученым различить различные фазы оксида урана внутри радиоактивных фрагментов, выявив детали, которые ранее были недоступны.
Удивительное открытие о радиоактивных осадках, образовавшихся 40 лет назад
Результаты выявили нечто неожиданное. Несмотря на то, что ядерное топливо внутри шести исследованных частиц провело в окружающей среде четыре десятилетия, оно сохранило большую часть своей первоначальной кристаллической структуры.
Это позволяет предположить, что по крайней мере часть радиоактивных отходов, образовавшихся в результате чернобыльской катастрофы, обладает большей химической стабильностью, чем считали исследователи ранее.
Такая стабильность может иметь важные экологические последствия. Вместо быстрого высвобождения радиоактивных веществ, частицы, по-видимому, способны удерживать продукты деления внутри своей структуры. Если такое поведение будет наблюдаться чаще, это может помочь ограничить распространение радиоактивных загрязняющих веществ в близлежащую почву и воду.
Однако исследователи подчеркивают, что их выводы не следует интерпретировать как доказательство того, что радиоактивное загрязнение Чернобыля становится безвредным.
"Каждая частица имеет свою уникальную структуру, — предупреждает Вайссенборн, — и в нашем эксперименте было изучено всего шесть таких частиц из двух разных мест".
Относительно небольшой размер выборки означает, что полученные результаты пока не позволяют установить, как ведут себя радиоактивные частицы на всей территории загрязненного региона. Для более полного понимания их стабильности ученым необходимо исследовать множество дополнительных частиц, собранных в гораздо более широком диапазоне мест.
Почему радиоактивное наследие Чернобыля остается непредсказуемым
Даже при наличии значительно большего объема данных прогнозирование долгосрочной опасности радиоактивных отходов Чернобыля останется сложной задачей. Отдельные частицы могут различаться по составу, структуре и устойчивости к воздействию окружающей среды, что потенциально может повлиять на момент выброса радиоактивных материалов.
"И даже если бы мы в какой-то момент получили усредненные данные, мы все равно не смогли бы делать универсальных заявлений о рисках для здоровья в регионе", — предупреждает Вайссенборн. "Потому что даже если частицы распадаются в основном равномерно, всегда будут существовать выбросы, более устойчивые частицы, которые будут высвобождать радионуклиды позже".
Эти устойчивые частицы могут продолжать выделять радиоактивные вещества еще долго после того, как другие остатки распадутся, что осложняет оценку будущего загрязнения и рисков для здоровья.
По этой причине новые данные не позволяют предположить, что ограничения в Чернобыльской зоне могут быть сняты в ближайшее время.
Исследования долгосрочных последствий катастрофы продолжаются. Вайссенборн и Хенниг уже проводят дополнительные эксперименты, посвященные высокорадиоактивным трансурановым фазам, обнаруженным в оставшихся обломках. Их работа может дать более четкое представление о том, как ядерные материалы Чернобыля изменяются со временем и как долго могут сохраняться их воздействие на окружающую среду.
