Що сталося з радіацією в Чорнобилі за 40 років: вчені виявили не те, що очікували

Через 40 років після аварії на Чорнобильській атомній електростанції радіоактивні частинки, що залишилися в довкіллі, продовжують дивувати вчених. Дослідження показало, що їхня внутрішня кристалічна структура збереглася довше, ніж очікували науковці. Це може мати значення для розуміння того, як радіоактивні матеріали поводяться в навколишньому середовищі, пише ScienceDaily.

Як зазначило видання, через чотири десятиліття після ядерної катастрофи мікроскопічні радіоактивні частинки досі розсіяні у ґрунті навколишніх територій. Вибухи, які зруйнували реактор, вивільнили величезну кількість уламків, залишивши після себе забруднення, що й надалі становить серйозну загрозу для здоров’я: частинки розміром 8-50 мікрометрів залишаються дуже радіоактивними, а для відвідування уражених територій досі потрібен захисний одяг.

Тепер учені детальніше дослідили ці крихітні залишки та виявили несподіваний факт: деякі з них зберегли значну частину своєї первісної внутрішньої структури, попри десятиліття впливу навколишнього середовища. Результати їхнього дослідження вийшли у Journal of Hazardous Materials.

"Є три класи цих частинок. По-перше, є частинки, які за хімічними та фізичними властивостями досі дуже схожі на ядерне паливо – діоксид урану. Далі є частинки, які частково або повністю вкриті шаром цирконію чи повністю з ним сплавлені", - пояснив  фізик і докторант Ганноверського університету імені Лейбніца Тобіас Вайссенборн.

Друга категорія, за його словами, утворилася за надзвичайно високих температур, які виникли всередині реактора. Коли ядерне паливо розплавилося, воно змішалося з цирконієм, який є надзвичайно стійким металом і використовують у зовнішньому захисному шарі паливних елементів.

"Третій тип частинок утворився, коли загорівся графітовий сповільнювач", - каже Вайссенборн.

За нормальних умов роботи графітовий сповільнювач уповільнює швидкі нейтрони, допомагаючи підтримувати ланцюгову ядерну реакцію. Однак під час катастрофи графіт зайнявся і продовжував горіти протягом десяти днів, унаслідок цього паливо окислилося, утворивши різні оксиди урану, зокрема U₃O₈, стверджує науковець.

На відміну від стабільніших матеріалів, цей оксид урану механічно крихкий і може легко розпадатися на мікроскопічні фрагменти. Вітер здатен розносити ці радіоактивні частинки навколишнім середовищем, а їхнє вдихання становить серйозну загрозу для здоров’я.

Учені дослідили радіоактивний пил з безпрецедентною деталізацією

Попри десятиліття досліджень, вони досі не до кінця розуміють, чому радіоактивні частинки з Чорнобиля руйнуються з різною швидкістю. У процесі вивітрювання цих матеріалів можуть утворюватися різні форми оксиду урану, через що важко передбачити їхню поведінку в довгостроковій перспективі.

Для вивчення цих змін потрібне надзвичайно точне обладнання, зокрема метод рентгенівської дифракції із застосуванням синхротронного випромінювання. Ця методика дає змогу визначити розташування атомів усередині кристалічних матеріалів, пише видання.

Кристалограф із Центру Гельмгольца в Дрездені-Россендорфі (HZDR), доктор Крістоф Генніг уперше успішно провів структурний аналіз радіоактивних фрагментів такого типу на експериментальній станції Россендорф у Греноблі.

Працюючи разом із Вайссенборном, Генніг проаналізував шість частинок, зібраних у Чорнобильському регіоні. Визначивши різні кристалічні фази всередині них, дослідники отримали інформацію, яка може допомогти з’ясувати, з якою швидкістю радіоактивні речовини потрапляють у навколишнє середовище.

"Мої колеги з Ганновера і я використовували різні методи, щоб відокремити частинки від зразків українського ґрунту та закріпити їх на вольфрамових електродах", - пояснив Вайссенборн.

Оскільки зразки були дуже радіоактивними, перед транспортуванням до Гренобля їх помістили в кілька захисних оболонок. Дослідники використали рентгенівську дифракцію, щоб вивчити внутрішню структуру частинок, вимірюючи, як розсіюється рентгенівське випромінювання під час проходження крізь матеріал.

"Спочатку нам потрібно було з’ясувати, як саме досліджувати структуру частинок. Зрештою ми повністю обертали частинки в рентгенівському пучку, сфокусованому до 100 мікрометрів – приблизно такої товщини, як людська волосина. Ми виміряли кожну частинку під 2000 різними кутами, щоб безперервно зафіксувати всі дифракційні відбиття", - каже Генніг.

Завдяки цим вимірюванням науковці змогли розрізнити різні фази оксидів урану всередині радіоактивних фрагментів і виявити деталі, які раніше були недоступними для дослідження.

Неочікуване відкриття про радіоактивні викиди 

Результати виявилися несподіваними. Попри те, що протягом чотирьох десятиліть частинки перебували в навколишньому середовищі, ядерне паливо всередині всіх шести досліджених зразків зберегло значну частину своєї первісної кристалічної структури.

На думку учених, це свідчить про те, що принаймні частина радіоактивних уламків, утворених унаслідок Чорнобильської катастрофи, хімічно стабільніша, ніж раніше вважали дослідники.

Як ідеться у статті, така стабільність може мати важливі наслідки для довкілля. Замість того щоб швидко вивільняти радіоактивні речовини, частинки, схоже, здатні утримувати всередині своєї структури продукти поділу ядер. Якщо така поведінка характерна для значно більшої кількості частинок, це може допомогти обмежити поширення радіоактивних забруднювачів у навколишній ґрунт і воду.

Однак дослідники наголошують, що їхні результати не слід трактувати як доказ того, що радіоактивне забруднення Чорнобиля стає нешкідливим.

"Проте кожна окрема частинка має власну структуру. А в нашому експерименті ми дослідили лише шість таких частинок із двох різних місць", - застеріг Вайссенборн.

Відносно невелика кількість зразків означає, що результати поки не дають змоги встановити, як поводяться радіоактивні частинки на всій забрудненій території. Щоб ґрунтовніше зрозуміти їхню стабільність, науковцям потрібно дослідити набагато більше частинок, зібраних у значно ширшому діапазоні місць.

Чому радіоактивна спадщина Чорнобиля непередбачувана

Навіть за наявності значно більшого обсягу даних передбачити довгострокові небезпеки, пов’язані з радіоактивними уламками Чорнобиля, буде складно. Окремі частинки можуть відрізнятися за складом, структурою та стійкістю до впливу навколишнього середовища. Це потенційно впливає на те, коли саме вони вивільнятимуть радіоактивні речовини, пишуть автори.

"І навіть якби в певний момент ми отримали усереднені показники, усе одно не змогли б зробити універсальні висновки щодо ризиків для здоров’я людей у цьому регіоні. Адже навіть якщо частинки руйнуватимуться переважно однаково, завжди будуть винятки – стійкіші частинки, які вивільнятимуть радіонукліди пізніше", - застеріг Вайссенборн.

Такі стійкі частинки можуть продовжувати вивільняти радіоактивні речовини ще довго після того, як інші залишки вже розпадуться. Це ускладнює оцінювання майбутнього забруднення та ризиків для здоров’я, вважають учені.

Тому, як зазначається, нові результати дослідження не свідчать про те, що обмеження в Чорнобильській зоні відчуження можна буде скасувати найближчим часом.

Дослідження довготривалих наслідків катастрофи тривають. Вайссенборн і Генніг уже проводять додаткові експерименти, зосереджені на фазах трансуранових елементів із високою радіоактивністю, які містяться в уламках, що залишилися. Їхня робота може допомогти краще зрозуміти, як ядерні матеріали Чорнобиля змінюються з часом і як довго можуть зберігатися їхні наслідки для навколишнього середовища.

Як писав УНІАН, у Чорнобилі у півтора раза поменшало оленів. На думку науковців радіаційно-екологічного біосферного заповідника, причиною може бути скорочення кормової бази. До проблеми поширення куничника, який змінює звичний рослинний покрив, додалася ще одна загроза - золотушник. Зокрема, у західній частині заповідника ця рослина буквально захоплює нові території. І хоч, з першого погляду, усе навколо зелене, однак це не означає, що тваринам достатньо їжі. Справа у тому, що чужорідні види витісняють природну рослинність, змінюють видовий склад угруповань, а колишні луки й перелоги поступово перетворюються на своєрідну зелену пустелю - територію, де зелені багато, а повноцінного корму дедалі менше.

Вас також можуть зацікавити новини:

• Археологи знайшли у 2100-річній могилі воїна із золотою монетою в роті
• Україна вперше за час війни передала насіння до арктичного сховища: що туди відправили
• Смерть Сонця буде значно драматичнішою, ніж вважалося, - вчені