Через 40 лет после аварии на ЧАЭС частицы ядерного топлива, рассеянные взрывом и пожаром, сохранили почти ту же кристаллическую структуру, что и в 1986 году. Это хорошая и плохая новость одновременно: «горячие» пылинки медленнее отдают радиоактивность в почву и воду, но и никуда не исчезают.
Работу провели физики Ганноверского университета имени Лейбница и центра Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), статья вышла в Journal of Hazardous Materials. Пересказ пресс-релиза HZDR опубликовал ScienceDaily.
Что именно нашли в чернобыльской почве?
Авторы выделили из образцов украинской почвы шесть так называемых горячих частиц — микроскопических обломков топлива размером от 8 до 50 микрометров. Для сравнения: человеческий волос толщиной около 70 микрометров, так что самые крупные из этих пылинок меньше волоса.
Частицы оказались трех типов:
- похожие на исходное топливо — диоксид урана, каким его загружали в реактор;
- сплавленные с цирконием или заключенные в него — металлом, из которого делали оболочки твэлов;
- образовавшиеся, когда горел графитовый замедлитель: в них уран окислился до соединений вроде U3O8.
Главный вывод: несмотря на четыре десятилетия дождей, морозов и бактерий, топливо внутри этих шести частиц в основном осталось кристаллическим. А значит, продукты деления, вероятно, все еще заперты внутри, а не вымываются в грунтовые воды.
Как ученые заглянули внутрь пылинки?
Каждую частицу закрепили на вольфрамовом электроде, упаковали в двойной контейнер и отвезли во Францию — на станцию Rossendorf Beamline в Гренобле, где HZDR работает с синхротронным излучением. Там пучок рентгеновских лучей диаметром 100 микрометров «просвечивал» пылинку, а саму частицу поворачивали и снимали с 2000 разных углов.
По тому, как лучи рассеиваются, кристаллографы восстанавливают структуру вещества — примерно так же, как по эху можно понять форму пещеры. Важная деталь: метод не разрушает образец, так что те же частицы можно изучать дальше.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Сколько частиц изучили | 6, из двух мест в Украине |
| Размер частиц | 8–50 мкм |
| Диаметр рентгеновского пучка | 100 мкм |
| Ракурсов съемки на частицу | 2000 |
| Сколько горел графит в 1986 году | около 10 суток |
| Типов частиц | 3: UO2, с цирконием, окисленные (U3O8) |
Почему это важно
Горячие частицы — главный «долгоиграющий» источник загрязнения вокруг ЧАЭС. Если они разрушаются быстро, радионуклиды уходят в почву, грибы, ягоды и реки; если медленно — загрязнение остается более локальным. Понимание того, как ведет себя каждый тип частиц, нужно для прогнозов на десятилетия вперед и для решений о том, где и как можно использовать земли зоны отчуждения.
Ведущий автор Тобиас Вайсенборн прямо предупреждает: «каждая отдельная частица имеет свою структуру», а изучено их всего шесть. Поэтому результат нельзя распространять на всю загрязненную территорию. Авторы отдельно подчеркивают, что их выводы не означают, будто загрязнение становится безвредным, и не дают оснований ослаблять ограничения в Чернобыльской зоне.
Факт для разговора: одна чернобыльская пылинка мельче человеческого волоса, но чтобы понять, из чего она состоит, ее пришлось упаковать в два контейнера, отвезти из Украины во Францию и «сфотографировать» рентгеном 2000 раз.
Что дальше?
Вайсенборн и кристаллограф HZDR Кристоф Хенниг уже ставят новые эксперименты — теперь с сильно радиоактивными трансурановыми фазами в оставшихся обломках. Следующий шаг, о котором говорят авторы, — гораздо больше образцов из разных точек зоны: только так можно понять, насколько типичны стабильные частицы и сколько среди них «выбросов», способных отдать радионуклиды позже.
Чернобыльская зона продолжает удивлять биологов и физиков: мы уже рассказывали, как там нашли грибок, который питается радиацией. Новая работа добавляет к этой истории неживую сторону — само топливо, которое 40 лет лежит в земле.
Фото: Новый безопасный конфайнмент над четвертым энергоблоком ЧАЭС, октябрь 2016 года, архивное фото. Tim Porter / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, commons.wikimedia.org.
