Prvi put analizirane „vruće čestice“ iz najveće nuklearne katastrofe u istoriji: Rezultati iznenadili naučnike

„Vruće čestice“, radioaktivni fragmenti izbačeni iz uništenog nuklearnog reaktora u Černobilju pre četiri decenije, znatno su stabilnije nego što se ranije mislilo, pokazale su analize šest fragmenata nastalih u najvećoj nuklearnoj katastrofi u istoriji, saopštio je Helmholcov istraživački centar Drezden-Rozendorf (HZDR).

Ovo otkriće moglo bi da omogući preciznije procene zdravstvenih rizika koje predstavljaju takve radioaktivne čestice.

Reaktor broj 4 Černobiljske nuklearne elektrane „Vladimir Iljič Lenjin“ eksplodirao je 26. aprila 1986. u 1 sat, 23 minuta i 40 sekundi posle ponoći. Od prvog dana sovjetske vlasti skrivale su nesreću i njene posledice, pa se ni danas još ne zna tačan broj žrtava (procene variraju od 4.000 do 16.000 mrtvih, ali ima čak i mnogo većih brojki), kao ni tačno kakve su posledice svega onoga što se dogodilo po neposrednu okolinu, ali i ostatak planete.

Četiri decenije nakon što su eksplozije izbacile ogromne količine krhotina iz nuklearnog reaktora, čestice radioaktivne prašine i dalje zagađuju zemljište u takozvanoj „Zoni isključenja“ (zabranjenoj zoni oko elektrane). Iako su ove „vruće čestice“ veoma male, imaju prečnik između 8 i 50 mikrometara, one su veoma radioaktivne i posle 40 godina, navodi se u saopštenju. U pogođeno područje i danas sme da se uđe samo u zaštitnom odelu.

- Postoje tri klase ovih čestica. Prvo, postoje čestice koje su hemijski i fizički i dalje veoma slične nuklearnom gorivu uranijum-dioksidu. Zatim, postoje čestice koje su delimično ili potpuno obložene svojim slojem cirkonijuma, ili potpuno stopljene s njim – rekao je Tobijas Vajsenborn (Tobias Weissenborn), fizičar i doktorand na Univerzitetu Lajbnic u Hanoveru.

Ovaj drugi tip čestica nastao je kada su temperature u reaktoru dramatično porasle, topeći gorivo i spajajući ga sa okolnim zaštitnim slojem visoko otpornog metala cirkonijuma.

- Treći tip čestica nastao je kad se zapalio nuklearni reaktor moderiran grafitom. Svrha moderatora je usporavanje brzih neutrona i održavanje lančane reakcije. Međutim, tokom nesreće, grafit se zapalio i goreo deset dana. U tom procesu, gorivo je oksidovalo u različite uranijum-okside – dodao je Vajsenborn.

Ovo mehanički nestabilno jedinjenje brzo formira mikroskopske čestice koje vetar lako raznosi. Udisanje takvih čestica prašine predstavlja ozbiljan zdravstveni rizik.

I dalje je u velikoj meri nejasno zašto ove čestice propadaju različitom brzinom u prirodi. U svakom slučaju, tokom raspadanja one stvaraju čitav niz različitih uranijum-oksida. Za njihovu analizu potrebni su izuzetno složeni eksperimenti difrakcije rendgenskih zraka na sinhrotronu.

Istraživač i kristalograf iz HZDR-a dr Kristof Henig (Christoph Hennig) sproveo je prvo uspešno strukturno istraživanje ove vrste na liniji snopa Rozendorf (Rossendorf Beamline) u Grenoblu. U saradnji sa Vajsenbornom, sproveo je faznu analizu na šest černobiljskih čestica. Između ostalog, ovo omogućava istraživačima da procene brzinu kojom čestice oslobađaju radioaktivne supstance.

- Kolege iz Hanovera i ja koristili smo različite metode kako bismo izolovali čestice iz uzoraka ukrajinskog zemljišta i pričvrstili ih za volframske elektrode – objasnio je Vajsenborn.

Obezbeđeni pomoću nekoliko zaštitnih slojeva, uzorci su potom poslati u Grenobl, gde ih je tim predvođen Henigom ispitao difrakcionom analizom - proučavajući način na koji se rendgenski zraci prelamaju o unutrašnju strukturu materijala.

- Prvo smo morali da smislimo kako uopšte da ispitamo strukturu čestica. Na kraju smo u potpunosti rotirali čestice u rendgenskom snopu fokusiranom na 100 mikrometara, što je otprilike debljina ljudske dlake. Merili smo svaku česticu iz 2.000 različitih uglova kako bismo neprekidno zabeležili sve refleksije - objašnjava Kristof Henig.

Na taj način, istraživači su uspeli da eksperimentalno detektuju različite oksidne faze unutar uzoraka. Na njihovo iznenađenje, otkrili su da je kristalna struktura nuklearnog goriva u ispitivanim česticama do danas ostala uglavnom netaknuta, što znači da su ostaci nesreće hemijski stabilniji nego što se prvobitno pretpostavljalo. Čestice zadržavaju fisione produkte u sebi – što bi mogla biti dobra vest za zemljište i vodu oko Černobilja.

- Međutim, svaka pojedinačna čestica ima drugačiju strukturu, a naš eksperiment je obuhvatio samo šest takvih čestica sa dve različite lokacije - upozorava Vajsenborn.

Za donošenje opštih zaključaka o stabilnosti černobiljskih čestica bilo bi neophodno prikupiti uzorke sa znatno više lokacija i ispitati mnogo veći broj čestica.

- Čak i ako bismo u nekom trenutku dobili određene prosečne vrednosti, i dalje ne bismo mogli da donosimo univerzalne zaključke o zdravstvenim rizicima u regionu - upozorava Vajsenborn. - Jer čak i ako se čestice raspadaju po uglavnom ujednačenom obrascu, uvek će postojati odstupanja, otpornije čestice, koje će radionuklide osloboditi u kasnijem trenutku.

Zbog toga neće biti moguće ukinuti Černobiljsku zonu isključenja u skorije vreme. Ipak, to ne ometa dalja istraživanja: Vajsenborn i Henig već sprovode dodatne eksperimente na visoko radioaktivnim transuranijumskim fazama u ostacima ove katastrofe.

Studija je objavljena u Journal of Hazardous Materials.

(Telegraf Nauka/Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf)