Мікрочастинки Чорнобиля виявилися стабільнішими, ніж думали

23 жовтня 2026 р. 11:20

23 жовтня 2026 р. 11:20

Через сорок років після аварії на Чорнобильській АЕС у ґрунті навколо станції все ще залишаються мікроскопічні радіоактивні частинки. Новий аналіз за допомогою потужного рентгенівського випромінювання показав, що частина цих уламків ядерного палива зберегла свою внутрішню кристалічну структуру й може утримувати радіоактивні речовини всередині, а не одразу вивільняти їх у довкілля. Про це повідомляє ScienceDaily з посиланням на дослідження Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Три типи радіоактивних частинок з чорнобильського пилу

Після вибухів у реакторі в атмосферу було викинуто величезну кількість уламків. Частина з них осіла у вигляді частинок розміром від 8 до 50 мікрометрів , які й досі залишаються дуже радіоактивними. Потрапляння в такі зони досі вимагає захисного одягу.

Фізик і докторант Університету Ляйбніца в Ганновері Тобіас Вайсенборн (Tobias Weissenborn) пояснює, що виявлено три класи цих частинок. Перший — це уламки, які за хімічними й фізичними властивостями все ще дуже схожі на вихідне ядерне паливо, діоксид урану.

Другий тип частинок частково або повністю вкритий цирконієвим шаром чи навіть повністю з ним сплавлений. Такі структури утворилися під час екстремальних температур у реакторі, коли розплавлене паливо змішалося з цирконієм із захисної оболонки паливних елементів.

Третій тип виник, коли загорівся графітовий модератор. У нормальному режимі графіт сповільнює швидкі нейтрони й підтримує ланцюгову реакцію, але під час аварії він палав близько десяти днів. У цьому процесі паливо окислювалося до різних уранових оксидів, зокрема до U3O8. Такий оксид механічно крихкий, легко розсипається на мікроскопічні фрагменти, які може переносити вітер. Потрапляння цих частинок в організм при вдиханні становить серйозну небезпеку для здоров’я.

Як вивчали структуру частинок зони відчуження

Попри десятиліття досліджень, науковці досі не повністю розуміють, чому чорнобильські радіоактивні частинки руйнуються з різною швидкістю. У процесі вивітрювання вони можуть переходити в кілька форм уранових оксидів, що ускладнює прогноз їхньої довготривалої поведінки.

Щоб розібратися в цих перетвореннях, команда використала синхротронну рентгенівську дифракцію — метод, який дозволяє визначити розташування атомів у кристалічних матеріалах. Кристалограф Крістоф Генніг (Christoph Hennig) з Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf провів перший успішний структурний аналіз таких радіоактивних фрагментів на променевій лінії Rossendorf у Греноблі.

Разом із Вайсенборном він дослідив шість частинок, зібраних у чорнобильському регіоні. Спершу їх ізолювали з українських зразків ґрунту й закріпили на вольфрамових електродах. Через високу радіоактивність зразки помістили в кілька захисних оболонок для транспортування до Гренобля.

У лабораторії команда опромінювала частинки вузьким рентгенівським променем товщиною близько 100 мікрометрів — приблизно як людська волосина — і повністю обертала їх у пучку. Для кожної частинки виконали вимірювання з 2000 різних кутів , щоб зафіксувати всі дифракційні відбиття й відтворити внутрішню структуру.

Такі вимірювання дали змогу розрізнити різні фази уранових оксидів усередині фрагментів і отримати дані про те, як саме влаштоване паливо, що залишилося в цих мікрочастинках.

Неочікувана стабільність 40‑річного ядерного палива

Результати виявилися несподіваними. Попри чотири десятиліття перебування в довкіллі, ядерне паливо всередині шести досліджених частинок зберегло значну частину своєї початкової кристалічної структури. Це свідчить, що принаймні частина радіоактивного пилу з Чорнобиля хімічно стабільніша, ніж вважалося раніше.

Така стабільність може впливати на те, як радіонукліди поширюються в навколишньому середовищі. Замість швидкого вивільнення радіоактивних продуктів поділу частинки здатні утримувати їх у своїй структурі. Якщо подібна поведінка характерна для значної частини уламків, це може обмежувати потрапляння забруднювачів у ґрунт і воду поблизу.

Водночас дослідники наголошують, що це не означає, ніби радіоактивне забруднення Чорнобиля стає безпечним. Кожна частинка має свою унікальну структуру, а в експерименті вивчали лише шість зразків із двох локацій. Такий невеликий обсяг даних не дозволяє робити висновки про поведінку всіх радіоактивних частинок у зоні відчуження.

Чому довгострокові ризики залишаються невизначеними

Навіть якщо в майбутньому буде зібрано значно більше даних, оцінити довготривалі ризики від чорнобильських уламків буде складно. Окремі частинки відрізняються за складом, структурою й стійкістю до вивітрювання, а отже, й за тим, коли саме вони почнуть вивільняти радіоактивні матеріали.

Вайсенборн застерігає, що навіть за наявності усереднених оцінок не можна буде робити універсальні висновки про ризики для здоров’я в регіоні. Навіть якщо більшість частинок руйнуватиметься за схожим сценарієм, завжди залишатимуться «винятки» — більш стійкі фрагменти, які вивільнятимуть радіонукліди пізніше.

Такі довговічні частинки можуть продовжувати забруднювати довкілля вже після того, як інші уламки розпадуться, що ускладнює оцінку майбутніх рівнів радіації та пов’язаних із нею ризиків. Тому нові результати не дають підстав скасовувати обмеження в Чорнобильській зоні відчуження найближчим часом.

Дослідження наслідків аварії триває. Вайсенборн і Генніг уже проводять додаткові експерименти, зосереджені на високоактивних трансуранових фазах у залишкових уламках. Ця робота має допомогти краще зрозуміти, як змінюються чорнобильські ядерні матеріали з часом і як довго їхній вплив на довкілля може залишатися відчутним.

Наука