Mikropartikkelit paljastavat 40 vuoden säteilymuistin

Neljäkymmentä vuotta reaktorin räjähdyksen jälkeen sen päivän pienet jäänteet yhä kätkevät salaisuuksia. Ne ovat pölyn kokoisia ja sitkeitä, kooltaan 8 ja 50 mikrometrin välillä. Ne kuitenkin säteilevät yhä ja pakottavat kaikki saastuneille alueille menevät pukemaan suojavarusteet.

Tutkijat, jotka äskettinä uudelleen analysoivat alueen maaperää, löysivät odottamattoman seikan: monet näistä radioaktiivisista mikropartikkeleista säilyttävät rakennepiirteitä̈, jotka ovat lähellä alkuperäistä muotoa. Tämä on ristiriidassa pitkä̈n vallinneen käsityksen kanssa, jonka mukaan tällaiset palaset olisivat jo aikaa sitten hajonneet amorfiseksi, rapautuneeksi jätteeksi.

Tutkijat erottavat kolme partikkeliperhettä. Yksi ryhmä muistuttaa uraanioksidia, reaktorin pääpolttoainetta, aina kiderakenteen tuntomerkkeihin saakka. Toinen ryhmä on päällystetty zirkoniumilla, sillä kestävällä metallilla, jota käytettiin polttoaineen vaipassa ja joka suli ja sulautui reaktorin kuumimpina hetkinä. Kolmas tyyppi liittyy grafiittiin, ja syntyi, kun reaktorin grafiittisista säätösauvoista syttyi tuli, joka paloi melkein kymmenen päivää räjähdyksen jälkeen.

Kemia kertoo dramaattisen tarinan. Reaktoriluokan uraani muuttui useiksi oksideiksi, mukaan lukien U3O8, joka on hauras ja mekaanisesti heikko muoto ja hajosi lukemattomiin mikroskooppisiin sirpaleisiin. Tuuli ja sää kuljettavat näitä sirpaleita, ja niiden hengittäminen aiheuttaa vakavia terveysriskejä. Kuitenkin tapa, jolla nämä uraanioksidipartikkelit hajoavat ympäristössä, vaihtelee paikasta toiseen, eivätäänänään tämän vaihtelun aiheuttajat ole olleet selkeät.

Mysteeriä selvittääkseen ryhmät turvautuivat yhteen tarkimmista käytettävissä olevista työkaluista: synkrotronipohjaiseen röntgensirontaan. Saksan HZDR:n Dr. Christoph Hennig käytti tätä tekniikkaa kartoittaakseen partikkeleita atomitasolla. Kuten Hannoverin yliopiston tohtorikoulutettava fyysikko Tobias Wiesenborn selittää, jokainen partikkeli käännettiin ja altistettiin röntgensäteille noin kahdesta tuhannesta kulmasta, jotta tutkijat pystyivät tallentamaan jokaisen heijastavan tason. Tuloksena oli ensimmäinen onnistunut atomitason rakenteellinen kartoitus näistä radioaktiivisista fragmenteista.

Yllättävä tulos: useat partikkelit näyttävät yhä kiteistä järjestystä, joka on hyvin samankaltainen alkuperäisen uraanipolttoaineen kanssa. Toisin sanoen sen sijaan, että ne olisivat liuenneet amorfiksi pölyksi, materiaalin taskut ovat säilyttäneet kestävän kiderakenteen, joka saattaa hidastaa niiden hajoamista maaperässä ja sedimenteissä. Tämä sitkeys viittaa siihen, että jotkut partikkelit voivat pysyä ympäristöllisesti aktiivisina paljon pidempään kuin mallit olivat ennustaneet.

Miksi jotkut partikkelit pysyvtä kiteisinä kun toiset murenevat? Tällä kysymyksellä on merkitystä. Paremmat vastaukset antaisivat tutkijoille mahdollisuuden laatia paljon luotettavampia pitkän aikavälin ennusteita saastumisen leviämisestä, altistumisriskeistä ja puhdistusstrategioista. Uudet rakenteelliset tiedot tarjoavat ratkaisevan palan tähän palapeliin, mutta ne herättävät myös uusia kysymyksiä siitä, miten kemia, mikrostruktuuri ja ympäristöhistoria yhdessä määrittävät partikkelin kohtalon.

Tutkimus, jota johtivat HZDR:n tiimit ja yhteistyökumppanit ympäri Ukrainaa ja Eurooppaa, julkaistaan Vaarallisten aineiden lehdessä. Se muistuttaa, että jopa pienimmillä katastrofin palasilla voi olla pitkä muisti ja että tämän muistin ymmärtäminen vaatii sekä tarkkoja instrumentteja että kärsivällisyyttä.