۴۰ سال بعد، بقایای رادیواکتیو چرنوبیل انتظارات دانشمندان را به چالش می‌کشند

گرد و غبار رادیواکتیو هنوز چهار دهه پس از انفجار بقایای پراکنده شده از راکتور هسته‌ای در اوکراین در سال ۱۹۸۶، خاک اطراف چرنوبیل را آلوده می‌کند. این قطعات تنها ۸ تا ۵۰ میکرومتر قطر دارند و همچنان بسیار رادیواکتیو هستند.

فرارو- برخی از بقایای رادیواکتیو چرنوبیل از آنچه دانشمندان انتظار داشتند، مقاوم‌تر هستند و سرنخ‌هایی در مورد زمان خروج مواد به دام افتاده در داخل آن‌ها به محیط ارائه می‌دهند. به نقل از سای تک دیلی، گرد و غبار رادیواکتیو هنوز چهار دهه پس از انفجار بقایای پراکنده شده از راکتور هسته‌ای در اوکراین در سال ۱۹۸۶، خاک اطراف چرنوبیل را آلوده می‌کند.

این قطعات تنها ۸ تا ۵۰ میکرومتر قطر دارند و همچنان بسیار رادیواکتیو هستند. ارزیابی خطرات آن‌ها مستلزم درک سرعت تجزیه و انتشار مواد رادیواکتیو است، اما دانشمندان هنوز نمی‌توانند به طور کامل توضیح دهند که چرا این «ذرات داغ» با سرعت‌های مختلف در معرض هوا قرار می‌گیرند.

تجزیه و تحلیل شش قطعه توسط محققان دانشگاه لایب نیتس هانوفر و مرکز هلمهولتز-درسدن-روسندورف (HZDR) نشان داد که ساختار کریستالی سوخت هسته‌ای تا حد زیادی دست نخورده باقی مانده است. ذرات بررسی شده از نظر شیمیایی پایدارتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد هستند و محصولات شکافت، موادی که هنگام شکافت هسته‌های اتمی ایجاد می‌شوند، را حفظ می‌کنند.

این امر می‌تواند انتشار مواد رادیواکتیو به خاک و آب اطراف را محدود کند، در حالی که به محققان کمک می‌کند تا ارزیابی‌های خطرات ناشی از این ذرات را اصلاح کنند. ۲۰۰۰ زاویه، ساختار هر ذره را آشکار می‌کند بررسی قطعات نیازمند آزمایش‌های پیچیده پراش اشعه ایکس سنکروترون بود که ساختار داخلی ماده را از طریق نحوه پراکندگی اشعه ایکس آشکار می‌کند.

دکتر کریستوف هنیگ، محقق و کریستال‌شناس HZDR، اولین بررسی ساختاری موفق از این نوع را در خط پرتوی راسندورف در گرنوبل، با همکاری توبیاس وایسنبورن، فیزیکدان و دانشجوی دکترا در دانشگاه لایب نیتس هانوفر، انجام داد. وایسنبورن توضیح می‌دهد: «من و همکارانم از هانوفر از روش‌های مختلفی برای جداسازی ذرات از نمونه‌های خاک اوکراین و اتصال آن‌ها به الکترودهای تنگستن استفاده کردیم.» این تیم نمونه‌ها را قبل از ارسال به گرنوبل برای بررسی توسط تیم هنیگ، در چندین لایه محصور کرد.

هنینگ توضیح می‌دهد: «ابتدا باید نحوه بررسی ساختار ذرات را کشف می‌کردیم. در نهایت، ذرات را به طور کامل در یک پرتو اشعه ایکس که تا ۱۰۰ میکرومتر - تقریباً به ضخامت موی انسان - متمرکز شده بود، چرخاندیم.

ما هر ذره را از ۲۰۰۰ زاویه مختلف اندازه‌گیری کردیم تا تمام بازتاب‌ها را به طور یکپارچه ثبت کنیم.» این اندازه‌گیری‌ها به محققان اجازه داد تا فازهای مختلف اکسید یا اشکال کریستالی متمایز را در نمونه‌ها شناسایی کنند. این تجزیه و تحلیل فاز می‌تواند به تخمین سرعت آزاد شدن مواد رادیواکتیو توسط قطعات هنگام تخریب و تشکیل اکسیدهای اورانیوم مختلف کمک کند.

گرما و آتش، سوخت را تغییر شکل دادند ساختار ذرات، شرایط مختلفی را که سوخت در طول فاجعه تجربه کرده است، منعکس می‌کند. وایسنبورن توضیح می‌دهد: «سه دسته از این ذرات وجود دارد.

اول، ذراتی هستند که از نظر شیمیایی و فیزیکی هنوز بسیار شبیه به سوخت هسته‌ای دی اکسید اورانیوم هستند. سپس، ذراتی وجود دارند که تا حدی یا کاملاً در لایه زیرکونیوم آن‌ها محصور شده‌اند یا کاملاً با آن ترکیب شده‌اند.» ذرات حاوی سوخت ذوب شده و زیرکونیوم زمانی تشکیل شدند که دما در داخل راکتور به طور چشمگیری افزایش یافت.

گرما سوخت را ذوب کرد و آن را به لایه محافظ زیرکونیوم، یک فلز بسیار مقاوم در اطراف آن، پیوند داد. وایسنبورن می‌افزاید: «نوع سوم ذرات زمانی ایجاد شد که گرافیت-کندکننده آتش گرفت.» گرافیت معمولاً نوترون‌های سریع را کند می‌کرد تا به حفظ واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای کمک کند.

در طول حادثه، به مدت ده روز سوخت. وایسنبورن توضیح می‌دهد: «در این فرآیند، سوخت به اکسیدهای مختلف اورانیوم اکسید شد.» این اکسیدها شامل U3O8، یک ترکیب ناپایدار مکانیکی است که به راحتی به ذرات میکروسکوپی تجزیه می‌شود که باد می‌تواند آن‌ها را با خود ببرد.

استنشاق چنین گرد و غبار رادیواکتیوی خطرات جدی برای سلامتی ایجاد می‌کند. هنوز هم برای ورود به مناطق آسیب‌دیده به لباس‌های محافظ نیاز است.

شش ذره نمی‌توانند ایمنی منطقه را تضمین کنند ثباتی که در شش قطعه‌ی مورد بررسی مشاهده شده است، لزوماً به کل منطقه‌ی آلوده تعمیم‌پذیر نیست. وایسن‌بورن هشدار می‌دهد: «ساختار هر یک از این ذرات با دیگری متفاوت است؛ ضمن اینکه آزمایش ما تنها شامل شش ذره از دو مکان مختلف بوده است.» برای دستیابی به الگوهایی جامع‌تر، باید تعداد بسیار بیشتری از ذرات را که از مکان‌های گوناگون گردآوری شده‌اند، مورد مطالعه قرار داد.

وایسن‌بورن می‌افزاید: «حتی اگر در آینده به میانگین‌هایی دست یابیم، باز هم نمی‌توانیم اظهارنظری کلی درباره‌ی خطرات بهداشتیِ این منطقه داشته باشیم. زیرا حتی اگر روند واپاشی ذرات تا حد زیادی یکنواخت باشد، همواره استثناهایی وجود خواهند داشت؛ یعنی ذراتی پایدارتر که رادیونوکلئیدها را در زمانی دیرتر آزاد می‌کنند.» بنابراین، این یافته‌ها به هیچ وجه توجیه‌کننده‌ی لغو محدودیت‌های «منطقه‌ی ممنوعه‌ی چرنوبیل» در آینده‌ی نزدیک نیستند.

وایسن‌بورن و هنیگ هم‌اکنون در حال انجام آزمایش‌های تکمیلی بر روی فازهای «فرااورانیومی» (transuranic) و بسیار رادیواکتیوِ این بقایا هستند؛ فازهایی که حاوی عناصری با عدد اتمی بالاتر از اورانیوم می‌باشند.