Četiri decenije nakon nuklearne katastrofe u Černobilju, mikroskopske radioaktivne čestice i dalje su rasute po okolnom zemljištu. Naučnici su sada otkrili da su pojedine čestice, uprkos višedecenijskoj izloženosti spoljašnjoj sredini, sačuvale veliki dio prvobitne unutrašnje strukture.
Nalaz ukazuje na to da bi dio radioaktivnog materijala mogao biti hemijski stabilniji nego što se ranije pretpostavljalo. Ipak, istraživači upozoravaju da to ne znači da je kontaminacija postala bezopasna niti da se ograničenja u černobiljskoj zoni mogu uskoro ukinuti, navodi Science Daily.
Eksplozije koje su razorile reaktor oslobodile su ogromne količine radioaktivnog materijala. Čestice veličine od svega osam do 50 mikrometara i danas su veoma radioaktivne, a ulazak u pogođena područja i dalje zahtijeva zaštitnu odjeću.
Kakve su čestice ostale poslije katastrofe?
Naučnici razlikuju tri osnovne kategorije ovih radioaktivnih ostataka.
"Postoje tri vrste ovih čestica. Prvo, tu su čestice koje su hemijski i fizički i dalje veoma slične nuklearnom gorivu, uranijum-dioksidu. Zatim postoje čestice koje su djelimično ili potpuno obavijene slojem cirkonijuma ili su se s njim potpuno stopile", objašnjava Tobijas Vajsenborn, fizičar i doktorand na Univerzitetu Lajbnic u Hanoveru.
Druga kategorija nastala je pri ekstremnim temperaturama u reaktoru. Tokom topljenja nuklearno gorivo pomiješalo se sa cirkonijumom, veoma otpornim metalom korištenim za zaštitni omotač goriva.
"Treća vrsta čestica nastala je kada se zapalio grafitni moderator", dodaje Vajsenborn.
U normalnim uslovima rada grafitni moderator usporava brze neutrone i tako pomaže održavanju nuklearne lančane reakcije. Tokom katastrofe grafit se, međutim, zapalio i gorio deset dana.
"U tom procesu gorivo je oksidovalo i nastali su različiti oksidi uranijuma", objašnjava Vajsenborn. Među njima je i jedinjenje U₃O₈.
Ovaj oksid je mehanički krt i lako se raspada na mikroskopske fragmente. Vjetar potom može da raznosi radioaktivne čestice kroz okolinu, a njihovo udisanje predstavlja ozbiljan zdravstveni rizik.
Zašto se radioaktivne čestice ne razgrađuju istom brzinom?
Uprkos decenijama istraživanja, naučnici još ne razumiju u potpunosti zbog čega se čestice iz Černobilja razgrađuju različitom brzinom.
Pod uticajem spoljašnje sredine u njima mogu nastajati različiti oblici oksida uranijuma, što otežava predviđanje njihovog dugoročnog ponašanja.
Za ispitivanje tih promjena potrebna je izuzetno precizna oprema, uključujući sinhrotronsku rendgensku difrakciju. Ova metoda omogućava istraživačima da utvrde raspored atoma u kristalnim materijalima.
Kristalograf dr Kristof Henig iz istraživačkog centra Helmholc Drezden-Rozendorf, poznatog kao HZDR, uspješno je obavio prvu strukturnu analizu radioaktivnih fragmenata ove vrste na istraživačkoj liniji Rossendorf Beamline u Grenoblu.
Zajedno sa Vajsenbornom ispitao je šest čestica prikupljenih u černobiljskom području.
Prepoznavanjem različitih kristalnih faza u njihovoj unutrašnjosti istraživači su dobili podatke koji bi mogli pomoći u procjeni brzine oslobađanja radioaktivnih materija u okolinu.
Kako su naučnici ispitali tako sitne i radioaktivne uzorke?
Priprema čestica za analizu zahtijevala je njihovo izdvajanje iz zemljišta i pažljivo postavljanje na nosače.
"Kolege iz Hanovera i ja koristili smo različite metode da izdvojimo čestice iz ukrajinskih uzoraka zemljišta i pričvrstimo ih na volframove elektrode", objašnjava Vajsenborn.
Zbog visoke radioaktivnosti uzorci su prije transporta u Grenobl morali biti zatvoreni u više zaštitnih slojeva.
Henigov tim potom je rendgenskom difrakcijom ispitivao njihovu unutrašnju strukturu, mjereći način na koji se rendgenski zraci rasijavaju pri prolasku kroz materijal.
"Prvo smo morali da utvrdimo kako da ispitamo strukturu čestica. Na kraju smo ih potpuno rotirali u rendgenskom snopu fokusiranom na 100 mikrometara, što je približno debljina ljudske vlasi. Svaku česticu mjerili smo iz 2.000 različitih uglova kako bismo obuhvatili sve difrakcione odraze, bez praznina u podacima", rekao je Henig.
Mjerenja su omogućila razlikovanje pojedinih kristalnih faza oksida uranijuma i otkrila detalje koji istraživačima ranije nisu bili dostupni.
Šta ih je iznenadilo poslije 40 godina?
Rezultati su pokazali da je nuklearno gorivo unutar šest ispitanih čestica sačuvalo veliki dio prvobitne kristalne strukture, iako je četiri decenije bilo izloženo uslovima u okolini.
To ukazuje na mogućnost da je barem dio radioaktivnih ostataka černobiljske katastrofe hemijski stabilniji nego što su istraživači ranije vjerovali.
Takva stabilnost mogla bi imati važne posljedice po životnu sredinu. Umjesto da brzo oslobađaju radioaktivne materije, čestice, po svemu sudeći, mogu zadržavati proizvode nuklearne fisije u svojoj strukturi.
Ukoliko se isto ponašanje potvrdi kod većeg broja uzoraka, to bi moglo značiti da se dio radioaktivnih zagađivača sporije prenosi u okolno zemljište i vodu.
Znači li otkriće da je Černobilj manje opasan?
Istraživači naglašavaju da rezultate ne treba tumačiti kao dokaz da radioaktivna kontaminacija Černobilja postaje bezopasna.
"Svaka pojedinačna čestica ima drugačiju strukturu, a naš eksperiment obuhvatio je samo šest takvih čestica sa dvije različite lokacije", upozorava Vajsenborn.
Zbog malog broja uzoraka nije moguće zaključiti kako se ponašaju radioaktivne čestice u cijelom kontaminiranom području.
Za pouzdanije razumijevanje njihove stabilnosti bilo bi potrebno ispitati mnogo više čestica, prikupljenih na znatno većem broju lokacija.
Zašto je dugoročnu opasnost i dalje teško predvidjeti?
Čak i uz znatno više podataka, procjena dugoročnih rizika ostala bi složena.
Pojedinačne čestice razlikuju se po sastavu, strukturi i otpornosti na djelovanje spoljašnje sredine. Te razlike mogu uticati na trenutak u kojem počinju da oslobađaju radioaktivne materije.
"Čak i kada bismo u nekom trenutku dobili prosječne vrijednosti, i dalje ne bismo mogli da iznosimo opšte zaključke o zdravstvenim rizicima u regionu. Jer, čak i ako se čestice razgrađuju po uglavnom ujednačenom obrascu, uvijek će postojati izuzeci, otpornije čestice koje će radionuklide osloboditi kasnije", upozorava Vajsenborn.
Takve čestice mogu nastaviti da oslobađaju radioaktivne materije dugo nakon što su se drugi ostaci već razgradili. To dodatno otežava procjenu buduće kontaminacije i zdravstvenih rizika.
Zbog toga novi nalazi ne ukazuju na mogućnost skorog ukidanja ograničenja u černobiljskoj zoni isključenja.
Šta će naučnici dalje istraživati?
Vajsenborn i Henig već sprovode dodatne eksperimente usmjerene na veoma radioaktivne transuranske faze pronađene u preostalom materijalu.
Njihov rad mogao bi pružiti jasniju sliku o tome kako se nuklearni ostaci iz Černobilja mijenjaju tokom vremena i koliko dugo njihov uticaj na životnu sredinu može trajati.