بعد أربعين عامًا من كارثة تشيرنوبيل (الآن تشورنوبيل) النووية، لا تزال جزيئات مشعة مجهرية متناثرة في التربة المحيطة، ولا تزال المنطقة مشعة بما يكفي بحيث يتطلب دخولها ارتداء ملابس واقية. الانفجارات التي دمرت المفاعل قذفت كميات هائلة من الحطام إلى البيئة، ولا تزال الجزيئات التي يتراوح قياسها بين 8 و50 ميكرومترًا شديدة الإشعاع. وقد فحص العلماء الآن هذه البقايا الدقيقة بتفصيل غير مسبوق، ووجدوا شيئًا مفاجئًا: بعضها حافظ على الكثير من بنيته الداخلية الأصلية رغم أربعة عقود من التجوية.

يقول توبياس فايسنبورن، فيزيائي وطالب دكتوراه في جامعة لايبنيز هانوفر: «هناك ثلاث فئات من هذه الجزيئات. أولًا، هناك جزيئات لا تزال مشابهة كيميائيًا وفيزيائيًا للوقود النووي ثاني أكسيد اليورانيوم. ثم هناك جزيئات مغلفة جزئيًا أو كليًا بطبقتها من الزركونيوم، أو مندمجة تمامًا معها». وُلدت الفئة الثانية في الحرارة الشديدة داخل المفاعل، حيث اتحد الوقود المنصهر مع الزركونيوم، المعدن شديد المقاومة المستخدم في الطبقة الخارجية الواقية للوقود. ويضيف فايسنبورن أن النوع الثالث «تشكّل عندما اشتعل مهدئ الجرافيت». في الظروف العادية، يبطئ مهدئ الجرافيت النيوترونات السريعة ويساعد على استدامة التفاعل المتسلسل؛ خلال الكارثة اشتعل واحترق عشرة أيام. وفي هذه العملية، تأكسد الوقود إلى أكاسيد يورانيوم مختلفة مثل U3O8 — وهو شكل هش ميكانيكيًا، يتفتت بسهولة إلى شظايا مجهرية، ثم يمكن أن تحمله الرياح، حيث يشكل استنشاقه مخاطر صحية جسيمة.

رغم عقود من البحث، لا يزال العلماء لا يفهمون تمامًا لماذا تتحلل جزيئات تشورنوبيل بسرعات مختلفة، ومع تعرض المادة للتجوية يمكن أن تنتج عدة أشكال من أكسيد اليورانيوم، مما يجعل السلوك طويل الأمد صعب التنبؤ. يتطلب كشف ذلك معدات ذات دقة غير عادية، بما في ذلك حيود الأشعة السينية السنكروتروني، الذي يكشف كيفية ترتيب الذرات داخل المواد البلورية. وقد أكمل الدكتور كريستوف هينيج، عالم البلورات في مركز هلمهولتز دريسدن-روسندورف (HZDR)، الآن أول تحليل بنيوي ناجح لشظايا مشعة من هذا النوع في خط شعاع روسندورف في غرينوبل.

بالعمل مع فايسنبورن، حلل هينيج ست جزيئات مستخرجة من منطقة تشورنوبيل، وحدد أطوارها البلورية المختلفة لمعرفة مدى سرعة تسرب المواد المشعة إلى البيئة. يقول فايسنبورن: «استخدمت أنا والزملاء من هانوفر طرقًا متنوعة لعزل الجزيئات من عينات التربة الأوكرانية وتثبيتها على أقطاب تنغستن». ولأن العينات كانت شديدة الإشعاع، كان لا بد من إغلاقها داخل طبقات متعددة من الاحتواء قبل الرحلة إلى غرينوبل، حيث استخدم فريق هينيج حيود الأشعة السينية لسبر بنيتها الداخلية عبر قياس كيفية تشتت الأشعة السينية أثناء مرورها عبر المادة. يشرح هينيج: «أولًا، كان علينا أن نكتشف كيفية فحص بنية الجزيء. في النهاية، أدرنا الجزيئات بالكامل في شعاع أشعة سينية مركّز حتى 100 ميكرومتر — نحو سمك شعرة الإنسان. قسنا كل جزيء من 2000 زاوية مختلفة لالتقاط جميع الانعكاسات بسلاسة». أتاح ذلك للعلماء التمييز بين أطوار أكسيد اليورانيوم المختلفة داخل الشظايا، وكشف تفاصيل كانت غير متاحة سابقًا.

كانت النتائج غير متوقعة: بعد أربعة عقود في البيئة، احتفظ الوقود النووي داخل الجزيئات الست بالكثير من بنيته البلورية الأصلية. وهذا يشير إلى أن بعض حطام تشورنوبيل على الأقل أكثر استقرارًا كيميائيًا مما اعتقد الباحثون — مستقرًا بما يكفي، ربما، لإبقاء نواتج الانشطار محبوسة بدلًا من إطلاقها بسرعة، مما قد يساعد في الحد من انتقال الملوثات المشعة إلى التربة والمياه القريبة. ويسارع الباحثون إلى الإشارة إلى أن هذا ليس دليلًا على أن منطقة تشورنوبيل...