Tschernobyls radioaktiver Staub hält sich besser als erwartet – was keine beruhigende Nachricht ist, auch wenn es so klingt

Vierzig Jahre nach der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl (heute Tschornobyl) sind immer noch mikroskopisch kleine radioaktive Partikel im umliegenden Boden verstreut, und die Gegend ist nach wie vor so radioaktiv, dass das Betreten Schutzkleidung erfordert. Die Explosionen, die den Reaktor zerstörten, schleuderten enorme Mengen an Trümmern in die Umwelt, und Partikel mit einer Größe von nur 8 bis 50 Mikrometern sind noch immer hochradioaktiv. Wissenschaftler haben nun diese winzigen Überreste in beispielloser Detailtiefe untersucht und dabei etwas Überraschendes festgestellt: Einige von ihnen haben trotz vier Jahrzehnten Verwitterung einen Großteil ihrer ursprünglichen inneren Struktur bewahrt.

„Es gibt drei Klassen dieser Partikel“, erklärt Tobias Weissenborn, Physiker und Doktorand an der Leibniz Universität Hannover. „Erstens gibt es Partikel, die chemisch und physikalisch noch sehr dem Kernbrennstoff Urandioxid ähneln. Dann gibt es Partikel, die teilweise oder vollständig von ihrer Zirconiumschicht umhüllt oder vollständig mit ihr verschmolzen sind.“ Diese zweite Kategorie entstand in der extremen Hitze im Inneren des Reaktors, wo der schmelzende Brennstoff mit Zirconium reagierte – dem hochresistenten Metall, das in der schützenden Außenschicht des Brennstoffs verwendet wird. Der dritte Typ, so fügt Weissenborn hinzu, „entstand, als der Graphitmoderator Feuer fing.“ Unter normalen Bedingungen bremst der Graphitmoderator schnelle Neutronen ab und hilft, die Kettenreaktion aufrechtzuerhalten; während der Katastrophe entzündete er sich und brannte zehn Tage lang. Dabei oxidierte der Brennstoff zu verschiedenen Uranoxiden wie U3O8 – einer Form, die mechanisch fragil ist, leicht in mikroskopische Fragmente zerfällt und dann vom Wind verweht werden kann, wo das Einatmen ernsthafte Gesundheitsrisiken birgt.

Trotz jahrzehntelanger Forschung verstehen Wissenschaftler noch immer nicht vollständig, warum sich die Partikel in Tschornobyl unterschiedlich schnell zersetzen, und wenn das Material verwittert, kann es verschiedene Formen von Uranoxid bilden, was das Langzeitverhalten schwer vorhersagbar macht. Die Entschlüsselung erfordert Geräte von außergewöhnlicher Präzision, darunter Synchrotron-Röntgenbeugung, die zeigt, wie Atome in kristallinen Materialien angeordnet sind. Dr. Christoph Hennig, Kristallograph am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), hat nun die erste erfolgreiche Strukturanalyse radioaktiver Fragmente dieser Art an der Rossendorf-Beamline in Grenoble abgeschlossen.

Gemeinsam mit Weissenborn analysierte Hennig sechs aus der Region Tschornobyl geborgene Partikel und identifizierte ihre unterschiedlichen kristallinen Phasen, um herauszufinden, wie schnell radioaktive Substanzen in die Umwelt entweichen könnten. „Die Kollegen aus Hannover und ich haben verschiedene Methoden verwendet, um die Partikel aus ukrainischen Bodenproben zu isolieren und sie an Wolframelektroden zu befestigen“, sagt Weissenborn. Da die Proben hochradioaktiv waren, mussten sie vor der Reise nach Grenoble in mehreren Schichten von Containment versiegelt werden, wo Hennigs Team die Röntgenbeugung nutzte, um ihre inneren Strukturen zu untersuchen, indem es maß, wie die Röntgenstrahlen beim Durchgang durch das Material gestreut wurden. „Zuerst mussten wir herausfinden, wie wir die Partikelstruktur untersuchen können“, erklärt Hennig. „Letztendlich haben wir die Partikel vollständig in einem auf 100 Mikrometer fokussierten Röntgenstrahl rotiert – etwa die Dicke eines menschlichen Haares. Wir haben jedes Partikel aus 2.000 verschiedenen Winkeln gemessen, um alle Reflexionen nahtlos zu erfassen.“ Das ermöglichte es den Wissenschaftlern, verschiedene Uranoxidphasen innerhalb der Fragmente zu unterscheiden und Details sichtbar zu machen, die zuvor unzugänglich waren.

Die Ergebnisse waren unerwartet: Nach vier Jahrzehnten in der Umwelt hatte der Kernbrennstoff in allen sechs Partikeln einen Großteil seiner ursprünglichen Kristallstruktur bewahrt. Das deutet darauf hin, dass zumindest ein Teil der Trümmer von Tschornobyl chemisch stabiler ist als Forscher glaubten – stabil genug möglicherweise, um Spaltprodukte einzuschließen, anstatt sie schnell freizusetzen, was dazu beitragen könnte, die Ausbreitung radioaktiver Schadstoffe in nahegelegenen Boden und Wasser zu begrenzen. Die Forscher beeilen sich jedoch zu betonen, dass dies kein Beweis dafür ist, dass Tschornobyls c