A quarant'anni dal disastro nucleare di Chernobyl (ora Chornobyl), particelle radioattive microscopiche sono ancora sparse nel terreno circostante, e l'area rimane così radioattiva che per entrarci è necessario indossare indumenti protettivi. Le esplosioni che distrussero il reattore scagliarono nell'ambiente enormi quantità di detriti, e particelle di appena 8-50 micrometri sono ancora altamente radioattive. Gli scienziati hanno ora esaminato questi minuscoli residui con un dettaglio senza precedenti, e hanno scoperto qualcosa di sorprendente: alcune di esse hanno mantenuto gran parte della loro struttura interna originale nonostante quattro decenni di agenti atmosferici.

"Ci sono tre classi di queste particelle", spiega Tobias Weissenborn, fisico e dottorando presso l'Università Leibniz di Hannover. "Primo, ci sono particelle che sono chimicamente e fisicamente ancora molto simili al combustibile nucleare, il biossido di uranio. Poi, ci sono particelle parzialmente o completamente rivestite, o completamente fuse, con il loro strato di zirconio." Questa seconda categoria è nata dal calore estremo all'interno del reattore, dove il combustibile in fusione si combinò con lo zirconio, il metallo altamente resistente usato nello strato protettivo esterno del combustibile. Il terzo tipo, aggiunge Weissenborn, "fu creato quando il moderatore di grafite prese fuoco." In condizioni normali il moderatore di grafite rallenta i neutroni veloci e aiuta a sostenere la reazione a catena; durante il disastro si incendiò e bruciò per dieci giorni. Nel processo, il combustibile si ossidò in vari ossidi di uranio come U3O8 - una forma meccanicamente fragile, che si rompe facilmente in frammenti microscopici e può quindi essere trasportata dal vento, dove inalarla comporta gravi rischi per la salute.

Nonostante decenni di ricerca, gli scienziati non comprendono ancora appieno perché le particelle di Chornobyl si degradino a velocità diverse, e man mano che il materiale si altera può produrre diverse forme di ossido di uranio, rendendo difficile prevederne il comportamento a lungo termine. Per decifrarlo servono attrezzature di precisione insolita, tra cui la diffrazione di raggi X da sincrotrone, che rivela come sono disposti gli atomi all'interno dei materiali cristallini. Il dottor Christoph Hennig, cristallografo presso l'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), ha ora completato la prima analisi strutturale riuscita di frammenti radioattivi di questo tipo presso la beamline Rossendorf di Grenoble.

Lavorando con Weissenborn, Hennig ha analizzato sei particelle recuperate dalla regione di Chornobyl, identificando le loro diverse fasi cristalline per capire con quale rapidità le sostanze radioattive potrebbero disperdersi nell'ambiente. "Io e i colleghi di Hannover abbiamo usato vari metodi per isolare le particelle da campioni di suolo ucraino e attaccarle a elettrodi di tungsteno", dice Weissenborn. Poiché i campioni erano altamente radioattivi, dovettero essere sigillati all'interno di molteplici strati di contenimento prima del viaggio a Grenoble, dove il team di Hennig usò la diffrazione di raggi X per sondare le loro strutture interne misurando come i raggi X si diffondevano attraversando il materiale. "Prima dovevamo capire come esaminare la struttura delle particelle", spiega Hennig. "Alla fine abbiamo ruotato completamente le particelle in un fascio di raggi X focalizzato fino a 100 micrometri - circa lo spessore di un capello umano. Abbiamo misurato ogni particella da 2.000 angolazioni diverse per catturare senza interruzioni tutte le riflessioni." Ciò ha permesso agli scienziati di distinguere diverse fasi di ossido di uranio all'interno dei frammenti, rivelando dettagli precedentemente inaccessibili.

I risultati sono stati inaspettati: dopo quattro decenni nell'ambiente, il combustibile nucleare all'interno di tutte e sei le particelle aveva mantenuto gran parte della sua struttura cristallina originale. Ciò suggerisce che almeno alcuni detriti di Chornobyl sono chimicamente più stabili di quanto i ricercatori credessero - abbastanza stabili, potenzialmente, da trattenere i prodotti di fissione al loro interno invece di rilasciarli rapidamente, il che potrebbe aiutare a limitare il movimento dei contaminanti radioattivi nel suolo e nell'acqua vicini. I ricercatori si affrettano a notare che questa non è una prova che la c...