チェルノブイリ（現チョルノービリ）原発事故から40年、周囲の土壌には今も微細な放射性粒子が散らばっており、その地域は防護服なしで立ち入るにはあまりに放射線量が高いままだ。原子炉を破壊した爆発は膨大な量の破片を環境中に撒き散らし、わずか8～50マイクロメートルの粒子が今なお強い放射能を放っている。科学者たちは今回、この小さな残骸を前例のない精度で調べ、驚くべき事実を発見した。40年にわたる風化にもかかわらず、一部の粒子は元の内部構造の多くを保っていたのだ。

「これらの粒子には3つのクラスがあります」と説明するのは、ライプニッツ大学ハノーファー校の物理学者で博士課程の学生、トビアス・ヴァイセンボルン氏だ。「第一に、化学的・物理的に核燃料の二酸化ウランにまだ非常に似ている粒子。次に、ジルコニウム層に部分的または完全に覆われているか、完全に融合している粒子です」。第二のカテゴリーは、原子炉内の極度の高温の中で生まれた。溶けた燃料が、燃料の保護外層に使われる高耐性金属ジルコニウムと結合したのだ。第三のタイプは、ヴァイセンボルン氏によれば「黒鉛減速材が発火した際に生成された」ものだ。通常、黒鉛減速材は高速中性子を減速し、連鎖反応を持続させる役割を担うが、事故の際には発火し、10日間燃え続けた。その過程で燃料はU3O8などのさまざまな酸化ウランに酸化した。この形態は機械的に脆く、簡単に微細な破片に砕け、風に運ばれて吸入すれば深刻な健康被害をもたらす。

数十年の研究にもかかわらず、科学者たちはチェルノブイリの粒子がなぜ異なる速度で分解するのかを完全には理解していない。また、物質が風化するにつれて複数の形態の酸化ウランが生成され得るため、長期的な挙動の予測は難しい。この謎を解くには、結晶材料内の原子配列を明らかにするシンクロトロンX線回折など、並外れた精度の装置が必要だ。ドレスデン＝ロッセンドルフ・ヘルムホルツセンター（HZDR）の結晶学者クリストフ・ヘニヒ博士は今回、グルノーブルのロッセンドルフ・ビームラインで、この種の放射性破片の構造解析に初めて成功した。

ヴァイセンボルン氏と協力し、ヘニヒ氏はチェルノブイリ地域から回収された6つの粒子を分析し、それぞれの異なる結晶相を特定することで、放射性物質が環境中にどれほど早く漏れ出す可能性があるかを調べた。「ハノーファーの同僚と私は、さまざまな方法でウクライナの土壌サンプルから粒子を分離し、タングステン電極に取り付けました」とヴァイセンボルン氏は言う。サンプルは強力な放射能を持つため、グルノーブルへの輸送前に何層もの封じ込め容器に密封する必要があった。グルノーブルではヘニヒ氏のチームがX線回折を用い、X線が物質を通過する際の散乱を測定して内部構造を調べた。「まず、粒子構造を調べる方法を確立する必要がありました」とヘニヒ氏は説明する。「最終的には、粒子を100マイクロメートル――人間の髪の毛ほどの太さ――に絞ったX線ビームの中で完全に回転させました。各粒子を2,000の異なる角度から測定し、すべての反射を漏れなく捉えたのです」。これにより科学者たちは破片内の異なる酸化ウラン相を区別でき、これまで得られなかった詳細が明らかになった。

結果は予想外だった。環境中で40年を経た後も、6つの粒子すべての内部の核燃料は元の結晶構造の多くを保持していたのだ。これは、少なくともチェルノブイリの破片の一部が研究者たちの考えていたよりも化学的に安定していることを示唆する。安定性は、核分裂生成物を迅速に放出するのではなく内部に閉じ込め続ける可能性があり、放射性汚染物質が周辺の土壌や水へ移動するのを制限するのに役立つかもしれない。ただし研究者たちは、これはチェルノブイリの汚染が安全になった証拠では決してないとすぐに釘を刺している。