Czterdzieści lat po katastrofie w Czarnobylu (obecnie Czarnobylu) mikroskopijne cząstki promieniotwórcze wciąż są rozproszone w otaczającej glebie, a obszar pozostaje wystarczająco promieniotwórczy, że wejście na niego wymaga odzieży ochronnej. Eksplozje, które zniszczyły reaktor, wyrzuciły do środowiska ogromne ilości odpadów, a cząstki o średnicy zaledwie 8 do 50 mikrometrów są nadal wysoce promieniotwórcze. Naukowcy zbadali teraz te drobne pozostałości z bezprecedensową szczegółowością i odkryli coś zaskakującego: niektóre z nich zachowały większość swojej pierwotnej struktury wewnętrznej mimo czterech dekad wietrzenia.

"Istnieją trzy klasy tych cząstek" – wyjaśnia Tobias Weissenborn, fizyk i doktorant na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze. "Po pierwsze, są cząstki, które chemicznie i fizycznie są wciąż bardzo podobne do paliwa jądrowego – dwutlenku uranu. Następnie są cząstki częściowo lub całkowicie otoczone, albo całkowicie stopione ze swoją warstwą cyrkonu." Ta druga kategoria narodziła się w ekstremalnym upale wewnątrz reaktora, gdzie topiące się paliwo połączyło się z cyrkonem, wysoce odpornym metalem używanym w ochronnej warstwie zewnętrznej paliwa. Trzeci typ – dodaje Weissenborn – "powstał, gdy moderator grafitowy zapalił się." W normalnych warunkach moderator grafitowy spowalnia szybkie neutrony i pomaga podtrzymać reakcję łańcuchową; podczas katastrofy zapalił się i palił przez dziesięć dni. W tym procesie paliwo utleniło się do różnych tlenków uranu, takich jak U3O8 – formy, która jest mechanicznie krucha, łatwo rozpada się na mikroskopijne fragmenty, a następnie może być przenoszona przez wiatr, gdzie wdychanie jej stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia.

Mimo dziesięcioleci badań naukowcy wciąż nie do końca rozumieją, dlaczego cząstki z Czarnobyla rozkładają się w różnym tempie, a w miarę wietrzenia materiału może powstawać kilka form tlenku uranu, co utrudnia przewidywanie długoterminowego zachowania. Rozwiązanie tego wymaga sprzętu o niezwykłej precyzji, w tym dyfrakcji rentgenowskiej z użyciem synchrotronu, która ujawnia, jak atomy są rozmieszczone wewnątrz materiałów krystalicznych. Dr Christoph Hennig, krystalograf w Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), przeprowadził teraz pierwszą udaną analizę strukturalną radioaktywnych fragmentów tego rodzaju na linii badawczej Rossendorf w Grenoble.

Współpracując z Weissenbornem, Hennig przeanalizował sześć cząstek pobranych z regionu Czarnobyla, identyfikując ich różne fazy krystaliczne, aby dowiedzieć się, jak szybko substancje promieniotwórcze mogą przedostać się do środowiska. "Wraz z kolegami z Hanoweru użyliśmy różnych metod, aby wyizolować cząstki z ukraińskich próbek gleby i przymocować je do elektrod wolframowych" – mówi Weissenborn. Ponieważ próbki były wysoce promieniotwórcze, musiały zostać zamknięte w wielu warstwach zabezpieczających przed podróżą do Grenoble, gdzie zespół Henniga użył dyfrakcji rentgenowskiej, aby zbadać ich wewnętrzne struktury, mierząc, jak promienie rentgenowskie rozpraszały się podczas przechodzenia przez materiał. "Najpierw musieliśmy wymyślić, jak zbadać strukturę cząstki" – wyjaśnia Hennig. "Ostatecznie całkowicie obracaliśmy cząstki w wiązce rentgenowskiej skupionej do 100 mikrometrów – około grubości ludzkiego włosa. Zmierzyliśmy każdą cząstkę z 2000 różnych kątów, aby bezproblemowo uchwycić wszystkie odbicia." To pozwoliło naukowcom rozróżnić różne fazy tlenku uranu w fragmentach, ujawniając szczegóły, które wcześniej były niedostępne.

Wyniki były nieoczekiwane: po czterech dekadach w środowisku paliwo jądrowe we wszystkich sześciu cząstkach zachowało większość swojej pierwotnej struktury krystalicznej. Sugeruje to, że przynajmniej część odpadów z Czarnobyla jest chemicznie stabilniejsza, niż sądzili badacze – wystarczająco stabilna, potencjalnie, aby utrzymać produkty rozszczepienia zamknięte wewnątrz, zamiast szybko je uwalniać, co mogłoby pomóc ograniczyć przemieszczanie się radioaktywnych zanieczyszczeń do pobliskiej gleby i wody. Badacze szybko zauważają, że nie jest to dowód, że czarnobylskie cząstki są całkowicie bezpieczne – jedynie, że ich rozkład jest wolniejszy, niż oczekiwano, co jest interesujące, ale nie jest zielonym światłem na piknik w Strefie Wykluczenia.