Спустя сорок лет после чернобыльской (ныне Чорнобыльской) ядерной катастрофы микроскопические радиоактивные частицы по-прежнему разбросаны по окрестной почве, и территория остаётся настолько радиоактивной, что для входа на неё требуется защитная одежда. Взрывы, разрушившие реактор, выбросили в окружающую среду огромное количество обломков, и частицы размером всего от 8 до 50 микрометров до сих пор высокорадиоактивны. Теперь учёные исследовали эти крошечные остатки с беспрецедентной детализацией и обнаружили нечто удивительное: некоторые из них сохранили значительную часть своей исходной внутренней структуры, несмотря на четыре десятилетия выветривания.

«Существует три класса этих частиц, — объясняет Тобиас Вайссенборн, физик и докторант Ганноверского университета имени Лейбница. — Во-первых, есть частицы, которые химически и физически всё ещё очень похожи на ядерное топливо — диоксид урана. Затем есть частицы, частично или полностью заключённые в свой циркониевый слой или полностью с ним сплавленные». Вторая категория родилась в экстремальном жаре внутри реактора, где расплавленное топливо соединилось с цирконием — высокоустойчивым металлом, используемым в защитной внешней оболочке топлива. Третий тип, добавляет Вайссенборн, «был создан, когда загорелся графитовый замедлитель». В нормальных условиях графитовый замедлитель замедляет быстрые нейтроны и помогает поддерживать цепную реакцию; во время катастрофы он воспламенился и горел десять дней. В процессе топливо окислилось в различные оксиды урана, такие как U3O8 — форму механически хрупкую, легко распадающуюся на микроскопические фрагменты, которые затем может разносить ветер, и вдыхание которых представляет серьёзную опасность для здоровья.

Несмотря на десятилетия исследований, учёные до сих пор не полностью понимают, почему частицы Чорнобыля разрушаются с разной скоростью, и по мере выветривания материала может образовываться несколько форм оксида урана, что затрудняет прогнозирование долгосрочного поведения. Для решения этой задачи требуется оборудование необычайной точности, включая синхротронную рентгеновскую дифракцию, которая выявляет расположение атомов внутри кристаллических материалов. Доктор Кристоф Хенниг, кристаллограф из Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR), теперь завершил первый успешный структурный анализ радиоактивных фрагментов такого рода на пучковой линии Россендорфа в Гренобле.

Работая с Вайссенборном, Хенниг проанализировал шесть частиц, извлечённых из района Чорнобыля, идентифицировав их различные кристаллические фазы, чтобы понять, как быстро радиоактивные вещества могут вырваться в окружающую среду. «Коллеги из Ганновера и я использовали различные методы, чтобы изолировать частицы из украинских образцов почвы и прикрепить их к вольфрамовым электродам», — говорит Вайссенборн. Поскольку образцы были высокорадиоактивны, их пришлось герметично упаковать в несколько слоёв защиты перед поездкой в Гренобль, где команда Хеннига использовала рентгеновскую дифракцию для исследования их внутренней структуры, измеряя рассеяние рентгеновских лучей при прохождении через материал. «Сначала нам нужно было понять, как исследовать структуру частицы, — объясняет Хенниг. — В конечном итоге мы полностью вращали частицы в рентгеновском луче, сфокусированном до 100 микрометров — примерно толщины человеческого волоса. Мы измерили каждую частицу под 2000 различными углами, чтобы бесшовно зафиксировать все отражения». Это позволило учёным различить разные фазы оксида урана внутри фрагментов, раскрыв детали, ранее недоступные.

Результаты оказались неожиданными: после четырёх десятилетий в окружающей среде ядерное топливо внутри всех шести частиц сохранило большую часть своей исходной кристаллической структуры. Это говорит о том, что по крайней мере некоторые обломки Чорнобыля химически стабильнее, чем считали исследователи, — достаточно стабильны, потенциально, чтобы удерживать продукты деления внутри, а не быстро их высвобождать, что может помочь ограничить перемещение радиоактивных загрязнителей в близлежащую почву и воду. Исследователи спешат отметить, что это не является доказательством того, что Чорнобыльская зона...