Чуть более 40 лет назад рутинная проверка систем безопасности на Чернобыльской АЭС в советской Украине обернулась одной из самых узнаваемых техногенных катастроф XX века. Реактор взорвался и загорелся, выбросив в небо куски радиоактивных обломков. Среди этого ядовитого мусора оказались бесчисленные крошечные «горячие частицы» — фрагменты ядерного топлива тоньше человеческого волоса (их размер составляет от 8 до 50 микрометров). «Горячими» их называют потому, что они чрезвычайно радиоактивны и остаются такими даже спустя четыре десятилетия. Сегодня специалисты, входящие в те участки Чернобыльской зоны отчуждения, где сосредоточены эти частицы, обязаны надевать полный защитный костюм.
Общий вид демонстрирует нынешнее состояние Чернобыльской зоны отчуждения протяжённостью 18,6 мили (около 30 км). Созданная после ядерной катастрофы 1986 года на Чернобыльской АЭС, закрытая территория площадью 1003 квадратные мили (около 2600 кв. км) остаётся под строгим государственным контролем. Источник изображения — popsci.com
Однако даже после десятилетий исследований учёные удивительно мало знают о том, из чего эти частицы состоят на молекулярном уровне. Недавно группа исследователей из Германии решила это исправить, проанализировав шесть частиц, собранных на двух площадках в зоне отчуждения, с помощью синхротронной рентгеновской дифракции. К их удивлению, частицы оказались гораздо более химически стабильными, чем ожидалось: их кристаллические структуры в основном сохранились нетронутыми, а значит, с момента катастрофы они почти не изменились.
Результаты работы были опубликованы в журнале Journal of Hazardous Materials.
Что такое чернобыльские «горячие частицы»?
Выброшенные из реактора «горячие частицы» делятся на три основных типа. Первый — это топливо, по химическому и физическому составу близкое к исходному диоксиду урана реактора. Второй — топливо, расплавившееся во время взрыва и сплавившееся с защитной оболочкой из циркониевого сплава. Третий — топливо, повреждённое огнём.
Пока графит реактора горел десять дней после взрыва, сильный жар окислял часть топлива, превращая его в другие соединения урана.
Частицы, кристаллы… и собаки
Для этого исследования команда отобрала шесть образцов из двух районов зоны отчуждения, и в выборку попали все три типа «горячих частиц». Две частицы были извлечены из асфальта в Припяти, примерно в 3 км от реактора, а ещё четыре — из образцов сельскохозяйственной почвы в селе Копачи, расположенном примерно в 5 км.
Отобрав образцы, исследователи выделили отдельные частицы из почвы, закрепили каждый тип на крошечном вольфрамовом электроде и отправили их в Европейский центр синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле (Франция). Там частицы изучали с помощью мощного рентгеновского излучения, которое вырабатывает синхротрон — кольцевой ускоритель частиц. Каждую частицу вращали в рентгеновском пучке, измеряя примерно под 2000 различными углами. По тому, как лучи рассеивались на материале, учёные определяли расположение атомов, а значит — из каких соединений состоит частица и, что важнее всего для этой работы, насколько сохранилась её кристаллическая структура.
Горячая частица, образовавшаяся при аварии реактора в 1986 году: частица ядерного топлива частично сплавлена с оксидом циркония. Источник изображения — popsci.com
Учёные ожидали увидеть частицы, разрушенные годами воздействия внешней среды. Вместо этого кристаллические структуры оказались в основном целыми. Этот неожиданный результат говорит о том, что частицы гораздо стабильнее химически, чем считалось ранее, и удерживают своё радиоактивное содержимое запертым внутри кристаллической решётки.
Хотя некоторые частицы демонстрировали большее окисление (потерю электронов при взаимодействии с другими веществами), чем остальные, две из них не показали практически никаких его следов. Примечательно, что две частицы, извлечённые из одной и той же почвы близ Копачей, включали как сильно окислённый, так и почти нетронутый образец. Авторы отмечают: если бы причиной окисления было выветривание под действием среды, то обе лежавшие рядом частицы выглядели бы похоже. Вместо этого, по их мнению, окисление, скорее всего, произошло во время самой катастрофы, когда пожар в реакторе несколько дней «прокаливал» часть топлива.
Такая хронология — потенциально хорошая новость для территорий вокруг станции. Если частицы действительно удерживают радиоактивный материал и не окисляются, значит, в почву, а следом и в окружающую экосистему, попадает меньше опасных веществ. Впрочем, исследователи сразу оговариваются: речь идёт всего о шести образцах. Чтобы делать более широкие выводы о состоянии почвы в регионе в целом, нужны дополнительные исследования.
Пока говорить о чём-либо с уверенностью рано, но именно отсутствие активного вымывания опасных веществ отчасти может объяснять, почему в последние годы зона отчуждения превратилась в разрастающийся «микрорайон» для пушистых обитателей. Отсутствие людей сделало её процветающей экосистемой для лис, медведей и зубров — современный, пусть и несколько необычный, пример ревайлдинга (восстановления дикой природы). Разумеется, даже на этом новом рубеже последствия ядерной катастрофы никуда не делись: недавнее исследование бродячих собак, живущих в Чернобыльской зоне (многие из них считаются потомками животных, брошенных хозяевами при эвакуации 1986 года), выявило у них заметные генетические отличия от собак всего в 16 км отсюда.
