Četras desmitgades pēc Čornobiļas, ko mūsdienās dēvē arī par Čornobiļu, kodolkatastrofas apkārtējā augsnē joprojām ir izkaisītas mikroskopiskas radioaktīvas daļiņas. Reaktora sprādzieni vidē izmeta milzīgu daudzumu atlūzu, atstājot piesārņojumu, kas joprojām rada nopietnus veselības riskus. Pat pēc 40 gadiem daļiņas 8–50 mikrometru izmērā saglabā augstu radioaktivitāti, un iekļūšanai skartajās teritorijās joprojām nepieciešams aizsargapģērbs.

Zinātnieki tagad šīs atliekas izpētījuši daudz detalizētāk un nonākuši pie pārsteidzoša secinājuma: dažas no tām, neraugoties uz desmitgadēm vidē, ir saglabājušas lielu daļu sākotnējās iekšējās struktūras.

“Šīm daļiņām ir trīs klases,” skaidro Leibnica Hannoveres universitātes fiziķis un doktorants Tobiass Veisenborns. “Pirmkārt, ir daļiņas, kas ķīmiski un fizikāli joprojām ir ļoti līdzīgas kodoldegvielai — urāna dioksīdam. Otrkārt, ir daļiņas, ko daļēji vai pilnībā ieskauj cirkonija slānis vai kas ar to ir pilnībā saplūdušas.”

Kā izveidojās radioaktīvās daļiņas

Otrā daļiņu kategorija radās ārkārtīgi augstās temperatūras dēļ, kas avārijas laikā izveidojās reaktorā. Kodoldegvielai kūstot, tā sajaucās ar cirkoniju — ļoti izturīgu metālu, ko izmanto degvielas aizsargapvalkā.

“Trešais daļiņu veids izveidojās, kad aizdegās grafīta moderators,” piebilst Veisenborns. Normālos reaktora darbības apstākļos grafīta moderators palēnina ātros neitronus un palīdz uzturēt kodolķēdes reakciju. Katastrofas laikā grafīts aizdegās un dega desmit dienas.

Šā procesa laikā kodoldegviela oksidējās, veidojot dažādus urāna oksīdus, tostarp U3O8. Atšķirībā no stabilākiem materiāliem šis urāna oksīds ir mehāniski trausls un var viegli sadalīties mikroskopiskos fragmentos. Vējš šīs radioaktīvās daļiņas var pārnest pa apkārtējo vidi, un to ieelpošana rada nopietnu apdraudējumu veselībai.

Radioaktīvo putekļu izpēte ar sinhrotrona rentgenstariem

Neraugoties uz gadu desmitiem ilgiem pētījumiem, zinātnieki vēl pilnībā nesaprot, kāpēc Čornobiļas radioaktīvās daļiņas sadalās atšķirīgā ātrumā. Materiāliem ilgstoši mijiedarbojoties ar vidi, var veidoties vairākas urāna oksīda formas, tāpēc to uzvedību ilgtermiņā ir grūti prognozēt.

Šo pārmaiņu izpētei nepieciešamas īpaši precīzas iekārtas, tostarp sinhrotrona rentgenstaru difrakcija — metode, kas ļauj noteikt atomu izkārtojumu kristāliskos materiālos.

Kristalogrāfs Kristofs Henigs no Helmholca centra Drēzdenē–Rosendorfā (HZDR) pirmais veiksmīgi veicis šāda veida radioaktīvo fragmentu struktūras analīzi Rosendorfas staru līnijā Grenoblē. Kopā ar Veisenbornu viņš izpētīja sešas daļiņas, kas iegūtas Čornobiļas reģionā. Nosakot dažādās kristāliskās fāzes, pētnieki ieguva informāciju, kas var palīdzēt aprēķināt, cik ātri radioaktīvās vielas nonāk apkārtējā vidē.

“Kolēģi no Hannoveres un es izmantojām dažādas metodes, lai izolētu daļiņas no Ukrainas augsnes paraugiem un piestiprinātu tās volframa elektrodiem,” skaidro Veisenborns. Tā kā paraugi bija ļoti radioaktīvi, pirms nogādāšanas uz Grenobli tie bija jāievieto vairākos aizsardzības un izolācijas slāņos.

Grenoblē Heniga pētnieku grupa izmantoja rentgenstaru difrakciju, lai analizētu daļiņu iekšējo uzbūvi, mērot, kā rentgenstari izkliedējas, šķērsojot materiālu.

“Vispirms mums bija jānoskaidro, kā izpētīt daļiņas struktūru,” stāsta Henigs. “Galu galā mēs daļiņas pilnībā pagriezām rentgenstaru kūlī, kas fokusēts līdz 100 mikrometriem — aptuveni cilvēka mata biezumam. Katru daļiņu izmērījām no 2000 dažādiem leņķiem, lai nepārtraukti fiksētu visus atstarojumus.”

Šie mērījumi ļāva zinātniekiem atšķirt dažādas urāna oksīda fāzes radioaktīvajos fragmentos un atklāt iepriekš nepieejamas detaļas par to uzbūvi.

Pārsteidzošs atklājums par 40 gadus vecajām kodolatliekām

Rezultāti atklāja ko negaidītu. Neraugoties uz četrām desmitgadēm vidē, kodoldegviela sešās izpētītajās daļiņās bija saglabājusi lielu daļu sākotnējās kristāliskās struktūras.

Tas liecina, ka vismaz daļa Čornobiļas katastrofas laikā radīto radioaktīvo atlieku ir ķīmiski stabilākas, nekā pētnieki iepriekš uzskatīja. Šai stabilitātei var būt nozīmīga ietekme uz vidi: tā vietā, lai radioaktīvās vielas ātri izdalītu, daļiņas, iespējams, spēj savā struktūrā saglabāt kodoldalīšanās produktus. Ja šāda uzvedība ir izplatītāka, tas varētu ierobežot radioaktīvā piesārņojuma pārvietošanos uz tuvāko augsni un ūdeni.

Tomēr pētnieki uzsver, ka atklājumi nav interpretējami kā pierādījums — Čornobiļas piesārņojums kļūst nekaitīgs.

“Katrai atsevišķai daļiņai ir atšķirīga struktūra,” brīdina Veisenborns, “un mūsu eksperiments aptvēra tikai sešas daļiņas no divām dažādām vietām.”

Salīdzinoši nelielais paraugs neļauj noteikt, kā radioaktīvās daļiņas uzvedas visā piesārņotajā reģionā. Lai to stabilitāti izprastu visaptverošāk, zinātniekiem būtu jāizpēta daudz vairāk daļiņu, kas savāktas daudz plašākā teritoriju lokā.

Kāpēc Čornobiļas radioaktīvais mantojums joprojām ir neprognozējams

Pat ar ievērojami lielāku datu apjomu Čornobiļas radioaktīvo atlieku ilgtermiņa radīto risku prognozēšana būtu sarežģīta. Atsevišķas daļiņas var atšķirties pēc sastāva, struktūras un izturības pret vides iedarbību, un tas var ietekmēt brīdi, kad tās izdala radioaktīvās vielas.

“Un pat tad, ja kādā brīdī mēs iegūtu noteiktus vidējos rādītājus, mēs joprojām nevarētu izdarīt universālus secinājumus par veselības riskiem reģionā,” brīdina Veisenborns. “Jo pat tad, ja daļiņas lielākoties sadalītos vienmērīgi, vienmēr būtu izņēmumi — noturīgākas daļiņas, kas radionuklīdus izdalītu vēlāk.”

Šīs noturīgās daļiņas varētu turpināt izdalīt radioaktīvās vielas ilgi pēc tam, kad citas atliekas jau būtu sadalījušās. Tas sarežģī nākotnes piesārņojuma un veselības risku novērtēšanu.

Tāpēc jaunie atklājumi nenozīmē, ka Čornobiļas aizlieguma zonas ierobežojumus varētu drīzumā atcelt.

Pētījumi par katastrofas ilgstošajām sekām turpinās. Veisenborns un Henigs jau veic jaunus eksperimentus, kuros pievēršas ļoti radioaktīvām transurāna fāzēm, kas atrodamas atlikušajās kodolkatastrofas atlūzās. Šis darbs varētu sniegt skaidrāku priekšstatu par to, kā Čornobiļas kodolmateriāli mainās laika gaitā un cik ilgi to ietekme uz vidi var saglabāties.