Микроскопические частицы ядерного топлива, выброшенные при аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году, сохранились гораздо лучше, чем ожидали учёные. Спустя почти 40 лет кристаллическая структура урана во многих участках исследованных образцов почти не изменилась, поэтому частицы до сих пор удерживают внутри часть радиоактивных продуктов деления.
Учёные изучили шесть горячих частиц размером от 8 до 50 микрометров, найденных в двух местах зоны отчуждения. Несмотря на крошечные размеры, фрагменты остаются сильно радиоактивными. Анализ показал, что некоторые формы оксида урана способны десятилетиями сохранять свою внутреннюю структуру в почве и других природных условиях.
Во время аварии топливо покинуло разрушенный реактор в разном состоянии. Часть частиц сохранила состав, близкий к диоксиду урана UO₂. При резком росте температуры другие фрагменты расплавились вместе с циркониевой оболочкой топливных элементов. Горение графита привело к дополнительному окислению топлива и появлению соединений вроде U₃O₈, которые легче разрушаются на мелкую пыль.
Чтобы разобраться, что осталось внутри частиц через четыре десятилетия, исследователи направили на образцы мощный рентгеновский пучок. Источники синхротронного излучения позволяют изучать кристаллическую структуру вещества на очень малом масштабе. Каждую частицу полностью вращали в пучке толщиной около 100 микрометров и снимали примерно с 2000 направлений.
Внутри образцов нашли несколько форм оксида урана, включая UO₂, U₃O₈ и U₄O₉, а также соединения с цирконием. Особенно хорошо сохранились структуры UO₂ и U₄O₉. Учёные предполагают, что их кристаллическая решётка продолжает удерживать продукты деления и тяжёлые радиоактивные элементы, мешая им быстро переходить в почву и воду.
У находки есть и обратная сторона. Прочная частица сама остаётся источником радиоактивности и может сохраняться в окружающей среде десятилетиями. Если оболочка начнёт разрушаться позже, накопленные внутри радионуклиды смогут высвободиться спустя много лет после аварии.
Шести образцов недостаточно, чтобы переносить результат на всю Чернобыльскую зону отчуждения. Частицы образовались при разных температурах и химических условиях, поэтому их состав и скорость разрушения заметно различаются. Среди тысяч фрагментов могут встречаться как быстро разрушающиеся, так и особенно стойкие частицы.
Полученные данные помогут точнее рассчитывать, как радиоактивное загрязнение меняется спустя десятилетия после ядерной аварии. Исследователи теперь продолжают изучать наиболее радиоактивные компоненты частиц, чтобы понять, насколько долго фрагменты топлива способны удерживать опасные вещества внутри.
