Микроскопические частицы ядерного топлива из Чернобыля сохранили свою структуру спустя 40 лет
- Ученые исследовали шесть частиц размером 8–50 микрометров методом синхротронной рентгеновской дифракции.
- Выделены три группы частиц: близкие к диоксиду урана, соединенные с цирконием или металлом и образовавшиеся при горении графита.
- Спустя 40 лет кристаллическая структура топлива в основном сохранилась; анализ также позволил оценить скорость высвобождения радиоактивных веществ.
Почему это важно: Сохранение структуры способствует удержанию продуктов деления и потенциально ограничивает их попадание в почву и воду.
Спустя сорок лет после того, как взрывы разбросали радиоактивные обломки реактора Чернобыльской АЭС по окрестностям, некоторые микроскопические фрагменты все еще сохраняют кристаллическую структуру исходного ядерного топлива. Исследование шести частиц показало, что этот материал оказался химически более стабильным, чем ожидали ученые.
Изображение: нейросеть qwen
Ученые изучили фрагменты с помощью метода синхротронной рентгеновской дифракции. Полученные ими данные помогают объяснить, каким образом эти остатки удерживают радиоактивные вещества.
Описанные в исследовании радиоактивные «горячие частицы» имеют размер всего от 8 до 50 микрометров. Несмотря на свои миниатюрные размеры, они остаются высокорадиоактивными спустя четыре десятилетия после аварии 1986 года.
Исследователи выделили три основные группы частиц. Некоторые из них по своим химическим и физическим свойствам близки к диоксиду урана — ядерному топливу реактора. Другие частично или полностью заключены в оболочку из циркония либо сплавлены с металлом, который изначально окружал топливо. Такие комбинированные частицы образовались, когда под воздействием экстремально высоких температур в реакторе топливо расплавилось и соединилось с защитным слоем из циркония.
Третья группа частиц возникла в процессе горения графитового замедлителя реактора. В штатном режиме замедлитель служил для замедления нейтронов и поддержания цепной реакции, однако во время катастрофы пожар продолжался десять дней.
В процессе окисления топливо превращалось в соединения урана, в том числе в закись-окись урана (U₃O₈). Этот механически неустойчивый материал легко распадается на микроскопические частицы, которые могут переноситься ветром.
Чтобы понять, почему эти фрагменты разрушаются под воздействием окружающей среды с разной скоростью, необходимо изучить их внутреннюю структуру. Измерения позволили выявить в образцах различные оксидные фазы. Отмечается, что кристаллическая структура ядерного топлива в исследованных частицах по большей части сохранилась. Такая стабильность способствует удержанию продуктов деления внутри фрагментов, что потенциально ограничивает их попадание в окружающую почву и воду. Фазовый анализ также позволил исследователям оценить скорость высвобождения радиоактивных веществ из частиц.
Таким образом, полученные результаты не дают оснований для снятия ограничений на территории Чернобыльской зоны отчуждения.
