Σαράντα χρόνια συμπληρώνονται σχεδόν από τη νύχτα που η ανθρωπότητα κράτησε την αναπνοή της, όταν ο αντιδραστήρας Νο. 4 του πυρηνικού σταθμού του Τσερνόμπιλ τινάχθηκε στον αέρα.
Για δεκαετίες, η επιστημονική κοινότητα παρακολουθεί με δέος και ανησυχία την «Απαγορευμένη Ζώνη», προσπαθώντας να προβλέψει πότε και πώς τα φονικά κατάλοιπα εκείνης της καταστροφής θα πάψουν να αποτελούν απειλή για τον πλανήτη. Μια νέα, ανατρεπτική έρευνα έρχεται τώρα να φέρει στο φως δεδομένα που κανείς δεν περίμενε.
Τα μικροσκοπικά, άκρως ραδιενεργά σωματίδια που παραμένουν θαμμένα στο έδαφος της Ουκρανίας επιδεικνύουν μια απρόσμενη, σχεδόν «πεισματική» ανθεκτικότητα, ανατρέποντας τα μέχρι τώρα μοντέλα των επιστημόνων και αλλάζοντας ριζικά τις εκτιμήσεις μας για το μέλλον της ραδιενεργού ρύπανσης στην Ευρώπη. Ορισμένα από τα ραδιενεργά συντρίμμια του Τσερνόμπιλ είναι πιο ανθεκτικά από ό,τι ανέμεναν οι επιστήμονες, προσφέροντας στοιχεία για το πότε τα παγιδευμένα υλικά στο εσωτερικό τους θα μπορούσαν να διαφύγουν στο περιβάλλον.
Η ραδιενεργή σκόνη εξακολουθεί να μολύνει το έδαφος γύρω από το Τσερνόμπιλ, τέσσερις δεκαετίες αφότου οι εκρήξεις σκόρπισαν συντρίμμια από τον πυρηνικό αντιδραστήρα στην Ουκρανία το 1986. Τα θραύσματα έχουν μέγεθος μόλις 8 έως 50 μικρόμετρα και παραμένουν εξαιρετικά ραδιενεργά.
Η αξιολόγηση των κινδύνων τους απαιτεί την κατανόηση του πόσο γρήγορα διασπώνται και απελευθερώνουν ραδιενεργές ουσίες, ωστόσο οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην μπορούν να εξηγήσουν πλήρως γιατί αυτά τα «θερμά σωματίδια» αλλοιώνονται με διαφορετικούς ρυθμούς.
Μια ανάλυση έξι θραυσμάτων από ερευνητές του Πανεπιστημίου Λάιμπνιτς του Ανόβερου (Leibniz University Hannover) και του Κέντρου Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) διαπίστωσε ότι η κρυσταλλική δομή του πυρηνικού καυσίμου έχει παραμείνει σε μεγάλο βαθμό ανέπαφη.
Τα σωματίδια που εξετάστηκαν είναι χημικά πιο σταθερά από ό,τι είχε υποτεθεί προηγουμένως, συγκρατώντας τα προϊόντα σχάσης, δηλαδή τις ουσίες που δημιουργούνται όταν διασπώνται οι ατομικοί πυρήνες. Αυτό θα μπορούσε να περιορίσει την απελευθέρωση ραδιενεργού υλικού στο γύρω έδαφος και τα ύδατα, βοηθώντας παράλληλα τους ερευνητές να βελτιώσουν τις εκτιμήσεις για τους κινδύνους που εγκυμονούν αυτά τα σωματίδια.
«Ακτινογραφία» σε 2.000 γωνίες αποκαλύπτει τη δομή κάθε σωματιδίου
Η εξέταση των θραυσμάτων απαιτούσε πολύπλοκα πειράματα περίθλασης ακτίνων Χ με σύγχροτρον, τα οποία αποκαλύπτουν την εσωτερική δομή ενός υλικού μέσα από τον τρόπο με τον οποίο σκεδάζει τις ακτίνες Χ.
Ο ερευνητής και κρυσταλλογράφος του HZDR, Δρ. Κρίστοφ Χένιγκ (Christoph Hennig), πραγματοποίησε την πρώτη επιτυχημένη δομική έρευνα αυτού του είδους στη γραμμή δέσμης Rossendorf (Rossendorf Beamline) στη Γκρενόμπλ, σε συνεργασία με τον Τομπίας Βάισενμπορν (Tobias Weissenborn), φυσικό και υποψήφιο διδάκτορα στο Πανεπιστήμιο Λάιμπνιτς του Ανόβερου.
«Οι συνάδελφοι από το Ανόβερο κι εγώ χρησιμοποιήσαμε διάφορες μεθόδους για να απομονώσουμε τα σωματίδια από δείγματα ουκρανικού εδάφους και να τα τοποθετήσουμε σε ηλεκτρόδια βολφραμίου», εξηγεί ο Βάισενμπορν. Η ομάδα ασφάλισε τα δείγματα μέσα σε πολλαπλά στρώματα περιορισμού, προτού τα αποστείλει στη Γκρενόμπλ για εξέταση από την ομάδα του Χένιγκ.
«Πρώτα έπρεπε να βρούμε έναν τρόπο για να εξετάσουμε τη δομή των σωματιδίων», εξηγεί ο Χένιγκ. «Τελικά, περιστρέψαμε πλήρως τα σωματίδια μέσα σε μια δέσμη ακτίνων Χ, η οποία ήταν εστιασμένη στα 100 μικρόμετρα—δηλαδή περίπου όσο το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας. Μετρήσαμε κάθε σωματίδιο από 2.000 διαφορετικές γωνίες, ώστε να αποτυπώσουμε απρόσκοπτα όλες τις αντανακλάσεις».
Αυτές οι μετρήσεις επέτρεψαν στους ερευνητές να εντοπίσουν διαφορετικές φάσεις οξειδίων, δηλαδή ξεχωριστές κρυσταλλικές μορφές, μέσα στα δείγματα. Αυτή η ανάλυση φάσεων μπορεί να βοηθήσει στην εκτίμηση του πόσο γρήγορα τα θραύσματα απελευθερώνουν ραδιενεργές ουσίες καθώς αλλοιώνονται και σχηματίζουν διάφορα οξείδια του ουρανίου.
Η ακραία θερμότητα και η φωτιά μεταμόρφωσαν το πυρηνικό καύσιμο
Οι δομές των σωματιδίων αντανακλούν τις διαφορετικές συνθήκες που βίωσε το καύσιμο κατά τη διάρκεια της καταστροφής. «Υπάρχουν τρεις κατηγορίες αυτών των σωματιδίων», εξηγεί ο Βάισενμπορν. «Πρώτον, υπάρχουν σωματίδια που χημικά και φυσικά εξακολουθούν να μοιάζουν πολύ με το διοξείδιο του ουρανίου του πυρηνικού καυσίμου. Έπειτα, υπάρχουν σωματίδια που είναι μερικώς ή πλήρως εγκλωβισμένα στο στρώμα ζιρκονίου τους, ή εντελώς συντηγμένα με αυτό».
Τα σωματίδια που περιέχουν συντηγμένο καύσιμο και ζιρκόνιο σχηματίστηκαν όταν οι θερμοκρασίες στο εσωτερικό του αντιδραστήρα αυξήθηκαν δραματικά. Η θερμότητα έλιωσε το καύσιμο και το ένωσε με το γύρω προστατευτικό του στρώμα από ζιρκόνιο, ένα εξαιρετικά ανθεκτικό μέταλλο.
«Ο τρίτος τύπος σωματιδίου δημιουργήθηκε όταν έπιασε φωτιά ο γραφίτης-επιβραδυντής», προσθέτει ο Βάισενμπορν. Ο γραφίτης κανονικά επιβράδυνε τα ταχέα νετρόνια για να βοηθήσει στη διατήρηση της πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης.
Κατά τη διάρκεια του ατυχήματος, καιγόταν για δέκα ημέρες. «Κατά τη διαδικασία αυτή, το καύσιμο οξειδώθηκε σε διάφορα οξείδια του ουρανίου», εξηγεί ο Βάισενμπορν. Αυτά περιλάμβαναν το (U_{3}O_{8}), μια μηχανικά ασταθή ένωση που διασπάται εύκολα σε μικροσκοπικά σωματίδια τα οποία μπορεί να παρασύρει ο άνεμος. Η εισπνοή τέτοιας ραδιενεργού σκόνης εγκυμονεί σοβαρούς κινδύνους για την υγεία, και εξακολουθούν να απαιτούνται προστατευτικές στολές για την είσοδο στις πληγείσες περιοχές.
Τα έξι σωματίδια δεν αρκούν για να εγγυηθούν την ασφάλεια της περιοχής
Η σταθερότητα που παρατηρήθηκε στα έξι θραύσματα που εξετάστηκαν δεν μπορεί ακόμη να θεωρηθεί δεδομένο ότι επεκτείνεται σε ολόκληρη τη μολυσμένη περιοχή. «Ωστόσο, κάθε μεμονωμένο σωματίδιο έχει διαφορετική δομή», προειδοποιεί ο Βάισενμπορν, «και το πείραμά μας μελέτησε μόνο έξι τέτοια σωματίδια από δύο διαφορετικές τοποθεσίες». Η εδραίωση ευρύτερων προτύπων θα απαιτούσε την εξέταση πολύ περισσότερων σωματιδίων, συλλεγμένων από πολύ περισσότερες τοποθεσίες.
«Ακόμη και αν καταλήγαμε σε κάποιους μέσους όρους κάποια στιγμή, και πάλι δεν θα μπορούσαμε να κάνουμε καθολικές δηλώσεις για τους κινδύνους υγείας στην περιοχή», προειδοποιεί ο Βάισενμπορν. «Επειδή, ακόμη και αν τα σωματίδια αποσυντίθενται με ένα σε μεγάλο βαθμό ομοιόμορφο πρότυπο, θα υπάρχουν πάντα εξαιρέσεις -πιο επίμονα σωματίδια- που θα απελευθερώσουν ραδιονουκλίδια σε μεταγενέστερο χρονικό σημείο».
Επομένως, τα ευρήματα δεν προσφέρουν καμία βάση για την άρση των περιορισμών στην Απαγορευμένη Ζώνη του Τσερνόμπιλ στο άμεσο μέλλον. Ο Βάισενμπορν και ο Χένιγκ διεξάγουν ήδη επακόλουθα πειράματα στις εξαιρετικά ραδιενεργές υπερουράνιες φάσεις των συντριμμιών, οι οποίες περιέχουν στοιχεία με ατομικούς αριθμούς μεγαλύτερους από εκείνον του ουρανίου.
