40 שנה אחרי אסון צ'רנוביל: החלקיקים הרדיואקטיביים שמסרבים להתפרק
מבנה חלקיקים זעירים של דלק גרעיני, שנפלטו מהכור ההרוס, נותר יציב להפליא למרות עשרות השנים שחלפו מאז. הממצאים עשויים לסייע למדענים להבין טוב יותר כיצד מתנהגים חומרים רדיואקטיביים בסביבתם וכיצד הם משתחררים לאורך זמן
ארבעה עשורים לאחר האסון הגרעיני שאירע בשנת 1986, חוקרים מאוניברסיטת לייבניץ בהנובר וממרכז הלמהולץ דרזדן-רוסנדורף (HZDR) בחנו שישה חלקיקים זעירים (בגודל של 8 עד 50 מיקרומטר בלבד) ורדיואקטיביים ביותר, שנפלטו מהכור ההרוס באוקראינה. מניתוח הממצאים, במחקר שהתפרסם בכתב העת Journal of Hazardous Materials, עולה כי "חלקיקים חמים" אלו יציבים הרבה יותר מכפי שהוערך בעבר. ממצאים אלו עשויים לאפשר הערכה מדויקת יותר של הסיכונים הבריאותיים הנובעים מחלקיקים רדיואקטיביים מסוג זה.
גם כיום, למרות השנים שחלפו, הכניסה לאזורים הנגועים מותרת רק בלבוש חליפת מגן. "ישנן שלוש קבוצות של חלקיקים אלה", הסביר טוביאס וייסנבורן, פיזיקאי ודוקטורנט באוניברסיטת לייבניץ בהנובר. "ראשית, ישנם חלקיקים שעדיין דומים מאוד מבחינה כימית ופיזיקלית לדלק הגרעיני אורניום דו-חמצני (UO₂). לצד אלה יש חלקיקים שמעטפת הזירקוניום (יסוד כימי מתכתי קשיח) שלהם מקיפה אותם באופן חלקי או מלא, או כאלה שהתמזגו איתה לחלוטין".
הסוג האחרון של החלקיקים נוצר כאשר הטמפרטורות בכור זינקו בחדות, מה שגרם להמסת הדלק הגרעיני ולהיצמדותו לשכבת המגן העוטפת אותו, העשויה מהמתכת העמידה במיוחד זירקוניום. "הסוג השלישי של החלקיקים נוצר כאשר הגרפיט – המשמש כחומר ממתן – עלה באש", אמר וייסנבורן. תפקידו של החומר הממתן הוא להאט נייטרונים מהירים ולקיים את תגובת השרשרת. אולם במהלך האסון, הגרפיט ניצת ובער במשך עשרה ימים. "בתהליך זה, הדלק התחמצן והפך לתחמוצות אורניום שונות – כגון U₃O₈. תרכובת זו, שאינה יציבה מבחינה מכנית, יוצרת במהירות חלקיקים מיקרוסקופיים הנישאים בקלות ברוח. שאיפת חלקיקי אבק שכאלה כרוכה בסיכונים בריאותיים חמורים".
עדיין לא ברור לחלוטין מדוע חלקיקים אלה מתבלים ומתפרקים בקצב שונה בסביבתם. עם זאת, במהלך התפרקותם נוצר מגוון של תחמוצות אורניום שונות. ניתוחן מחייב ביצוע ניסויים מורכבים ביותר של עקיפת קרני רנטגן במתקני סינכרוטרון.
ד"ר כריסטוף הניג, חוקר וקריסטלוגרף במרכז הלמהולץ דרזדן-רוסנדורף, ביצע כעת את המחקר המבני המוצלח הראשון מסוגו בחלקיקים אלה, באמצעות מסלול האלומה שבמתקן מאיץ החלקיקים המפורסם בגרנובל. בשיתוף פעולה עם וייסנבורן, הוא ביצע ניתוח פאזות של שישה מהחלקיקים שמקורם בצ'רנוביל. ניתוח זה מאפשר לחוקרים, בין היתר, להעריך את הקצב שבו החלקיקים משחררים חומרים רדיואקטיביים. "השתמשנו בשיטות שונות כדי לבודד את החלקיקים מדגימות קרקע מאוקראינה ולהצמיד אותם לאלקטרודות טונגסטן" הסביר וייסנבורן.
הדגימות, שהיו מוגנות בתוך מספר שכבות בידוד, נשלחו לגרנובל, שם בחן אותן צוות בראשות ד"ר הניג באמצעות ניתוח עקיפה – שיטה הבוחנת כיצד קרני רנטגן עוברות עקיפה (פיזור) כתוצאה מהמבנה הפנימי של החומר. "ראשית, היה עלינו להבין כיצד לבחון את מבנה החלקיקים", הסביר ד"ר הניג. "בסופו של דבר, סובבנו את החלקיקים באופן מלא בתוך אלומת קרני רנטגן שמוקדה לרוחב של 100 מיקרומטרים – עובי הדומה לזה של שערת אדם. מדדנו כל חלקיק מ-2,000 זוויות שונות כדי לתעד באופן רציף ומלא את כל ההחזרים".
באמצעות השיטה הזו הצליחו החוקרים לזהות באופן ניסויי שלבים שונים של תחמוצות בתוך הדגימות. להפתעתם, הם גילו כי המבנה הגבישי של הדלק הגרעיני בחלקיקים שנבדקו נותר ברובו ללא שינוי עד היום – ממצא המעיד כי שרידי האסון יציבים מבחינה כימית הרבה יותר מכפי שהניחו בעבר. החלקיקים כולאים בתוכם את תוצרי הביקוע – עובדה שעשויה לבשר טובות עבור הקרקע ומקורות המים בסביבת צ'רנוביל. "עם זאת, לכל חלקיק יש מבנה שונה, והניסוי שלנו בחן רק שישה חלקיקים כאלה משני אתרים שונים", הבהיר וייסנבורן. על כן, הסקת מסקנות כלליות יותר לגבי יציבותם של חלקיקי צ'רנוביל תדרוש איסוף דגימות ממספר רב הרבה יותר של אתרים ובחינה של חלקיקים רבים נוספים. "גם אם בשלב מסוים נצליח לקבל ממוצעים מסוימים, עדיין לא נוכל לקבוע באופן גורף מהם הסיכונים הבריאותיים באזור", הזהיר וייסנבורן. "משום שגם אם החלקיקים יתפרקו באופן דומה למדי, תמיד יהיו חריגים – חלקיקים עמידים יותר שישחררו רדיונוקלידים (איזוטופים רדיואקטיביים) בשלב מאוחר יותר. לפיכך, הסרת ההגבלות על הכניסה לאזור האסון בצ'רנוביל אינה צפויה בעתיד הקרוב".