بعد أربعين عامًا من كارثة تشيرنوبيل النووية، بنية جزيئات الوقود النووي الدقيقة لا تزال سليمة

بعد مرور أربعين عامًا على حادث انفجار محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية عام 1986، لا تزال الشظايا المشعة المتناثرة آنذاك تحتفظ بالبنية البلورية للوقود النووي الأصلي. وقد كشفت دراسة حديثة لست جزيئات دقيقة من أوكرانيا أن استقرار هذه المواد الكيميائي فاق توقعات الباحثين. وقام علماء من جامعة هانوفر الألمانية ومركز هلمهولتز درسدن بفحص هذه الشظايا باستخدام تقنية حيود أشعة إكس ذات الإشعاع المتزامن في غرونوبل بفرنسا. وتساعد هذه النتائج في تفسير كيفية احتفاظ هذه البقايا بالمواد المشعة، على الرغم من صغر حجم العينات مما لا يسمح بتحديد حالة المنطقة الملوثة بأكملها.

خصائص الجزيئات الدقيقة وتصنيفها

تُسمى البقايا الدقيقة للكارثة «الجزيئات الساخنة»، ويتراوح قطرها بين 8 و50 ميكرومتر. وعلى الرغم من صغر حجمها، لا تزال هذه الجزيئات عالية النشاط الإشعاعي بعد أربعين عامًا من حادث 1986. وقد صنف الباحثون هذه الجزيئات إلى ثلاث فئات رئيسية. بعض الجزيئات مشابهة لأكسيد اليورانيوم من الناحية الكيميائية والفيزيائية، وهذه المادة هي الوقود النووي للمفاعل. بينما تُغطى جزيئات أخرى جزئيًا أو كليًا بالزركونيوم، أو تندمج مع المعدن الذي كان يحيط بالوقود في الأصل. وتتشكل هذه الجزيئات المركبة عند انصهار الوقود وربطه بطبقة الزركونيوم الحامية في درجات حرارة عالية. أما الفئة الثالثة من الجزيئات فتتولد أثناء عملية احتراق مادة الجرافيت المنظمة في المفاعل.

تُستخدم المادة المنظمة عادةً لإبطاء النيوترونات للحفاظ على تفاعل متسلسل، لكن حريقها استمر لعشرة أيام خلال الكارثة. تأكسد الوقود وتحول إلى مركبات يورانيوم، بما في ذلك أكسيد ثلاثي اليورانيوم الثماني، وهذه المادة غير المستقرة ميكانيكيًا تميل إلى تشكيل جزيئات دقيقة وقد تُحملها الرياح، مما يشكل خطر الاستنشاق.

أظهرت الدراسة أن الجزيئات الساخنة الناتجة عن حادث 1986 اندمجت جزئيًا مع أكسيد الزركونيوم في جزيئات الوقود النووي. ولفهم أسباب تجوية هذه الشظايا بسرعات مختلفة، فحص الباحثون بنيتها الداخلية. وقام باحثو هانوفر بعزل الجزيئات من عينات تربة أوكرانية وتثبيتها على أقطاب تنغستن. وضمنت بنية الإغلاق متعددة الطبقات سلامة نقل العينات المشعة. وفي خط حزمة روزندورف، قام عالم البلورات في مركز HZDR الدكتور كريستوف هينيغ وزملاؤه بتدوير هذه الجزيئات في حزمة أشعة إكس مركزة. وقال هينيغ: «في النهاية، قمنا بتدوير هذه الجزيئات بالكامل في حزمة أشعة إكس مركزة إلى 100 ميكرومتر، وهو ما يعادل تقريبًا سمك شعرة بشرية.»

قيود نتائج الدراسة والاتجاهات المستقبلية

«قمنا بقياس كل جزيء من 2000 زاوية مختلفة لالتقاط جميع الانعكاسات بسلاسة»، كما صرح هينيغ. حددت نتائج القياس أطوار الأكسيد المختلفة في العينات. والأهم من ذلك، أن البنية البلورية للوقود النووي في الجزيئات المفحوصة ظلت سليمة بشكل أساسي. وتساعد هذه الاستقرارية في إبقاء منتجات الانشطار داخل الجزيئات، مما قد يحد من إطلاقها في التربة والمياه المحيطة.

تتميز قيود نتائج هذه الدراسة بالوضوح الشديد: فقد فحص الباحثون ستة جزيئات فقط من موقعين. وقال توبياس فيسنبورج، الفيزيائي وطالب الدكتوراه في جامعة هانوفر محذرًا: «ومع ذلك، كل جزيء له بنية مختلفة، وتجربتنا درست فقط ستة جزيئات من موقعين مختلفين». ولإرساء أنماط أوسع، هناك حاجة إلى المزيد من الجزيئات من مواقع أخرى. حتى مع ذلك، لا تستطيع البيانات المتوسطة التقاط سلوك كل شظية، أو تحديد مخاطر صحية عامة للمنطقة بأكملها. فبعض الجزيئات الأكثر دوامًا يمكنها الاحتفاظ بالنظائر المشعة لفترات أطول وإطلاقها لاحقًا، مما يعقد تقييم التلوث بمرور الوقت.

لذلك، لا يمكن أن تشكل هذه النتائج أساسًا لرفع القيود عن منطقة تشيرنوبيل المحظورة. ويجري فيسنبورج وهينيغ بالفعل تجارب متابعة حول أطوار ما فوق اليورانيوم عالية النشاط الإشعاعي في بقايا الكارثة.

التأثير المستمر بعد كارثة تشيرنوبيل النووية

لا يزال تأثير كارثة تشيرنوبيل النووية مستمرًا، حيث تُظهر الجزيئات الساخنة الدقيقة استقرارًا كيميائيًا غير متوقع، مما يستدعي اهتمامًا مستمرًا بتأثيرها على البيئة وصحة الإنسان. وعلى الرغم من أن الدراسة كشفت عن الخصائص الهيكلية لهذه الجزيئات، فإن محدودية حجم العينات تجعل النتائج غير قابلة للتعميم، ولا تسمح بتقييم شامل لمخاطر المنطقة الملوثة بأكملها. وهذا يبرز أهمية إجراء المزيد من الأبحاث لفهم أفضل للسلوك طويل المدى لهذه المواد المشعة والتهديدات المحتملة التي تشكلها على النظم البيئية.