สี่สิบปีหลังอุบัติการณ์นิวเคลียร์เชอร์นอบิล โครงสร้างของเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ขนาดเล็กยังคงสมบูรณ์

สี่สิบปีหลังการระเบิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์นอบิลในปี 1986 มลพิษกัมมันตรังสีที่กระจายตัวออกไปยังคงรักษาโครงสร้างผลึกของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ต้นฉบับไว้ ล่าสุด การศึกษาเกี่ยวกับหกเม็ดขนาดเล็กจากยูเครนพบว่าวัสดุเหล่านี้มีความเสถียรทางเคมีสูงกว่าที่นักวิจัยคาดการณ์ไว้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮันโนเฟอร์ของเยอรมนีและศูนย์เฮล์มฮอลทซ์เดรสเดน ใช้เทคโนโลยีการเบิดลวดลายเอกซ์เรดิเอชันซิงโครตรอนที่กรีโนบลของฝรั่งเศสในการตรวจสอบมลพิษเหล่านี้ ผลการวิจัยช่วยอธิบายได้ว่ามลพิษเหล่านี้เก็บสารกัมมันตรังสีได้อย่างไร แม้ว่าขนาดตัวอย่างจะเล็ก ไม่สามารถระบุสภาพของพื้นที่ปนเปื้อนทั้งหมดได้

ลักษณะและการจัดประเภทของอนุภาคขนาดเล็ก

มลพิษขนาดเล็กจากภัยพิบัติเหล่านี้เรียกว่า "อนุภาคร้อน" มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 8 ถึง 50 ไมโครเมตร แม้ขนาดเล็ก อนุภาคเหล่านี้ยังคงมีกัมมันตรังสีสูงแม้ผ่านไปสี่สิบปีหลังอุบัติการณ์ปี 1986 นักวิจัยจัดอนุภาคเหล่านี้เป็นสามประเภทหลัก บางอนุภาคคล้ายกับยูเรเนียมไดออกไซด์ในทางเคมีและฟิสิกส์ ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของเครื่องปฏิกรณ์ อนุภาคอื่นๆ ถูกเคลือบด้วยซิร์โคเนียมบางส่วนหรือทั้งหมด หรือหลอมรวมกับโลหะที่ห่อหุ้มเชื้อเพลิงไว้ตั้งแต่แรก อนุภาคผสมเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงหลอมเหลวในอุณหภูมิสูงและรวมกับชั้นป้องกันซิร์โคเนียม ประเภทที่สามของอนุภาคเกิดขึ้นในระหว่างการเผาไหม้ของสารควบคุมกราไฟต์ของเครื่องปฏิกรณ์

สารควบคุมปกติใช้ในการชะลอนิวตรอนเพื่อรักษาการปฏิกิริยาโซ่ แต่ในช่วงภัยพิบัติ ไฟไหม้ต่อเนื่องเป็นเวลาสิบวัน เชื้อเพลิงออกซิไดด์กลายเป็น hợp chấtของยูเรเนียม รวมถึงยูเรเนียมออกไซด์อ็อกไทด์ (U3O8) วัสดุที่ไม่เสถียรทางกลศาสตร์นี้ง่ายต่อการสร้างอนุภาคขนาดเล็ก และอาจถูกลมพัดพาไปก่อให้เกิดอันตรายจากการหายใจเข้าไป

การศึกษาแสดงว่าอนุภาคร้อนที่เกิดจากอุบัติการณ์ปี 1986 มีเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์รวมกับซิร์โคเนียมออกไซด์ เพื่อเข้าใจสาเหตุการสลายตัวของมลพิษเหล่านี้ในอัตราที่แตกต่างกัน นักวิจัยได้ตรวจสอบโครงสร้างภายใน นักวิจัยจากฮันโนเฟอร์แยกอนุภาคออกมาจากตัวอย่างดินของยูเครน และติดมันบนอิเล็กโตรดทังสเตน โครงสร้างปิดหลายชั้นรับรองความปลอดภัยในการขนส่งตัวอย่างกัมมันตรังสี ที่บีมไลน์โรสเซนดอรฟ นักกึ่งทองคำวิทยาคริสทอฟ เฮนนิก 박士และเพื่อนร่วมงานจาก HZDR หมุนอนุภาคเหล่านี้ในที่โฟกัสของบีมเอกซ์เรย์ "ในที่สุด เราหมุนอนุภาคเหล่านี้ครบวงจรในบีมเอกซ์เรย์ที่โฟกัสขนาด 100 ไมโครเมตร ซึ่งประมาณความหนาของเส้นผมมนุษย์" เฮนนิกกล่าว

ข้อจำกัดของผลการวิจัยและทิศทางอนาคต

"เราวัดแต่ละอนุภาคจากมุมที่แตกต่างกัน 2,000 มุม เพื่อจับการสะท้อนทั้งหมดอย่างต่อเนื่อง" เฮนนิกกล่าว ผลการวัดระบุเฟสออกไซด์ที่แตกต่างกันในตัวอย่าง สำคัญคือ โครงสร้างผลึกของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในอนุภาคที่ตรวจสอบยังคงสมบูรณ์ส่วนใหญ่ ความเสถียรนี้ช่วยให้ผลผลิตการ ביקועอยู่ภายในอนุภาค อาจจำกัดการปล่อยสู่ดินและน้ำรอบข้างได้

ข้อจำกัดของผลการศึกษานี้ชัดเจนมาก: นักวิจัยตรวจสอบเพียงหกอนุภาคจากสองสถานที่เท่านั้น "อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของแต่ละอนุภาคแตกต่างกัน ในขณะที่ทดลองของเราศึกษาเพียงหกอนุภาคจากสองสถานที่ที่ต่างกัน" โทเบียส วีเซนบอร์น นักฟิสิกส์และนักศึกษาดุษฎีบัณฑิตของมหาวิทยาลัยฮันโนเฟอร์ เตือนไว้ เพื่อสร้างรูปแบบที่กว้างขึ้น ต้องการอนุภาคมากขึ้นจากสถานที่อื่น แม้กระทั่งข้อมูลเฉลี่ยก็ไม่สามารถจับพฤติกรรมของแต่ละมลพิษได้ หรือระบุความเสี่ยงสุขภาพทั่วไปของทั้งพื้นที่ บางอนุภาคที่ทนทานกว่าสามารถเก็บไอโซโทปกัมมันตรังสีได้นานขึ้น และปล่อยออกมาในภายหลัง ทำให้การประเมินการปนเปื้อนที่เปลี่ยนแปลงตามเวลายุ่งยากขึ้น

ดังนั้น ผลลัพธ์เหล่านี้จึงไม่สามารถเป็นพื้นฐานในการยกเลิกการจำกัดเขตเชอร์นอบิลได้ วีเซนบอร์นและเฮนนิกกำลังดำเนินการทดลองต่อเนื่องเกี่ยวกับเฟสทรานซูเรเนียมที่มีกัมมันตรังสีสูงในมลพิษจากภัยพิบัติ

ผลกระทบที่ยังคงดำเนินต่อไปหลังอุบัติการณ์นิวเคลียร์เชอร์นอบิล

ผลกระทบของอุบัติการณ์นิวเคลียร์เชอร์นอบิลยังคงดำเนินต่อไป อนุภาคร้อนขนาดเล็กแสดงความเสถียรทางเคมีที่ไม่น่าเชื่อ ซึ่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพมนุษย์ต้องการการติดตามอย่างต่อเนื่อง แม้การวิจัยจะเปิดเผยลักษณะโครงสร้างของอนุภาคเหล่านี้ แต่ข้อจำกัดของขนาดตัวอย่างทำให้ผลลัพธ์ไม่มีความเป็นไปได้ทั่วไป ไม่สามารถประเมินความเสี่ยงของพื้นที่ปนเปื้อนทั้งหมดได้อย่างครบถ้วน สิ่งนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการวิจัยเพิ่มเติม เพื่อเข้าใจพฤติกรรมระยะยาวของสารกัมมันตรังสีเหล่านี้และภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นต่อระบบนิเวศได้ดียิ่งขึ้น