切尔诺贝利核灾后四十年 微小核燃料颗粒结构依然完整

距离 1986 年切尔诺贝利核电站爆炸事件已过四十年，当时散落的放射性碎片仍然保存着原核燃料的晶体结构。近日，来自乌克兰的六个微小颗粒的研究发现，这些材料的化学稳定性超出了研究人员的预期。德国汉诺威大学和德累斯顿亥姆霍兹中心的科学家们利用法国格勒诺布尔的同步辐射 X 射线衍射技术对这些碎片进行了检查。这些研究结果有助于解释这些残留物如何保持放射性物质，尽管样本量较小，无法确定整个受污染区域的状况。

微小颗粒的特征与分类

微小的灾难残留物被称为“热颗粒”，其直径仅为 8 至 50 微米。尽管体积微小，这些颗粒在 1986 年事故发生四十年后仍然高度放射性。研究人员将这些颗粒划分为三大类。部分颗粒在化学和物理上与二氧化铀类似，该物质为反应堆的核燃料。另一些颗粒则部分或完全被锆包覆，或与最初包围燃料的金属融合。这些复合颗粒是在高温下将燃料熔化并与其保护锆层结合时形成的。第三类颗粒则是在反应堆的石墨慢化剂燃烧过程中产生的。

慢化剂通常用于减缓中子以维持链式反应，但在灾难期间，其火灾持续了十天。燃料氧化成铀化合物，包括八氧化三铀，这种力学性能不稳定的材料容易形成微小颗粒，并可能被风吹走，形成吸入危险。

研究显示 1986 年事故所产生的热颗粒，其核燃料颗粒部分与氧化锆融合。为了理解这些碎片在不同速度下的风化原因，研究人员检查了它们的内部结构。汉诺威的研究人员从乌克兰土壤样本中分离出颗粒，并将其附着到钨电极上。多层封闭结构确保了放射性样本的运输安全。在罗斯托克束流线，HZDR 的晶体学家克里斯托夫·亨尼格博士及其同事在聚焦的 X 射线束中旋转这些颗粒。“最终，我们在聚焦至 100 微米的 X 射线束中完全旋转了这些颗粒，这大约是人类头发的厚度。

研究结果的局限与未来方向

我们从 2,000 个不同的角度测量每个颗粒，以无缝捕捉所有反射，”亨尼格表示。测量结果确定了样本中的不同氧化物相。重要的是，所检查的颗粒中的核燃料晶体结构基本保持完整。这种稳定性有助于将裂变产物保持在颗粒内部，潜在地限制其释放到周围土壤和水中。

这项研究结果的局限相当明显：研究人员仅检查了来自两个地点的六个颗粒。“然而，每个颗粒的结构都不同，而我们的实验仅研究了来自两个不同地点的六个颗粒，”汉诺威大学的物理学家及博士生托比亚斯·维森本警告表示。要建立更广泛的模式，需要更多来自其他地点的颗粒。即便如此，平均数据也无法捕捉每个碎片的行为，或者确立整个地区的普遍健康风险。一些较为持久的颗粒可以更长时间保留放射性同位素，并在稍后释放，这使得对污染随时间变化的评估变得复杂。

因此，这些结果并无法成为解除切尔诺贝利禁区限制的依据。维森本和亨尼格已经在进行关于灾难残留物中高放射性超铀相的后续实验。

切尔诺贝利核灾后的持续影响

切尔诺贝利核灾的影响仍在持续，微小的热颗粒显示出意想不到的化学稳定性，这对环境和人类健康的影响需要持续关注。尽管研究揭示了这些颗粒的结构特性，但样本量的限制使得结果不具普遍性，无法全面评估整个受污染区域的风险。这凸显出进一步研究的重要性，以便更好地理解这些放射性物质的长期行为及其对生态系统的潜在威胁。