切爾諾貝爾核災後四十年 微小核燃料顆粒結構依然完整

距離 1986 年切爾諾貝爾核電廠爆炸事件已過四十年，當時散落的放射性碎片仍然保存著原核燃料的晶體結構。近日，來自烏克蘭的六個微小顆粒的研究發現，這些材料的化學穩定性超出了研究人員的預期。德國漢諾威大學和德累斯頓赫爾姆霍茨中心的科學家們利用法國格勒諾布爾的同步輻射 X 射線衍射技術對這些碎片進行了檢查。這些研究結果有助於解釋這些殘留物如何保持放射性物質，儘管樣本量較小，無法確定整個受污染區域的狀況。

微小顆粒的特徵與分類

微小的災難殘留物被稱為「熱顆粒」，其直徑僅為 8 至 50 微米。儘管體積微小，這些顆粒在 1986 年事故發生四十年後仍然高度放射性。研究人員將這些顆粒劃分為三大類。部分顆粒在化學和物理上與鈾二氧化物類似，該物質為反應堆的核燃料。另一些顆粒則部分或完全被鋯包覆，或與最初包圍燃料的金屬融合。這些複合顆粒是在高溫下將燃料熔化並與其保護鋯層結合時形成的。第三類顆粒則是在反應堆的石墨調節劑燃燒過程中產生的。

調節劑通常用於減緩中子以維持鏈式反應，但在災難期間，其火災持續了十天。燃料氧化成鈾化合物，包括三鈾八氧化物，這種機械不穩定的材料容易形成微小顆粒，並可能被風吹走，形成吸入危險。

研究顯示 1986 年事故所產生的熱顆粒，其核燃料顆粒部分與鋯氧化物融合。為了理解這些碎片在不同速度下的風化原因，研究人員檢查了它們的內部結構。漢諾威的研究人員從烏克蘭土壤樣本中分離出顆粒，並將其附著到鎢電極上。多層封閉結構確保了放射性樣本的運輸安全。在羅森多夫光束線，HZDR 的結晶學家克里斯托夫·亨尼格博士及其同事在聚焦的 X 射線束中旋轉這些顆粒。「最終，我們在聚焦至 100 微米的 X 射線束中完全旋轉了這些顆粒，這大約是人類頭髮的厚度。

研究結果的限制與未來方向

我們從 2,000 個不同的角度測量每個顆粒，以無縫捕捉所有反射，」亨尼格表示。測量結果確定了樣本中的不同氧化物相。重要的是，所檢查的顆粒中的核燃料晶體結構基本保持完整。這種穩定性有助於將裂變產物保持在顆粒內部，潛在地限制其釋放到周圍土壤和水中。

這項研究結果的限制相當明顯：研究人員僅檢查了來自兩個地點的六個顆粒。「然而，每個顆粒的結構都不同，而我們的實驗僅研究了來自兩個不同地點的六個顆粒，」漢諾威大學的物理學家及博士生託比亞斯·維森本警告表示。要建立更廣泛的模式，需要更多來自其他地點的顆粒。即便如此，平均數據也無法捕捉每個碎片的行為，或者確立整個地區的普遍健康風險。一些較為持久的顆粒可以更長時間保留放射性同位素，並在稍後釋放，這使得對污染隨時間變化的評估變得複雜。

因此，這些結果並無法成為解除切爾諾貝爾禁區限制的依據。維森本和亨尼格已經在進行關於災難殘留物中高度放射性的超鈾相的後續實驗。

切爾諾貝爾核災後的持續影響

切爾諾貝爾核災的影響仍然持續，微小的熱顆粒顯示出意想不到的化學穩定性，這對環境和人類健康的影響需要持續關注。儘管研究揭示了這些顆粒的結構特性，但樣本量的限制使得結果不具普遍性，無法全面評估整個受污染區域的風險。這突顯出進一步研究的重要性，以便更好地理解這些放射性物質的長期行為及其對生態系統的潛在威脅。