Fire tiår etter atomkatastrofen ved Tsjernobyl finnes det fortsatt mikroskopiske radioaktive partikler i jordsmonnet rundt reaktoren. Partiklene er mellom 8 og 50 mikrometer store, har fortsatt høy radioaktivitet, og det kreves verneutstyr for å ta seg inn i de berørte områdene.

En ny analyse viser at noen av partiklene har bevart en stor del av den indre strukturen de hadde da katastrofen inntraff. Det tyder på at deler av det radioaktive avfallet kan være kjemisk mer stabilt enn forskerne tidligere har antatt.

Tre typer radioaktive partikler

Forskerne deler partiklene inn i tre kategorier. Den første består av partikler som fortsatt ligner mye på kjernebrensel, både kjemisk og fysisk. Dette brenselet består av urandioksid.

Den andre typen er delvis eller helt omgitt av, eller fullstendig blandet med, et lag av zirkonium. Denne kategorien oppsto på grunn av de ekstremt høye temperaturene i reaktoren under ulykken. Da kjernebrenselet smeltet, blandet det seg med zirkonium, et svært motstandsdyktig metall som brukes i brenselets beskyttende kapsling.

Den tredje typen ble dannet da grafittmoderatoren tok fyr. Under normal drift bremser grafitt raske nøytroner og bidrar til å opprettholde kjedereaksjonen i reaktoren. Under katastrofen brant grafitten i ti dager.

I denne prosessen ble kjernebrenselet oksidert og dannet flere former for uranoksid, blant annet U3O8. Dette uranoksidet er mekanisk sprøtt og kan lett brytes opp i mikroskopiske fragmenter. Vinden kan spre partiklene i omgivelsene, og innånding innebærer en alvorlig helserisiko.

Undersøkte seks partikler

Forskerne har lenge visst at radioaktive partikler fra Tsjernobyl brytes ned i ulik hastighet, men de forstår fortsatt ikke fullt ut hvorfor. Når materialene over tid reagerer med omgivelsene, kan det dannes flere former for uranoksid. Det gjør det vanskelig å forutsi hvordan partiklene vil oppføre seg på lang sikt.

For å undersøke endringene brukte forskerne blant annet synkrotronrøntgendiffraksjon. Metoden gjør det mulig å bestemme hvordan atomene er plassert i krystallinske materialer.

Kristallografen Christof Henig fra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) gjennomførte den første vellykkede analysen av strukturen i denne typen radioaktive fragmenter ved en strålelinje i Grenoble. Sammen med fysikeren og doktorgradsstipendiaten Tobias Weisenborn fra Leibniz Universität Hannover undersøkte han seks partikler hentet fra Tsjernobyl-regionen.

Partiklene ble isolert fra jordprøver fra Ukraina og festet til wolframelektroder. Fordi prøvene var svært radioaktive, måtte de legges i flere lag med beskyttelse og isolasjon før de kunne fraktes til Grenoble.

Der brukte forskergruppen røntgendiffraksjon for å analysere partikkelens indre struktur. Forskerne målte hvordan røntgenstrålene ble spredt da de passerte gjennom materialet.

«Først måtte vi finne ut hvordan vi skulle undersøke partikkelens struktur», forteller Henig. «Til slutt roterte vi partiklene fullstendig i en røntgenstråle fokusert ned til 100 mikrometer – omtrent tykkelsen på et menneskehår. Vi målte hver partikkel fra 2000 ulike vinkler for kontinuerlig å registrere alle refleksjonene.»

Målingene gjorde det mulig å skille mellom ulike uranoksidfaser i de radioaktive fragmentene og avdekke detaljer ved strukturen som tidligere ikke hadde vært tilgjengelige.

Bevarte den opprinnelige strukturen

Resultatet var uventet: Til tross for at partiklene hadde ligget i miljøet i 40 år, hadde kjernebrenselet i alle de seks undersøkte partiklene bevart en stor del av den opprinnelige krystallstrukturen.

Det kan bety at partiklene holder nedbrytningsprodukter inne i strukturen i stedet for å slippe ut radioaktive stoffer raskt. Dersom denne egenskapen er utbredt, kan den begrense hvor raskt radioaktiv forurensning beveger seg videre til jord og vann i nærheten.

Forskerne advarer likevel mot å tolke funnet som et tegn på at forurensningen fra Tsjernobyl er i ferd med å bli ufarlig.

«Hver enkelt partikkel har en ulik struktur, og eksperimentet vårt omfattet bare seks partikler fra to forskjellige steder», advarer Weisenborn.

Det begrensede utvalget sier derfor ikke nok om hvordan radioaktive partikler oppfører seg i hele det forurensede området. For å få et mer helhetlig bilde må forskerne undersøke langt flere partikler fra et betydelig større geografisk område.

Enkelte partikler kan holde på radioaktiviteten lenger

Selv med et langt større datagrunnlag vil det være vanskelig å forutsi den langsiktige risikoen fra restene etter katastrofen. Partiklene kan variere i sammensetning, struktur og motstandsdyktighet mot påvirkning fra miljøet. Det kan avgjøre når de begynner å slippe ut radioaktive stoffer.

«Og selv om vi på et tidspunkt skulle få bestemte gjennomsnittsverdier, ville vi fortsatt ikke kunne trekke universelle konklusjoner om helserisikoen i regionen», sier Weisenborn. «For selv om partiklene i hovedsak skulle brytes ned jevnt, vil det alltid finnes unntak – mer motstandsdyktige partikler som slipper ut radionuklider senere.»

Slike motstandsdyktige partikler kan fortsette å avgi radioaktive stoffer lenge etter at andre rester har blitt brutt ned. Det gjør det vanskeligere å vurdere både fremtidig forurensning og helserisiko.

De nye resultatene innebærer derfor ikke at restriksjonene i Tsjernobyls forbudssone kan oppheves med det første.

Forskerne fortsetter arbeidet med de langsiktige konsekvensene av katastrofen. Weisenborn og Henig gjennomfører allerede nye eksperimenter som undersøker svært radioaktive transuranfaser i restene etter atomulykken. Målet er å få et klarere bilde av hvordan kjernematerialene fra Tsjernobyl endrer seg over tid, og hvor lenge påvirkningen på miljøet kan vare.