요약:
1986년 체르노빌 원자력 사고 이후 거의 40년이 지나서 연구자들은 사고로 인해 방출된 단일 핵연료 '열점 입자'에 대한 최초의 완전한 결정상 분석을 수행했습니다. 6개의 작은 입자를 탐지한 결과 일부 우라늄 산화물의 구조는 여전히 대부분 손상되지 않았으며 입자 내부에 핵분열 생성물과 악티늄화물을 계속 고정할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 이러한 유형의 잔해의 화학적 안정성이 이전에 추정된 것보다 높을 수 있음을 의미합니다.
이 입자들은 직경이 약 8~50미크론이며 체르노빌 출입 금지 구역의 두 위치에서 나왔습니다. 연구팀은 원자로에서 북서쪽으로 약 3km 떨어진 샘플링 지점에서 프리피야트의 아스팔트 드릴 코어에서 두 개의 입자를 분리했습니다. 나머지 4개의 입자는 Kopacz 근처에서 약 5km 떨어진 농지의 표토에서 나왔습니다. 샘플은 각각 2015년과 2017년에 수집되었습니다. 그것들은 여전히 높은 방사성을 갖고 있으며, 연구진은 다층 포장으로 보호된 상태에서 실험을 수행했습니다.
연구팀은 입자를 고정하여 그르노블에 있는 싱크로트론 방사선 시설로 보냈고, 그곳에서 집속된 X선 빔으로 스캔하고 각 입자를 약 2,000 각도에서 회전시켜 결정 회절 신호를 포착하여 측정했습니다. 이산화우라늄(UO2), 삼산화우라늄(U₃O₈), 사우라늄사우라늄(U₄O₉) 및 지르코늄 함유 혼합상을 분석하고 동정하였다. 연구자들은 UO2 및 U₄O₉ 격자의 일부가 그대로 남아 있으며 가까운 미래에 "홀딩 매트릭스" 역할을 계속하여 방사성 핵분열 생성물과 악티늄 원소의 외부 이동을 제한할 수 있다고 믿습니다.
입자의 다양한 구조는 사고 중에 경험한 다양한 온도와 화학적 환경을 반영합니다. 일부는 여전히 원래의 이산화우라늄 연료에 가깝습니다. 일부는 연료의 외부 층에 있는 지르코늄 재료와 부분적으로 감싸이거나 융합됩니다. 흑연 감속재가 연소되면 연료는 다양한 우라늄 산화물로 산화될 수 있습니다. 그 중 U₃O₈는 상대적으로 깨지기 쉽고 바람에 쉽게 날아갈 수 있는 입자를 형성할 수 있습니다. 이러한 유형의 방사성 먼지를 흡입하면 심각한 건강 위험을 초래할 수 있습니다.
그러나 6개의 샘플은 두 곳에서 채취되었으며 체르노빌 제외 구역 전체의 모든 연료 잔해를 나타낼 수는 없습니다. 연구진은 각 입자의 구조가 다르다고 강조했다. 나중에 샘플을 확장하여 평균을 구하더라도 더 안정적이고 장기간에 걸쳐 방사성 핵종을 방출할 수 있는 "이상한" 입자가 여전히 있을 수 있습니다. 이번 발견은 오염 분산 및 폐기물 관리 모델을 개선하는 데 도움이 될 뿐이지만, 반드시 주변 환경이 일반적으로 안전하다는 의미는 아니며 금지 구역을 해제할 수 있다는 의미도 아닙니다.
위험 물질 저널(Journal of Hazardous Materials)에 발표된 이 연구는 독일 하노버 라이프니츠 대학교(Leibniz University of Hanover) 팀과 드레스덴-로젠도르프 헬름홀츠 연구 센터(Helmholtz Research Center Dresden-Rosendorf) 팀에 의해 완료되었습니다. 연구자들은 토양과 아스팔트에 노출될 때 시간이 지남에 따라 이러한 입자의 변화와 향후 방사성 물질 방출 가능성에 대해 자세히 알아보기 위해 잔해에서 고방사성 초우라늄 원소 단계를 계속 분석하고 있습니다.
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