チェルノブイリの粒子、40年を経ても予想外に安定した核燃料であることを明らかに

1986年の原子力災害から40年以上が経過した現在、研究者たちは、事故の際に放出された6つの微細で高レベルの放射性粒子を分析しました。これらの「ホット粒子」は、これまで考えられていたよりもはるかに安定していることが分析により示されています。この発見は、そのような放射性粒子がもたらす健康リスクをより正確に評価することを可能にするかもしれません。この研究結果は、Journal of Hazardous Materials誌に掲載されています。 爆発により、原子炉から大量の破片が飛散し、放射性塵粒子は現在チェルノブイリとして知られる災害地域の土壌を今なお汚染しています。これらの粒子はわずか8から50マイクロメートルですが、40年を経ても依然として高い放射能を持っています。現在でも、影響を受けた地域に入る人々は防護服を着用しなければなりません。 ライプツィヒ大学ハノーファー校の物理学者で博士候補生のトビアス・ヴァイセンボルン氏は、これらの粒子の3つのクラスについて説明します。「まず、化学的にも物理的にも核燃料である二酸化ウランに非常に似ている粒子があります。次に、ジルコニウム層に部分的に、あるいは完全に囲まれているか、完全に融合している粒子です。」後者のタイプの粒子は、原子炉内の温度が劇的に上昇し、燃料が溶けて、非常に耐性のある金属ジルコニウムの保護層と結合したときに形成されました。「3番目のタイプの粒子は、黒鉛減速材が燃焼したときに生成されました」とヴァイセンボルン氏は付け加えます。減速材の目的は、高速中性子の速度を落とし、連鎖反応を維持することです。しかし、事故の際には黒鉛が燃焼し、10日間燃え続けました。「その過程で、燃料はU₃O₈のような様々な酸化ウランに酸化されました。」この機械的に不安定な化合物は、急速に微細な粒子を形成し、風によって容易に運ばれます。このような塵粒子を吸入することは、深刻な健康リスクをもたらします。 このような高レベル放射性断片の初めての相分析 これらの粒子が環境中で異なる速度で風化する理由は、依然としてほとんど不明です。いずれにしても、それらは崩壊するにつれて、様々な酸化ウランを生成します。それらを分析するには、非常に複雑なシンクロトロンX線回折実験が必要です。HZDRの研究者で結晶学者のクリストフ・ヘニッヒ博士は、グルノーブルのRossendorf Beamlineで初めてこの種の構造調査を成功させました。ヴァイセンボルン氏との協力により、彼は6つのチェルノブイリ粒子について相分析を実施しました。これにより、研究者たちは、粒子が放射性物質を放出する速度を推定することができます。 「ハノーファーの同僚と私は、ウクライナの土壌サンプルから粒子を分離し、タングステン電極に取り付けるために様々な方法を使用しました」とヴァイセンボルン氏は説明します。複数の封じ込め層で固定された後、サンプルはグルノーブルに輸送され、そこでヘニッヒ氏率いるチームが回折分析を用いてそれらを調べました。これは、X線が材料の内部構造からどのように回折するかを研究するものです。「まず、粒子構造をどのように調べるかを理解する必要がありました」とヘニッヒ氏は説明します。「最終的に、私たちは粒子を人間の髪の毛の厚さほどもある100マイクロメートルのX線ビームに完全に回転させました。すべての反射をシームレスに捉えるために、各粒子を2,000の異なる角度から測定しました。」 調査された粒子は、核ラド（radionuclide）を内部に保持しています このアプローチにより、研究者たちはサンプル内の異なる酸化物相を実験的に検出することができました。驚くべきことに、彼らは調査された粒子内の核燃料の結晶構造が今日まで大部分無傷のままであることを発見しました。これは、事故の残骸が当初想定されていたよりも化学的に安定していることを意味します。粒子は核分裂生成物を内部に保持しており、これはチェルノブイリ周辺の土壌や水にとっては良いニュースかもしれません。 「しかし、すべての粒子が異なる構造を持っています」とヴァイセンボルン氏は警告します。「そして、私たちの実験では、2つの異なる場所から採取された6つの粒子しか調査していません。」チェルノブイリ粒子の安定性についてより一般的な結論を導き出すには、さらに多くの場所からサンプルを収集し、さらに多くの粒子を調査する必要があります。「そして、いつか平均値を得られたとしても、その地域の健康リスクについて普遍的な声明をすることはできません」とヴァイセンボルン氏は注意を促します。「なぜなら、粒子が大部分均一なパターンで崩壊したとしても、常に例外、つまり後になってから核ラドを放出する、より持続的な粒子が存在するからです。」したがって、チェルノブイリ立入禁止区域の制限がすぐに解除されることはないでしょう。しかし、これはさらなる研究を妨げるものではありません。ヴァイセンボルン氏とヘニッヒ氏は、この時代を画する災害の残骸における高レベル放射性超ウラン相に関するフォローアップ実験をすでに実施しています。 出版詳細 Tobias Weissenborn et al, X-ray diffraction phase analysis of single hot particles from Chornobyl, Journal of Hazardous Materials (2026). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2026.141533 ジャーナル情報: Journal of Hazardous Materials 主要概念 毒性核ラド汚染、ウラン 提供元: Helmholtz Association of German Research Centres