Чернобыльская лава превращается в пыль времени: её разрушение делает уран подвижнее и опаснее

Атмосферная влага запускает распад лавы — Владислав Гуржий

Необычное поведение материалов, подвергшихся сильному радиационному воздействию, нередко становится источником новых данных о долговечности объектов ядерной энергетики. Особенно это касается уникальных веществ, сформировавшихся после аварии на Чернобыльской АЭС, где высокорадиоактивные расплавы на протяжении десятилетий остаются предметом изучения. Новые результаты показывают, что их устойчивость значительно ниже, чем считалось ранее. Об этом сообщает Наука Mail.

Что представляют собой чернобыльские расплавы

Когда четвертый энергоблок Чернобыльской АЭС разрушился в 1986 году, под реактором сформировались массивы так называемой лавы — силикатных расплавов, содержащих высокие концентрации радиоактивных элементов. Эти структуры частично стекли в подреакторные помещения, застыли, а затем были изолированы двумя защитными сооружениями. Первое из них возводили в срочном порядке после аварии, второе — новый саркофаг — построили позднее для дополнительной защиты персонала, уменьшения выбросов и поддержания стабильности объекта.

На тот момент эксперты-ликвидаторы из Курчатовского института и Радиевого института обследовали подреакторную часть разрушенного блока. Они отобрали образцы веществ, чтобы выяснить, как меняются радиоактивные расплавы в долгосрочной перспективе. Один из таких образцов более двадцати лет хранился в Радиевом институте и именно он стал материалом для анализа, проведённого кристаллографами Санкт-Петербургского университета.

Ученые отмечают, что даже спустя десятилетия у исследователей не оставалось полного понимания того, насколько устойчивы подобные высокорадиоактивные образования к влажности, изменению температуры или доступу кислорода. Это делает изучение образцов особенно важным, ведь их состояние напрямую влияет на экологическую безопасность зоны отчуждения.

Первые признаки разрушения и их значение

Когда специалисты СПбГУ начали исследование образца, они ожидали увидеть медленные, почти незаметные изменения. Однако результаты оказались настолько ярко выраженными, что вызвали серьёзную обеспокоенность. Образование вторичных минералов, появление налетов и постепенное разрушение структуры указывали на химическую нестабильность материала даже при стандартной влажности лабораторных помещений.

"Переход урана из степени окисления 4+ в 6+ делает соединения подвижными и усиливает экологические риски. В нашем случае хватило обычной атмосферной влаги", — пояснил профессор кафедры кристаллографии СПбГУ Владислав Гуржий.

Эта зависимость между изменением степени окисления урана и его способностью мигрировать подтверждена и в природных условиях: грунтовые воды, контактирующие с радиоактивными структурами, способны активировать те же процессы. Однако ключевой момент в исследовании СПбГУ — то, что даже минимальная влажность воздуха запускает химическую трансформацию расплавов, не требуя присутствия воды в почве или постоянного контакта с осадками.

Ухудшение структуры связано с тем, что уран в нестабильной форме образует минералы, которые постепенно отслаиваются. По мере разрушения внешний слой открывает путь для дальнейших реакций, что ускоряет общий процесс деградации расплавов. Это означает, что отложенные на десятилетия прогнозы о "застывшей стабильности" чернобыльских лав оказались не вполне точными.

Почему это важно для зоны отчуждения

Несмотря на то что часть радионуклидов со временем теряет активность, долгоживущие изотопы остаются значимым фактором риска. Попадая в окружающую среду, они способны распространяться с потоками воздуха, водой или через взаимодействие с почвой. Учитывая, что деградация чернобыльской лавы делает урановые соединения более подвижными, их попадание в экосистему может иметь серьёзные последствия.

Эксперты подчёркивают: устойчивость подобных материалов напрямую влияет на прогноз развития зоны отчуждения. Даже при наличии защитных сооружений длительная химическая трансформация способна нарушить контроль на важных участках подреакторных помещений. Кроме того, понимание таких процессов важно для любых объектов, где может возникать ситуация образования радиоактивных расплавов — от аварийных сценариев до экспериментов по обращению с ядерными материалами.

Изучение поведения образца, который хранился более двадцати лет, позволяет оценить, как могли изменяться аналогичные структуры под саркофагом. Эти данные служат основой для уточнения прогнозов по дальнейшему состоянию четвертого энергоблока и необходимым мерам защиты.

Значение исследования для будущих АЭС и систем безопасности

Специалисты уверены: результаты анализа важны не только для оценки текущей ситуации в Чернобыле. Данные позволяют корректировать подходы к проектированию современных атомных электростанций. Особое внимание уделяется тому, какие материалы используются в реакторных зонах и как они могут вести себя в условиях аварийного нагрева, радиационного воздействия и последующего контакта с влагой.

Изучение химической нестабильности высокорадиоактивных расплавов помогает понять, насколько важно контролировать влажность, особенности вентиляции, состав защитных оболочек и скорость доступа атмосферного воздуха к потенциально опасным материалам. Это имеет значение и для прогнозирования последствий возможных аварийных ситуаций, и для разработки более устойчивых конструкций.

Учитывая полученные данные, проектировщики и инженеры могут заранее предусмотреть материалы, менее склонные к разрушению при радиационной нагрузке, а также внедрять дополнительные барьеры безопасности. Это уменьшает вероятность миграции радиоактивных соединений и снижает нагрузку на экологические системы в случае повреждений реакторных элементов.

Сравнение: устойчивость разных типов радиоактивных материалов

В радиоактивных зонах встречаются различные виды материалов: стеклообразные расплавы, цементные композиты, металлические фрагменты. Чернобыльская лава относится к стеклообразным структурам, которые традиционно считались достаточно прочными. Однако новые исследования показали, что:

стеклообразные расплавы чувствительнее к влаге, чем металлические остатки;
цементные материалы прочнее на сжатие, но хуже удерживают радионуклиды;
металлические фрагменты менее подвержены химической трансформации, но быстрее окисляются.

Такое сравнение позволяет точнее выбирать материалы и оценивать риск их разрушения в аварийных условиях.

Плюсы и минусы стеклообразных расплавов

Несмотря на выявленные недостатки, такие структуры имеют свои сильные и слабые стороны. Чтобы лучше понимать их свойства, стоит систематизировать данные:

Стеклообразные вещества хорошо удерживают радионуклиды сразу после образования. Они устойчивы к механическим воздействиям. Однако при длительном контакте с влагой начинают разрушаться. В результате радиоактивные соединения становятся подвижными.

Цементные материалы проще в производстве и применении. Они менее чувствительны к влаге. Но их пористая структура делает удержание урана менее эффективным, что в некоторых случаях снижает безопасность.

Металлические составляющие хорошо сохраняют форму. Они устойчивы к механической нагрузке. Тем не менее длительный контакт с кислородом приводит к коррозии. Это ускоряет разрушение конструкции и повышает вероятность утечки изотопов.

Советы по улучшению контроля за радиоактивными объектами

Регулярно проводить мониторинг влажности в зоне хранения радиоактивных материалов.
Использовать покрытия, ограничивающие доступ воздуха к нестабильным расплавам.
Проводить периодические исследования образцов для отслеживания химических трансформаций.
Учитывать данные подобных исследований при проектировании АЭС и защитных сооружений.
Создавать дополнительные барьеры, препятствующие возможной миграции радиоактивных соединений.