Brennstoffpartikel aus Tschernobyl können ihre Kristallstruktur noch vier Jahrzehnte nach der Reaktorkatastrophe bewahren. Forscher untersuchten sechs winzige, hochradioaktive Fragmente aus der Umgebung des zerstörten Kraftwerks. In ihnen blieb die Struktur des ursprünglichen Brennstoffs teilweise überraschend gut erhalten. Die Befunde helfen, die langfristige Freisetzung radioaktiver Stoffe besser zu verstehen.
Das Team der Leibniz Universität Hannover und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf analysierte Brennstoffpartikel von zwei Fundorten. Die Fragmente sind nur etwa acht bis 50 Mikrometer groß. Untersucht wurden sie mit intensiver Synchrotronstrahlung an der Rossendorf-Beamline in Grenoble. Damit ließ sich die Kristallstruktur einzelner Teilchen bestimmen, statt nur eine größere Mischprobe zu betrachten.
Bei der Explosion des Reaktors gelangten unterschiedliche Materialien in die Umgebung. Dazu gehörten winzige Bruchstücke des Kernbrennstoffs. Manche ähneln dem ursprünglichen Uranoxid, andere sind mit Bestandteilen der Hülle verbunden. Die extremen Temperaturen während des Unfalls führten teilweise zum Verschmelzen verschiedener Stoffe. Deshalb können selbst benachbarte Teilchen einen unterschiedlichen Aufbau und eine unterschiedliche Beständigkeit besitzen.
Der Ausdruck Hot Particles bezieht sich auf ihre hohe Radioaktivität. Er bedeutet nicht, dass die kleinen Körner heute wie glühende Asche aussehen oder im Boden sichtbar leuchten. Ihre geringe Größe erschwert vielmehr die Untersuchung. Ein einzelnes Fragment kann trotzdem eine konzentrierte Quelle radioaktiver Stoffe sein. Sein Aufbau entscheidet mit darüber, wie diese Stoffe mit der Umwelt in Kontakt kommen.
In einem Kristall sind Atome in wiederkehrenden Mustern angeordnet. Röntgenstrahlen werden an diesen Strukturen in charakteristischer Weise gebeugt. Aus den entstehenden Mustern lassen sich verschiedene kristalline Phasen unterscheiden. Ein eng gebündelter, intensiver Strahl ermöglicht solche Messungen auch an sehr kleinen Proben. Die Methode untersucht damit eine andere Eigenschaft als ein Strahlungsmessgerät, das lediglich die Aktivität in der Umgebung erfasst.
Die Analyse zeigt, dass in den untersuchten Fragmenten stabile Uranoxid-Strukturen erhalten geblieben sind. Eine solche feste Struktur kann Spaltprodukte im Partikel zurückhalten. Wie schnell diese Stoffe in Wasser oder Boden gelangen, hängt deshalb nicht allein von ihrer Menge ab. Auch die chemische Form und die Verwitterung des Trägermaterials sind entscheidend. Eine Bewertung, die jedes Fragment als gleich schnell löslich behandelt, könnte solche Unterschiede übersehen.
Zwei Vorgänge müssen dabei getrennt werden. Chemische Verwitterung verändert, wie ein Material aufgebaut ist und sich in seiner Umgebung verteilt. Radioaktiver Zerfall verändert dagegen instabile Atomkerne. Ein chemisch beständiges Teilchen kann daher weiterhin Strahlung abgeben. Umgekehrt bedeutet seine Auflösung nicht, dass die enthaltenen Radionuklide verschwunden wären; sie können danach nur anders verteilt vorliegen.
Die langfristige Belastung ist zudem räumlich ungleich. Bereits detaillierte Kartierungen der Strahlenwerte in Tschernobyl zeigen erhebliche Unterschiede zwischen einzelnen Gebieten. Eine Strukturmessung an sechs Partikeln ersetzt solche flächigen Erhebungen nicht. Sie ergänzt sie um Informationen auf einer wesentlich kleineren Ebene. Erst mehrere Betrachtungsmaßstäbe ergeben ein brauchbares Bild der Kontamination.
Die kleine Stichprobe begrenzt die Reichweite des Ergebnisses. Sie belegt die Beständigkeit der untersuchten Partikel, aber nicht einen identischen Zustand sämtlicher Unfallreste. Zusammensetzung, Entstehung und Lagerungsbedingungen können variieren. Auch biologische Beobachtungen, etwa an Pilzen in stark belasteten Bereichen von Tschernobyl, beantworten andere Fragen. Die Anpassung einzelner Organismen zeigt nicht, dass das Material seine gefährlichen Eigenschaften verloren hätte.
Für die Forschung ist vor allem interessant, unter welchen Bedingungen Partikel ihre eingebauten Stoffe zurückhalten oder freisetzen. Weitere Proben können helfen, besonders beständige und stärker verwitternde Varianten voneinander abzugrenzen. Ebenso wichtig sind Untersuchungen dazu, wie solche Teilchen transportiert werden oder mit biologischem Material reagieren. Die aktuelle Arbeit liefert dafür eine genauere strukturelle Grundlage. Eine allgemeine Aussage zur Unbedenklichkeit der betroffenen Gebiete lässt sich daraus nicht ableiten.
Journal of Hazardous Materials, X-ray diffraction phase analysis of single hot particles from Chornobyl; doi:10.1016/j.jhazmat.2026.141533
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