Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Leibniz Universität Hannover haben sechs winzige, hochradioaktive Partikel aus dem 1986 zerstörten Reaktor von Tschernobyl untersucht. Die Kristallstruktur des Kernbrennstoffs ist in diesen Proben nach Angaben der Forschenden bis heute weitgehend erhalten. Die Teilchen seien damit chemisch stabiler als bislang angenommen und hielten Spaltprodukte in sich zurück, teilte das HZDR am Dienstag mit. Das sei potenziell eine gute Nachricht für Böden und Gewässer rund um den Unglücksort. Die Ergebnisse erschienen im Fachblatt Journal of Hazardous Materials und könnten nach Einschätzung des Zentrums künftig helfen, die Gesundheitsrisiken solcher Partikel genauer zu bewerten.
Die sogenannten „hot particles“ wurden bei den Explosionen im Reaktor freigesetzt und belasten noch immer die Böden in der Umgebung. Sie sind nach Angaben des HZDR nur 8 bis 50 Mikrometer groß, strahlen aber auch nach 40 Jahren noch stark. Die Flächen, aus denen sie stammen, dürfen deshalb nur im Schutzanzug betreten werden. Tobias Weissenborn, Physiker und Doktorand am Institut für Radioökologie und Strahlenschutz der Universität Hannover, unterscheidet drei Klassen: Partikel, die dem Brennstoff Urandioxid noch ähneln, solche, die ganz oder teilweise mit Zirkonium verschmolzen sind, und Teilchen, die beim Brand des Graphitmoderators entstanden.
Dieser Brand dauerte laut HZDR zehn Tage. Dabei oxidierte der Brennstoff zu verschiedenen Uranoxiden, etwa zu Triuranoctoxid. Dieses Material ist mechanisch instabil und zerfällt rasch in Kleinstpartikel, die der Wind verfrachten kann. Solche Staubteilchen einzuatmen, gilt als besonders gesundheitsgefährdend.
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Röntgenanalyse der Tschernobyl-Partikel in Grenoble
Weissenborn und Kollegen aus Hannover isolierten die Partikel mithilfe verschiedener Verfahren aus ukrainischen Bodenproben und befestigten sie an Wolframnadeln. Mehrfach verpackt gingen die Proben dann nach Grenoble zur Rossendorf Beamline des HZDR an der European Synchrotron Radiation Facility. Dort untersuchte ein Team um den HZDR-Kristallographen Christoph Hennig die innere Struktur der Teilchen mit Röntgenbeugung. Nach Angaben des Zentrums gelang eine solche Phasenanalyse an diesen hochradioaktiven Fragmenten damit zum ersten Mal.
Das Team drehte jedes Partikel vollständig in einem auf 100 Mikrometer fokussierten Röntgenstrahl, etwa so dick wie ein menschliches Haar. „Dabei haben wir 2000 verschiedene Winkelpositionen gemessen, um alle Reflexe lückenlos zu erfassen“, sagt Hennig. Aus der Phasenanalyse lässt sich nach Darstellung des HZDR etwa abschätzen, wie schnell ein Partikel radioaktive Stoffe abgibt.
Nur sechs Tschernobyl-Partikel von zwei Fundorten untersucht
Die Forschenden selbst warnen vor zu weitreichenden Schlüssen. „Allerdings ist jeder einzelne Partikel anders aufgebaut“, sagt Weissenborn, „und wir konnten in unserem Experiment auch nur sechs solcher Partikel untersuchen, von zwei verschiedenen Fundorten.“ Für allgemeine Aussagen zur Stabilität müssten deutlich mehr Standorte und etliche weitere Partikel einbezogen werden.
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Auch dann blieben Grenzen. „Und selbst wenn wir irgendwann solche Durchschnittswerte haben: Wir könnten auch dann noch keine allgemeingültigen Aussagen über Gesundheitsgefahren in der Region machen“, sagt Weissenborn. Selbst bei überwiegend gleichmäßiger Auflösung gebe es Ausreißer, die besonders beständig seien und erst später Radionuklide freisetzten. Mit einer baldigen Freigabe der Sperrzone rechnet das HZDR deshalb nicht. Weissenborn und Hennig untersuchen laut Zentrum bereits in Folgeexperimenten die hochradioaktiven Transuranphasen in den Partikeln.
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