Langfristige Auswirkungen der Tschernobyl-Katastrophe
Vier Jahrzehnte nach dem Reaktorunglück von 1986 haben Wissenschaftler der Leibniz Universität Hannover und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) sechs winzige, hochradioaktive Partikel untersucht, die damals aus dem zerstörten Kernreaktor in der Ukraine freigesetzt wurden. Die Analyse dieser sogenannten „hot particles“ zeigt, dass sie eine höhere Stabilität aufweisen als bisher angenommen. Diese Erkenntnisse können zukünftig zur genaueren Bewertung gesundheitlicher Risiken durch solche radioaktiven Partikel beitragen (DOI: 10.1016/j.jhazmat.2026.141533).
Radioaktive Partikel und ihre Klassifizierung
Die Explosionen im Reaktor schleuderten zahlreiche Fragmente in die Umgebung, wodurch der Boden in der Nähe des Unglücksorts, dem heutigen Tschornobyl, weiterhin mit radioaktivem Staub belastet ist. Diese Partikel messen zwischen 8 und 50 Mikrometern und weisen auch nach 40 Jahren noch eine starke Strahlung auf. Daher dürfen die betroffenen Gebiete nur mit Schutzkleidung betreten werden.
Physiker und Doktorand Tobias Weissenborn von der Leibniz Universität Hannover erläutert, dass sich die Partikel in drei Kategorien einteilen lassen:
- Partikel, die chemisch-physikalisch dem Kernbrennstoff Urandioxid ähneln,
- Partikel, die teilweise oder vollständig von einer Zirkonschicht umgeben oder mit diesem Material verschmolzen sind,
- Partikel, die während des Brandes des Graphitmoderators entstanden sind.
Die dritte Kategorie entstand, als das Graphit des Moderators, das die Neutronen im Reaktor abbremst und die Kettenreaktion steuert, während des Unglücks zehn Tage lang brannte. Dabei wurde der Brennstoff zu verschiedenen Uranoxiden oxidiert, wie beispielsweise Triuranoctoxid (U3O8), das mechanisch instabil ist und feine Partikel bildet, die durch den Wind verbreitet werden können. Das Einatmen dieser Staubpartikel stellt ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar.
Phasenanalyse hochradioaktiver Fragmente
Die Gründe für die unterschiedliche Verwitterung der Partikel in der Umwelt sind bislang nicht umfassend geklärt. Beim Zerfall bilden sich verschiedene Uranoxide, deren Analyse nur mit komplexen Synchrotron-Röntgenbeugungsexperimenten möglich ist. Solche Untersuchungen wurden erstmals erfolgreich an sechs Tschernobyl-Partikeln durchgeführt. Die Experimente fanden an der Rossendorf Beamline in Grenoble unter der Leitung von Dr. Christoph Hennig vom HZDR statt, der gemeinsam mit Tobias Weissenborn die Phasenanalyse realisierte. Diese Methode ermöglicht unter anderem die Abschätzung der Freisetzungsgeschwindigkeit radioaktiver Stoffe aus den Partikeln.
Zur Probenvorbereitung isolierten die Forschenden die Partikel aus ukrainischen Bodenproben und befestigten sie auf Wolframnadeln. Anschließend wurden die Proben, die durch mehrere Isolationsschichten geschützt waren, nach Grenoble transportiert und dort mittels Röntgenbeugung untersucht. Dabei rotierten die Wissenschaftler die Partikel vollständig in einem auf 100 Mikrometer fokussierten Röntgenstrahl, um alle Winkelpositionen und Reflexe zu erfassen.
Ergebnisse zur Stabilität der Partikel
Die Untersuchungen zeigten, dass die Kristallstruktur des Kernbrennstoffs in den Proben bis heute weitgehend erhalten geblieben ist. Dies deutet auf eine höhere chemische Stabilität der Partikel hin als bisher angenommen. Folglich binden sie Spaltprodukte und geben diese nicht leicht an die Umwelt ab, was für die Böden und Gewässer rund um Tschernobyl eine positive Nachricht sein könnte.
Allerdings weist Tobias Weissenborn darauf hin, dass jeder Partikel eine individuelle Struktur aufweist und die Studie nur sechs Partikel aus zwei unterschiedlichen Fundorten analysierte. Um verlässliche Aussagen zur generellen Stabilität der Tschernobyl-Partikel treffen zu können, sind weitere Untersuchungen mit Proben aus verschiedenen Regionen erforderlich.
Selbst bei einer durchschnittlichen Auflösung der Partikel könnten einzelne besonders beständige Fragmente später noch Radionuklide freisetzen. Daher wird die Sperrzone um Tschernobyl auf absehbare Zeit nicht freigegeben werden können. Die Forschung wird jedoch fortgesetzt: Weissenborn und Hennig planen weitere Experimente, insbesondere zu den hochradioaktiven Transuranphasen in den Unfallüberresten.
Publikation und Kontaktinformationen
Publikation:
T. Weissenborn, C. Hennig, L. Leifermann, P. Hanemann, E. L. Bright, F. Meurer, A. Lehnert, K. Kvashnina, C. Walther, „X-ray diffraction phase analysis of single hot particles from Chornobyl“, Journal of Hazardous Materials, 2026 (DOI: 10.1016/j.jhazmat.2026.141533)
Kontakt:
Dr. Christoph Hennig
Institut für Ressourcenökologie am HZDR und Rossendorf Beamline an der European Synchrotron Radiation Facility Grenoble
Telefon: +33 476 88 2005
E-Mail: hennig@esrf.fr
Tobias Weissenborn
Institut für Radioökologie und Strahlenschutz an der Leibniz Universität Hannover
Telefon: +49 511 762 14328
E-Mail: weissenborn@irs.uni-hannover.de
Informationen zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
Das HZDR forscht in den Bereichen Energie, Gesundheit und Materie mit dem Fokus auf:
- Effiziente, sichere und nachhaltige Nutzung von Energie und Ressourcen,
- Verbesserte Visualisierung, Charakterisierung und Behandlung von Krebserkrankungen,
- Verhalten von Materie und Materialien unter hohen Feldern und in kleinsten Dimensionen.
Das Zentrum betreibt große Forschungsinfrastrukturen, darunter das Ionenstrahlzentrum, das Hochfeld-Magnetlabor Dresden und das ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen, die auch externen Wissenschaftlern zur Verfügung stehen. Mit sechs Standorten in Deutschland und Frankreich beschäftigt das HZDR rund 1.500 Mitarbeiter, darunter etwa 700 Wissenschaftler und 200 Doktoranden.
