Източникът на гигантско загадъчно изтичане на радиоактивни материали, което бе отчетено на много места в Европа през 2017 г., бе проследено до руски ядрен завод, който е подготвял материали за експерименти в Италия.
За това говори маршрутът на разпространие на изтичането, а количеството и изотопните характеристики на самия рутений свидетелстват в полза на версията, че освобождаването може да се е случило в процеса на производство в руското предприятие „Маяк” на радиоактивен източник за експеримент с неутрино в Италия. Това е заключението, направено от изследователи от 32 държави, в публикуваната статия в списание Proceedings of the National Academy of Sciences. „Росатом” и „Маяк” по-рано последователно отричаха връзката на емисиите с предприятието.
Изтичането освободи количество радиация в атмосферата равно на около 100 пъти на причиненото от аварията във Фукушима. Първи италиански учени вдигнаха тревога на 2 октомври, когато забелязаха рязко увеличаване на радиоактивен рутений-106 в атмосферата. Това бързо бе потвърдено от други мониторингови лаборатории в Европа.
Анализът на данните показа, че вероятният източник на замърсяване се намира в Русия, в района на Южен Урал. Руските власти заявиха, че не се наблюдава превишаване на концентрацията на рутений в атмосферата. Едва през ноември Росхидромет съобщи, че повишена концентрация на рутений наистина е регистрирана в няколко населени места на Челябинска област. Росатом заяви, че никъде в предприятията на ядрената промишленост не е имало произшествия, в пресата се появи версия, че рутеният е паднал от сателит, а руските природозащитници сезират прокуратурата.
Сега близо 70 учени от 32 страни от Западна и Източна Европа, както и от Канада (сътрудници на 48 научни организации, работещи в областта на ядрената физика, метеорологията и мониторинга на околната среда и радиохимията) са обобщили и анализирали всички налични данни за емисиите, а също и са провели поредица от радиохимични експерименти с рутениеви изотопи, които според тях потвърждават първоначалните предположения, че източникът е „Маяк”.
Държави, в които е имало увеличение на концентрацията на рутений в атмосферата. Концентрацията е посочена в милибекерели на кубичен метър.
Masson et al. / PNAS
Максималната концентрация на рутений в Европа е регистрирана на територията на Румъния - 176 ± 18 милибекерела на кубичен метър. Авторите на статията подчертават, че дори това ниво не представлява заплаха за здравето на хората или за околната среда. На 7 октомври 2017 г. Международната агенция за атомна енергия МААЕ поиска информация за възможини източници на разпространение на радиоактивен рутений от 43 европейски страни. На 9 октомври властите на Челябинска и Свердловска области заявиха, че евентуално изтичане от предприятията на двата региона е изключено, но на 21 ноември Росхидромет съобщи, че в Южен Урал в края на септември е регистрирано повишено съдържание на рутений в проби от аерозол в няколко населени места в региона с концентрация от десетки милибекерели на кубичен метър. Единственият възможен източник на радиоактивни изотопи - предприятието на Росатом ПО „Маяк”, което обработва отработено ядрено гориво, заяви, че не е източник на емисиите рутений-106.
През януари 2018 г. Руският институт за безопасно развитие на ядрената енергия (IBRAE) на Руската академия на науките създаде международна комисия с участието на европейски експерти, комисията проведе две заседания, но в крайна сметка не успя да представи хипотеза, обясняваща произхода на рутения.
Последователността в регистрирането на радионуклиди във въздуха от европейските лаборатории позволи на учените да определят посоката на движение на освобождаването и неговата продължителност. По-специално всички станции в източна Румъния регистрират увеличение на концентрацията на рутений на 29 септември, а вече на 1 октомври той изчезва в източните станции, но скоро се появява в данни от България, Австрия, Чехия и Унгария, където е регистриран за три до четири дни - това потвърждава хипотезата за кратката продължителност на изтичането и източния му произход.
Моделът на атмосферната циркулация HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model), който учените използват, показа, че въздушните маси, пристигащи в румънския град Зимнич на 30 септември, прекосяват Украйна и Русия, където са близо до местоположението на предприятието "Маяк". Две траектории на движението на въздуха измежду осемте моделирани преминават много близо до „Маяк“ - и изчисленията на тяхна база показват, че изпускането на рутений от „Маяк“ може да се е случило от 18:00 (UTC + 0) на 25 септември до обяд на 26 септември.
Симулация на движението на въздушните маси в дните, предхождащи откриването на емисиите. В червената рамка - траектории, които минават в непосредствена близост до „Маяк“.
Masson et al. / PNAS
Учените подчертават, че рутений-106 и рутений-103 са създадени от човека изотопи, които се произвеждат например в ядрените реактори. Въпреки това, в случай на авария в работещ ядрен реактор, наблюдаваното освобождаване на рутений не би се случило - то би било придружено от много други радиоактивни изотопи - йод, стронций, цезий и много други. Възможен източник на рутений може да бъде случайното топене на радиоактивен източник, по-специално за медицински цели. Рутений-106 се използва в радиоактивни източници за лечение на тумори на очите. Активността на един такъв източник обаче не надвишава 10 милибекерела и за емисия в европейски мащаб би било необходимо едновременно да се стопят много източници.
Авторите на изследването отхвърлят и версията за възможно падане на спътник с радиоизотопен източник, базиран на рутений на борда - по-специално, тъй като периодът на полуразпад на рутения е твърде малък, за да има смисъл да се прави на негова основа радиоизотопен генератор, освен това в този случай значително количество рутений ще падне в горната атмосфера, което не се наблюдава.
Учените също така анализираха съотношението на рутениевите изотопи - рутений-106 и рутений-103 (полуразпад 39,3 дни), получени от 15 различни региона на Австрия, Чехия, Полша и Швеция. Средното съотношението 103 Ru/106 Ru е в границите (2,7 ± 0,9) × 10–4. Тази стойност показва, че изхвърленият рутений има възраст от 530 до 590 дни след отстраняването му от реактора - което предполага, че освобождаването е свързано с процеса на обработка на отработено ядрено гориво, извлечено от стандартен ядрен реактор.
По-рано в списанието Science се изказа предположението, че освобождаването на рутений може да е свързано с процеса на производство на радиоактивен източник на базата на церий-144 (полуразпад 285 дни) за италианския експеримент за неутрино "Борексино". Експериментът за търсене на стерилни неутрино SOX-Borexino изисква мощен и в същото време компактен източник на неутрино. За тази роля най-подходящ е изотопът церий-144, чиито ядра претърпяват бета-разпад, отделяйки неутрино.
Положението на източниците на базата на церий-144 в инсталацията на Борексино. G. Bellini et al.
Сравнително малката възраст на рутения - обикновено отработеното ядрено гориво се съхранява в специални басейни поне осем години - свидетелства в полза на версията, че изпускането е станало точно по време на производството на източник на неутрино. През 2014 г. група учени от руския Институт по теоретична и експериментална физика и Националния университет за ядрени изследвания описват технологията на производство на цериев източник на неутринния експеримент от отработено ядрено гориво от реактор VVER-440. Най-благоприятните условия в този случай са, ако горивото се остави в басейна за не повече от две или три години. Самата технология се състои в това, че отработеното гориво се раздробява и разтваря в азотна киселина, докато церият премине в разтвора. Това обаче може да образува силно летлив рутениев оксид RuO4, който филтрите не могат да задържат. За да проверят степента на нестабилност на рутения, авторите на проучването провеждат серия от експерименти с нагряването на проби, които показат, че в диапазона от 700 до 1000 градуса почти целият рутений преминава във летлива фаза.
Авторите отбелязват, че през декември 2017 г. "Маяк" заявява, че не е в състояние да произведе източник на цериево неутрино с необходимите параметри, след което проектът SOX-Borexino е официално прекратен.
„Във всеки случай, необичайно „младата“ възраст на изотопите рутений-103 и рутений-106 - около две години след като са приключили работа в реактора - е в съответствие с хипотезата за изхвърляне на рутений-106 по време на производството на източник на неутрино на базата на церий-144. Фактът, че поръчката за производство на източник на церий-144 е отменена от „Маяк“ малко след изхвърлянето на рутения, привлече вниманието на общността и породи предложения за възможна връзка между тези събития. Нито една информация, получена и анализирана от нас в хода на това проучване, не отхвърля или опровергава хипотезата за връзката между епизода на откриване на радиоактивен рутений и производството на източник на базата на церий-144 “, се казва в статията.
Справка: Proceedings of the National Academy of Sciences, DOI: 10.1073/pnas.1907571116
Източници:
Выброс рутения в 2017 году связали с производством источника нейтрино, N+1
Gigantic, mysterious radiation leak traced to facility in Russia, New Scientist
***
По повод на тази публикация на НаукаOFFNews, те са получили в редакционната поща коментар на департамента за комуникации на държавна корпорация „Росатом“. В него се твърди, че доклада на PNAS не съдържа нови изводи и хипотези, касаещи произхода на изотопа рутений-106 през 2017 година и че на базата на същите данни редица експерти и от специалната Международна независима научна комисия не са установили връзка между появата на рутений-106 и дейността на руските предприятия от атомния отрасъл.
