התפלגות של רדיונוקלידים מלאכותיים בשכבות קרקע לפי גודל חלקיקים

מדוע האדמה מתחת לאתרים ישנים של ניסויים עדיין חשובה

עשרות שנים לאחר שהפסקו פיצוצי ניסויי גרעין, האדמה סביב אתרי הניסויים לשעבר עלולה להישאר מוכתמת בשתיקה. המחקר הזה שואל שאלה מעשית עם השלכות ממשיות: האם ניתן לנקות קרקע כזו באופן יעיל יותר על ידי ניצול האופן שבו רדיואקטיביות נצמדת לגדלים שונים של גרגירי קרקע? על-ידי הפרדה מדוקדקת של דגימות קרקע מאתר ניסויי סמי פאלאטינסק בקזחסטן לחלקיקים גסים ועדינים, החוקרים חקרו היכן שני רדיונוקלידים מלאכותיים מרכזיים — צורות של צזיום ואמריציום — באמת מצטברים בקרקע, והאם ניפוי יבש פשוט יכול לסייע בהפחתת הנפח של הפסולת שצריך לטפל בה כחומר מסוכן.

גומות ישנות כמעבדות טבע

הצוות עבד בארבע גומות מלאות מים שנוצרו על-ידי סוגים שונים של פיצוצים גרעיניים: פיצוץ קרקעי, פיצוץ חפירה תרמו‑גרעיני ושני ניסויי חפירה תת־קרקעיים. גומות אלה מוקפות בערמות גדולות של סלעים וקרקע שהוטלו החוצה על-ידי הפיצוצים, וסקרים מוקדמים הראו כי קרקעותיהן מכילות רמות גבוהות של צזיום‑137 ואמריציום‑241 רדיואקטיביים. במקום להתייחס לכל הקרקע הזו כשווה בסיכון, תהו החוקרים האם הזיהום מפוזר בצורה לא אחידה בין חלקיקים בגדלים שונים — מקטעים דמויי חצץ ועד גרגירים דקים כאבק. אם רוב הרדיואקטיביות נעולה רק בחלק מהחומר, ניקוי ממוקד עשוי להיות אפשרי.

מיון קרקע לפי גודל גרגיר

בחזרה למעבדה, המדענים ייבשו את הדגימות באוויר ועברו אותן דרך ערימת מסננות עם גדלי רשת יורדים. זה הניב מספר שברים ברורים: חלקיקים גדולים מ‑10 מילימטר, ואז 10–5 מ"מ, 5–2 מ"מ, 2–1 מ"מ, 1–0.5 מ"מ, ולבסוף השבר העדין ביותר קטן מ‑0.5 מ"מ (או קטן מ‑1 מ"מ באתר אחד). כל שבר נשקלו כדי לקבוע כמה הוא מהווה מהקרקע המקורית ואז נותחו עם גלאי גמא רגישים למדידת כמות הצזיום‑137 והאמריציום‑241 שבו. הרעיון המרכזי היה פשוט: אם הגרגירים העדינים מכילים הרבה יותר רדיואקטיביות לקילוגרם מאשר הקרקע כולה, הסרתם עשויה להפחית באופן חד את הסיכון של מה שנשאר.

איפה הרדיואקטיביות מסתתרת

התוצאות הראו דפוס ברור עבור צזיום‑137. בכל ארבעת הגומות, הפעילות לכל קילוגרם עלתה בעקביות ככל שגודל החלקיקים קטן, עם הרמות הגבוהות ביותר בגרגירים הקטנים ביותר. בדגימות רבות, השבר העדין נשא פעילות צזיום גבוהה בהרבה מאשר הקרקע השלמה, בעוד שהחתיכות הגסות החזיקו פחות. אמריציום‑241 התנהג במידה רבה יותר במשתנה. בשני אתרי פיצוצי החפירה הוא גם נטה להתרכז בשברים העדינים יותר, מה שהדגיש דפוס דומה לזה של הצזיום. באתרים של הפיצוץ הקרקעי והפיצוץ התרמו‑גרעיני, לעומת זאת, התפלגות האמריציום הייתה תלויה בחוזקה בכיוון סביב הגומה, לעתים תומכת בחלקיקים גדולים ולעתים קטנים. באופן כללי, כאשר החוקרים חישבו את הפעילות האבסולוטית — תוך שקלול גם של רדיואקטיביות לקילוגרם וגם של מסת כל שבר — הם מצאו שחלקיקים קטנים מ‑1 מילימטר לעיתים שולטים בעומס הכולל של שני הרדיונוקלידים.

למדוד העשרה, לא רק ריכוז

כדי להשוות עד כמה כל שבר צבר או איבד רדיואקטיביות ביחס לקרקעת השכבה העליונה שלא חולקה, המחברים השתמשו בגורם העשרה: יחס של פעילות הרדיונוקליד בשבר מסוים לפעילותו בקרקע הגולמית. גורם העשרה הגדול מאחד פירושו שהשבר מזוהם יותר מהממוצע; פחות מאחד משמעותו שהוא נקי יותר. צזיום‑137 הראה עליית גורמי העשרה לעקביות כלפי גדלי חלקיקים קטנים יותר בכל האתרים, מה שאישש שהגרגירים העדינים מועשרים באופן מועדף. העשרת אמריציום‑241 הייתה ספציפית יותר לאתר, ובכל זאת בגומות הפיצוץ החפירתי השברים הקטנים ביותר שוב הציגו את הצטברות הרב ביותר. מדד זה התברר כדרך המעניינת ביותר לתאר כיצד רדיונוקלידים מלאכותיים מפוזרים על פני גדלי הגרגירים.

מה משמעות זאת עבור ניקוי קרקעות מזוהמות

לקרב־הבית, המסקנה היא שצזיום רדיואקטיבי מפיצוצי גרעין נוטה להידבק לחלקיקים הקטנים ביותר של הקרקע, בעוד שאמריציום לעיתים עושה את אותו הדבר בסוגים מסוימים של אתרי ניסוי. כיוון שהגרגירים העדינים מהווים רק חלק מהמסת הכוללת, הפרדה מכנית שלהם באמצעות ניפוי יבש עשויה, בעקרון, להסיר חלק ניכר מההרדיואקטיביות תוך השארת נפח גדול יותר של קרקע עם זיהום מופחת שעשוי להיות קל וזול יותר לנהל. המחקר אינו פותר את כל אתגרי הניקוי, במיוחד במקומות שבהם אמריציום מתנהג באופן בלתי צפוי, אך הוא מראה שתהליך פיזיוני פשוט יחסית יכול לרכז את החומר המסוכן ביותר לשבר קטן יותר, ומציע כלי מבטיח לשיקום יעיל יותר של קרקעות מזוהמות בצזיום באתרים לשעבר של ניסויי גרעין.

ציטוט: Kunduzbayeva, A., Kabdyrakova, A., Mendubayev, A. et al. Distribution of artificial radionuclides in particle-size soil fractions. Sci Rep 16, 8068 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39072-8

מילות מפתח: קרקע רדיואקטיבית, אתר ניסויי גרעין, צזיום-137, אמריציום-241, שיקום קרקעות