O descomissionamento e a limpeza estão em andamento na Usina Nuclear de Fukushima Daiichi (FDNPP); no entanto, muitos problemas difíceis permanecem sem solução. O principal desses problemas é a recuperação e gerenciamento de detritos de combustível. Resíduos de combustível é o nome dado à mistura solidificada de combustível nuclear derretido e outros materiais que agora se encontram na base de cada um dos reatores danificados (Reatores Unidades 1-3). Esse material é altamente radioativo e tem potencial para gerar nêutrons suficientes para desencadear sucessivas reações de fissão nuclear (o urânio-235 se divide em dois elementos após capturar nêutrons, emitindo enormes quantidades de energia, radiação e mais nêutrons). Reações de fissão sucessivas apresentariam um sério risco de segurança e gerenciamento de materiais.
Um dos materiais em reatores nucleares que pode diminuir o número de nêutrons que interagem com o urânio-235 é o carbeto de boro (B₄ C). Isso foi usado como material de haste de controle nos reatores FDNPP e agora pode permanecer dentro dos detritos de combustível. Nesse caso, pode limitar os eventos de fissão dentro dos detritos de combustível.

Os detritos de combustível podem ser removidos com segurança?

Em 11 de março de 2011, as hastes de controle foram inseridas nos reatores FDNPP para interromper as reações de fissão imediatamente após o terremoto, mas o tsunami posterior destruiu os sistemas de resfriamento do reator. As temperaturas do combustível logo se tornaram altas o suficiente (> 2000 ° C) para causar derretimento do reator. Atualmente, o material de detritos de combustível de cada reator é resfriado e estável; no entanto, é necessária uma avaliação cuidadosa desses materiais, incluindo não apenas seus inventários de elementos radioativos, mas também seu teor de boro, um absorvedor de nêutrons, para verificar se reações de fissão sucessivas e fluxo de nêutrons associado podem ocorrer nos detritos de combustível durante sua remoção. Muitas questões importantes permanecem:o boro das hastes de controle foi perdido em alta temperatura durante o derretimento? Em caso afirmativo, permanece boro suficiente nos detritos do combustível para limitar as sucessivas reações de fissão dentro desse material? Essas perguntas devem ser respondidas para apoiar o descomissionamento seguro.

Estudo mostra evidência direta de volatilização das hastes de controle durante o acidente.

Apesar da importância deste tópico, o estado e a estabilidade do material da haste de controle FDNPP permaneceram desconhecidos até agora. No entanto, o trabalho acaba de ser publicado no Journal of Hazardous Materials agora fornece evidências vitais que indicam que a maior parte do boro da barra de controle permanece em pelo menos dois dos reatores FDNPP danificados (Unidades 2 e/ou 3).

O estudo foi um esforço internacional envolvendo cientistas do Japão, Finlândia, França e EUA. Dr. Satoshi Utsunomiya e estudante de pós-graduação Kazuki Fueda da Universidade de Kyushu lideraram o estudo. Usando microscopia eletrônica e espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), a equipe conseguiu relatar as primeiras medições de química de boro e lítio a partir de micropartículas radioativas ricas em Cs (CsMPs). CsMPs se formaram dentro das unidades de reator FDNPP 2 e/ou 3 durante os colapsos. Essas partículas microscópicas foram então emitidas para o meio ambiente, e as partículas contêm pistas vitais sobre a extensão e os tipos de processos de fusão. Os novos resultados da equipe sobre as razões isotópicas de boro-11/boro-10 (~4,2) indicam claramente que a maior parte do boro dentro das CsMPs é derivada das hastes de controle do FDNPP e não de outras fontes (por exemplo, boro da água do mar que foi usada para resfriar os reatores). Dr. Utsunomiya afirma que a presença de boro nos CsMPs "fornece evidência direta de volatilização das hastes de controle, indicando que eles foram severamente danificados durante os colapsos".

Amplo boro provavelmente permanece nos reatores, mas mais pesquisas são necessárias

No estudo, a equipe também combinou seus novos dados com o conhecimento anterior sobre as emissões de CsMP. A partir disso, eles foram capazes de estimar que a quantidade total de boro liberada dos reatores FDNPP era provavelmente muito pequena:0,024-62 g.

O Prof. Gareth Law, co-autor da Universidade de Helsinque, enfatizou que esta "é uma pequena fração do estoque geral de boro do reator, e isso pode significar que essencialmente todo o boro da barra de controle permanece dentro dos reatores". A equipe espera que isso evite reações de fissão excessivas nos detritos do combustível. Utsunomiya enfatiza que "o descomissionamento do FDNPP e, especificamente, a remoção de detritos de combustível devem ser planejados para que as extensas reações de fissão não ocorram. Nossa equipe internacional forneceu com sucesso a primeira evidência direta de volatilização de B₄ C durante os colapsos do FDNPP, mas, criticamente, nossos novos dados indicaram que grandes quantidades de boro, que adsorve nêutrons, provavelmente permanecem dentro dos detritos de combustível”.

O professor Rod Ewing, coautor da Universidade de Stanford, reconheceu a importância dessas novas descobertas, mas destacou que as medições da equipe agora precisam ser "estendidas em estudos de acompanhamento, onde a ocorrência e distribuição de espécies de boro devem ser caracterizadas em um grande variedade de fragmentos de detritos".

O professor emérito Bernd Grambow, coautor do estudo da SUBATECH, Nantes, França, destaca que o trabalho "abre o caminho para melhorar a avaliação de segurança da recuperação de detritos durante o descomissionamento no FDNPP", com os métodos da equipe "fornecendo um modelo para estudos." Utsunomiya conclui que "são quase 11 anos desde o desastre do FDNPP. Além dos esforços incansáveis ​​dos engenheiros do FDNPP, as contribuições científicas estão se tornando cada vez mais importantes como ferramentas para lidar com as principais dificuldades que serão enfrentadas durante o descomissionamento".