El análisis, realizado por un equipo de investigadores en Japón, Finlandia, Estados Unidos y Francia, analizando los materiales emitidos por los reactores FDNPP dañados, revela importantes conocimientos sobre los persistentes desafíos medioambientales y de gestión de residuos radiactivos que enfrenta Japón.

El estudio, titulado "Revelados átomos de cesio radiactivos 'invisibles':inclusión de polucita en micropartículas ricas en cesio (CsMP) de la central nuclear de Fukushima Daiichi" acaba de publicarse en el Journal of Hazardous Materials. .

En 2011, después del gran terremoto y tsunami de Tōhoku, tres reactores nucleares de la FDNPP sufrieron fusiones debido a una pérdida de energía de respaldo y refrigeración. Desde entonces, grandes esfuerzos de investigación se han centrado en comprender las propiedades de los restos de combustible (la mezcla de combustibles nucleares fundidos y materiales estructurales) que se encuentran dentro de los reactores dañados. Esos residuos deben eliminarse y eliminarse con cuidado.

Sin embargo, persisten muchas incertidumbres sobre el estado físico y químico de los restos de combustible y esto complica enormemente los esfuerzos de recuperación.

Los intentos de comprender la química del cesio radiactivo dan como resultado una primicia mundial

Los reactores dañados de Fukushima Daiichi liberaron una cantidad significativa de Cs radiactivo en forma de partículas. Las partículas, denominadas micropartículas ricas en Cs (CsMP), son poco solubles, pequeñas (<5 µm) y tienen una composición similar al vidrio.

El profesor Satoshi Utsunomiya de la Universidad de Kyushu, Japón, dirigió el estudio actual. Explicó que los CsMP "se formaron en el fondo de los reactores dañados durante las fusiones, cuando el combustible nuclear fundido impactó con el hormigón".

Después de su formación, muchos CsMP se perdieron de la contención del reactor al entorno circundante.

¿Cómo se creó la imagen?

La caracterización detallada de los CsMP ha revelado pistas importantes sobre los mecanismos y el alcance de las fusiones. Sin embargo, a pesar de la abundancia de Cs en las micropartículas, la obtención de imágenes directas a escala atómica de Cs radiactivos en las partículas ha resultado imposible.

El profesor Gareth Law, colaborador del estudio de la Universidad de Helsinki, explicó que "esto significa que carecemos de información completa sobre la forma química del Cs en las partículas y los restos de combustible".

Utsunomiya dijo:"Si bien el Cs en las partículas está presente en concentraciones razonablemente altas, a menudo sigue siendo demasiado bajo para obtener imágenes exitosas a escala atómica utilizando técnicas avanzadas de microscopía electrónica. Cuando se encuentra Cs en una concentración suficientemente alta, hemos descubierto que el haz de electrones daña la muestra, inutilizando los datos resultantes."

Sin embargo, en el trabajo anterior del equipo utilizando un microscopio electrónico de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alto ángulo y alta resolución (HR-HAADF-STEM), encontraron inclusiones de un mineral llamado polucita (una zeolita). dentro de los CsMP.

Law explicó que "en análisis anteriores demostramos que las inclusiones de polucita ricas en hierro en los CsMP contenían>20% en peso de Cs. En la naturaleza, la polucita es generalmente rica en aluminio. La polucita en los CsMP era claramente diferente a la de la naturaleza, lo que indica se formó en los reactores.

"Como sabíamos que la mayor parte del Cs en los CsMP se deriva de la fisión, pensamos que el análisis de la polucita podría producir las primeras imágenes directas de átomos de Cs radiactivos".

Las zeolitas pueden volverse amorfas cuando se someten a irradiación con un haz de electrones, pero ese daño está relacionado con la composición de la zeolita, y el equipo descubrió que algunas inclusiones de polucita eran estables en el haz de electrones.

Al enterarse de esto e informarse mediante modelos, el equipo emprendió un minucioso análisis que permitió a Utsunomiya, a la estudiante de posgrado Kanako Miyazaki y al equipo finalmente obtener imágenes de átomos de Cs radiactivos.

Utsunomiya explicó:"Fue increíblemente emocionante ver el hermoso patrón de los átomos de Cs en la estructura de la polucita, donde aproximadamente la mitad de los átomos en la imagen corresponden a Cs radiactivos. Esta es la primera vez que los humanos han fotografiado directamente átomos de Cs radiactivos en un ambiente ambiental. muestra.

"Encontrar concentraciones de Cs radiactivos lo suficientemente altas en muestras ambientales como para permitir obtener imágenes directas es inusual y presenta problemas de seguridad. Si bien fue emocionante tomar una imagen científica por primera vez en el mundo, al mismo tiempo es triste que esto solo haya sido posible gracias a una bomba nuclear. accidente."

Más que un avance en el campo de la imagen

Utsunomiya enfatizó que los hallazgos del estudio son más amplios que la mera obtención de imágenes de átomos de Cs radiactivos. "Nuestro trabajo arroja luz sobre la formación de contaminantes y la probable heterogeneidad de la distribución de Cs dentro de los reactores FDNPP y el medio ambiente."

Law dijo:"Demostramos inequívocamente una nueva aparición de Cs asociada con los materiales emitidos por los reactores FDNPP. Encontrar Cs que contenga polucita en los CsMP probablemente signifique que también permanece en los reactores dañados; como tal, sus propiedades ahora pueden considerarse en el desmantelamiento de los reactores y estrategias de gestión de residuos."

El colaborador emérito Prof. Bernd Grambow de Subatech, Universidad IMT Atlantique de Nantes, añadió:"Ahora también deberíamos comenzar a considerar el comportamiento ambiental de la contaminación de Cs y sus posibles impactos. Probablemente se comporta de manera diferente a otras formas de lluvia de Cs documentadas hasta ahora.

"Además, habría que tener en cuenta el efecto sobre la salud humana. La reactividad química de la contaminación en el medio ambiente y en los fluidos corporales es ciertamente diferente a la de otras formas de Cs radiactivos depositados."

Finalmente, reflexionando sobre la importancia del estudio, el profesor Rod Ewing de la Universidad de Stanford subrayó la necesidad apremiante de continuar la investigación para informar las estrategias de eliminación de escombros y remediación ambiental. "Una vez más, vemos que los arduos esfuerzos analíticos de los científicos internacionales realmente pueden desbloquear los misterios de los accidentes nucleares, ayudando a los esfuerzos de recuperación a largo plazo".