El desmantelamiento y la limpieza están en curso en la planta de energía nuclear Fukushima Daiichi (FDNPP); sin embargo, muchos problemas difíciles siguen sin resolverse. El principal de estos problemas es la recuperación y gestión de residuos de combustible. Escombros de combustible es el nombre que se le da a la mezcla solidificada de combustible nuclear derretido y otros materiales que ahora yacen en la base de cada uno de los reactores dañados (Unidades de reactores 1-3). Este material es altamente radiactivo y tiene potencial para generar suficientes neutrones para desencadenar sucesivas reacciones de fisión nuclear (el uranio-235 se rompe en dos elementos después de capturar neutrones, emitiendo enormes cantidades de energía, radiación y más neutrones). Las sucesivas reacciones de fisión presentarían un grave riesgo para la seguridad y la gestión de materiales.

Uno de los materiales de los reactores nucleares que puede reducir el número de neutrones que interactúan con el uranio-235 es el carburo de boro (B₄ C). Esto se usó como material de la barra de control en los reactores FDNPP y ahora puede permanecer entre los desechos de combustible. Si es así, puede limitar los eventos de fisión dentro de los restos de combustible.

¿Se pueden eliminar los restos de combustible de forma segura?

El 11 de marzo de 2011, se insertaron las barras de control en los reactores de la FDNPP para detener las reacciones de fisión inmediatamente después del terremoto, pero el posterior tsunami destruyó los sistemas de refrigeración de los reactores. Las temperaturas del combustible pronto se volvieron lo suficientemente altas (> 2000 ° C) como para provocar la fusión del reactor. Actualmente, el material de desechos de combustible de cada reactor se enfría y es estable; sin embargo, se necesita una evaluación cuidadosa de estos materiales, incluidos no solo sus inventarios de elementos radiactivos, sino también su contenido de boro, un absorbedor de neutrones, para determinar si pueden ocurrir reacciones de fisión sucesivas y el flujo de neutrones asociado en los restos de combustible durante su eliminación. Quedan muchas preguntas importantes:¿se perdió el boro de las barras de control a alta temperatura durante la fusión? Si es así, ¿queda suficiente boro en los restos de combustible para limitar las sucesivas reacciones de fisión dentro de este material? Estas preguntas deben responderse para respaldar el desmantelamiento seguro.

El estudio muestra evidencia directa de la volatilización de las barras de control durante el accidente.

A pesar de la importancia de este tema, el estado y la estabilidad del material de la barra de control FDNPP ha sido desconocido hasta ahora. Sin embargo, un trabajo recién publicado en el Journal of Hazardous Materials ahora proporciona evidencia vital que indica que la mayor parte del boro de la barra de control permanece en al menos dos de los reactores FDNPP dañados (Unidades 2 y/o 3).

El estudio fue un esfuerzo internacional en el que participaron científicos de Japón, Finlandia, Francia y Estados Unidos. El Dr. Satoshi Utsunomiya y el estudiante graduado Kazuki Fueda de la Universidad de Kyushu dirigieron el estudio. Usando microscopía electrónica y espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS), el equipo pudo informar las primeras mediciones de la química del boro y el litio a partir de micropartículas ricas en Cs radiactivas (CsMP). Los CsMP se formaron dentro de las unidades de reactores FDNPP 2 y/o 3 durante las fusiones. Estas partículas microscópicas luego se emitieron al medio ambiente, y las partículas contienen pistas vitales sobre el alcance y los tipos de procesos de fusión. Los nuevos resultados del equipo sobre las proporciones isotópicas de boro-11/boro-10 (~4,2) indican claramente que la mayor parte del boro dentro de los CsMP se deriva de las barras de control de FDNPP y no de otras fuentes (p. ej., boro del agua de mar que se utilizó para enfriar los reactores). El Dr. Utsunomiya afirma que la presencia de boro en los CsMP "proporciona evidencia directa de la volatilización de las barras de control, lo que indica que sufrieron daños graves durante las fusiones".

Es probable que quede mucho boro en los reactores, pero se necesita más investigación

En el estudio, el equipo también combinó sus nuevos datos con conocimientos previos sobre las emisiones de CsMP. A partir de esto, pudieron estimar que la cantidad total de boro liberado de los reactores FDNPP probablemente fue muy pequeña:0,024–62 g.

El profesor Gareth Law, coautor de la Universidad de Helsinki, enfatizó que esto "es una pequeña fracción del inventario general de boro del reactor, y esto puede significar que esencialmente todo el boro de la barra de control permanece dentro de los reactores". El equipo espera que esto evite reacciones de fisión excesivas en los restos de combustible. Utsunomiya subraya que "el desmantelamiento del FDNPP y, en concreto, la eliminación de restos de combustible debe planificarse para que no se produzcan reacciones de fisión extensas. Nuestro equipo internacional ha proporcionado con éxito la primera prueba directa de volatilización de B₄ C durante las fusiones de FDNPP, pero de manera crítica, nuestros nuevos datos indicaron que grandes cantidades de boro, que adsorbe neutrones, probablemente permanezcan dentro de los restos de combustible".

El profesor Rod Ewing, coautor de la Universidad de Stanford, reconoció la importancia de estos nuevos hallazgos, pero destacó que las mediciones del equipo ahora deben "extenderse en estudios de seguimiento, donde la presencia y distribución de las especies de boro deben caracterizarse en un amplia gama de fragmentos de escombros".

El profesor emérito Bernd Grambow, coautor del estudio de SUBATECH, Nantes, Francia, destaca que el trabajo "abarca el camino para mejorar la evaluación de seguridad de la recuperación de escombros durante el desmantelamiento en FDNPP", y los métodos del equipo "ofrecen un modelo para futuras estudios." Utsunomiya concluye que "han pasado casi 11 años desde el desastre de la FDNPP. Además de los esfuerzos incansables de los ingenieros de la FDNPP, las contribuciones científicas son cada vez más importantes como herramientas para abordar las principales dificultades que se enfrentarán durante el desmantelamiento".