На атомной электростанции "Фукусима Дайити" (FDNPP) продолжаются работы по выводу из эксплуатации и очистке; однако многие сложные проблемы остаются нерешенными. Главной среди этих проблем является поиск и управление остатки топлива. Обломки топлива - это название, данное затвердевшей смеси расплавленного ядерного топлива и других материалов, которые сейчас лежат в основании каждого из поврежденных реакторов (реакторные блоки 1-3). Этот материал высокорадиоактивный, и у него есть потенциал генерировать достаточное количество нейтронов, чтобы запустить последовательные реакции ядерного деления (уран-235 распадается на два элемента после захвата нейтронов, испуская огромное количество энергии, радиации и еще больше нейтронов). Последовательные реакции деления представляли бы серьезный риск для безопасности и обращения с материалами.
Одним из материалов в ядерных реакторах, который может снизить количество нейтронов, взаимодействующих с ураном-235, является карбид бора (B4C). Этот материал использовался в качестве материала стержня управления в реакторах FDNPP, и теперь он может оставаться в остатках топлива. Если это так, то это может ограничить случаи деления внутри остатков топлива.
Можно ли безопасно удалить остатки топлива?
11 марта 2011 года управляющие стержни были вставлены в реакторы FDNPP, чтобы остановить реакции деления сразу после землетрясения, но последующее цунами разрушило системы охлаждения реактора. Температура топлива вскоре стала достаточно высокой (>2000°C), чтобы вызвать расплавление реактора. В настоящее время материал обломков топлива из каждого реактора охлажден и стабилен; однако необходима тщательная оценка этих материалов, включая не только их запасы радиоактивных элементов, но и содержание в них бора, поглотителя нейтронов, чтобы выяснить, могут ли происходить последовательные реакции деления и связанный с ними поток нейтронов в обломках топлива во время его удаление. Остается много важных вопросов: был ли бор из управляющих стержней потерян при высокой температуре во время расплавления? Если да, то остается ли в остатках топлива достаточно бора, чтобы ограничить последовательные реакции деления в этом материале? На эти вопросы необходимо ответить, чтобы обеспечить безопасный вывод из эксплуатации.
Исследование показывает прямые доказательства улетучивания стержней управления во время аварии.
Несмотря на важность этой темы, состояние и стабильность материала управляющего стержня FDNPP до сих пор оставались неизвестными. Однако работа, только что опубликованная в Журнал опасных материалов в настоящее время получены жизненно важные доказательства, указывающие на то, что большая часть бора в управляющем стержне остается по крайней мере в двух поврежденных реакторах FDNPP (блоки 2 и/или 3).
Исследование было международным проектом с участием ученых из Японии, Финляндии, Франции и США. Руководили исследованием доктор Сатоши Уцуномия и аспирант Казуки Фуэда из Университета Кюсю. Используя электронную микроскопию и масс-спектрометрию вторичных ионов (SIMS), команда смогла сообщить о первых в истории измерениях химического состава бора и лития в радиоактивных микрочастицах, богатых Cs (CsMPs). CSMPS образовались внутри реакторных блоков 2 и/или 3 FDNPP во время расплавов. Эти микроскопические частицы затем были выброшены в окружающую среду, и частицы содержат жизненно важные подсказки о масштабах и типах процессов расплавления. Новые результаты команды по изотопным соотношениям бор-11 / бор-10 (~ 4,2) ясно указывают на то, что большая часть бора внутри CsMPs поступает из стержней управления FDNPP, а не из других источников (например, бор из морской воды, которая использовалась для охлаждения реакторов). Доктор Уцуномия утверждает, что присутствие бора в CsMPs "является прямым доказательством испарения управляющих стержней, указывая на то, что они были серьезно повреждены во время расплавления".
Вероятно, в реакторах остается достаточное количество бора, но необходимы дополнительные исследования
В исследовании команда также объединила свои новые данные с прошлыми знаниями о выбросах CsMP. Исходя из этого, они смогли оценить, что общее количество бора, выделившегося из реакторов FDNPP, вероятно, было очень небольшим: 0,024-62 г.
Профессор Гарет Лоу, соавтор исследования из Хельсинкского университета, подчеркнул, что это "крошечная часть общего запаса бора в реакторе, и это может означать, что практически весь бор в стержнях управления остается внутри реакторов". Команда надеется, что это должно предотвратить чрезмерные реакции деления в остатках топлива. Уцуномия подчеркивает, что "вывод из эксплуатации АЭС и, в частности, удаление остатков топлива должны планироваться таким образом, чтобы не происходили обширные реакции деления. Наша международная команда успешно предоставила первые прямые доказательства улетучивания B4C во время аварий на FDNPP, но, что критически важно, наши новые данные показали, что большое количество бора, который адсорбирует нейтроны, вероятно, остается в остатках топлива".
Профессор Род Юинг, соавтор из Стэнфордского университета, признал важность этих новых результатов, но подчеркнул, что измерения команды теперь необходимо "расширить в последующих исследованиях, где следует охарактеризовать встречаемость и распределение видов бора в широком диапазоне фрагментов обломков".
Почетный профессор Бернд Грэмбоу, соавтор исследования из SUBATECH, Нант, Франция, подчеркивает, что работа "прокладывает путь для улучшения оценки безопасности извлечения мусора во время вывода из эксплуатации на FDNPP", а методы команды "обеспечивают шаблон для дальнейших исследований". Уцуномия приходит к выводу, что "прошло почти 11 лет с момента катастрофы на АЭС. В дополнение к неустанным усилиям инженеров на FDNPP научный вклад становится все более и более важным в качестве инструментов для решения основных трудностей, с которыми придется столкнуться при выводе из эксплуатации".
Комментарии