Специалисты разрабатывают методы для безопасного удаления топлива с АЭС Фукусима

Авария на атомной электростанции произошла в 2011 году. До сих пор продолжаются работы по выводу из эксплуатации и очистке Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP). На данный момент специалисты ещё не смогли решить ряд сложных проблем. Основной проблемой при этом является поиск, обращение и удаление топливных обломков. Так называют затвердевшую смесь расплавленного ядерного топлива и прочих материалов, которые находятся в основании повреждённых реакторов. Это блоки с первого по 3.

Материалом в ядерных реакторах, который может уменьшить количество нейтронов, взаимодействующих с ураном-235, является карбид бора (B₄C). Это соединение используется в качестве материала для регулирующих стержней в реакторах станции FDNPP. Он может оставаться в топливных обломках и способствует уменьшению случаев деления внутри этих материалов.
 

Возможно ли безопасное удаление остатков топлива?

11 марта 2011 года, когда произошла авария, в реакторы атомной станции Фукусима были введены регулирующие стержни, чтобы остановить реакцию деления после землетрясения. Однако затем последовало цунами, которое разрушило системы охлаждения реакторов. Температура топлива возросла более 2000 С, что привело к ослаблению реакторов. Как говорят специалисты, сейчас материал обломков топлива всех реакторов охлажден и стабилен.

Но требуется тщательная оценка этих материалов. Речь идёт об оценке радиоактивных элементов в них и поглотителя нейтронов (B₄C), чтобы в дальнейшем установить, возможны ли последовательные реакции деления и связанный с ними выброс нейтронов во время удаления обломков топлива. Пока нет ответов на важные вопросы. Например, сохранился ли B₄C из регулирующих стержней при расплавлении реактора? Если да, то достаточно ли его количество для ограничения реакции деления в этих обломках? На эти вопросы специалистам предстоит ответить, чтобы обеспечить безопасный вывод станции из эксплуатации.

Проведённое недавно исследование приводит доказательства улетучивания материала стержней управления в обломках. Авторы работы говорят о том, что часть бора остаётся в обломках двух повреждённых реакторах (2 и 3).

В проведённом исследовании принимали участие ученые из США, Японии, Франции, Финляндии. Работой руководили Сатоши Уцуномия и Кадзуки Фуэда из Университета Кюсю. Команда специалистов использовала для работы электронную микроскопию и масс-спектрометрию вторичных ионов (SIMS). В результатах они сообщили о первых в истории измерениях химии бора и лития из радиоактивных микрочастиц, богатых Cs (CsMP).

По их словам, CsMP образовались внутри энергоблоков 2 и/или 3 во время расплавления. После этого микроскопические частицы попали в окружающую среду. По ним учёные получает информацию о масштабах и видах процессов расплавления материалов в реакторе. По данным, полученным группой исследователей, соотношение изотопов бор-11/бор-10 (~4,2) указывает на то, что большая часть бора CsMP была получена из регулирующих стержней FDNPP. Просто возможно попадание бора из других источников. Например, из морской воды, которую использовали для реакторов. Доктор Уцуномия утверждает, что присутствие бора в CsMP является прямым свидетельством улетучивания регулирующих стержней во время пожара.

Команда исследователей объединила новые данные с уже имеющейся информацией о выбросах CsMP. Исходя из этого, они дали оценку, что общее количество бора, выброшенного из реакторов FDNPP, было небольшим. Они приводят цифры 0,024–62 г. Соавтор исследования, профессор Гарет Лоу из Хельсинкского университета, отмечает, что это лишь небольшая часть общего запаса бора в реакторе. То есть, практически весь бор регулирующих стержней остается внутри расплавленных реакторов. Исследователи считают, что это должно предотвратить бурные реакции деления в обломках топлива.

Уцуномия говорит, что вывод атомной станции из эксплуатации и удаления обломков топлива должны быть организованы так, чтобы не допустить обширных реакций деления радиоактивных материалов. Он считает, что им удалось привести убедительные доказательства улетучивания B₄C при расплавлении реакторах, но также они подтвердили, что в обломках всё ещё остается большое количество бора, который поглощает нейтроны.

Ещё один соавтор исследования, профессор Род Юинг из Стэнфордского университета, отметил важность полученных результатов. Он также подчеркнул, что все проведённые измерения должны быть расширены и подтверждены в ряде дополнительных исследований. Только тогда можно будет сказать о распределении соединений бора по всем обломкам радиоактивных материалов.

Профессор Бернд Грэмбов из SUBATECH (Нант, Франция) подчеркнул, что проведённая работа даёт улучшенную оценку безопасности по извлечению мусора при выводе FDNPP из эксплуатации. При этом методика исследовательской группы может стать шаблоном при проведении дальнейших исследований. Уцуномия в заключение сказал, что после 11 лет аварии на атомной станции всё более важными становятся вклады со стороны учёных в разработку инструментов для решения проблем, с которыми придётся столкнуться при выводе АЭС из эксплуатации.