De ontmanteling en sanering zijn aan de gang in de Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP); veel moeilijke problemen blijven echter onopgelost. De belangrijkste van deze problemen is het ophalen en beheren van brandstofresten. Brandstofafval is de naam die wordt gegeven aan het gestolde mengsel van gesmolten splijtstof en andere materialen die nu aan de basis liggen van elk van de beschadigde reactoren (reactoreenheden 1-3). Dit materiaal is zeer radioactief en heeft de potentie om voldoende neutronen te genereren om opeenvolgende kernsplijtingsreacties te veroorzaken (uranium-235 breekt in twee elementen na het vangen van neutronen, waarbij enorme hoeveelheden energie, straling en meer neutronen worden uitgestoten). Opeenvolgende splijtingsreacties zouden een ernstig veiligheids- en materiaalbeheerrisico opleveren.

Een van de materialen in kernreactoren die het aantal neutronen dat interactie met uranium-235 kan verminderen, is boorcarbide (B₄ C). Dit werd gebruikt als controlestaafmateriaal in de FDNPP-reactoren en kan nu in het brandstofafval blijven. Als dat zo is, kan het splijtingsgebeurtenissen in het brandstofafval beperken.

Kan het brandstofafval veilig worden verwijderd?

Op 11 maart 2011 werden de regelstaven in de FDNPP-reactoren gestoken om de splijtingsreacties onmiddellijk na de aardbeving te stoppen, maar de latere tsunami vernietigde de reactorkoelsystemen. De brandstoftemperaturen werden al snel hoog genoeg (>2000 °C) om reactorsmeltingen te veroorzaken. Momenteel is het brandstofafvalmateriaal van elke reactor gekoeld en stabiel; een zorgvuldige beoordeling van deze materialen, waaronder niet alleen hun inventaris van radioactieve elementen, maar ook hun boorgehalte, een neutronenabsorbeerder, is nodig om na te gaan of opeenvolgende splijtingsreacties en bijbehorende neutronenflux kunnen optreden in het brandstofafval tijdens de verwijdering ervan. Veel belangrijke vragen blijven:is tijdens de meltdown bij hoge temperatuur borium uit de regelstaven verloren gegaan? Zo ja, blijft er voldoende boor achter in het brandstofafval om opeenvolgende splijtingsreacties in dit materiaal te beperken? Deze vragen moeten worden beantwoord om een ​​veilige ontmanteling te ondersteunen.

Onderzoek toont direct bewijs van vervluchtiging van bedieningsstangen tijdens het ongeval.

Ondanks het belang van dit onderwerp, is de toestand en stabiliteit van het FDNPP-stuurstaafmateriaal tot nu toe onbekend gebleven. Werk dat zojuist is gepubliceerd in het Journal of Hazardous Materials levert nu essentieel bewijs dat aangeeft dat het grootste deel van het controlestaafboor in ten minste twee van de beschadigde FDNPP-reactoren (eenheden 2 en/of 3) achterblijft.

De studie was een internationale inspanning waarbij wetenschappers uit Japan, Finland, Frankrijk en de VS betrokken waren. Dr. Satoshi Utsunomiya en afgestudeerde student Kazuki Fueda van Kyushu University leidden het onderzoek. Met behulp van elektronenmicroscopie en secundaire ionenmassaspectrometrie (SIMS) heeft het team de allereerste metingen van boor- en lithiumchemie van radioactieve Cs-rijke microdeeltjes (CsMP's) kunnen rapporteren. CsMP's gevormd in FDNPP-reactoreenheden 2 en/of 3 tijdens de meltdowns. Deze microscopisch kleine deeltjes werden vervolgens in het milieu uitgestoten en de deeltjes bevatten essentiële aanwijzingen over de omvang en soorten kernsmeltingsprocessen. De nieuwe resultaten van het team over de isotopenverhoudingen van borium-11/borium-10 (~4.2) geven duidelijk aan dat het grootste deel van het borium in de CsMP's afkomstig is van de FDNPP-regelstaven en niet van andere bronnen (bijv. borium uit het gebruikte zeewater om de reactoren te koelen). Dr. Utsunomiya stelt dat de aanwezigheid van boor in de CsMP's "direct bewijs levert van vervluchtiging van de controlestaven, wat aangeeft dat ze tijdens de meltdowns ernstig beschadigd zijn".

Er is waarschijnlijk nog voldoende boor in de reactoren, maar er is meer onderzoek nodig

In de studie combineerde het team ook hun nieuwe gegevens met kennis uit het verleden over CsMP-emissies. Hieruit konden ze inschatten dat de totale hoeveelheid boor die vrijkwam uit de FDNPP-reactoren waarschijnlijk erg klein was:0,024-62 g.

Prof. Gareth Law, een co-auteur van de Universiteit van Helsinki, benadrukte dat dit "een kleine fractie is van de totale boorvoorraad van de reactor, en dit kan betekenen dat in wezen al het boorstaafje in de reactoren achterblijft". Het team hoopt hiermee overmatige splijtingsreacties in de brandstofresten te voorkomen. Utsunomiya benadrukt dat "FDNPP-ontmanteling, en met name het verwijderen van brandstofresten, moet worden gepland zodat de uitgebreide splijtingsreacties niet plaatsvinden. Ons internationale team heeft met succes het eerste directe bewijs geleverd van vervluchtiging van B₄ C tijdens de FDNPP-smelting, maar kritisch, onze nieuwe gegevens gaven aan dat grote hoeveelheden boor, dat neutronen adsorbeert, waarschijnlijk in het brandstofafval achterblijft."

Prof. Rod Ewing, een co-auteur van de Stanford University erkende het belang van deze nieuwe bevindingen, maar benadrukte dat de metingen van het team nu moeten worden "uitgebreid in vervolgstudies, waarbij het voorkomen en de verspreiding van boorsoorten over een breed scala van puin fragmenten".

Prof. emeritus Bernd Grambow, een co-auteur van het onderzoek van SUBATECH, Nantes, Frankrijk, benadrukt dat het werk "de weg vrijmaakt voor het verbeteren van de veiligheidsbeoordeling van het ophalen van puin tijdens de ontmanteling bij FDNPP", waarbij de methoden van het team "een sjabloon bieden voor verdere studie." Utsunomiya concludeert dat "het bijna 11 jaar geleden is dat de FDNPP-ramp plaatsvond. Naast de onvermoeibare inspanningen van de ingenieurs van de FDNPP, worden wetenschappelijke bijdragen steeds belangrijker als instrumenten om de grote problemen aan te pakken die zich voordoen tijdens de ontmanteling."