Avveckling och sanering pågår vid Fukushima Daiichi kärnkraftverk (FDNPP); men många svåra problem förblir olösta. Det främsta bland dessa problem är hämtning och hantering av bränsleskräp. Bränsleskräp är namnet på den stelnade blandningen av smält kärnbränsle och andra material som nu ligger vid basen av var och en av de skadade reaktorerna (reaktorenhet 1-3). Detta material är mycket radioaktivt och det har potential att generera tillräckligt med neutroner för att utlösa på varandra följande kärnklyvningsreaktioner (uran-235 bryts upp i två grundämnen efter att ha fångat neutroner, sänder ut enorma mängder energi, strålning och fler neutroner). Successiva fissionsreaktioner skulle innebära en allvarlig säkerhets- och materialhanteringsrisk.

Ett av materialen i kärnreaktorer som kan sänka antalet neutroner som interagerar med uran-235 är borkarbid (B₄ C). Detta användes som styrstavsmaterial i FDNPP-reaktorerna, och det kan nu finnas kvar i bränsleavfallet. Om så är fallet kan det begränsa fissionshändelser i bränsleavfallet.

Kan bränsleskräpet tas bort på ett säkert sätt?

Den 11 mars 2011 sattes kontrollstavarna in i FDNPP-reaktorerna för att stoppa fissionsreaktionerna omedelbart efter jordbävningen, men den senare tsunamin förstörde reaktorns kylsystem. Bränsletemperaturerna blev snart tillräckligt höga (>2000 °C) för att orsaka reaktorsmältningar. För närvarande är bränsleavfallsmaterialet från varje reaktor kylt och stabilt; dock krävs noggrann bedömning av dessa material, inklusive inte bara deras inventeringar av radioaktiva grundämnen utan även deras borinnehåll, en neutronabsorbator, för att fastställa om successiva fissionsreaktioner och tillhörande neutronflöde kan inträffa i bränsleavfallet under dess avlägsnande. Många viktiga frågor kvarstår:förlorades bor från kontrollstavarna vid hög temperatur under härdsmältningen? Om så är fallet, finns tillräckligt med bor kvar i bränsleavfallet för att begränsa successiva fissionsreaktioner i detta material? Dessa frågor måste besvaras för att stödja säker avveckling.

Studien visar direkta bevis på att kontrollstavarna förflyktigat under olyckan.

Trots vikten av detta ämne har tillståndet och stabiliteten för FDNPP-styrstavsmaterialet förblivit okänt tills nu. Däremot har arbete precis publicerats i Journal of Hazardous Materials ger nu viktiga bevis som indikerar att det mesta av kontrollstavens bor finns kvar i minst två av de skadade FDNPP-reaktorerna (enhet 2 och/eller 3).

Studien var en internationell ansträngning som involverade forskare från Japan, Finland, Frankrike och USA. Dr Satoshi Utsunomiya och doktorand Kazuki Fueda från Kyushu University ledde studien. Med hjälp av elektronmikroskopi och sekundär jonmasspektrometri (SIMS) har teamet kunnat rapportera de första mätningarna någonsin av bor- och litiumkemi från radioaktiva Cs-rika mikropartiklar (CsMPs). CsMPs bildades inuti FDNPP-reaktorenheterna 2 och/eller 3 under härderna. Dessa mikroskopiska partiklar släpptes sedan ut i miljön, och partiklarna har viktiga ledtrådar om omfattningen och typerna av härdsmältningsprocesser. Teamets nya resultat på bor-11/bor-10 isotopförhållanden (~4,2) indikerar tydligt att det mesta av boret inuti CsMPs härrör från FDNPP-kontrollstavarna och inte från andra källor (t.ex. bor från havsvattnet som användes för att kyla reaktorerna). Dr. Utsunomiya säger att närvaron av bor i CsMPs "ger direkta bevis på förflyktigande av kontrollstavarna, vilket indikerar att de skadades allvarligt under härdsmältningarna".

Det finns sannolikt gott om bor kvar i reaktorerna, men mer forskning behövs

I studien kombinerade teamet också sin nya data med tidigare kunskap om CsMP-utsläpp. Utifrån detta har de kunnat uppskatta den totala mängden bor som frigjordes från FDNPP-reaktorerna sannolikt var mycket liten:0,024–62 g.

Prof. Gareth Law, en medförfattare från Helsingfors universitet betonade att detta "är en liten bråkdel av reaktorns totala borinventering, och detta kan betyda att i princip allt bor i kontrollstaven förblir inuti reaktorerna". Teamet hoppas att detta ska förhindra överdrivna fissionsreaktioner i bränsleavfallet. Utsunomiya betonar att "FDNPP-avveckling, och speciellt borttagning av bränsleskräp måste planeras så att de omfattande fissionsreaktionerna inte inträffar. Vårt internationella team har framgångsrikt tillhandahållit det första direkta beviset på förflyktigande av B₄ C under FDNPP härdsmältningarna, men kritiskt, våra nya data indikerade att stora mängder bor, som adsorberar neutroner, sannolikt finns kvar i bränsleavfallet."

Prof. Rod Ewing, en medförfattare från Stanford University erkände vikten av dessa nya rön men framhöll att lagets mätningar nu måste "utvidgas i uppföljningsstudier, där förekomsten och distributionen av borarter bör karakteriseras över en brett utbud av skräpfragment".

Prof. emeritus Bernd Grambow, en studie medförfattare från SUBATECH, Nantes, Frankrike, framhåller att arbetet "banar väg för att förbättra säkerhetsbedömningen av skräphämtning under avvecklingen vid FDNPP", med teamets metoder "som ger en mall för ytterligare studier." Utsunomiya drar slutsatsen att "det är nästan 11 år sedan FDNPP-katastrofen. Förutom outtröttliga ansträngningar från ingenjörer vid FDNPP, blir vetenskapliga bidrag allt viktigare som verktyg för att ta itu med de stora svårigheter som kommer att ställas inför under avvecklingen."