¿Pueden retirarse con seguridad los restos de combustible del reactor de Fukushima Daiichi?

El desmantelamiento y la limpieza están en marcha en la central nuclear de Fukushima Daiichi (FDNPP); sin embargo, quedan muchos problemas difíciles por resolver. El principal de estos problemas es la recuperación y gestión del combustible restos. Los restos de combustible son la mezcla solidificada de combustible nuclear fundido y otros materiales que ahora se encuentran en la base de cada uno de los reactores dañados (Unidades 1 a 3 del reactor). Este material es altamente radiactivo y tiene el potencial de generar suficientes neutrones para desencadenar sucesivas reacciones de fisión nuclear (el uranio-235 se rompe en dos elementos tras capturar neutrones, emitiendo enormes cantidades de energía, radiación y más neutrones). Las sucesivas reacciones de fisión supondrían un grave riesgo para la seguridad y la gestión de los materiales.

Uno de los materiales de los reactores nucleares que puede reducir el número de neutrones que interactúan con el uranio-235 es el boro carburo (B4C). Éste se utilizó como material de las barras de control en los reactores de la FDNPP, y es posible que ahora permanezca dentro de los restos de combustible. Si es así, puede limitar los eventos de fisión dentro de los restos de combustible.

¿Pueden retirarse los restos de combustible de forma segura?

El 11 de marzo de 2011, las barras de control se insertaron en los reactores de la FDNPP para detener las reacciones de fisión inmediatamente después del terremoto, pero el tsunami posterior destruyó los sistemas de refrigeración de los reactores. Las temperaturas del combustible pronto fueron lo suficientemente altas (> 2000 °C) como para provocar la fusión de los reactores.

En la actualidad, el material de los restos de combustible de cada reactor está refrigerado y es estable; sin embargo, es necesario evaluar cuidadosamente estos materiales, incluyendo no sólo sus inventarios de elementos radiactivos, sino también su contenido de boro, un absorbente de neutrones, para determinar si podrían producirse reacciones de fisión sucesivas y el flujo de neutrones asociado en los restos de combustible durante su retirada. 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 en este material? Hay que responder a estas preguntas para apoyar un desmantelamiento seguro.

Un estudio muestra pruebas directas 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 las barras de control de la FDNPP han permanecido desconocidos hasta ahora. Sin embargo, un trabajo que acaba de publicarse en el Journal of Hazardous Materials proporciona ahora pruebas vitales que indican que la mayor parte del boro de las barras de control permanece en al menos dos de los reactores dañados de la FDNPP (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 de posgrado Kazuki Fueda, de la Universidad de Kyushu, dirigieron el estudio. Utilizando la microscopía electrónica y la espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS), el equipo ha podido informar de las primeras mediciones de la química del boro y el litio a partir de micropartículas radiactivas ricas en Cs (CsMPs).

Las CsMP se formaron en el interior de las unidades 2 y/o 3 del reactor de la FDNPP durante las fusiones. Estas partículas microscópicas fueron emitidas 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 relaciones isotópicas boro-11/boro-10 (~4,2) indican claramente que la mayor parte del boro que se encuentra en los CsMP procede de las barras de control de la FDNPP y no de otras fuentes (por proponer un ejemplo, el boro del agua de mar que se utilizó para refrigerar los reactores). El Dr. Utsunomiya afirma que la presencia de boro en los CsMP “proporciona pruebas directas de la volatilización de las barras de control, lo que indica que fueron gravemente dañadas 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 los conocimientos anteriores sobre las emisiones de CsMP. A partir de esto, han podido estimar que la cantidad total de boro liberada por los reactores de la FDNPP fue probablemente muy pequeña: 0,024-62 g.

El profesor Gareth Law, coautor de la Universidad de Helsinki, subrayó que “se trata de una fracción minúscula del inventario total 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 de la FDNPP, y en concreto la retirada de los restos de combustible, debe planificarse de forma que no se produzcan reacciones de fisión extensas. Nuestro equipo internacional ha aportado con éxito la primera prueba directa de la volatilización del B4C durante las fusiones de la FDNPP, pero, críticamente, nuestros nuevos datos indicaron que grandes cantidades de boro, que adsorbe neutrones, probablemente permanecen 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 deben ser ahora “ampliadas en estudios de seguimiento, en los que se debe caracterizar la aparición y distribución de las especies de boro en una amplia gama de fragmentos de escombros”.

El profesor emérito Bernd Grambow, coautor del estudio en SUBATECH, Nantes (Francia), destaca que el trabajo “allana el camino para mejorar la evaluación de la seguridad de la recuperación de escombros durante el desmantelamiento de la FDNPP”, y que los métodos del equipo “proporcionan una plantilla para futuros estudios”. Utsunomiya concluye que “han pasado casi 11 años desde el desastre de la central nuclear de FDNP. Además de los incansables esfuerzos de los ingenieros de la FDNPP, las contribuciones científicas son cada vez más importantes como herramientas para afrontar las grandes dificultades que se presentarán durante el desmantelamiento”.

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Michael Rojas

Michael Rojas

Me convertí en un entusiasta de la tecnología a finales de 2012, y desde entonces, he estado trabajando para publicaciones de renombre en toda América y España como freelance para cubrir productos de empresas como Apple, Samsung, LG entre otras. ¡Gracias por leerme! Si deseas saber más sobre mis servicios, envíame tu consulta a michaelrojas@elenbyte.com.

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