L'analisi, completata da un team di ricercatori in Giappone, Finlandia, America e Francia, analizzando i materiali emessi dai reattori FDNPP danneggiati, rivela importanti informazioni sulle persistenti sfide ambientali e di gestione dei rifiuti radioattivi affrontate in Giappone.

Lo studio, intitolato "'Invisible' radioactive cesium atoms aware:Pollucite inclusion in cesium-rich microparticles (CsMPs) from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant" è stato appena pubblicato sul Journal of Hazardous Materials .

Nel 2011, dopo il grande terremoto e lo tsunami di Tōhoku, 3 reattori nucleari dell'FDNPP hanno subito una fusione a causa della perdita di energia di riserva e di raffreddamento. Da allora, estesi sforzi di ricerca si sono concentrati sulla comprensione delle proprietà dei detriti di combustibile (la miscela di combustibili nucleari fusi e materiali strutturali), trovati all’interno dei reattori danneggiati. Tali detriti devono essere accuratamente rimossi e smaltiti.

Tuttavia, permangono molte incertezze riguardo allo stato fisico e chimico dei detriti di carburante e ciò complica notevolmente gli sforzi di recupero.

I tentativi di comprendere la chimica del cesio radioattivo si traducono in una prima mondiale

Una quantità significativa di Cs radioattivo è stata rilasciata dai reattori danneggiati di Fukushima Daiichi sotto forma di particelle. Le particelle, chiamate microparticelle ricche di Cs (CsMP), sono scarsamente solubili, piccole (<5 µm) e hanno una composizione simile al vetro.

Il prof. Satoshi Utsunomiya dell'Università di Kyushu, in Giappone, ha condotto lo studio attuale. Ha spiegato che i CsMP "si sono formati sul fondo dei reattori danneggiati durante i crolli, quando il combustibile nucleare fuso ha colpito il cemento."

Dopo la formazione, molti CsMP sono andati perduti dal contenimento del reattore nell'ambiente circostante.

Come è stata creata l'immagine?

La caratterizzazione dettagliata dei CsMP ha rivelato importanti indizi sui meccanismi e sull'entità delle fusioni. Tuttavia, nonostante l'abbondanza di Cs nelle microparticelle, l'imaging diretto su scala atomica del Cs radioattivo nelle particelle si è rivelato impossibile.

Il prof. Gareth Law, collaboratore dello studio dell'Università di Helsinki, ha spiegato che "ciò significa che non abbiamo informazioni complete sulla forma chimica del Cs nelle particelle e nei detriti di carburante."

Utsunomiya ha affermato:"Mentre il Cs nelle particelle è presente a concentrazioni ragionevolmente elevate, spesso è ancora troppo basso per ottenere immagini su scala atomica di successo utilizzando tecniche avanzate di microscopia elettronica. Quando il Cs si trova a una concentrazione sufficientemente elevata, abbiamo scoperto che il fascio di elettroni danneggia il campione, rendendo inutilizzabili i dati risultanti."

Tuttavia, nel lavoro precedente del team, utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione a scansione anulare a campo scuro e ad alta risoluzione all'avanguardia (HR-HAADF-STEM), hanno trovato inclusioni di un minerale chiamato pollucite (una zeolite) all'interno dei CsMP.

Law ha spiegato che "nelle analisi precedenti abbiamo dimostrato che le inclusioni di pollucite ricche di ferro nei CsMP contenevano>20% in peso di C. In natura, il pollucite è generalmente ricco di alluminio. Il pollucite nei CsMP era chiaramente diverso da quello in natura, indicando si è formato nei reattori.

"Poiché sapevamo che la maggior parte del Cs nei CsMP deriva dalla fissione, abbiamo pensato che l'analisi dell'inquinamento avrebbe potuto produrre le prime immagini dirette di atomi di Cs radioattivi."

Le zeoliti possono diventare amorfe se sottoposte a irradiazione con fascio di elettroni, ma tale danno è correlato alla composizione della zeolite e il team ha scoperto che alcune inclusioni di inquinanti erano stabili nel fascio di elettroni.

Imparato questo e informato dalla modellazione, il team ha iniziato un'analisi scrupolosa che ha visto Utsunomiya, la studentessa laureata Kanako Miyazaki e il team finalmente immaginare gli atomi di Cs radioattivo.

Utsunomiya ha spiegato:"È stato incredibilmente emozionante vedere il bellissimo schema degli atomi di Cs nella struttura della pollucite, dove circa la metà degli atomi nell'immagine corrispondono a Cs radioattivo. Questa è la prima volta che gli esseri umani hanno ripreso direttamente gli atomi di Cs radioattivo in un ambiente ambientale". campione.

"Trovare concentrazioni di Cs radioattivo sufficientemente elevate nei campioni ambientali da consentire l'imaging diretto è insolito e presenta problemi di sicurezza. Sebbene sia stato emozionante realizzare una prima immagine scientifica a livello mondiale, allo stesso tempo è triste che ciò sia stato possibile solo a causa di un'esplosione nucleare". incidente."

Più di una svolta nell'imaging

Utsunomiya ha sottolineato che i risultati dello studio vanno oltre la semplice rappresentazione degli atomi di Cs radioattivo. "Il nostro lavoro fa luce sulla formazione di inquinanti e sulla probabile eterogeneità della distribuzione del Cs all'interno dei reattori FDNPP e nell'ambiente."

Law ha affermato:"Dimostriamo inequivocabilmente la presenza di nuovo Cs associato ai materiali emessi dai reattori FDNPP. Trovare Cs contenente pollucite nei CsMP probabilmente significa che rimane anche nei reattori danneggiati; come tale, le sue proprietà possono ora essere prese in considerazione nello smantellamento e nella disattivazione dei reattori". strategie di gestione dei rifiuti."

Il collaboratore emerito Prof. Bernd Grambow di Subatech, Università IMT Atlantique di Nantes, ha aggiunto:“Ora dovremmo anche iniziare a considerare il comportamento ambientale o l’inquinamento da Cs e i suoi possibili impatti. Probabilmente si comporta in modo diverso rispetto ad altre forme di ricaduta di Cs documentate finora.

"Inoltre, potrebbe essere necessario considerare l'effetto sulla salute umana. La reattività chimica dell'inquinamento nell'ambiente e nei fluidi corporei è certamente diversa da quella di altre forme di Cs radioattivo depositato."

Infine, riflettendo sull'importanza dello studio, il prof. Rod Ewing dell'Università di Stanford ha sottolineato l'urgente necessità di continuare la ricerca per orientare le strategie di rimozione dei detriti e di bonifica ambientale. "Ancora una volta, vediamo che gli scrupolosi sforzi analitici degli scienziati internazionali possono davvero svelare i misteri degli incidenti nucleari, aiutando gli sforzi di recupero a lungo termine."