L'analyse, réalisée par une équipe de chercheurs au Japon, en Finlande, en Amérique et en France, analysant les matériaux émis par les réacteurs FDNPP endommagés, révèle des informations importantes sur les défis persistants en matière de gestion des déchets environnementaux et radioactifs auxquels est confronté le Japon.

L'étude, intitulée "Des atomes de césium radioactifs 'invisibles' révélés :inclusion de pollucite dans des microparticules riches en césium (CsMP) provenant de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi" vient d'être publiée dans le Journal of Hazardous Materials. .

En 2011, après le grand tremblement de terre et le tsunami de Tōhoku, 3 réacteurs nucléaires de la FDNPP ont subi une fusion en raison d'une perte d'alimentation de secours et de refroidissement. Depuis lors, de nombreux efforts de recherche se sont concentrés sur la compréhension des propriétés des débris de combustible (le mélange de combustibles nucléaires fondus et de matériaux de structure) trouvés dans les réacteurs endommagés. Ces débris doivent être soigneusement enlevés et éliminés.

Cependant, de nombreuses incertitudes demeurent quant à l'état physique et chimique des débris de combustible, ce qui complique grandement les efforts de récupération.

Les tentatives visant à comprendre la chimie du césium radioactif aboutissent à une première mondiale

Une quantité importante de Cs radioactif a été rejetée sous forme de particules par les réacteurs endommagés de Fukushima Daiichi. Les particules, appelées microparticules riches en Cs (CsMP), sont peu solubles, petites (<5 µm) et ont une composition semblable à celle du verre.

Le professeur Satoshi Utsunomiya de l'Université de Kyushu, au Japon, a dirigé la présente étude. Il a expliqué que les CsMP "se sont formés au fond des réacteurs endommagés lors des fusions, lorsque le combustible nucléaire en fusion a heurté le béton".

Après la formation, de nombreux CsMP ont été perdus du confinement du réacteur dans l'environnement environnant.

Comment l'image a-t-elle été créée ?

La caractérisation détaillée des CsMP a révélé des indices importants sur les mécanismes et l'étendue des fusions. Cependant, malgré l'abondance du Cs dans les microparticules, l'imagerie directe à l'échelle atomique du Cs radioactif dans les particules s'est avérée impossible.

Le professeur Gareth Law, collaborateur de l'université d'Helsinki, a expliqué que "cela signifie que nous manquons d'informations complètes sur la forme chimique du Cs dans les particules et les débris de carburant".

Utsunomiya a déclaré :« Bien que le Cs dans les particules soit présent à des concentrations raisonnablement élevées, il est souvent encore trop faible pour une imagerie à l'échelle atomique réussie à l'aide de techniques avancées de microscopie électronique. Lorsque le Cs est trouvé à une concentration suffisamment élevée, nous avons constaté que le faisceau d'électrons endommage l'échantillon, rendant les données résultantes inutiles."

Cependant, dans les travaux précédents de l'équipe utilisant un microscope électronique à transmission à balayage à champ sombre annulaire à grand angle et haute résolution (HR-HAADF-STEM), ils ont trouvé des inclusions d'un minéral appelé pollucite (une zéolite) au sein des CsMP.

Law a expliqué que « lors d'analyses antérieures, nous avons montré que les inclusions de pollucite riches en fer dans les CsMP contenaient> 20 % en poids de Cs. Dans la nature, la pollucite est généralement riche en aluminium. La pollucite dans les CsMP était clairement différente de celle de la nature, ce qui indique il s'est formé dans les réacteurs.

"Parce que nous savions que la majeure partie du Cs dans les CsMP est dérivée de la fission, nous avons pensé que l'analyse du pollucite pourrait donner les toutes premières images directes d'atomes de Cs radioactifs."

Les zéolites peuvent devenir amorphes lorsqu'elles sont soumises à une irradiation par faisceau d'électrons, mais ces dommages sont liés à la composition de la zéolite, et l'équipe a découvert que certaines inclusions de pollucite étaient stables dans le faisceau d'électrons.

Apprenant cela et informée par la modélisation, l'équipe s'est lancée dans une analyse minutieuse qui a permis à Utsunomiya, à l'étudiante diplômée Kanako Miyazaki et à l'équipe d'imager enfin des atomes de Cs radioactifs.

Utsunomiya a expliqué :« C'était incroyablement excitant de voir le magnifique motif d'atomes de Cs dans la structure du pollucite, où environ la moitié des atomes de l'image correspondent à du Cs radioactif. C'est la première fois que les humains visualisent directement des atomes de Cs radioactifs dans un environnement environnemental. échantillon.

"Découvrir des concentrations de Cs radioactif suffisamment élevées dans des échantillons environnementaux pour permettre une imagerie directe est inhabituel et présente des problèmes de sécurité. Même s'il était passionnant de réaliser une première image scientifique mondiale, il est en même temps triste que cela n'ait été possible que grâce à un nucléaire. accident."

Plus qu'une avancée en matière d'imagerie

Utsunomiya a souligné que les résultats de l’étude vont au-delà de la simple imagerie d’atomes radioactifs de Cs. "Nos travaux mettent en lumière la formation de pollucites et la probable hétérogénéité de la répartition du Cs au sein des réacteurs FDNPP et dans l'environnement."

Law a déclaré :« Nous démontrons sans équivoque une nouvelle occurrence de Cs associée aux matériaux émis par les réacteurs FDNPP. La découverte de Cs contenant de la pollucite dans les CsMP signifie probablement qu'il reste également dans les réacteurs endommagés; stratégies de gestion des déchets."

Le collaborateur émérite, le professeur Bernd Grambow de Subatech, IMT Atlantique Nantes Université, a ajouté :« Nous devrions maintenant également commencer à considérer le comportement environnemental de la pollucite au Cs et ses impacts possibles. Il se comporte probablement différemment des autres formes de retombées du Cs documentées jusqu'à présent.

"En outre, l'effet sur la santé humaine pourrait devoir être pris en compte. La réactivité chimique du pollucite dans l'environnement et dans les fluides corporels est certainement différente de celle des autres formes de dépôts de C radioactifs."

Enfin, réfléchissant à l'importance de l'étude, le professeur Rod Ewing de l'Université de Stanford a souligné le besoin urgent de poursuivre les recherches pour éclairer les stratégies d'élimination des débris et la réhabilitation de l'environnement. "Une fois de plus, nous constatons que les efforts analytiques minutieux des scientifiques internationaux peuvent réellement percer les mystères des accidents nucléaires, contribuant ainsi aux efforts de rétablissement à long terme."