Le déclassement et le nettoyage sont en cours à la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi (FDNPP) ; cependant, de nombreux problèmes difficiles restent sans solution. Le principal de ces problèmes est la récupération et la gestion des débris de carburant. Les débris de combustible sont le nom donné au mélange solidifié de combustible nucléaire fondu et d'autres matériaux qui se trouvent maintenant à la base de chacun des réacteurs endommagés (unités de réacteur 1 à 3). Ce matériau est hautement radioactif et il a le potentiel de générer suffisamment de neutrons pour déclencher des réactions de fission nucléaire successives (l'uranium 235 se brise en deux éléments après avoir capturé des neutrons, émettant d'énormes quantités d'énergie, de rayonnement et plus de neutrons). Des réactions de fission successives présenteraient un risque sérieux pour la sécurité et la gestion du matériel.

L'un des matériaux des réacteurs nucléaires qui peut réduire le nombre de neutrons interagissant avec l'uranium 235 est le carbure de bore (B₄ C). Cela a été utilisé comme matériau de barre de contrôle dans les réacteurs FDNPP, et il peut maintenant rester dans les débris de combustible. Si tel est le cas, cela peut limiter les événements de fission dans les débris de combustible.

Les débris de carburant peuvent-ils être retirés en toute sécurité ?

Le 11 mars 2011, les barres de contrôle ont été insérées dans les réacteurs FDNPP pour arrêter les réactions de fission immédiatement après le tremblement de terre, mais le dernier tsunami a détruit les systèmes de refroidissement des réacteurs. Les températures du combustible sont rapidement devenues suffisamment élevées (> 2000 ° C) pour provoquer des fusions de réacteurs. Actuellement, les débris de combustible de chaque réacteur sont refroidis et stables ; cependant, une évaluation minutieuse de ces matériaux, y compris non seulement leurs inventaires d'éléments radioactifs, mais aussi leur teneur en bore, un absorbeur de neutrons, est nécessaire pour déterminer si des réactions de fission successives et le flux de neutrons associé pourraient se produire dans les débris de combustible lors de son élimination. De nombreuses questions importantes demeurent :le bore des barres de contrôle s'est-il perdu à haute température lors de la fusion ? Si oui, reste-t-il suffisamment de bore dans les débris combustibles pour limiter les réactions de fission successives au sein de ce matériau ? Il faut répondre à ces questions pour assurer un déclassement en toute sécurité.

L'étude montre des preuves directes de la volatilisation des barres de contrôle pendant l'accident.

Malgré l'importance de ce sujet, l'état et la stabilité du matériau des barres de contrôle FDNPP sont restés inconnus jusqu'à présent. Cependant, des travaux viennent d'être publiés dans le Journal of Hazardous Materials fournit maintenant des preuves vitales qui indiquent que la majeure partie du bore de la barre de commande reste dans au moins deux des réacteurs FDNPP endommagés (unités 2 et/ou 3).

L'étude était un effort international impliquant des scientifiques du Japon, de Finlande, de France et des États-Unis. Le Dr Satoshi Utsunomiya et l'étudiant diplômé Kazuki Fueda de l'Université de Kyushu ont dirigé l'étude. En utilisant la microscopie électronique et la spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS), l'équipe a pu rapporter les toutes premières mesures de la chimie du bore et du lithium à partir de microparticules radioactives riches en Cs (CsMP). Des CsMP se sont formés à l'intérieur des réacteurs FDNPP 2 et/ou 3 lors des fusions. Ces particules microscopiques ont ensuite été émises dans l'environnement, et les particules contiennent des indices vitaux sur l'étendue et les types de processus de fusion. Les nouveaux résultats de l'équipe sur les rapports isotopiques bore-11/bore-10 (~4,2) indiquent clairement que la majeure partie du bore à l'intérieur des CsMP provient des barres de contrôle FDNPP et non d'autres sources (par exemple, le bore de l'eau de mer qui a été utilisée pour refroidir les réacteurs). Le Dr Utsunomiya déclare que la présence de bore dans les CsMP "fournit une preuve directe de la volatilisation des barres de contrôle, indiquant qu'elles ont été gravement endommagées lors des fusions".

Une grande quantité de bore reste probablement dans les réacteurs, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires

Dans l'étude, l'équipe a également combiné ses nouvelles données avec les connaissances antérieures sur les émissions de CsMP. À partir de là, ils ont pu estimer que la quantité totale de bore libérée par les réacteurs FDNPP était probablement très faible :0,024 à 62 g.

Le professeur Gareth Law, co-auteur de l'Université d'Helsinki, a souligné qu'il s'agit "d'une infime fraction de l'inventaire global de bore du réacteur, et cela peut signifier que pratiquement tout le bore de la barre de commande reste à l'intérieur des réacteurs". L'équipe espère que cela devrait empêcher des réactions de fission excessives dans les débris de combustible. Utsunomiya souligne que "le déclassement du FDNPP, et plus particulièrement l'élimination des débris de combustible, doit être planifié de manière à ce que les réactions de fission étendues ne se produisent pas. Notre équipe internationale a fourni avec succès la première preuve directe de la volatilisation du B₄ C pendant les fusions du FDNPP, mais surtout, nos nouvelles données ont indiqué que de grandes quantités de bore, qui adsorbe les neutrons, restent probablement dans les débris de combustible."

Le professeur Rod Ewing, co-auteur de l'Université de Stanford, a reconnu l'importance de ces nouvelles découvertes, mais a souligné que les mesures de l'équipe doivent maintenant être "étendues dans des études de suivi, où l'occurrence et la distribution des espèces de bore devraient être caractérisées à travers un large éventail de fragments de débris ».

Le professeur émérite Bernd Grambow, co-auteur de l'étude de SUBATECH, Nantes, France, souligne que les travaux "ouvrent la voie à l'amélioration de l'évaluation de la sécurité de la récupération des débris lors du démantèlement à la FDNPP", les méthodes de l'équipe "fournissant un modèle pour d'autres études." Utsunomiya conclut que "presque 11 ans se sont écoulés depuis la catastrophe de la FDNPP. En plus des efforts inlassables des ingénieurs de la FDNPP, les contributions scientifiques deviennent de plus en plus importantes en tant qu'outils pour résoudre les difficultés majeures qui seront rencontrées lors du démantèlement".