L'evoluzione continua della pulizia radiologica a Fukushima

Il progetto Fukushima Daiichi ha messo in moto uno dei più complessi sforzi di bonifica ambientale mai intrapresi. Il rilascio di cesio radioattivo, strontium e altri isotopi attraverso terra, acqua e infrastrutture ha richiesto metodi di decontaminazione che potrebbero operare a una scala senza precedenti, proteggendo lavoratori e ecosistemi. Più di un decennio dopo, le tecniche che sono state raffinate al sito rappresentano un drammatico progresso oltre le semplici lezioni di rimozione del suolo e di lavaggio della pressione che caratterizzano.

Comprendere la Scala completa della Contaminazione

L'11 marzo 2011, un terremoto di magnitudo 9.0 e lo tsunami hanno innescato le difese di Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. Tre nuclei di reattore hanno subito fusori, e le esplosioni di idrogeno hanno violato gli edifici di contenimento, disperdendo un37 stimato 520-1,000 petabecquerels di materiale radioattivo nell'ambiente.

Il mosaico complesso dei modelli di deposizione è emerso in base alle condizioni meteorologiche durante il rilascio, la topografia locale e l’uso del suolo. Le piste di montagna boschive pesanti hanno catturato gran parte della caduta iniziale, mentre valli e aree popolate hanno subito una deposizione inferiore ma ancora significativa.

Limitazioni dei metodi di risposta anticipata

Nel dopomath immediato, la decontaminazione significava in gran parte spogliare il topsoil, tagliare la vegetazione e lavare le superfici dure con acqua o getti ad alta pressione. Questi metodi di rimozione fisica erano semplici ma sono venuti con punire i inconvenienti:

  • Generazione di rifiuti fisici:[] La rimozione del suolo da terreni agricoli, cortili scolastici e foreste produsse sacchi di detriti radioattivi che riempivano siti di stoccaggio temporanei. Al suo culmine, il programma ha generato oltre 14 milioni di metri cubi di rifiuti saccheggiati, e il piano di conservare permanentemente alcuni di questo materiale fuori della Prefettura di Fukushima continua ad affrontare ostacoli politici e logistici.
  • Seconda contaminazione:[] Il lavaggio a pressione potrebbe far avanzare i radionuclidi in cemento poroso o creare un deflusso che diffonda la contaminazione per abbassare le altezze e le vie d'acqua. In alcuni casi, il lavaggio degli esterni dell'edificio semplicemente spostato il cesio dalle pareti al suolo adiacente, richiedendo ulteriore pulizia.
  • Dosi di lavoro elevate:[] Lavoro manuale in aree ad alto dosaggio, anche con ingranaggi protettivi completi, compresi i respiratori e i più strati, spinto contro i limiti di esposizione professionale e creato una costante richiesta di personale fresco.
  • Efficacia mista su superfici ruvide: Il metodo ha funzionato ragionevolmente bene su cemento liscio ma era molto meno efficace su ghiaia, asfalto, pavimentazione incrinata, e superfici profondamente atmosferiche dove il cesio si era migrato sotto lo strato più esterno.

Questi vincoli hanno galvanizzato la ricerca su metodi che potrebbero ridurre il volume dei rifiuti, immobilizzare i contaminanti in atto, o rimuoverli con una presenza molto meno umana. Il risultato è stato un portafoglio di tecnologie innovative, molte delle quali ora si stanno muovendo dagli studi pilota alla piena distribuzione nel campo.

Operazione remota e robotica

Indagine robottica e mappatura

I sistemi di controllo multi-configurazione sono stati utilizzati in modo da consentire ai robot di controllare le aree di controllo più difficili e più efficaci.

La prossima generazione di robot di indagine incorpora l'apprendimento automatico delle macchine per identificare le anomalie e regolare i loro modelli di ricerca. Alcuni sistemi sono ora in grado di generare mappe termiche di radiazione durante il volo, trasmettendo i dati a un centro di comando centrale dove i pianificatori possono immediatamente ri-task equipaggi di terra.

Abolazione robotica e rimozione delle superfici

I sistemi di ablazione laser montati su bracci telecomandati possono vaporizzare strati sottili di cemento contaminato o metallo all'interno del contenimento del reattore, catturando il particolato risultante in contenitori filtrati HEPA.

Sorbenti avanzati e Fissazione chimica

Una linea parallela di innovazione si concentra su materiali che possono bloccare gli ioni radioattivi, impedendo la loro migrazione in acque sotterranee o sistemi biologici. A Fukushima, tali agenti sono applicati sia ai suoli che ai volumi enormi di acqua contaminata che continuano ad accumularsi sul posto.

Analogs blu prussiano e assorbimento del cesio

I sistemi di produzione di acqua di cespo (in inglese) sono stati utilizzati per la produzione di acqua di cespo (in inglese: "Scopri, ndt) e per la produzione di acqua di cespo (in inglese)

Fissaggio chimico in-Situ

Le zone di slittamento e di trasporto del suolo sono più recenti e cercano di trattare il terreno contaminato. Le soluzioni di silicato solubili possono essere iniettate nella sottosuolo, dove reagiscono con il cesio per formare minerali aluminosilicati stabili e insolubili, come pure con gli zeoliti naturali.

Tecniche elettrocinetiche e termiche

Rimediazione del suolo elettrocinetico

La risanamento elettrocinetica utilizza un campo elettrico diretto per guidare contaminanti verso gli elettrodi inseriti nel terreno. Ioni a carico positivo come cesio-137 migrano verso il catodo, dove possono essere concentrati ed estratti. La tecnica si è evoluta significativamente dal 2011 attraverso una serie di perfezionamenti.

Smouldering e deforptazione termica

Per i materiali organici fortemente contaminati come il materiale forestale, i residui agricoli e il legno da edifici demoliti, il trattamento termico può ridurre il volume di fattori da 10 a 100. La combustione di combustione di fluido, un processo di combustione lento e senza fiamma che si propaga attraverso un letto di combustibile poroso, può distruggere la matrice organica mentre cattura il cesio volatile nella cenere.

Approcci biologici: Biorimediazione e Fitomediazione

Gli organismi viventi offrono un kit di strumenti fondamentalmente diverso per trattare la radioattività dispersiva, mentre la biorimediazione non può distruggere gli atomi radioattivi stessi, può concentrare, contenere o alterare la loro biodisponibilità in un grado che facilita la rimozione o riduce il rischio.

Interazioni microbiali con radionuclidi

Alcuni batteri e funghi possono sequestrare cesio e strontium attraverso la bioaccumulazione o precipitarli come fosfati insolubili e carbonati. A Fukushima, i ricercatori hanno isolato i microbi del suolo che aumentano la ritenzione del cesio nella matrice del suolo, riducendo la sua tendenza a istruire in acqua di terra.

Impianti di fitoterapia e di iperaccumulatore

L’immagine dei girasoli è stata piantata per disegnare il cesio dal suolo di Fukushima, è diventata un simbolo iniziale di speranza, ma la realtà è stata più sfumata. Mentre i girasoli possono accumulare i comuni, il fattore di trasferimento dal suolo alla biomassa è relativamente basso.

Trattamento dell'acqua e la sfida ALPS

Non c’è alcun aspetto della pulizia di Fukushima che abbia attirato più attenzione internazionale rispetto alla gestione delle acque contaminate. Oltre 1,3 milioni di metri cubi d’acqua, purché si riempia più di 500 piscine olimpiche, è stato immagazzinato in loco in serbatoi ben confezionati. L’acqua, un mix di acqua sotterranea che infiltra gli edifici del reattore e l’aggiornamento dell’acqua per raffreddare il combustibile fuso, contiene un cocktail di radionuclidi tra cui si aggiungono cesio, stronismo, stronismo, stronzio, stronismo, trintium, stronismo, stronismo, stroncio, stronismo, stronismo, stronismo, stronismo, stronismo, stronismo, stronismo, stronismo, stron.

Le prime versioni di ALPS hanno lottato con affidabilità e throughput, con frequenti blocchi di filtri e interruzioni di manutenzione. Entro il 2020, tuttavia, il sistema stava trattando regolarmente centinaia di metri cubi al giorno. Il passo chiave è una serie di colonne di assorbimento imballate con materiali selettivi per il cesio, strontium, antimonio e altri nuclidi.

Ricupero di terreni integrato e decontaminazione comunitaria

Il ritorno degli evacuori alle loro case richiede sia una riduzione della dose dimostrabile che il ripristino della fiducia nella sicurezza dell’ambiente. La roadmap di decontaminazione del governo giapponese ha stabilito un approccio tiered: le aree più accessibili e popolate sono state pulite ad una dose annuale di 1 millisievert, mentre foreste e zone montane remote sono state ampiamente mantenute al decadimento naturale.

In città come Okuma e Futaba, i lavoratori hanno raschiato i primi piani, alberi indiscreti, strade lavate e edifici bloccati da blocchi, ma il volume di rifiuti saccheggiati, a circa 14 milioni di metri cubi, è attualmente in strutture di stoccaggio intermedio.

Monitoraggio in tempo reale e gemelle digitali

La decontaminazione moderna a Fukushima è sottomessa da una fitta rete di monitor di radiazione in tempo reale, stazioni meteorologiche e sensori di acqua sotterranea. I dati di migliaia di punti attraverso i flussi del sito in un gemello digitale – un modello virtuale che simula la migrazione di anomalie radionuclide in varie condizioni.

Collaborazione internazionale e condivisione delle conoscenze

La struttura della pulizia di Fukushima ha reso necessaria una collaborazione internazionale senza precedenti. Il progetto OECD Nuclear Energy Agency (NEA)] coordina un progetto multinazionale che riunisce esperti di decine di paesi per condividere i risultati della ricerca, i metodi di test e sviluppare soluzioni comuni.

Sfide che rimangono

La maggior parte dei reattori è la rimozione dei detriti di combustibile, la miscela solidificata di combustibile nucleare fuso, il rivestimento e i materiali strutturali, dai reattori danneggiati, che non è la decontaminazione nel senso di pulizia superficiale, ma una forma di estrema risanamento dell'ambiente.

Un’altra sfida è la gestione a lungo termine delle acque tritate, mentre l’AIEA ha confermato che il programma di scarico soddisfa gli standard internazionali di sicurezza, lo scetticismo tra i paesi vicini e le comunità di pescatori locali rimane alto.

Lezioni per la sicurezza nucleare globale

Il progetto di ricerca è stato elaborato in modo da consentire ai ricercatori di individuare le possibilità di formazione e di formazione di un reattore di emergenza.

Guardando

La ricerca di Fukushima e le istituzioni partner in tutto il mondo continuano a spingere i confini di ciò che è possibile nella risanamento radiologico. I nanomateriali auto-assemblanti che possono legare selettivamente isotopi specifici, i sciami autonomi autonome auto-intelligenti in grado di operazioni di pulizia coordinata, e i sistemi di riduzione del volume basati sul plasma sono tutti sotto indagine attiva.