13 שנים לאחר האסון הגרעיני בפוקושימה דאיצ'י, חוקרים השיגו ראשון עולמי על ידי הדמיה ישירה של אטומי צזיום רדיואקטיביים בדגימות סביבתיות, ומציעים תובנות חדשות לגבי אתגרי ניהול הפסולת הסביבתית והרדיואקטיבית המתמשכים. מחקר פורץ דרך זה, המערב צוות רב לאומי ופורסם בכתב העת של חומרים מסוכנים, משפר את ההבנה של הפצת צזיום ומלמד אסטרטגיות לפירוק כורים וניהול פסולת.
מחקר חדש צילם ישירות אטומי צזיום רדיואקטיביים בדגימות סביבתיות מפוקושימה, ומספק נתונים חיוניים לניהול פסולת גרעינית ומאמצי התאוששות סביבתיים.
13 שנים לאחר האסון הגרעיני בתחנת הכוח הגרעינית של Fukushima Daiichi (FDNPP), החוקרים השיגו הישג פורץ דרך: בפעם הראשונה, הם ביצעו בהצלחה הדמיה ישירה של אטומי צזיום רדיואקטיביים (Cs) בדגימות סביבתיות.
הניתוח פורץ הדרך, שהושלם על ידי צוות חוקרים ביפן, פינלנד, אמריקה וצרפת, המנתח חומרים הנפלטים מכורי FDNPP שניזוקו, חושף תובנות חשובות לגבי אתגרי ניהול הפסולת הסביבתית והרדיואקטיבית המתמשכים איתם ביפן. המחקר פורסם לאחרונה ב- כתב עת לחומרים מסוכנים.
ההתמוטטות של Fukushima Daiichi: פאזל הנדסי וסביבתי מתמשך
בשנת 2011, לאחר רעידת האדמה והצונאמי הגדולים של טוהוקו, 3 כורים גרעיניים ב-FDNPP עברו התמוטטות עקב אובדן כוח גיבוי וקירור. מאז, מאמצי מחקר נרחבים התמקדו בהבנת המאפיינים של פסולת דלק (תערובת של דלקים גרעיניים מותכים וחומרים מבניים), שנמצאו בתוך הכורים שניזוקו. יש להסיר בזהירות את הפסולת ולהיפטר ממנה.
עם זאת, נותרו אי ודאות רבות בנוגע למצב הפיזי והכימי של פסולת הדלק, וזה מסבך מאוד את מאמצי השליפה.
ניסיונות להבין את הכימיה של תוצאות צזיום רדיואקטיביות לראשונה בעולם
כמות משמעותית של C רדיואקטיבית שוחררה מכורי Fukushima Daiichi שניזוקו בצורה חלקיקית. החלקיקים, המכונים מיקרו-חלקיקים עשירים ב-Cs (CsMPs), אינם מסיסים בצורה גרועה, קטנים (<5 מיקרומטר) ובעלי הרכב דמוי זכוכית.
פרופ' סאטושי אוטסונומיה מאוניברסיטת קיושו, יפן, הוביל את המחקר הנוכחי. הוא הסביר שה-CsMPs "היווצרו בתחתית הכורים הפגועים במהלך ההתכה, כאשר דלק גרעיני מותך פגע בבטון". לאחר היווצרות, אבדו CsMPs רבים מהכלת הכור אל הסביבה הסובבת.
איור 1. (משמאל) מודל מבנה של פולוציט ותמונת HAADF-STEM מדומה באמצעות MacTempas. (מימין) תמונת HAADF-STEM ברזולוציה גבוהה של מזהמים עשירים בברזל ב-CsMPs. אטומי Cs בתמונה מופיעים ככתמים בהירים (בעיגול בתמונה). כמחצית מאטומי Cs במבנה הם רדיואקטיביים. אטומי Cs רדיואקטיביים לא צולמו בעבר מדגימות סביבתיות. קרדיט: Kanako Miyazaki et. אל.
אפיון מפורט של CsMPs חשף רמזים חשובים לגבי המנגנונים והיקף ההתמוטטות. עם זאת, למרות Cs בשפע במיקרו-חלקיקים, הדמיה ישירה בקנה מידה אטומי של Cs רדיואקטיבי בחלקיקים הוכחה כבלתי אפשרית.
פרופ' גארת לאו, משתף פעולה במחקר מאוניברסיטת הלסינקי, הסביר כי "זה אומר שחסר לנו מידע מלא על הצורה הכימית של Cs בחלקיקים ובפסולת הדלק".
Utsunomiya המשיך, "בעוד ש-Cs בחלקיקים קיים בריכוזים גבוהים למדי, הוא עדיין נמוך מדי עבור הדמיה מוצלחת בקנה מידה אטומי באמצעות טכניקות מתקדמות של מיקרוסקופ אלקטרונים. כאשר Cs נמצא בריכוז גבוה מספיק, מצאנו שקרן האלקטרונים פוגעת בדגימה, מה שהופך את הנתונים המתקבלים חסרי תועלת". עם זאת, בעבודות הקודמת של הצוות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים שידור אלקטרוני (HR-HAADF-STEM) חדיש ברזולוציה גבוהה זווית גבוהה טבעתית סורק שדה כהה, הם מצאו תכלילים של מינרל בשם פולוציט (זאוליט) בתוך CsMPs. Law הסביר כי "בניתוח עבר הראינו שהתכלילים המזהמים העשירים בברזל ב-CsMPs הכילו יותר מ-20% Wt.Cs. בטבע, פולוציט הוא בדרך כלל עשיר באלומיניום.
הזיהום ב-CsMPs היה שונה בבירור מזה באופיו, מה שמצביע על כך שהוא נוצר בכורים". Utsunomiya המשיך, "מכיוון שידענו שרוב ה-Cs ב-CsMPs מקורו בביקוע, חשבנו שניתוח של המזהם יכול להניב את התמונות הישירות הראשונות אי פעם של אטומי Cs רדיואקטיביים".
זאוליטים יכולים להפוך לאמורפיים כשהם נתונים לקרינת קרן אלקטרונים, אך נזק זה קשור להרכב הזאוליט, והצוות מצא שחלק מהתכלילים המזהמים היו יציבים בקרן האלקטרונים.
לאחר שלמדו זאת והודע על ידי דוגמנות, הצוות התחיל לנתח כאב שראה את Utsunomiya, הסטודנט לתואר שני Kanako Miyazaki, והצוות סוף סוף דימו אטומי Cs רדיואקטיביים.
מדענים אספו דגימות של אדמה מזוהמת ליד הכורים הפגועים של Fukushima Daiichi. קרדיט: Satoshi Utsunomiya
אוטסונומיה הסביר: "היה מרגש להפליא לראות את התבנית היפה של אטומי Cs במבנה המזהם, שבו כמחצית מהאטומים בתמונה תואמים ל-Cs רדיואקטיבי".
הוא המשיך: "זו הפעם הראשונה שבני אדם צילמו ישירות אטומי Cs רדיואקטיביים בדגימה סביבתית. מציאת ריכוזים של Cs רדיואקטיביים גבוהים מספיק בדגימות סביבתיות שיאפשרו הדמיה ישירה היא יוצאת דופן ומציגה בעיות בטיחות. למרות שזה היה מרגש ליצור תמונה ראשונה בעולם המדעי, יחד עם זאת זה עצוב שזה היה אפשרי רק בגלל תאונה גרעינית".
יותר מפריצת דרך הדמיה
אוטסונומיה הדגישה כי ממצאי המחקר רחבים יותר מסתם הדמיה של אטומי Cs רדיואקטיביים: "העבודה שלנו שופכת אור על היווצרות המזהמים וההטרוגניות הסבירה של הפצת Cs בתוך כורי FDNPP והסביבה."
החוק עוד הדגיש את הרלוונטיות: "אנו מדגימים באופן חד משמעי התרחשות Cs חדשה הקשורה לחומרים הנפלטים מכורי FDNPP. מציאת Cs המכילים פולוציט ב-CsMPs פירושו כנראה שהוא נשאר גם בכורים הפגועים; ככזה, ניתן לשקול כעת את תכונותיו באסטרטגיות של פירוק כורים וניהול פסולת".
משתף פעולה אמריטוס פרופ' ברנד גרמבו מ-Subatech, אוניברסיטת IMT Atlantique Nantes, הוסיף כי: "כעת עלינו להתחיל לשקול גם את ההתנהגות הסביבתית של Cs-pollucite ואת ההשפעות האפשריות שלו. סביר להניח שהוא מתנהג בצורה שונה מצורות אחרות של נשורת Cs שתועדו עד כה. כמו כן, ייתכן שיהיה צורך לשקול את ההשפעה על בריאות האדם. התגובתיות הכימית של מזוהמים בסביבה ובנוזלי גוף היא בהחלט שונה מזו של צורות אחרות של Cs רדיואקטיביות שהופקדו". לבסוף, בהתייחס למשמעות המחקר, פרופ' רוד יואינג מאוניברסיטת סטנפורד הדגיש את הצורך הדחוף במחקר מתמשך כדי ליישר אסטרטגיות להסרת פסולת ולשיקום סביבתי: "שוב, אנו רואים שהמאמצים האנליטיים הקשים של מדענים בינלאומיים באמת יכולים לפתוח את מסתורין של תאונות גרעיניות, המסייעות למאמצי התאוששות ארוכי טווח".
העבודה נתמכה במימון דו-צדדי מהאגודה היפנית לקידום המדע ומועצת המחקר של פינלנד.
