Characterization of particles formed during laser cutting of simulated fuel-containing materials from the Fukushima-Daiichi NPP and of SNF samples

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Fragmentation of massive debris of the fuel and fuel-containing materials (FCMs) is one of important steps in the final decommissioning of the Fukushima Daiichi NPP. The generation and dissemination of radioactive microparticles in the course of the fragmentation largely depend on the cutting technology used. A previous study [1] dealt with the experimental cutting of simulated FCM and spent nuclear fuel (SNF) samples to justify the optimum configuration and operation conditions of the gas treatment system. To understand the properties of particles generated in the course of cutting FCM and SNF samples and to justify the methods for their localization, it is necessary to study in more detail the size, shape, and composition of the structures formed. We used in this study the microparticles formed by laser cutting of simulated FCMs from the Fukushima Daiichi NPP and of SNF samples. The microparticles formed were examined with a laser particle size analyzer and with a scanning electron microscope equipped with wave- and energy-dispersive spectrometers. The formation of particles of different size and morphology was noted. The laser cutting generates separate particles of submicron size and different morphology, which form agglomerates. Up to 35 wt % of particles formed by laser cutting of the simulated FDM passed into the vapor–gas phase. For the VVER (water-cooled water-moderated energy reactor) SNF, this fraction was 25 wt %. The major components of all kinds of particles formed by laser cutting of SNF are uranium, oxygen, and zirconium; their total fraction is in the range from 97.9 to 98.4%. The plutonium content ranges from 0.7 to 1.3%.

About the authors

A. O. Makarov

State Scientific Center Research Institute of Atomic Reactors

Zapadnoe shosse, 9, Dimitrovgrad, Ulyanovsk oblast, 433510 Russia

V. N. Momotov

State Scientific Center Research Institute of Atomic Reactors

Email: momotov@niiar.ru
Zapadnoe shosse, 9, Dimitrovgrad, Ulyanovsk oblast, 433510 Russia

S. D. Semin

AO TVEL

Email: SDmSemin@tvel.ru
Kashirskoe shosse, 49, Moscow, 115409 Russia

O. N. Nikitin

State Scientific Center Research Institute of Atomic Reactors

Zapadnoe shosse, 9, Dimitrovgrad, Ulyanovsk oblast, 433510 Russia

P. V. Lakeev

State Scientific Center Research Institute of Atomic Reactors

Zapadnoe shosse, 9, Dimitrovgrad, Ulyanovsk oblast, 433510 Russia

V. A. Reztsova

State Scientific Center Research Institute of Atomic Reactors

Zapadnoe shosse, 9, Dimitrovgrad, Ulyanovsk oblast, 433510 Russia

D. E. Tikhonova

State Scientific Center Research Institute of Atomic Reactors

Zapadnoe shosse, 9, Dimitrovgrad, Ulyanovsk oblast, 433510 Russia

References

  1. Makarov A., Momotov V., Lakeev P., Sivkova V., Nezgovorov N., Semin S. et al. // Ann. Nucl. Energy. 2022. Vol. 173. Article 109103.
  2. Kitagaki T., Yano K., Ogino H., Washiya T. // J. Nucl. Mater. 2017. Vol. 486. P. 206–215.
  3. International Research Institute for Nuclear Decommissioning (IRID), Upgrading of Fundamental Technology for Retrieval of Fuel Debris and Internal Structures, FY2018 Final Report, July 2019. https://irid.or.jp/wp-content/uploads/2020/09/fy2018retrievaloffueldebrisandinternalstructures.pdf
  4. International Research Institute for Nuclear Decommissioning (IRID), Upgrading of Approach and Systems for Retrieval of Fuel Debris and Internal Structures, Accomplishment Report for FY 2017, April 2018/ https://irid.or.jp/_pdf/5_Upgrading%20of%20Approach%20and%20Systems%20for%20Retrieval%20of%20Fuel%20Debris%20and%20Internal%20Structures_IRID_2019.pdf
  5. Ohnuki T., Nakase M., Liu J., Dotsuta Y., Satou Y., Kitagaki T., Kozai N. // J. Nucl. Sci. Technol. 2024. Vol. 61. N 3. P. 384–396.
  6. Yano K., Kitagaki T., Ikeuchi H., Wakui R., Higuchi H., Kaji N., Koizumi K. Direction on characterization of fuel debris for defueling process in Fukushima Daiichi Nuclear Power Station // Proc. GLOBAL 2013, Salt Lake City, Sept. 29−Oct. 1, 2013. Am. Nucl. Soc., 2013 (CD-ROM).
  7. Kitagaki T., Yano K., Washiya T. Research approach of MCCI products characterization for debris removal // IEM on Strengthening Research and Development Effectiveness in the Light of the Accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. Vienna, Austria: IAEA Headquarters, Febr. 16–20, 2015. Poster ID Number: IAEA-CN-235–85.
  8. Journeau C., Roulet D., Porcheron E., Piluso P., Chagnot C. // J. Nucl. Sci. Technol. 2018. Vol. 55. P. 985–995.
  9. Tokyo Electric Power Company, Data of Abnormal Events Including Alarm Records–Unit 1 (June 23, 2011) (in Japanese). http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/plant-data/f1_3_Keihou1.pdf
  10. Tokyo Electric Power Company, Data of Abnormal Events Including Alarm Records–Unit 3 (June 23, 2011) (in Japanese). http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/plant-data/f1_3_Keihou3.pdf
  11. Colle J.-Y., Stohr S., Cremer B., Van Winckel S., Rasmussen G., Blanco O.D. et al. // J. Aerosol Sci. 2020. Vol. 148. Article 105588. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2020.105588

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».