A usina de Chernobyl explodiu porque pessoal de esquerda não sabe fazer nada certo.
Brincadeirinha ;))
As razões são inúmeras, e como diz o velho ditado "a experiência é proporcional ao material arruinado", o acidente acabou ajudando a todos os engenheiros nucleares a repensarem seus desenhos; existem hoje projetos de reatores nucleares incrivelmente mais seguros do que os em operação no mundo todo hoje.
Infelizmente, com o protesto dos verdes contra usinas nucleares, verbas para implantação de novas usinas estão bloqueadas, o que obriga todos os países a sobreutilizarem suas usinas nucleares velhas, porque a opção (importar petróleo para mover termelétricas) é economicamente e mesmo ecologicamente pior.
Mas, voltando ao assunto principal, o que houve com Chernobyl?
Para isso, precisamos conhecer um pouco sobre reatores nucleares. Basicamente, um reator nuclear é um aglomerado de barras de urânio ou urânio+plutônio, quantidade esta suficiente para provocar uma "reação em cadeia", ou seja, os átomos são cindidos numa taxa muito mais alta que a meia-vida natural desses elementos.
A reação gera energia sob as mais variadas formas, que eventualmente acabam todas virando energia térmica. Essa energia térmica aquece água ou metal líquido. Se for água, pode-se utilizá-la diretamente como vapor para mover uma turbina.
Mas, normalmente, essa água que circula pelo reator (circuito primário) torna-se radioativa e é mais seguro utilizá-la para aquecer água de outro circuito (o circuito secundário). Assim, não circula água radioativa pelas turbinas, o que acaba simplificando a usina, pois haverá menos áreas restritas para circulação de pessoas, manutenção etc.
A reação em cadeia só acontece mediante circunstâncias muito especiais. As que importam para nós são as seguintes.
Se o combustível passar de certa temperatura, a reação cessa pois aumenta a distância entre os átomos e diminui a chance dos nêutrons liberados na fissão atingirem outros átomos cindíveis. Por isso, é importante manter a temperatura do núcleo baixa, do contrário ele desliga.
Os nêutrons liberados na fissão são tão energéticos que simplesmente tunelam através dos átomos cindíveis, não provocando outras fissões. Para moderar a velocidade dos nêutrons e torná-los úteis para provocar fissão, é necessário fazê-los passar por um MODERADOR, que pode ser água, água pesada ou grafite puro. A água é o menos eficiente de todos, além do que funciona como ABSORVEDOR de nêutrons, o que pode fazer cessar a radiação.
Grande parte dos nêutrons liberados num ciclo de fissão não provoca imediatamente outro ciclo de fissão; eles são capturados por átomos de outros tipos, gerando isótopos com meia-vida muito curta (de alguns segundos). Depois da meia-vida, o nêutron é novamente liberado e pode então provocar fissão. Isso torna o aumento ou diminuição de potência do reator um pouco lerdos, mas ajuda no controle do mesmo por parte de um ser humano.
Para regular a potência do reator, introduzem-se nele barras com materiais ABSORVEDORES de nêutrons, como o cádmio, que podem diminuir ou matar completamente a reação em cadeia.
Mas, mesmo com o reator completamente desligado, ainda há a fissão natural de átomos, por conta da meia-vida dos elementos presentes. Isso não é problema no urânio em estado natural, misturado a outros elementos; mas num reator grande (como o de Chernobyl) com 100 toneladas de urânio puro lá dentro, essa fissão natural gera 5% da potência máxima nominal. Portanto, o reator tem de ser mantido ativamente frio mesmo desligado.
O excesso de temperatura no reator pode causar o temido MELTDOWN, com a massa de urânio aumentando sua temperatura e tornando-se líquida, entrando terra adentro e possivelmente só parando ao atingir alguma massa grande de água, como o lençol freático.
Um certo número de barras absorvedoras de nêutrons tem de ficar sempre no núcleo, sob pena de a reação em cadeia produzir uma quantidade incontrolável de energia térmica.
É oportuno lembrar que reatores NUNCA explodem como bombas nucleares. Isso só acontece quando existe uma massa de urânio-235 ou plutônio-239 puros. O reator não usa U-235 puro, e sim uma mistura de U-238 e U-235, com 3% a 5% de U-235. (A proporção natural no urânio é 0.7% de U-235, portanto o combustível do reator tem de ser "enriquecido", um processo bastante dispendioso.)
O reator da Chernobyl era um modelo RBMK, considerado excessivamente inseguro no Ocidente. O reator RBMK utiliza grafite como moderador e água como refrigerante, num circuito simples (não há divisão primário/secundário).
No Ocidente, o modelo PWR é o mais utilizado. Neste modelo, a água é utilizada tanto como moderador quanto como refrigerante. A segurança desse reator é que, se a água vira vapor ou vai embora, deixando o reator "seco", a reação em cadeia é automaticamente desligada, pois sem moderador não há reação.
O reator RBMK, se ficar seco, tornar-se-á ainda mais potente (pois a água também atua como absorvedor de nêutrons) o que cria uma realimentação positiva na temperatura.
Ambos os modelos de reator podem ter evento de "meltdown". Como última linha de defesa num evento desses, todos os reatores, inclusive os russos, têm uma "piscina" de água logo abaixo do núcleo do reator. Se o combustível chegar a fundir-se e escapar do reator, vai cair na água, causando uma reação explosiva por conta do choque térmico, mas ao menos ele não vai penetrar a terra.
Os países do antigo bloco comunista não utilizavam o RBMK por pura leniência. Ele tem algumas vantagens econômicas importantes:
- simplicidade da inexistência de dois circuitos de água.
- O grafite é um moderador muito eficiente, o que permite utilizar urânio NÃO ENRIQUECIDO (ou seja, com a mesma proporção de U-235 encontrada na Natureza) como combustível.
- Reatores com moderador a grafite geram plutônio em grande volume e grande qualidade, próprio para ser usado em outros reatores próprios para plutônio, ou bombas nucleares.
Existe um terceiro desenho de reator (projetado pelos ingleses), o PHWR, que utiliza água pesada (com deutério) no circuito primário. A água pesada é muito eficiente como moderador, portanto esses reatores também podem utilizar urânio não enriquecido. Existe infelizmente o custo de "enriquecer" a água para se obter água pesada, embora seja um custo bem menor que enriquecer urânio.
Os reatores RMBK utilizados em Chernobyl tinham, além do problema da insegurança inerente devido ao uso de grafite como moderador, um segundo problema que era a instabilidade em baixa potência. Ou seja, quando em baixa potência, os reatores tendiam a apagar.
Isso por si só não é problema (o máximo que pode acontecer é a usina parar), porém a instabilidade estimulou os operadores a remover algumas barras de absorção de nêutrons a mais, inclusive algumas que NUNCA ERAM REMOVIDAS na operação normal.
Os operadores reduziram a potência do reator para fazer um teste de segurança, o que é irônico, pois foi o que fez o reator explodir, conforme veremos.
Em seguida, foi simulada uma falha no sistema refrigeração do núcleo. Isso fez com que a água no interior do núcleo começasse a gerar bolhas de vapor. Com menos água no núcleo, diminuiu a absorção de nêutrons, e a reação nuclear começou a acelerar novamente.
O mecanismo de reinserção automática de barras absorvedoras tinha sido desligado por conta do teste; se isso não tivesse sido feito, o reator teria parado a si mesmo automaticamente e nenhum acidente teria acontecido.
Devido a quase total ausência de barras absorvedoras, a reação nuclear começou a aumentar muito rapidamente. O operador chegou a detectar o problema, e ordenou a reinserção das barras.
Infelizmente, por um outro infortúnio, as barras nesse reator são inseridas de cima para baixo, e não de baixo para cima como a maioria dos projetos exige hoje. Isso fez com que o pouco de água no estado líquido existente no reator fosse empurrada para fora pela pressão do vapor.
A velocidade de inserção das barras era muito lenta nesse modelo de reator; a água saiu e as barras demoraram muito para percorrer os 70 metros de altura do reator. A reação em cadeia continuou acelerando, e teve tempo de atingir 100 vezes a potência máxima recomendada. Isso fundiu o combustível, que entrou em contato com a água, ocasionando a explosão.
Ao contrário do que algumas pessoas pensam, não houve evento de meltdown em Chernobyl.
Depois do acidente, os 3 reatores restantes de Chernobyl foram melhorados, um dos quais continua em funcionamento normal até hoje:
- A velocidade de inserção das barras foi dobrada
- Alguns componentes foram redesenhados, de forma que a eventual geração de vapor (e conseqüente remoção da água absorvedora) não cause tanta aceleração da reação em cadeia;
- As barras absorvedoras de segurança não podem mais ser facilmente removidas pelos operadores normais. Outras barras de segurança são automaticamente inseridas em caso de sobrecarga, e o operador não pode desligar facilmente esse mecanismo.
Cada reator de Chernobyl produz 1000MW de energia. Isso não se acha na esquina, e por esse motivo não é possível simplesmente descartá-los em favor de e.g. uma usina termelétrica. Isso mataria a já combalida economia da Ucrânia.
Conforme visto antes, um dos maiores desafios de engenharia do reator é controlar sua temperatura, que aumenta mesmo quando ele está "desligado", devido à fissão natural. Esse efeito é particularmente grande em reatores com grande quantidade (100 toneladas) de combustível no núcleo, porque, colocando a coisa em palavra simples, a "proximidade" de tantos átomos cindíveis acaba auto-estimulando a fissão.
A tendência dos projetos modernos é utilizar inúmeros reatores pequenos (80MW cada um no máximo; um reator "antigo" típico fornece 1000MW), trabalhando juntos para fornecer energia térmica. Um evento de falha em qualquer deles é muito mais facilmente manejável, porque é fácil resfriá-lo e a quantidade de material radiativo em risco é muito menor.
O desenho inglês PHWR é um dos mais promissores, pois permite usar urânio não enriquecido e ainda assim é seguro, pois se a água pesada vazar, o reator pára. A água pesada é um tanto radiativa, porém bem menos que outros materiais, e de qualquer forma é um elemento que existe na Natureza na forma diluída.
Duas perguntas cruciais para a energia nuclear:
- Qual é o nível seguro de radiação que as pessoas podem absorver ?
A resposta, hoje conhecida, é NENHUM. A radiação natural que existe no mundo já é considerada excessiva, causadora de boa parte das doenças como câncer que existem e sempre existiram. Portanto, qualquer aumento artificial, mesmo que pequeno (e.g. 10% a mais) é considerado ruim, pois o organismo mal consegue defender-se da radiação natural; qualquer aumento ultrapassa a capacidade de defesa.
É por isso que mesmo contaminações artificiais ultra-diluídas são daninhas.
- Por que a contaminação nuclear é tão perigosa, se os elementos combustíveis já existiam antes na Natureza ?
O urânio natural é radiativo, e inclusive causa problemas a quem, por exemplo, mora em cima de uma jazida. NO entanto, é uma radiação liberada ao longo de bilhôes de anos. O fato do urânio ser misturado desacelera ainda mais a auto-fissão e trata de absorver "in loco" os resíduos daninhos.
Quando junta-se uma grande quantidade de urânio puro (não necessariamente enriquecido) num reator, a fissão natural é acelerada. Com a reação em cadeia, é muitíssimo mais acelerada. Nesse processo, são gerados inúmeros isótopos radiativos de outros elementos.
Tais isótopos tem meia-vida curta (de alguns dias a centenas de anos), e liberam em relativamente pouco tempo uma energia que originalmente seria liberada em bilhões de anos. Portanto, qualquer quantidade, mesmo mínima, desses isótopos radiativos é daninha.
Somando-se isso ao fato de que qualquer radiação é ruim para a vida, mesmo a natural, está explicado porque a contaminação nuclear com elementos inicialmente encontráveis em qualquer lugar pode ser tão ruim.
Pessoalmente acho que sim, e provavelmente não haverá outra opção quando o petróleo escassear (o que deve acontecer por volta de 2010 a 2015). Lembrar que a poluição química e o impacto ecológico de outras opções (inclusive as aparentemente limpas hidrelétricas) não é nem de longe nulo.
Chernobyl tem um raio de 30km onde ninguém deve viver por muito tempo. Eu me pergunto: qual é o tamanho do lago de Itaipu? Será que um espelho d'água artificial deste tamanho passa sem causar nenhum efeito ao clima e ao ecossistema ao redor?
Reatores de plutônio são bem mais manejáveis que os de urânio. Isso porque o plutônio tem uma meia-vida muito mais alta que a do urânio-235, a ponto de você poder segurar alguns quilos (*) de plutônio na mão (**) por alguns minutos, sem riscos radioativos.
Portanto, um reator a plutônio só produz calor quando está na fase de "reação em cadeia". Quando ele está desligado, o calor gerado pelo simples decaimento (meia-vida) é bem menor que o do urânio, e é mais fácil manter o reator frio nessa condição. Menor o risco de meltdown.
O problema é que plutônio tem de ser gerado a partir de um reator a urânio, portanto continua existindo a necessidade de manipular-se urânio. Além disso, o plutônio assim gerado pode muito bem ser desviado para uma arma nuclear. (Para fazer uma bomba atômica de urânio, é necessário purificar o U-235 a 100%, o que é tão difícil e dispendioso e demorado que apenas um punhado de países consegue fazê-lo ainda hoje.) Como o plutônio é um elemento químico diferente do urânio, é fácil separá-lo quimicamente do material de enchimento de uma barra de combustível.
Portanto, usar plutônio mitiga um risco "murphyano" e cria um risco "maquiavélico".
A fusão nuclear ainda está num estágio de estudo, sabe Deus quando vai ser viável utilizá-la para produzir energia comercialmente.
(*) que não seja mais que uns 4 quilos, do contrário você tem uma bomba nuclear ;)
(**) o plutônio pode ser segurado na mão ou mesmo ingerido em pequenas quantidades, pois a digestão trata de eliminá-lo antes de tornar-se um risco bioógico. O grande risco é inalar poeira de plutônio, pois alojar-se-á no pulmão para sempre, emitindo radiação continuamente e causando danos cumulativos. Um décimo de miligrama de plutônio no pulmão é morte certa. E é claro, se você deixar um 1kg de plutônio em seu quarto como enfeite, com o tempo a radiação emitida matará, assim como mataria uma lâmpada ultravioleta ou emissor de raios X.
http://www.nea.fr/html/rp/chernobyl/