Há cerca de três anos, quando o assunto da moda era o iminente início das
atividades do LHC (o acelerador/colisor de partículas), o leitor Caio Gomes, que é físico, enviou um email com o intuito de esclarecer algumas das dúvidas mais comuns que atormentavam os leigos (leia-se: eu). Agora, Caio retorna com mais um texto inte
ressante e informativo sobre a situação das usinas nucleares no Japão.
A crise nuclear do Japão, fisica nuclear e o acidente de Chernobyl – O que tem me deixado com raiva ao ler jornais nesse fim de semana
Vou tentar resumir aqui de maneira rápida o porque a reação geral da mídia (não só nacional ) tem sido extremamente exagerada pela questão das usinas nucleares no Japão, e como comparar com Chernobyl é completamente fora de propósito.
Uma usina nuclear funciona como uma grande panela de pressão
: ela retira a energia térmica gerada pelo reator através de vapor, que é utilizada para movimentar turbinas. Esse calor é gerado por reações no reator, que vem a partir do decaimento do oxido de urânio em materiais menos radioativos.
A taxa de reação é controlada através de “barras de controle” que são inseridas no núcleo. Com isso as reações no reator podem
ser paradas quase instantemente, sobrando apenas a radiatividade natural do oxido de urânio e dos produtos da reação de fissao (que deve parar em torno de uma semana).
No caso da usina japonesa, isso foi feito na sexta feira: Logo após o terremoto, as barras de controle foram utilizadas, e toda a reação nuclear de fissão foi interrompida. Todo o problema que estamos vendo é resultado apenas do calor gerado pelos produtos da fissão.
Este é o primeiro fato que precisa ser claramente observado: não há mais fissão sendo feitas no reator.
O problema agora é unicamente retirar o calor residual pelo reator. Como a usina parou de funcionar, e portanto as bombas que movimentam a agua, existe um sistema reserva a partir de geradores de diesel. Esses sistemas começaram a funcionar, mas foram destruídos pelo tsunami logo a seguir. Como uma terceira garantia, a usina foi projetada com uma bateria reserva (que entrou normalmente em funcionamento), que pode movimentar a agua por oito horas, até onde um novo sistema de geração deveria ser encontrado. Não sei o porque ainda, mas nesses oito horas não foi possível obter um novo sistema de geração de energia.
Mas para casos como esse (onde os dois primeiros sistemas de segurança não funcionam), os reatores são projetados ainda com três camadas de proteção. A primeira camada é uma cobertura de zirconio feita sobre o urânio. Esta camada de zirconio derrete a 2200 graus Celsius enquanto o urânio derrete a 3000 graus Celsius. A segunda camada de proteção é essa feita pela agua que circulam as barras de zirconio/urânio e que pode retirar o calor gerado.
Caso as barras de zirconio/urânio sejam expostas ( ou seja, a agua em torno de algum ponto delas evapore), estas barras começarão a derreter ( e uma vez completamente expostas devem derreter completamente em torno de uma hora). Para impedir esse derretimento, todo o reator é coberto por uma camada de concreto e aço progetada para resistir a todo tempo até o nucleo resfriar (indefinidamente, já que a temperatura de fusão destes materiais é mais alta que a temperatura de derretimento dos materias do núcleo).
Esta é a construção da usina: o que deve estar acontecendo então?
Com a falha dos geradores, passaram a trabalhar nos sistemas de contenção para impedir o derretimento do nucleo e para isso existem varios sistemas que vão tentar tirar o calor do nucleo. Outra preocupação é em retirar a pressão do nucleo, que poderia causar um rompimento do segundo sistema de contenção.
- esses gases não oferecem risco de contaminação, já que eles os elementos radioativos dividirão em elementos não radioativos em segundos. Além de gases não radioativos mas inflamaveis como o Hidrogenio. É esse hidrogenio que vem causando as explosões vistas nas noticias, ou seja, não relacionados a nada que ocorre no nucleo do reator.
- a analise do gás interno ao refrigerador poderia pode indicar se o derretimento parcial do nucleo está acontecendo, já que traços de Césio apareceriam caso o derretimento estivesse ocorrendo: traços de Césio começaram a aparecer nos gases ventilados do reator.
- Com indicios de derretimento, os técnicos decidiram usar agua do mar para impedir o derretimento como plano B. Ao que tudo indica, isso baixou a temperatura do reator 1.
Nos próximos dias a temperatura do reator ainda estará alta, mas cada vez menos problematica. Há ainda riscos de explosões causadas pelo Hidrogenio ventilado, mas também será cada vez menos problematico.
E ainda lembro que em ultimo caso ainda teriamos a terceira camada de contenção que entraria em jogo caso o derretimento total do nucleo ocorresse.
No momento estamos no no segundo estagio: os técnicos estão tentando impedir o derretimento do núcleo, mas ainda não chegamos ao ponto de usar a ultima camada de proteção.
E Chernobyl?
E porque as comparações com Chernobyl são descabidas?
Primeiro a usina de Chernobyl usava um desenho diferente de reator: primeiramente o resfriante dela não era agua e sim carbono. E em segundo lugar, o terceiro recipiente de conteção ( o de concreto e aço) não existia.
O que isso muda? O carbono, a altas temperaturas pode incendiar e vaporizar, levando o material do nucleo em seu vapor. Sem o terceiro compartimento de proteção, quando a pressão do reator aumentou e ele rachou, esse vapor foi lançado diretamente na atmosfera, levando pedaços do núcleo de urânio para a atmosfera.
Isso é importante: Em Chernobyl não foi uma explosão nuclear (como uma bomba). Foi uma emissão de elementos radioativos na atmosfera (a famosa bomba suja) que causaram os danos de radioatividade. A simples existência do terceiro compartimento de segurança impediria esse lançamento na atmosfera e com isso os maiores danos de Chernobyl teriam sido evitados.
As usinas do Japão estão então protegidas de um acidente como Chernobyl, já que mesmo na época que Chernobyl foi construída já se sabia que aquele desenho de usina era inseguro.
clica aqui 
, onde Frepresenta a força gravitacional entre os corpos, M e m representam as massas de cada corpo, r corresponde à distância entre os corpos envolvidos na interação e, por fim, G é uma constante conhecida como constante universal, cujo valor é 6,67.10-11
.