Analise de Acidente Nuclear no Reator de Chernobyl

Analise de Acidente Nuclear no Reator de Chernobyl

UNIVERSIDADE DO RIO GRANDE DO SUL – UFRGSEscola de Engenharia – Engenharia MecânicaIntrodução a Engenharia Nuclear (ENG03062)

Trabalho: Analise de Acidente Nuclear no Reator de Chernobyl

Larissa Ribeiro Loss Badaraco171458

Porto Alegre, 29 de Junho de 2010

ÍNDICE

Introdução...................................................................................................................................03

Chernobyl....................................................................................................................................04

A Usina........................................................................................................................................05

O Reator Nuclear de Chernobyl...................................................................................................06

O Acidente ..................................................................................................................................08

Os Dias Seguintes .......................................................................................................................12

Conseqüências ............................................................................................................................13

Conclusão ...................................................................................................................................15

Bibliografia .............................................................................................................................16

INTRODUÇÃO

Um acidente é considerado nuclear, quando envolve uma reação nuclear ou equipamento onde se processe uma reação nuclear. O perigo potencial na operação dos Reatores Nucleares é representado pela alta radioatividade dos produtos da fissão do elemento utilizado na usina e sua liberação para o meio ambiente.A filosofia de segurança dos Reatores Nucleares é dirigida no sentido de que as Usinas Nucleares sejam projetadas, construídas e operadas com os mais elevados padrões de qualidade e que tenham condições de alta confiabilidade.

Neste trabalho, trataremos do acidente nuclear ocorrido em Chernobyl: suas causas, os procedimentos adotados e suas conseqüências. Ao final do trabalho, concluiremos como este fato contribuiu para o avanço nos cuidados da utilização de energia nuclear.

CHERNOBYL

A cidade de Chernobyl – seu nome significa grama negra – fica ao norte da Ucrânia, na divisa com a Bielorrússia, sobre o rio Pripyat. Na época da construção, toda a região estava integrada à União Soviética. A central nuclear foi construída a vinte quilômetros da cidade de Chernobyl e a cem da capital da Ucrânia, Kiev. Um complexo que abrigou os trabalhadores ficava a quatro quilômetros da cidade de Pripyat. Lá quarenta e cinco mil pessoas estavam abrigadas no momento do acidente.

Imagem 01: Foto da cidade de Chernobyl

A USINA

A construção da usina começou em 1970 e em 1983 foi inaugurado o quarto reator. No momento do acidente estavam sendo construídos mais dois reatores que tiveram suas obras paralisadas três anos após o acidente e em 12 de dezembro de 2000 o complexo foi fechado definitivamente.

A usina era formada por reatores dos tipos RBMK – Reator nuclear arrefecido por água moderado a grafite – e PRW – Reator de água pressurizada – que podiam produzir 1000 megawatts de energia elétrica. Esse último modelo é usado em Angra e precisa ser construído próximo a reservatórios de água, por isso as usinas são localizadas próximas a rios ou mares de onde é retirada a água para resfriamento, método criticado por ambientalistas, pois aumenta a temperatura da água, afetando os ecossistemas da região. As quatro unidades de Chernobyl eram do tipo RBMK (reator com urânio enriquecido refrigerado à água fervente, moderado a grafite, é um reator evoluído a partir de um modelo cujo objetivo é a produção de plutônio a partir do urânio em seu interior) e a planta da usina eram consideradas um modelo dentro da União soviética, que tinha planos de extensão.

Esse tipo de reator utiliza urânio-235 como combustível. A reação nuclear de um grama desse elemento produz aproximadamente 82000000 kJ de energia, valor mais de um milhão de vezes maior que o produzido pela queima de um grama de metano – gás usado em algumas termelétricas. Para produzir essa energia os átomos são bombardeados por nêutrons e quebram-se como esferas de vidro, formando núcleos menores que geram novos elementos como o bário e o criptônio. Quando esse núcleo é quebrado ele libera elétrons que passam a atingir novos núcleos, gerando uma reação em cadeia. Nos reatores usados em Chernobyl essa reação em cadeia era moderada pela utilização de grafite, reduzindo a velocidade dos nêutrons e permitindo o controle da reação.

Essa reação é altamente exotérmica, produzindo uma temperatura extremamente elevada, podendo fundir as paredes do reator, que são produzidas com tijolos especiais e espessas paredes de cimento e chumbo, com mais de um metro de espessura.

O urânio-235 representa apenas 0,7 % das reservas, para se obter energia o urânio deve ser enriquecido. Esse processo eleva a quantidade de urânio-235 para 3% – nível usado nos reatores nucleares – e é realizado pela centrifugação de compostos de urânio, mas esse processo também pode ser usado para gerar material para a produção de bombas atômicas. Por isso o Irã vem sofrendo retaliações constantes a cada vez que anuncia o desenvolvimento dessa tecnologia ou a criação de novas usinas de enriquecimento.

O REATOR NUCLEAR DE CHERNOBYL

O Reator de Chernobyl possui grafite no núcleo e não possui contenção de aço, diferenciando dos reatores de Angra, por exemplo. O combustível é o urânio-235 e o controle da reação de fissão nuclear em cadeia é feita por meio de barras de controle, absorvedoras de nêutrons. As varetas de combustível são colocadas dentro de blocos de grafite , por onde passamos tubos da água de refrigeração, que vai produzir o vapor para acionar a turbina. A água passa entre as varetas de combustível, onde é gerado o vapor, não havendo necessidade de um gerador de vapor com essa finalidade.

Foto 02: Esquema gráfico do reator de Chernobyl

As dimensões do Vaso do Reator são muito maiores, por causa da montagem dos blocos de grafite. Por isso, o Edifício do Reator também tem proporções grandes. Ele funciona como contenção única, mas não é lacrado. A parte superior do compartimento do Vaso do Reator é uma tampa de concreto. Esse Reator permite que o Sistema de Segurança (desligamento automático) possa ser bloqueado e o Reator passe a ser operado manualmente, não desligando automaticamente, em caso de perigo ou de falha humana.

Em termos mais técnicos podemos descrever o reator utilizado em Chernobyl da seguinte maneira: O núcleo do reator é um cilindro de grafite com 11,8 m de diâmetro e 7 m de altura, o qual está num bloco de concreto de 22 X 22 X 26 m sobre uma estrutura metálica. Por baixo, existe um espaço, parcialmente cheio de água, que deve receber a mistura de água e vapor no caso de haver ruptura em um dos canais de circulação, causando condensação do vapor. O núcleo é protegido por uma blindagem, composta de ferro com cimento contendo bário. O resfriamento do moderador é feito por meio da circulação, dentro do cilindro metálico, de uma mistura de hélio e nitrogênio. Por causa do freamento de nêutrons e da absorção de raios gama, em condições de funcionamento estável, o moderador chega à temperatura de 700 ºC, podendo absorver 150 MW, equivalentes a 5% da potência total gerada pelo reator. O sistema de controle e proteção consiste de 211 barras de controle, feitas de boro, absorvente de nêutrons, colocadas em canais separados dentro do moderador, de forma a poderem ser inseridas no núcleo.

O ACIDENTE

Em 25 de abril de 1986, a unidade 4 seria desligada para manutenção de rotina. Houve, no entanto, uma pequena mudança no cronograma original. Antes do desligamento da unidade desejava-se realizar uma experiência, destinada a testar se a refrigeração do núcleo do reator estaria garantida, caso houvesse perda de corrente alternada.

Centrais nucleares não produzem apenas eletricidade, mas também são consumidoras de energia -usada para acionar as bombas que refrigeram o reator e os sistemas auxiliares. Quando uma usina está em funcionamento e acima de 20% de sua carga máxima ela se auto-alimenta (chamamos de transferência dos equipamentos auxiliares), quando está abaixo deste valor de carga, a energia necessária para manter seus equipamentos vem do sistema elétrico externo.

No entanto, para sua segurança, além de contar com a energia do sistema elétrico externo e na falta deste poder se auto-sustentar, também conta com geradores de emergência, que após uma falha do sistema elétrico externo e interno de alimentação, entram em serviço.

O teste realizado na unidade 4 era para avaliar se o turbogerador, girando ainda por inércia, com o reator desligado, proveria energia suficiente para manter as bombas de água de circulação em funcionamento, mantendo uma margem segura de refrigeração do reator, enquanto os geradores diesel de emergência não entrassem em serviço.

A experiência começou à 01:00 do dia 25, o reator produzia 3.200 MW térmicos.

A potência do reator foi progressivamente reduzida, chegando a 1.600 MW de potência térmica às 03:47 do mesmo dia. Os sistemas necessários para a operação do reator (4 bombas de circulação para resfriamento e 2 bombas auxiliares) foram transferidos para o barramento do gerador no qual a experiência deveria realizar-se.

Às 14:00, o sistema de resfriamento de emergência foi desligado para evitar que entrasse em funcionamento durante a experiência, fato que desativaria automaticamente o reator.

Houve um aumento de consumo por parte do sistema elétrico da região e o Despacho de Carga suspendeu a redução de potência na usina, mantendo-se desligado o sistema de  resfriamento de emergência. A redução da potência só foi retomada às 23:10.

Às 24:00 houve troca do turno. O turno da noite contava com 256 funcionários.

À 00:05 a potência caiu para 720 MW (t) e continuava sendo reduzida.

Às 00:28 o nível de potência estava em 500 MW (t). O controle foi passado para automático. A experiência que se pretendia realizar não estava prevista pelo sistema automático de controle. Passou-se para o controle manual, mas o operador não conseguiu recuperar com suficiente rapidez o desequilíbrio do sistema e a potência do reator caiu rapidamente para 30 MW, insuficiente para a realização da experiência.

No período em que o reator funcionou em baixa potência, ele foi envenenado pela formação de xenônio, produto de fissão, forte absorvente de nêutrons e dotado de vida média bastante longa. Para controlar esta situação, podia-se aguardar 24 horas até que o xenônio fosse dissipado ou elevar-se a potência rapidamente. Mas a pressão em se realizar o teste foi maior, pois se não fosse feito naquela ocasião só seria realizado dentro de um ano.

Aproximadamente à 00:32 removeu-se as barras para subir a potência.

Começaram a elevar a potência. Por volta de 01:00, a potência ficou em 200 MW (t). Ainda estava com veneno e difícil de controlar, assim retiraram mais barras de controle. Normalmente um mínimo de 30 barras é mantido no reator, deixaram apenas 6 barras das 211. Optou-se pela remoção das barras de controle, aumentando a potência do reator entrando num regime de funcionamento instável, com risco de sofrer elevações incontroláveis de potência.

Permitiram esta situação deliberadamente e desligaram o sistema de refrigeração do reator, os sistemas de reserva e também o gerador diesel, que permitiria inserir as barras de controles em emergência. À 01:03 e 01:07 aumentaram o total de bombas de circulação para 8, reforçando o sistema de refrigeração e diminuindo o nível de água no separador de vapor.

À 01:15 o sistema de desarme para baixo nível no separador de vapor foi desligado. À 01:18 aumentou-se o fluxo de água no núcleo do reator para evitar problemas com sua refrigeração.

À 01:19 aumentou-se a potência, algumas barras foram movidas, manualmente, para além da posição-limite prevista e elevando a pressão no separador de vapor.

À 01:21:40 a taxa de fluxo de água de circulação foi levada abaixo do normal pelo operador a fim de estabilizar o separador de vapor, diminuindo a remoção de calor do núcleo.

À 01:22:10 começou a se formar vapor no núcleo. À 01:22:45 a indicação para o operador dava a impressão de que o reator estava normal. A resistência hidráulica do sistema de refrigeração atingiu um ponto menor do que o previsto para o funcionamento seguro do reator.

O operador tentava, sem êxito, por meio de controles manuais, manter os parâmetros para o reator poder funcionar com segurança. A pressão de vapor e o nível da água caíram abaixo do permitido, fazendo soar os alarmes que exigiam o desligamento do reator. O operador desligou o próprio sistema de alarme.

A energia da reação em cadeia passou a crescer desenfreadamente. À 01:22:30, a potência tinha caído a um valor que exigia o imediato desligamento do reator, mas, apesar disso, a experiência continuou.

À 01:23:04 o teste propriamente dito começa, desligaram o turbogerador, fechando as válvulas de entrada da turbina. Com isto, a energia para as bombas d'água foi abaixando, reduzindo o fluxo de água para resfriamento e por sua vez, a água no núcleo começou a ferver. A água que atuava como absorvedora de nêutrons, limitando a potência, fervendo, aumentou a potência do reator e o aquecimento.

Estava criada uma situação irregular, com 8 bombas funcionando e a potência de 200 MW, e não de 500 MW, conforme o estabelecido no programa. Mais tarde, verificou-se que o ideal era uma potência de 700 MW (t).

À 01:23:21 a geração de vapor aumenta, devido ao coeficiente positivo do reator, aumentando a potência.

À 01:23:35 o vapor aumenta incontrolavelmente.

A ordem de desarmar o reator foi dada à 01:23:40 -o botão AZ-5 é acionado para inserir as barras de controle e deveria resultar na introdução de todas as barras de controle. A água começou a ferver e diminuiu a densidade do meio refrigerante, por sua vez o número de nêutrons livres aumentou, aumentando a reação de fissão.

Com a inserção das barras, houve o deslocamento da água que refrigera os elementos combustíveis para dar lugar ao encamisamento e no primeiro instante houve uma subida brusca na potência ao invés do efeito desejado que é reduzir a potência. Toda a reatividade ficou concentrada na parte de baixo do reator.

À 01:23:44 a potência atingiu um pico de 100 vezes maior do que o valor de projeto.

À 01:23:45 as pastilhas começam a reagir com a água de circulação produzindo alta pressão nos canais de combustível.

À 01:23:49, os canais se rompem. Em seguida, ouviu-se um estrondo. Uma explosão de vapor.

O operador desernergizou o sistema de barras de controle, na esperança de que as 205 caíssem pela força da gravidade. Mas isso não ocorreu; já houvera danos irreparáveis ao núcleo.

À 01:24 houve uma segunda explosão, a tampa de cimento do reator, de 2.000 t, foi violentamente levantada a 14 m de altura e seus destroços foram espalhados por cerca de 2 km espalhando no ar centelhas e pedaços de material incandescente.

No momento da explosão, o combustível estava entre 1.300 e 1.500 ºC e 3/4 do prédio foi destruído, a tampa caiu sobre a beira da boca do núcleo, ficando em equilíbrio precário, deixando parte em descoberto. A explosão permitiu a entrada do ar. O ar reagiu com o bloco do moderador que é feito de grafite formando monóxido de carbono, um gás inflamável e que provocou o incendiamento do reator. Das 140 t de combustível, 8 t continham plutônio e produtos de fissão que foram ejetados junto com o grafite radioativo.

Iniciaram-se várias explosões e outros 30 incêndios nas imediações. O aquecimento da água de circulação produziu grande quantidade de vapor, que penetrou no edifício do reator. A estrutura de grafite incendiou-se. Houve uma reação química com o grafite da estrutura e o zircaloy, que reveste os elementos combustíveis e os tubos de pressão de vapor e de água, liberando hidrogênio e monóxido de carbono, gases que, em contato com o oxigênio do ar, formam uma mistura explosiva.

O aumento da temperatura prosseguiu por causa do incêndio da estrutura de grafite, dos processos espontâneos de desintegração nuclear dos isótopos formados no reator e das reações químicas dentro do recipiente, como oxidação de grafite e de zircônio e queima de hidrogênio. O incêndio foi apagado em 30 de abril de 1986, às 17:00.

Foram liberados 3 milhões de terabecqueréis para a atmosfera. Sendo que 46.000 terabecqueréis compostos de materiais com meia-vida longa (plutônio, césio, estrôncio). Chernobyl foi igual a 500 vezes a explosão sobre Hiroshima.

Foto 03: Usina de Chernobyl após o acidente.

OS DIAS SEGUINTES

Na emissão de produtos radioativos, foram postos em liberdade materiais voláteis, como iodo, gases nobres, telúrio e césio. Com o aumento da temperatura e o incêndio no grafite começaram a escapar isótopos não voláteis, sob a forma de um aerosol de partículas dispersas, resultantes da pulverização de material dos elementos combustíveis e do próprio grafite. A atividade total de material radioativo liberado é estimada em 12 x 1018 Bq, e 6 a 7 x 1018 Bq de gases nobres [1 Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo-3,7 x 1010 Bq =1 Ci (Curie)]

Toda a população de Pripyat começou a ser evacuada após 36 horas. Os 45.000 habitantes não puderam levar nada. Tudo, inclusive eles mesmos, estava contaminado por radiação. Foi feito um cerco que existe até hoje, num raio de 30 km em volta de Chernobyl, conhecido como Zona de Exclusão, o que elevou os evacuados para 90.000.

O total de evacuados na Ucrânia, Bielorússia (Belarus) e Rússia foi de 326.000 pessoas. Continuaram operando 2 reatores, produzindo metade da energia consumida em Kiev e os funcionários da Central Nuclear foram transferidos para a cidade de Slavutich, a 40 km de distância. Todos os dias um trem com proteção contra exposição fazia a viagem até a Central Nuclear.

Os “liquidators” foram recrutados à força para limpeza, muitos eram soldados jovens sem roupa e treinamento apropriados. Mais de 650.000 ajudaram na limpeza no primeiro ano. Muitos destes adoeceram e entre 8.000 a 10.000 faleceram devido às doses recebidas no local da usina. Durante o trabalho, para não enlouquecerem, ouvíasse música na área cercada por arame farpado. Foram adotadas diversas medidas para cobrir o centro do reator com material que absorve o calor e filtra o aerosol liberado.

Com helicópteros, em 27 de abril, começou-se a jogar em cima do reator 1.800 toneladas de uma mistura de areia e argila, 800 t de dolomita (bicarbonato de cálcio e magnésio), 40 t de boro e 2.400 t de chumbo. Para reduzir a temperatura do material e a concentração de oxigênio, bombeou-se nitrogênio líquido para baixo do vaso do reator. Construiu-se embaixo do reator um sistema especial para remoção de calor, de modo a evitar a penetração do núcleo do reator no solo. Os pilotos envolvidos morreram devido à exposição; uma dúzia de helicópteros de carga, caminhões e outros veículos se tornaram radioativos e tiveram que ser abandonados.

Para evitar a contaminação das águas subterrâneas e superficiais da região, foram tomadas as seguintes medidas: construção de uma barreira subterrânea impermeável ao longo do perímetro urbano da usina, perfuração de poços profundos para baixar o nível das águas do subsolo, construção de barreira de drenagem para o reservatório de água de resfriamento e instalação de sistema de purificação para drenagem da água.

CONSEQUÊNCIAS

Os trabalhadores que combateram o fogo foram severamente submetidos à radiação e trinta e um deles morreram logo após. Cerca de oitocentos mil homens trabalharam na limpeza de Chernobyl e sofrem até hoje com danos à saúde. Cento e trinta mil pessoas foram retiradas da região.

Depois de sete meses o reator 4 e o núcleo derretido foram cobertos por uma espessa parede de concreto armado. Esse abrigo, conhecido como sarcófago, foi construído supondo-se que pudesse abrigar o material remanescente e conter a radiação. Após alguns anos foi revelado que ele havia sido projetado para durar entre vinte e trinta anos. Em 1997 foi criado o Plano de Proteção, que prevê um abrigo com duração de cem anos.

Foto 04: O "sarcófago" que abriga o reator 4, construído para conter a radiação liberada.

Hoje vinte e um por cento da Bielorrússia está contaminada por césio-137 que foi espalhado pela chuva e vento e pelo rio próximo a usina, após o acidente. Em alguns ambientes como terrenos para criação de escolas é realizada a escavação do solo para retirar a camada contaminada. As águas da bacia do rio Dnieper e lençóis subterrâneos estão contaminados, além de lagos, o que propicia a contaminação de peixes.

Atualmente a contaminação se concentra em áreas de florestas ao redor da usina, árvores frutíferas sofreram contaminação e as folhas das árvores serviram com um filtro armazenando a radiação. Ainda há uma grande contaminação nos alimentos, devido o consumo de feno e capim por animais e a produção rural para consumo próprio.

A quantidade de casos de câncer é outro ponto grave. Mesmo em crianças e jovens nascidos após o acidente, ainda pode ser observado o efeito da radiação absorvida pelos pais, já que ocorrem deformações genéticas que são transferidas por gerações. A pobreza e a falta de fiscalização também intensificam os problemas. Até oitocentas famílias podem ter voltado a morar clandestinamente na região, que tem o acesso controlado.

Foto 05: Homenagem às vitimas do acidente.

CONCLUSÃO

Ainda não existe um consenso sobre a utilização de energia nuclear, principalmente pelo nível de segurança alcançado. Um desastre pode acontecer a qualquer momento em uma das centenas de usinas que estão em operação no mundo. De um lado tem-se a obtenção de grande quantidade de energia através do uso de pequenas massas de urânio. De outro estão o acumulo dos dejetos com o tempo de operação, que ainda não tiveram um método de neutralização eficaz e o alto custo para construção e manutenção dessas usinas que chega a ser quase o dobro das usinas hidrelétricas.

Esse trabalho teve como objetivo demonstrar como decisões teoricamente simples podem afetar as vidas de milhares de pessoas por décadas. Por mais que esse acidente tenha sido catastrófico, serviu como exemplo para que outras usinas fossem reequipadas para assegurar que não ocorresse outro caso similar. O uso da energia nuclear ainda pode ser mais aprofundado tanto na utilização quanto nos quesitos segurança e lixo tóxico.

BIBLIOGRAFIA

http://www.allvirtualware.com/ukrainianweb/images/chernobyl/chernobyl_zone.jpg

  • Foto 02:

http://www.cnen.gov.br

  • Foto 03:

http://www.oqueeisso.blog.br/?p=739

  • Foto 04:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Chernobylreactor_1.jpg

  • Foto 05:

http://www.mundoeducacao.com.br/historiageral/acidente-chernobyl.htm

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