Nuclear "meltdown"

[21_Sokol1]

Algum físico ai poderia explicar o que é este "meltdow" que a midia diz que pode ocorrer nas usinas do Japão?

Uma vez que o combustivel nuclear foi "aceso" só "apaga" depois de consumido - daqui a alguns seculos?

Lembro de um documentário sobre Chernobil que dizia que o material radiotivo poderia furar o fundo do reator e ao atingir a agua retida nos compartimentos inferiores - usada nas tentativas de apagar o incêndio - provocar uma explosão e radiação que tornaria metade da Europa um deserto. Levarm uns mineiros para cavar um tunel para tentar drenar essa agua.

Sokol1

[36_Killer-Ants]

S!

http://oglobo.globo.com/mundo/mat/2011/ ... 005491.asp

Tem um ponto sem retorno que uma vez alcançado gera uma massa crítica fora de controle, o processo de fissão continua ocorrendo sem interferência humana. Atingindo um lençol freático ou o próprio oceano, vai gerar uma nuvem radioativa que pode durar sabe-se-lá quanto.


K-A

[Redsoldier]

No filme Síndrome da China falam sobre isso, dão esse apelido ao fenômeno pois o técnico responsável pela manutenção da usina diz que, caso a massa super-aquecida do reator não passe por um lençol freático, chegaria ao outro lado do mundo (China).

O filme em si é muito bom, já não sei a veracidade do título
http://pt.wikipedia.org/wiki/The_China_Syndrome

[21_Sokol1]

Curiosidade, o filme Sindrome da China foi lançado dia dia 16 de março de 1979.
Treze dias depois acontecia o acidente em Three Mile Island.

Sokol1

[11_Aerroc]

O termo meltdown é quando as varetas feitas de uma liga metálica derretem e expõe material altamente radioativo. Pois o combustível radioativo está dentro de centenas ou milhares destas varetas, que numa situação normal são completamente vedadas. Num funcionamento normal, as pastilhas de dióxido de urânio (combustível), que estão dentro de uma vareta selada, geram calor que aquece a vareta e esta vareta aquece a água que gera vapor para mover as turbinas.

As pastilhas:


E as varetas:


A radiação do qual normalmente falamos numa usina é secundária, ou seja, é material que entrou em contato com a superfície externa destas varetas metálicas e não com o elemento do combustível diretamente. Acontece que na parte externa destas varetas formam-se outros elementos radioativos que contaminam a água que os resfriam.

Antes de iniciada a fissão nuclear (reação) estas varetas são praticamente inertes, sendo manipuladas com as mãos, sem nenhum equipamento ou máscara especial. Mas depois de iniciada a fissão nuclear, não dá para parar. Controla-se parte da reação inserindo barras de boro entre as varetas do elemento (para absorver os nêutrons), mas somente 90% da energia é controlada e os outros 10% restantes precisam ser muito bem refrigerados ininterruptamente. Se a refrigeração falhar o calor gerado é mais do que suficientes para derreter as varetas e expor o material combustível que está no seu interior. E então seriam lançadas ao ambiente uma quantidade imensa de material altamente radioativo que se espalharia através de muitos meios, principalmente com a fumaça/vapor, como foi o caso de Chernobyl.

Um elemento combustível completo, como o da foto acima, possui uma quantidade imensa de energia, mas é limitada. No caso de um meltdown, como o de Chernobyl, esta energia libera muito calor por horas ou poucos dias, mas a radioatividade permanecerá por milênios.

As explosões que vimos em Fukushima, como foi dito, foi causada pelo hidrogênio acumulado. Este hidrogênio é gerado na degradação (oxidação) das varetas metálicas (feitas de zincaloy) quando atingem temperaturas extremas. E o uso de água do mar para resfriamento acelera esta oxidação e também inutiliza os reatores, por isso só é usada em último caso. Mas o mais importante é resfriar e evitar que se fundem, ou o tal meltdown.

[21_Sokol1]

Sei não, controlar a temperatura nesta bagunça ai não vai ser fácil - o negócio parece estar mais feio do que admitem.


Muito bom este interativo da CNN:
http://edition.cnn.com/interactive/2011 ... tml?hpt=C1

http://edition.cnn.com/video/#/video/wo ... nhk?hpt=C2

E o problema é mais grave no reator numero 3 onde o vapor radiativo esta vazando direto da capsula do combustivel nuclear, e este reator usa a combinação mais toxica MOX de uranio-plutonio (Lei de Murpy...)

Em Chernobil foram usados 1800 helicopteros na operação de cobrir o reator - no Japão se vê uns poucos em ação.
BTW -A cobertura da "meleca" em Chernobil esta com a validade vencendo...

Sokol1

[44_Santo]

A gente pensa que esse negócio de usina nuclear é de alta tecnologia, mas na verdade é só uma usina a vapor.
E depois que o prédio explodiu, a energia para bombear água se acabou e as reações não param e se autosustentam, também estou desacreditado.
E essa água do mar que é bombeada e sai contaminada, está indo para onde?!

Fora tudo isso, a reação não vai parar, então eles teriam que ficar bombeando por quanto tempo?!


santo.

[28_Condor]

S!

O phoda é que o japão não é a Russia nem os EUA, o territorio é minusculo em comparação, se entrarem numa síndrome de meltdown, acho que quase todo o territorio japones pode ficar radioativo



SP!

[Redsoldier]

A gente pensa que esse negócio de usina nuclear é de alta tecnologia, mas na verdade é só uma usina a vapor.
E depois que o prédio explodiu, a energia para bombear água se acabou e as reações não param e se autosustentam, também estou desacreditado.
E essa água do mar que é bombeada e sai contaminada, está indo para onde?!

Fora tudo isso, a reação não vai parar, então eles teriam que ficar bombeando por quanto tempo?!


santo.

A alta tecnologia não está no processo de geração de energia em si (que não passam de turbinas a vapor) mas todo o controle das varetas de urânio, das varetas de boro, da água, do vapor e do maquinário envolvido na manipulação destes elementos é remoto!
Para chegar-se ao nível de monitoramento e automação necessários à manutenção das operações de uma usina nuclear é necessária altissíma tecnologia!

Agora, excelente explicação Aerroc, mas gostaria de saber uma coisa:
Não é possível remover algumas das varetas de urânio remotamente do reator quando verificado o problema?

[11_Aerroc]

Agora, excelente explicação Aerroc, mas gostaria de saber uma coisa:
Não é possível remover algumas das varetas de urânio remotamente do reator quando verificado o problema?

Obrigado Redsoldier. Eu sempre gostei de física, e por incrível que pareça, há algum tempo que faço apologia a energia nuclear. Já digo que estou reavaliando, mas é a geração de energia elétrica que menos matou por Watt gerado. E algumas ongs ecológicas estudaram defende-la como uma energia viável no 'custo/risco/benefício' (é claro que neste momento não tem mais nenhuma que coloque a cara para dizer isto...). Os acidentes que ocorreram até hoje foram por erros humanos na operação e/ou projeto, muitos deles toscos. Em Fukushima, por exemplo, os geradores de emergência para manter a refrigeração ficavam no subsolo (vamos analisar: a usina fica na beira do mar, na praia mesmo, da costa que mais recebe terremotos no planeta! Tsunamis é uma ameaça tão real que há sirenes nas cidades para alerta-los. E colocam os geradores de emergência no subsolo!?!?), e aí veio um tsunami maior do que foi previsto no projeto e alagou a sala dos geradores (putz!!!). As usinas modernas nem dependem mais de energia elétrica para a refrigeração. E as hidrelétricas dão a falsa impressão de serem seguras, mas hoje sabe-se que são uma das maiores fonte de gás carbônico no planeta, devido a decomposição da matéria orgânica alagada.

Quanto a tirar as varetas de urânio do reator, não acho que seja uma boa ideia.
1 - Tirar a vareta do elemento praticamente não vai diminuir o calor que ela gera. A própria vareta em si gera energia, pois a reação acontece entre todos os átomos, e não somente entre as varetas. Esta é uma razão do porque não é possível parar a reação, ela acontece dentro da própria vareta.
2 - Existem diversas paredes de contensão da radiação (normalmente duas de aço e uma de concreto) que deixam o reator hermético, isto para evitar a todo custo que numa falha a radiação vaze para o ambiente. Tirar uma vareta de lá de dentro nesta situação não é o melhor a se fazer.
3 - O reator fica numa pressão absurda dentro desta contensão. Isto para que a temperatura de ebulição da água fique extremamente alta. Pois se você manter a água em estado líquido até os 300°C ela conseguirá retirar muito mais calor do que se ela 'já' evaporasse aos 100°C. Sem esta pressão acredito que seja impossível resfriar um elemento combustível usando água. Então, acho que é mais uma razão para não tirar de lá de dentro.

Como o Sokol citou, o sarcófago de Chernobyl está vencido a 5 anos e possui muitas fissuras quem podem vazar a qualquer hora.
Estão construindo um novo sarcófago, mas na última previsão que eu li, se é que ainda é válida, ele ficaria pronto somente em 2013.


Também concordo que esta operação parece pacata demais. Mas vale lembrar que Chernobyl foi bem diferente, lá houve o meltdown e o carbono (usado como o boro para controlar a reação) entrou em combustão, a combustão do carbono acontece a milhares de graus e é praticamente impossível de apagar, só apaga depois de queimar por completo. E era principalmente esta queima do carbono que estava levando material altamente radioativo para a atmosfera junto com a fumaça/vapor.

[22_Ponte]

S!

Valeu pelas informações Aerroc.

Muito boas as explicações mesmo.

SP!

[Redsoldier]

Quanto a tirar as varetas de urânio do reator, não acho que seja uma boa ideia.
1 - Tirar a vareta do elemento praticamente não vai diminuir o calor que ela gera. A própria vareta em si gera energia, pois a reação acontece entre todos os átomos, e não somente entre as varetas. Esta é uma razão do porque não é possível parar a reação, ela acontece dentro da própria vareta.
2 - Existem diversas paredes de contensão da radiação (normalmente duas de aço e uma de concreto) que deixam o reator hermético, isto para evitar a todo custo que numa falha a radiação vaze para o ambiente. Tirar uma vareta de lá de dentro nesta situação não é o melhor a se fazer.
3 - O reator fica numa pressão absurda dentro desta contensão. Isto para que a temperatura de ebulição da água fique extremamente alta. Pois se você manter a água em estado líquido até os 300°C ela conseguirá retirar muito mais calor do que se ela 'já' evaporasse aos 100°C. Sem esta pressão acredito que seja impossível resfriar um elemento combustível usando água. Então, acho que é mais uma razão para não tirar de lá de dentro.

Eu pensava que removendo algumas a reação em cadeia reduziria e resultaria numa menor geração de calor! Parece que estava enganado, além dos outros complicadores em se remover a vareta do reator sendo que tudo está numa pressão tão absurda com energias tão violentas sendo contidas de forma tão precária!

Putz, então parece que a Usina Nuclear realmente é "refém" de seu combustível. É como se o trabalho dos operadores fosse somente contê-lo mas a Usina só existe "por vontade" do combustível!
Que coisa estranha... Só mais uma pergunta... Não poderiam utilizar reservatórios de alguma substância de alto poder calorífico e com grande capacidade de absorver neutrons para que, nessa situação específica de risco de meltdown, fossem descarregados para controlar de forma passiva a reação?
Se é que existe tal substância...

De toda forma, a impressão que tenho é que a substância que reune tais características da melhor forma possível juntamente com uma boa disponibilidade é a água mesmo.

[11_Aerroc]

Que coisa estranha... Só mais uma pergunta... Não poderiam utilizar reservatórios de alguma substância de alto poder calorífico e com grande capacidade de absorver neutrons para que, nessa situação específica de risco de meltdown, fossem descarregados para controlar de forma passiva a reação?
Se é que existe tal substância...

Bem, imagino que você esteja se referindo a calor específico (pois poder calorífico é quanta energia é liberada na queima, e calor específico é quanta energia a substância 'precisa para aquecer', sendo mais preciso, é quantas calorias são necessárias para aumentar em 1°C a massa de 1 grama de certa substância) então é difícil imaginar algo melhor que a água. Para ter uma idéia, exatamente a mesma energia que eleva 100°C na massa de 1kg de chumbo, em 1kg de água teria elevado somente 3,1°C!!!
Mas é importante lembrar que queremos resfriar, ou seja, 'descartar' este calor/energia, então, com a água podemos descartar a energia através da emissão do vapor para o ambiente ou do descarte da água aquecida no mar. Se fosse outra substância, ela seria somente um transporte, pois ainda teríamos de resfriar esta tal substância.

Quanto a usina ser 'refém' do combustível, pode se dizer que é verdade, por isso existem tantos sistemas de backup para o resfriamento nunca parar. No caso de Fukushima as opções de eletricidade para o resfriamento eram: a da própria usina, alimentação externa, 3 geradores a diesel e baterias para até 8 horas, e somente as baterias se mantiveram operacionais.

Existe um consórcio internacional, gastando US$14bi na construção de um reator nuclear experimental, chamado ITER, que funciona com 'hidrogênio', então a reação é de fusão nuclear (exatamente o que acontece no Sol). E a maior vantagem, além de gerar uma quantidade absurda de energia, é que a reação é completamente controlável, e quando desejado, a reação cessa completamente em milésimos de segundo quase sem deixar rastros de radiação. Uma das dificuldades é que a reação acontece a 150.000.000°C, dez vezes mais quente que o núcleo do Sol, e conter esta temperatura não é fácil.
http://www.iter.org/sci/whatisfusion

[44_Santo]

Puxa, se conseguissem esse tipo de reator seria a solução para a energia no mundo, além de ser uma energia limpa.
Ouvi dizer que outro problema era conseguir gerar mais energia do que se precisa para que a reação ocorra.
Mas isso foi há muitos anos, talvez já se tenha superado esse problema.


santo.

[11_Aerroc]

Puxa, se conseguissem esse tipo de reator seria a solução para a energia no mundo, além de ser uma energia limpa.
Ouvi dizer que outro problema era conseguir gerar mais energia do que se precisa para que a reação ocorra.
Mas isso foi há muitos anos, talvez já se tenha superado esse problema.


santo.

Perfeito, Santo. É isto mesmo, este era o desafio, mas não é por nada que já estão construindo o primeiro complexo. Teoricamente esta barreira foi superada, e atingirão um fator de Q>=10, que é gerar mais de 10 vezes a energia consumida durante todo o processo.
A chave é usar os isótopos de hidrogênio: deutério e trítio. Estes possuem 1 e 2 nêutrons respectivamente, enquanto o hidrogênio 'normal' não tem nenhum, e massas 2 e 3 vezes superiores. Com isso quando um átomo deutério e um trítio se fundem em um átomo de hélio, que possui dois nêutrons, sobrará um nêutron. E o átomo resultante (hélio) tem uma massa um pouquinho menor que a soma das massas dos átomos de origem, deutério e trítio. Está pequenina diferença de massa (m) que sobrou vira energia, e conforme Einstein: E=mc^2 , ou seja, a energia (E) em Joules resultante da fusão de um único átomo é igual essa ínfima diferença de massa (m) multiplicado por 89.875.517.873.681.764, que é a velocidade da luz em metros por segundo elevado ao quadrado. E qualquer titica multiplicado por este número aí é um montão de energia, ainda multiplicado pelo número de fusões que acontecem por segundo... Resulta na complexidade que é construir esta máquina!

(me empolguei... )

Abraços!