A incrível engenharia por trás da história do acidente nuclear em Fukushima

em O Primo

recebi da minha amiga Lucia Rodrigues

Este é mais um da série “links legais demais pra simplesmente irem pro Delicious”.
É um artigo do site BraveNewClimate.com (que, pelo que vi, advoga pela energia nuclear e seu lado ecologicamente correto), que reproduz um texto do Dr. Josef Oehmen, cientista do MIT, que, preocupado com a paranóia que tomou conta da imprensa de que um segundo Chernobyl estivesse prestes a acontecer, explicou, cientificamente, por que ninguém precisa ficar com medo de um desastre nuclear no Japão, mesmo depois do pior terremoto de todos os tempos seguido de tsunami.
É um artigo enorme, que descreve de forma simples como funciona um reator nuclear e – e aí é que está a parte mais espetacular do artigo – descreve em detalhe o nivel ABSURDAMENTE PARANÓICO de segurança de um troço destes. Resumidamente, a planta foi projetada para aguentar o pior acidente natural imaginável, ocorreu um pior ainda, o backup do backup do backup falhou e, ainda assim, se tudo ainda tivesse dado errado, não haveria nenhum vazamento radioativo catastrófico.
É uma engenharia tão fantástica que eu vou perder horas de sono traduzindo uns pedaços pra vocês. Primeiro veja esse desenho da Folha de como funciona o reator (Update: ou veja estes infográficos 3D bacanudos do New York Times) e depois continue abaixo:

O terremoto que atingiu o Japão foi 7 vezes pior do que o que a usina foi projetada para aguentar (a escala Richter é logarítmica; a diferença entre o 8.2 que a usina aguenta e o 8.9 que ocorreu é de 7 vezes mais, e não 0,7). Quando o terremoto começou, os reatores iniciaram um desligamento automático. As varetas de controle [bastões que reagem com o combustível nuclear e impedem a reação em cadeia do urânio, "desligando" o reator e impedindo que seu núcleo derreta] foram inseridas no núcleo e a reação em cadeia parou. Agora o sistema de resfriamento [que usa bombas para retirar água quente e bombear água fria no reator] precisava retirar o calor residual, mas o terremoto destruiu as fontes externas de energia do reator.  Este é um dos acidentes mais sérios para uma usina nuclear e, por isso, eventos como este “blecaute de usina” recebem bastante atenção quando os sistemas de segurança estão sendo projetados.
Durante uma hora tudo correu bem. Um conjunto de geradores elétricos de emergência, movidos a diesel, começou a funcionar. Aí veio o tsunami, muito maior do que o que a usina foi projetada para aguentar (7 vezes maior, como dissemos), e danificou vários conjuntos destes geradores.
Quando uma usina nuclear é projetada, os engenheiros seguem uma filosofia chamada Defense of Depth (“defesa em profundidade”). Isto significa que você constrói tudo para aguentar a pior catástrofe que você pode imaginar, e então projeta a usina de maneira que ela consiga aguentar uma falha de sistema (que você nunca imaginou que pudesse ocorrer) após a outra. Como por exemplo o que ocorreu, do tsunami levar embora todos os geradores de emergência de uma só vez.
A última linha de defesa é deixar tudo dentro da terceira barreira de contenção [a parte mais externa do reator, hermeticamente fechada e que contém a primeira barreira (um tubo de Zircaloy que envolve o combustível nuclear) e a segunda barreira (uma "panela de pressão", que contém a primeira barreira e o vapor d'água que a envolve). A terceira barreira é construída exclusivamente para, se as duas outras falharem, conter tudo no caso de um "core meltdown" (derretimento do núcleo) e permitir que tudo resfrie naturalmente e com segurança].
Quando os geradores se foram, os operadores do reator alternaram para baterias de emergência, projetadas como “backup do backup”, para fornecer energia para resfriar o núcleo por até 8 horas. E foi o que elas fizeram. Mas até o fim destas horas, outra fonte de energia tinha que ser conectada à usina. Não havia rede elétrica externa por causa do terremoto e os geradores foram destruídos pelo tsunami, então chegaram caminhões com outros geradores a diesel.
Neste ponto as coisas começaram a dar seriamente errado. Os plugues dos geradores dos caminhões não serviram nos conectores da usina. Então, quando as baterias acabaram, o calor residual do reator não podia mais ser retirado.
Os operadores começaram a seguir os procedimentos de emergência para eventos de “perda de resfriamento”. Este é um passo na sequência das “Defesas de Profundidade”. Nunca deveria faltar energia nos sistemas de resfriamento, mas como faltou, “recua-se” um nível nas linhas de defesa do reator. Isto parece chocante, mas é parte do treinamento do dia-a-dia de um operador de usina nuclear, que cobre todas as etapas até o evento mais crítico, que é o derretimento do núcleo. Neste momento é que começou-se a falar do derretimento, pois se não é possível restaurar o resfriamento, a terceira barreira de contenção (a última linha de defesa) entraria em ação.
Mas a meta neste momento era manter o núcleo e assegurar que a primeira e segunda barreiras de contenção (os tubos de Zircaloy e a “panela de pressão”) ficassem intactos e operacionais pelo maior tempo possível, para dar tempo dos engenheiros consertarem os sistemas de resfriamento.
Para manter a integridade da “panela de pressão” (a segunda barreira) [ainda aquecendo lentamente por ausência de resfriamento], a pressão do vapor d’água precisa ser liberada de tempos em tempos. Como é importante poder fazer isto numa emergência, o reator tem onze válvulas de liberação de pressão. Os operadores abriam-nas de tempos em tempos para controlar a pressão.
Em algum momento destas aberturas, a explosão ocorreu, fora da terceira barreira de contenção (a última linha de defesa) mas dentro do prédio do reator. Os operadores decidiram não liberar a pressão no meio-ambiente, para que a [baixa] radioatividade do vapor decaísse. O problema é que, em altas temperaturas, as moléculas de água “dissociam-se” em hidrogênio e oxigênio – uma mistura explosiva. Foi uma explosão como esta (mas dentro da “panela de pressão”, mal projetada e mal controlada pelos operadores) que provocou a explosão de Chernobyl. Isto nunca foi um risco em Fukushima. O problema da formação de hidrogênio e oxigênio é um dos maiores desafios no projeto de uma usina, então o reator é construído e operado de forma que isto nunca possa ocorrer dentro da segunda barreira de contenção. Então ela ocorreu do lado de fora, onde isto não oferecia risco.
Então a pressão ainda se manteve sob controle. Mas se você fica aquecendo a panela de pressão, o nível de água vai caindo. O núcleo é coberto por vários metros de água para garantir algum tempo (horas ou dias) antes que o núcleo fique exposto. As partes do urânio não cobertas por água atingem a temperatura crítica de 2200 graus celsius após 45 minutos, e aí a primeira contenção (os tubos de Zircaloy) começam a falhar.
E isto começou a ocorrer. O resfriamento não foi restaurado a tempo e houve danos (limitados, mas ainda assim danos) no revestimento de algumas varetas de urânio. O grande problema (o urânio) ainda estava sob controle, mas alguns subprodutos da sua reação atômica (césio radioativo) começaram a se misturar com o vapor, ainda que em pequenas quantidades.
Este foi o sinal para um “plano B”.
A água usada no resfriamento é desmineralizada e muito limpa, porque assim ela praticamente não absorve radiação. Água suja ou com sal absorve radiação em suas partículas. Isto não afeta o núcleo – pois não importa com o que ele é resfriado – mas dificulta o trabalho dos engenheiros, que passam a ter que lidar com água “ativada” (ou seja, levemente radioativa). Como o plano A (manter o núcleo resfriado) falhou, os operadores começaram a usar água do mar para resfriar o núcleo. Como a reação em cadeia do núcleo parou há muito tempo, há muito pouco calor residual sendo produzido. Como há muita água, o núcleo não produz mais calor suficiente para gerar pressão significativa. Além disso, ácido bórico foi adicionado na água do mar. Ácido bórico é uma “vareta de controle” líquida, pois o boro captura os nêutrons e acelera o resfriamento do núcleo.
O “pior cenário” que foi evitado foi o do derretimento do núcleo. E se ele tivesse ocorrido, a terceira barreira de contenção seria totalmente selada para que o derretimento não liberasse material radioativo. Haveria uma espera para todo o material radioativo decair dentro do reator. Os sistemas de resfriamento seriam religados para resfriar o núcleo derretido até uma temperatura aceitável. Então a parte de dentro dele seria limpa, o núcleo derretido seria coletado e embalado, pedaço por pedaço, em contêineres de transporte e enviado para usinas de processamento. Dependendo do dano, a usina seria reparada ou desmantelada.
Então como ficamos? A usina está segura agora, e ficará segura. Os sistemas de segurança de todas as usinas japonesas vão ser aperfeiçoados para aguentar um terremoto de categoria 9 (ou pior). O pior problema será a falta prolongada de energia no Japão.