Energia nuclear impactos

Transcrição

1 EN-2416 Energia e meio ambiente e Sociedade Energia nuclear impactos Universidade Federal do ABC Prof. João Moreira

2 Sumário Doses de radiação e efeitos biológicos Danos da radiação a saúde Benefícios da radiação tratamento de câncer Rejeitos radioativos Depósitos de rejeitos Radioatividade Acidentes nucleares

3 Formas diferentes de radiação Radiação eletromagnética ou fóton Gama, raio X, luz, radiação solar (infravermelho, visível, ultravioleta) Partículas Alfa, beta, nêutron, próton

4 Radiação ionizante A radiação com maior energia quebra as moléculas transformando-as em íons Radiação ionizante: partículas carregadas e radiação eletromagnética Radiação eletromagnética

5 Interação da radiação com a matéria Radiação gama e X - interagem com a matéria pelos efeitos Fotoelétrico Compton Partículas carregadas interagem pelo campo eletrostático Desloca elétrons e núcleos Nêutrons interage por meio de choque com os núcleos Transmuta os materiais e os torna radioativos

6 Doses de radiação Dose é a quantidade de energia depositada pela radiação em um material ou tecido por unidade de massa Unidade: Gy = 1 J/kg Diferentes radiações tem impacto diferente no corpo humano Dose equivalente efetiva = 1 Sv = 1 Gy Fq Fq é o fator de qualidade que contabiliza o dano da radiação no corpo humano Radiação de celular baixa frequência Baixa energia do fóton - efeito superficial Limite taxa de dose específica [W/kg] Ou SAR Specific Absorption rate

7 Fatores de qualidade para a dose equivalente efetiva fff

8 A radiação elevada danifica as células

9 Efeitos biológicos da radiação O dano pode ser somático ou genético Somático nas células do indivíduo Genético no material genético e pode ser transmitido para descendentes O efeito da dose de radiação aparece em algumas horas, dias, meses ou anos, dependendo da intensidade Níveis de radiação muito baixos não permitem determinar efeitos

10 Efeito biológico da radiação em função da dose 1 Sv é uma dose muito elevada ocorre somente em acidentes radiológicos

11 Níveis de dose recebidas em exames envolvendo radiação Os níveis de dose são muito baixos não se detecta alteração

12 Exames de raio X - uso médico Os fótons são absorvidos mais na região óssea que na carne

13 Uso de radiação para tratamentos médicos

14 Radiação no combate ao câncer A radiação pode ser utilizada para combate do câncer, pois permite a destruição do tumor de forma localizada Destruição de tumores localizados Braquiterapia ocular com Tc-99 metaestável Braquiterapia do esôfago Sementes radioativas para combate de câncer na próstata Estudos na UFMG

15 Tratamento de câncer de pacientes Boron neutron capture therapy bnct Tratamento de tumor no cérebro Paciente é colocado junto a um reator para receber feixe de nêutrons Japão e EUA (MIT)

16 Central nuclear PWR (Angra 1 e 2) O núcleo do reator fica dentro de um vaso de pressão O núcleo é composto de elementos combustíveis Angra elementos combustíveis Angra elementos combustíveis Cada elemento combustível é composto por um arranjo fixo de varetas de combustível e tubos vazios para penetração de varetas de controle Os elementos de controle são compostos de varetas de controle (absorvedoras de nêutrons) A água circunda as varetas combustíveis e tem duas funções: Remover o calor gerado pelas fissões e converter em energia elétrica Moderar a energia dos nêutrons

17 Rejeitos radioativos Dada a densidade elevada de geração de energia, a fonte nuclear produz pequena quantidade de rejeitos Um indivíduo, em 70 anos, consumindo somente eletricidade de fonte nuclear geraria 300 ml de rejeitos (latinha de refrigerante) Uma usina de 1000 MW produz anualmente cerca de 2m 3 de rejeitos de alta atividade

18 Rejeitos radioativos produzidos pela geração núcleo-elétrica Rejeitos de níveis de radioatividade baixo e médio Rejeitos de nível de radioatividade alto que requerem armazenagem por milhares de anos Desativação das usinas após término da vida útil

19 Reações nucleares e os rejeitos Reação de fissão com nêutrons térmicos produz energia e produtos de fissão Produtos de fissão incluem quase toda a tabela de nuclídeos Produtos de fissão são rejeitos radioativos

20 Reações nucleares e rejeitos Captura de nêutrons térmicos pelo 238 U e sucessivos decaimentos beta produz plutônio (elemento transurânico - TRU) 239 Pu também fissiona com nêutrons térmicos (combustível)

21 Reações nucleares de captura geram outros elementos TRU rejeitos Captura de nêutron pelo plutônio produz, depois de decaimento beta, amerício (Am) Captura de nêutron pelo amerício produz, depois de decaimento beta, curium (Cm) U, Np, Am e Cm fissionam com nêutrons rápidos (combustível de reatores de espectro rápido) Os elementos transurânicos Np, Pu, Am e Cm também são considerados rejeitos radioativos se não utilizados como combustível Np, Am e Cm são também chamados de actinídeos menores

22 Rejeitos radioativos provenientes de reatores nucleares Produtos de fissão Plutônio Actinídeos menores (Np, Am, Cm) Efeito dos rejeitos radioativos O decaimento destes elementos emite radiação O decaimento intenso destes elementos gera calor em taxas elevadas requer resfriamento do rejeito durante a estocagem

23 Massa de combustível irradiado em Angra 2 após 3 anos O total é de 34 toneladas Muito pequena!

24 Principais resíduos radioativos

25 Necessidade de estocagem de rejeitos radioativos Os produtos de fissão decaem voltando ao estado natural em 300 a 500 anos Os elementos transurânicos decaem em torno de anos

26 Rejeitos radioativos Dada a densidade elevada de geração de energia, a fonte nuclear produz pequena quantidade de rejeitos Um indivíduo, em 70 anos, consumindo somente eletricidade de fonte nuclear geraria 300 ml de rejeitos (latinha de refrigerante) Uma usina de 1000 MW produz anualmente cerca de 2m 3 de rejeitos de alto nível

27 Rejeitos radioativos produzidos pela geração núcleo-elétrica Rejeitos de níveis baixo e médio Rejeitos de nível alto que requerem armazenagem por milhares de anos Desativação das usinas após término da vida útil - descomissionamento

28 Classificação dos rejeitos radioativos Parâmetros chave: Atividade específica ou atividade do radionuclídeo Meia vida do radionuclídeo Classificação quanto à atividade Nível isento livre Nível baixo (LLW) Nível intermediário (ILW) Nível alto (HLW) Requer proteção radiológica

29 Classificação dos resíduos radioativos (duas variáveis) Duas variáveis: Atividade específica Meia vida

30 Classificação quanto à atividade

31 Volumes aproximados de rejeitos radioativos das Usinas de Angra 3 usinas (Angra 1 e 2 em operação e Angra 3 em construção Rejeitos radioativos gerados por uma usina típica (600 a 1300 MW) Rejeitos gerados durante a operação De baixo e médio níveis 1800 m 3 (1 % da atividade) Alto nível 70 m 3 (99 % da atividade) Rejeitos de baixo e médio nível devido ao desmantelamento m3 Atividade total 5x10 8 GBq Estado final do sítio após descomissionamento Greenfield ou browfield (uso industrial) Custo do descomissionamento ~10 % do custo de construção

32 Depósitos de rejeitos radioativos e conceito de barreiras múltiplas

33 Matriz e barreiras técnicas resíduos são contidos Matriz do rejeito Barreiras técnicas

34 Depósitos de resíduos radioativos o resíduo sempre pode ser acessado Depósito superficial Resíduos de nível médio e baixo Depósito subterrâneo Resíduos de alto nível

35 Depósito de Yucca Montain, EUA - Rocha, geosfera e bioesfera

36 Depósito de rejeitos de baixo e médio nível no sítio de Angra Tambores contendo material radioativo Material contido Área monitorada

37 Depósito de superfície em Abadia de Goiás Proveniente do acidente de liberação de Cs em Goiânia

38 Estocagem de combustível irradiado em reatores nucleares Piscina de estocagem de combustível

39 Técnico monitorando tambor de rejeitos radioativos em Angra Barreira técnica

40 Liberação de radioatividade Em situação de acidentes Para qualquer evento não esperado, que não possa ser controlado pelo operador, é obrigatório a realização de um procedimento de desligamento seguro da instalação. Averigua-se então a ocorrência Para os possíveis acidentes previstos há sistemas redundantes para evitar suas consequências e danos ao meio ambiente Acidente de perda de refrigerante Se a tubulação que leva água ao vaso do reator quebrar, o núcleo ficará sem refrigeração e pode ocorrer o seu derretimento Há um sistema redundante de resfriamento do reator que entra em funcionamento imediatamente (ECCS Emergence Core Cooling System) Há uma contenção que resiste a sobrepressão que retém todo a água do reator e impede que seja liberada para o meio ambiente

41 Acidentes graves ocorridos Acidente de Three Mile Island Em 1979 ocorreu o acidente na Pensilvania, EUA Houve o derretimento do núcleo Erro operacional operador inadvertidamente liberou água do reator para fora da contenção. Sistemas de segurança funcionaram Nenhuma pessoa faleceu Houve incerteza entre os especialistas sobre a evolução do acidente (houve sucessão de eventos não previstos anteriormente) Houve evacuação de milhares de pessoas Houve grande comoção entre a população aumentando a inquietação da população americana em relação a segurança das usinas nuclears.

42 Acidentes graves ocorridos Acidente de Chernobyl Em 1986 ocorreu o acidente na Ucrânia, antiga URSS. Houve milhares de mortes Um experimento mal conduzido produziu uma sobrepotência e incendiou a grafita do núcleo do reator. O incêndio causou explosões e liberou radioatividade para o meio ambiente. O reator não tinha contenção A pluma radioativa atingiu a região da península da Escandinávia. A aceitação pública da energia nuclear ficou muito

43 Acidentes graves ocorridos Acidente de Fukushima

44 Consequências do acidente de Fukushima

45 Consequências do acidente de Fukushima

46 Fim