Acidentes Nucleares

Three Mile Island

Three Mile Island é a localização de uma central nuclear que em 28 de Março de 1979 sofreu uma fusão parcial, havendo vazamento de radioatividade para a atmosfera. A central nuclear de Three Mile Island fica na ilha no Rio Susquehanna no condado de Dauphin, próximo de Harrisburg, com uma área de 3,29 km².                                

 O acidente ocorrido em 28 de março de 1979, na usina nuclear de Three Mile Island, Pensilvânia nos Estados Unidos, foi causado devido a falhas no sistema e erro operacional.  Mas, principalmente apontaram-se erros humanos, com decisões e ações erradas tomadas por pessoas despreparadas.

O acidente desencadeou-se pelos problemas mecânico e elétrico que ocasionaram a parada de uma bomba de água que alimentava o gerador de vapor, que acionou certas bombas de emergência que tinham sido deixadas fechadas. O núcleo do reator começou a se aquecer e parou, assim a pressão aumentou. Uma válvula abriu-se para reduzir a pressão que voltou ao normal. Mas a válvula permaneceu aberta, ao contrário do que o indicador do painel de controle assinalava. Então, a pressão continuou a cair e seguiu-se uma perda de líquido refrigerante ou água radioativa: 1,5 milhão de litros de água foram lançados no rio Susquehanna. Gases radioativos escaparam e atingiram a atmosfera. 

Um dia depois foi medido a radioatividade em volta da usina que alcançava até 16 quilômetros com intensidade de até 8 vezes maior que a letal. Apesar disso,o governador do estado da Pensilvânia iniciou a retirada só dois dias depois do acidente.

CHERNOBYL

 O acidente nuclear de Chernobyl ocorreu dia 26 de abril de 1986, na Usina Nuclear de Chernobyl (originalmente chamada Vladimir Lenin) na Ucrânia (então parte da União Soviética). É considerado o pior acidente nuclear da história da energia nuclear, produzindo uma nuvem de radioatividade que atingiu a União Soviética, Europa Oriental, Escandinávia e Reino Unido, com a liberação de 400 vezes mais contaminação que a bomba que foi lançada sobre Hiroshima. Grandes áreas da Ucrânia, Bielorrússia e Rússia foram muito contaminadas, resultando na evacuação e reassentamento de aproximadamente 200 mil pessoas.
Na madrugada do dia 26, a equipe responsável pelo plantão aproveitou o desligamento de rotina da unidade 4 para realizar um experimento que buscava verificar o que aconteceria com as bombas de resfriamento se houvesse interrupção de energia, mais especificamente, no momento do intervalo entre a interrupção e a ativação dos geradores de emergência. As bombas de resfriamento assumem um importante papel em uma usina nuclear, pois consegue bloquear o aumento das temperaturas dos reatores, local que armazena o combustível nuclear, impedindo assim trágicas conseqüências.

Para tal experimento, a equipe desligou o sistema de segurança da unidade para evitar que houvesse interrupção de energia no reator e ainda reduziu a capacidade de energia do reator em 25%, o que motivou o acidente, pois a queda de energia foi maior do que a planejada, fazendo com que agissem rapidamente para reverter a situação. Porém, uma grande onda energética foi criada e o reator emergencial não funcionou para impedir a mesma.
O crescimento acelerado de energia fez com que os reatores recebessem energia em quantidade maior do que suportava, causando uma grande explosão de 2000ºC de temperatura, o que impulsionou o incêndio do grafite existente que moderava os nêutrons no reator. O grafite por muitos dias permaneceu queimando, fazendo com que inúmeras tentativas de cessar fogo e impedir mais liberação de material radioativo fossem em vão. Não se sabe ao certo a quantidade de pessoas mortas em conseqüência do acidente e nem a quantidade de radiação liberada, pois as estatísticas das autoridades soviéticas foram distorcidas com o intuito de ocultar a real situação do problema

É difícil dizer com precisão o número de mortos causados pelos eventos de Chernobyl, devido às mortes esperadas por câncer, que ainda não ocorreram e são difíceis de atribuir especificamente ao acidente. Um relatório da Organização das Nações Unidas de 2005 atribuiu 56 mortes até aquela data – 47 trabalhadores acidentados e nove crianças com câncer da tireoide – e estimou que cerca de 4000 pessoas morrerão de doenças relacionadas com o acidente.

O governo soviético procurou esconder o ocorrido da comunidade mundial, até que a radiação em altos níveis foi detectada em outros países como a França.

GOIÂNIA-CÉSIO 137

 O acidente radiológico de Goiânia, amplamente conhecido como acidente com o Césio-137, foi um grave episódio de contaminação por radioatividade ocorrido no Brasil. A contaminação teve início em 13 de setembro de 1987, quando um aparelho utilizado em radioterapias das instalações de um hospital abandonado foi encontrado, na zona central de Goiânia, no estado de Goiás. 

O instrumento, irresponsavelmente deixado no hospital, foi encontrado por catadores de um ferro velho do local, que entenderam tratar-se de sucata. Foi desmontado e repassado para terceiros, gerando um rastro de contaminação, o qual afetou seriamente a saúde de centenas de pessoas. O acidente com Césio-137 foi o maior acidente radioativo do Brasil e o maior do mundo ocorrido fora das usinas nucleares.

A contaminação em Goiânia originou-se de uma cápsula que continha cloreto de césio - um sal obtido do radioisótopo 137 do elemento químico césio. A cápsula radioativa era parte de um equipamento radioterapêutico, e, dentro deste, encontrava-se revestida por uma caixa protetora de aço e chumbo. Essa caixa de proteção continha também uma janela feita de irídio, que permitia a passagem da radiação para o exterior.

A caixa contendo a cápsula radioativa estava, por sua vez, contida num contentor giratório que dispunha de um colimador. Este servia para direcionar o feixe radioativo, bem como para controlar a sua intensidade. O material radioativo contido na cápsula totalizava 0,093 kg e a sua radioatividade era, à época do acidente, de 50,9 Terabecquerels (TBq) ou 1375 Ci.

O Instituto Goiano de Radioterapia (IGR) era um instituto privado, localizado na Avenida Paranaíba, no Centro de Goiânia. O equipamento que gerou a contaminação na cidade entrou em funcionamento em 1971, tendo sido desativado em 1985, quando o IGR deixou de operar no endereço mencionado. Com a mudança de localização, o equipamento de radioterapia foi abandonado no interior das antigas instalações. A maior parte das edificações pertencentes à clínica foi demolida, mas algumas salas - inclusive aquela em que se localizava o aparelho - foram mantidas em ruínas. Houve onze mortes e 600 pessoas foram contaminadas, mas muitos alegam ser impossível medir em números o tamanho de uma catástrofe nuclear.

Foi no ferro-velho de Devair que a cápsula de césio foi aberta para o reaproveitamento do chumbo. O dono do ferro-velho expôs ao ambiente 19,26 g de cloreto de césio-137 (CsCl), um sal muito parecido com o sal de cozinha (NaCl), mas que emite um brilho azulado quando em local desprovido de luz. Devair ficou encantado com o pó que emitia um brilho azul no escuro. Ele mostrou a descoberta para a mulher Maria Gabriela, bem como o distribuiu para familiares e amigos. Pelo fato de esse sal ser higroscópico, ou seja, absorver a umidade do ar, ele facilmente adere à roupa, pele e utensílios, podendo contaminar os alimentos e o organismo internamente. Devair passou pelo tratamento de descontaminação no Hospital Marcílio Dias, no Rio de Janeiro, e morreu sete anos depois.

A Comissâo Nacional de Energia Nuclear (CNEN) mandou examinar toda a população da região, No total 112.800 pessoas foram expostas aos efeitos do césio, muitas com contaminação corporal externa revertida a tempo. Destas, 129 pessoas apresentaram contaminação corporal interna e externa concreta, vindo a desenvolver sintomas e foram apenas medicadas. Porém, 49 foram internadas, sendo que 21 precisaram sofrer tratamento intensivo; destas, quatro não resistiram e acabaram morrendo.

Documentário


Depoimento de Devair


FUKUSHIMA I

 O acidente de Fukushima I, no Japão foi consequência dos danos causados pelo sismo e tsunami de Tōhoku que aconteceu às 14:46 em 11 de março de 2011.
A central nuclear é composta por seis reatores de água fervente em separado mantidos pela Tokyo Electric Power Company (TEPCO). Os reatores 4, 5 e 6 haviam sido fechados para manutenção antes do terremoto. Os reatores restantes foram fechados automaticamente após o terremoto e geradores de emergência foram iniciados para manter as bombas de água necessárias para resfriá-los.

 A central foi protegida por um dique projetado para resistir a um maremoto de 5,7 metros de altura, mas cerca de 15 minutos após o terremoto foi atingido por uma onda de 14 metros, que chegou facilmente ao topo do paredão. A planta inteira, incluindo o gerador de baixa altitude, foi inundada. Como consequência, os geradores de emergência foram desativados e os reatores começaram a superaquecer devido à deterioração natural do combustível nuclear contido neles. Os danos causados pela inundação e pelo terremoto impediram a chegada da assistência que deveria ser trazida de outros lugares.
Evidências apontaram uma fusão parcial do núcleo nos reatores 1, 2 e 3; explosões destruíram o revestimento superior de hidrogênio dos edifícios de alojamento dos reatores 1, 3 e 4; uma explosão danificou o confinamento dentro do reator 2; e múltiplos incêndios eclodiram no reator 4.
 Além disso, as barras de combustível armazenado em piscinas de combustível irradiado das unidades 1-4 começaram a superaquecer os níveis de água nas piscinas abandonadas. Receios de vazamentos de radiação levaram a uma evacuação de 20 km de raio ao redor da planta. Os trabalhadores da fábrica sofreram exposição à radiação e foram temporariamente evacuados em vários momentos. Em 11 de abril, as autoridades japonesas designadas a magnitude do perigo em reatores 1, 2 e 3 no nível 7 no ponto 7 da Escala Internacional de Acidentes Nucleares (INES). A energia foi restaurada para partes da central nuclear em 20 de março, mas máquinas danificadas por inundações, incêndios e explosões permaneceram inoperantes.
Medições realizadas pelo Ministério da Ciência e Educação do Japão nas áreas do norte do país entre 30 e 50 km da planta apresentaram níveis altos de césio radioativo, suficientes para causar preocupação. Alimentos produzidos na área foram proibidos de serem vendidos. Foi sugerido que as medições mundiais de iodo-131 e de césio-137 indicaram que os lançamentos radioativos de Fukushima são da mesma ordem de grandeza que os lançamentos de isótopos do desastre de Chernobyl em 1986.

Questionário

CTSA

Material de Apoio

Referências:

CHEMELLO, Emiliano. Chernobyl: a luta contra o inimigo 'invisível'. Química Virtual, Outubro, 2010.
CHEMELLO, Emiliano. Chernobyl: Césio 137: a tragédia radioativa do Brasil. Química Virtual, Agosto, 2010.
MARQUES, José. O acidente na central nuclear de Fukushima-I: o que sabemos. w w w. g a z e t a d E f i s i c a . s p f. p t.
MELO, Grabriel. Sousa; FAÇANHA, Iury dos. Santos. Uso da energia nuclear: A tragédia de Chernobyl  e a retomada do programa nuclear brasileiro. http://www.foxitsoftware.com For evaluation only- acesso em 23 de janeiro de 2016.
OLIVEIRA, Rodrigo. Santos de. Acidentes Nucleares: Estratégia de defesa. Monografia de conclusão de curso de Altos Estudos de Políticas e Estrategias. 2011.
VIEIRA, Suzana de. Alencar. Césio 137, um drama recontado. Estudos avançados, 2013.

Radioisótopos e Meia - vida

RADIOISÓTOPOS

Em radioatividade é frequente o uso das palavras nuclídeo e radionuclídeo ou radioisótopo. Um nuclídeo é um átomo com número de massa e número atômico bem definido, com vida média suficientemente longa para ser definido como um elemento químico.

O radionuclídeo ou radioisótopo é um nuclídeo radioativo preparado artificialmente em laboratório. Isso é feito bombardeando núcleos não radioativos com partículas aceleradas nos chamados aceleradores de partículas e também nos reatores nucleares. Os radionuclídeos emitem espontaneamente radiação α, β e γ.

O processo de bombardeamento de núcleos levou os físicos a grandes descobertas. Em 1932, comprovou-se a existência do nêutron bombardeando berílio com partículas α.                                                                                                           

Radioisótopos de quase todos os elementos químicos já produzidos pelo processo de bombardear núcleos com nêutrons ou com outras partículas. Esse método levou à obtenção dos elementos transurânicos (Z>92), como o neptúnio (Np), com Z=93, e o Plutônio (Pu), com Z=94.

MEIA VIDA

Para as substâncias radioativas, o tempo é um fator importante na diminuição da radioatividade delas. O decaimento radioativo é caracterizado pelo intervalo de tempo no qual metade dos núcleos atômicos existentes numa determinada amostra se desintegra. Esse intervalo de tempo denomina-se meia-vida ( T_1/2) ou período de desintegração.
Por exemplo, a meia-vida do isótopo P ( com A= 218 e Z= 84)  é aproximadamente 65s. Isso significa que, se em uma amostra desse isótopo existem N núcleos no instante t=0; após 65s restarão A/2, após mais 65s, A/4; após mais 65s A/8 e assim sucessivamente.

DATAÇÃO RADIOATIVA

  Em 1998, o chamado “Sudário de Turim”, supostamente o santo sudário, foi analisado através da técnica do isótopo com número de massa 14 do  carbono (carbono-14, radioativo). Os resultados mostraram que o linho utilizado na confecção do sudário cresceu entre os anos 1260 e 1390. Assim, ficou demonstrado que o Sudário de Turim não podia ser o santo sudário, tratando-se portanto de uma fraude.

A técnica de datação através da medida do decaimento radioativo do carbono-14 foi desenvolvida por Willard Frank Libby (1908-1980), em 1946, o que lhe valeu o Prêmio Nobel de Química de 1960. A maior parte do carbono presente na Terra é composta de uma mistura de dois isótopos estáveis: 98,9% de carbono-12 e 1,1% de carbono-13. Contudo, amostras naturais de carbono sempre contêm traços de um terceiro isótopo, o carbono-14, radioativo,o qual emite radiação β e possui um tempo de meia vida de 5.730 anos.
Libby desenvolveu a técnica de datação através do carbono-14 utilizando contadores Geiger muito sensíveis, que ele mesmo desenvolveu. Contudo, na versão moderna da técnica, utiliza-se um espectrômetro de massas como equipamento, no qual os átomos de carbono são convertidos em íons C, mediante bombardeio da amostra com átomos de césio.
Através da fotossíntese, as plantas absorvem o carbono-14 presente na atmosfera (CO2), convertendo-o em compostos orgânicos, incorporando-o assim a tecidos vivos. À medida que a planta cresce, mais aumenta a quantidade de carbono-14 por ela incorporada, até que se estabeleça um equilíbrio, com a quantidade de C-14 na planta tornando-se igual à presente na atmosfera. Contudo, uma vez que a planta tenha morrido, não ocorrerá mais a incorporação de carbono-14 aos seus tecidos e, assim, tendo-se em vista o decaimento radioativo do isótopo. Sua quantidade diminuirá progressivamente, até tornar-se praticamente nula. Ou seja, uma vez morto o organismo  um cronômetro é disparado.
Através das plantas, o carbono-14 termina sendo incorporado pelos animais vegetarianos e, através destes, pelos carnívoros, terminando assim por ser assimilado por seres vivos de todos os níveis tróficos.
                               

A técnica de datação através do carbono-14 tem, contudo, suas limitações. Uma delas é: objetos com “apenas” cem anos de idade não poderia ser convenientemente datado, pois a quantidade de radiação emitida terá diminuído muito pouco para ser detectada alguma diferença. Assim, a incerteza na medida efetuada será de ±100 anos. Além disso, objetos com mais de 40.000 anos, também não podem ser datados com grande segurança, uma vez que, após esse lapso de tempo, a radiação emitida terá sido reduzida a praticamente zero. Logo, a técnica aplica-se com boa margem de segurança para objetos que tenham entre 100 e 40.000 anos de idade. Uma alternativa seria  a técnica da termoluminescência que se baseia em avaliar a luminescência provocada pelo aquecimento de sedimentos e objetos arqueológicos.

OS MANUSCRITOS DO MAR MORTO

Em 1947, um pastor chamado Mohamed Adh-Dhib perdeu uma cabra, que fugiu, subindo um conjunto de rochas. Após procurá-la sem êxito, Adh-Dhib sentou-se para descansar e acabou descobrindo uma caverna estreita de onde, no dia seguinte, com a ajuda de um amigo, retirou um conjunto de pergaminhos que  viriam a ser conhecidos como os “Manuscritos do Mar Morto”. A coleção de manuscritos é realmente grande, tendo sido encontrados fragmentos de todos os livros da Bíblia Hebraica, com exceção única do livro de Ester. Feita a datação comprovando-se que os manuscritos do Mar Morto remontam ao tempo da vida e pregação de Cristo.

                                                       Jogo da datação
Referências:

BONJORNO. J.R et. al. Física: Mecânica, 1º ano-2. ed. São Paulo: FTD, 2013.
FARIAS, Robson. Fernandes de. A química do tempo: Carbono-14. Química nova na escola, novembro, 2002.

PEZZO, Mariana. Datação por carbono-14. Univercência, dezembro, 2012.

Transmutação

Quando um núcleo atômico emite uma partícula (alfa ou beta), ele transforma-se em um elemento diferente. Toda vez que há emissão de partículas, ocorre a transformação do elemento emissor em outro elemento da tabela periódica. Essa transformação é chamada de transmutação.

Na emissão α, também denominada decaimento α, o núcleo original se desintegra e o núcleo remanescente fica com o número atômico Z reduzido em duas unidades e o número de massa A reduzido em quatro unidades.
                              

                                            Decaimento alfa
                                

Na emissão β ou decaimento β, ocorre a emissão em grande velocidade de um elétron interno ao núcleo (e não da eletrosfera). Esse elétron que sai do núcleo é explicado pela desintegração de um nêutron, de acordo com a seguinte reação:

Nêutron = Próton + elétron + neutrino

Decaimento Beta

No decaimento β o número atômico Z é aumentado em uma unidade e o número de massa A não é alterado.  

                             

Na emissão γ ou decaimento γ, não ocorre transmutação. Um núcleo de maior energia passa para um estado de menor energia ao emitir um fóton γ. Em todos os decaimentos nucleares, há conservação da carga elétrica, da energia, da quantidade de movimento e do número total de prótons e nêutrons.

Referência: 

BONJORNO. J.R et. al. Física: Mecânica, 1º ano-2. ed. São Paulo: FTD, 2013.

Considerações históricas da Radioatividade

  A descoberta da radioatividade aconteceu em maio de 1896. O físico francês Antoine Becquerel apresentou à Academia de Ciências de Paris um documento em que relatou seus trabalhos com minérios que continham sais de urânio. Afirmando que esses compostos emitiam radiações que decompunham os sais de prata das chapas fotográficas, causando nelas escurecimento, mesmo quando estavam protegidas por papel opaco e em ambiente sem iluminação. Comentou, ainda, que essas radiações eram capazes de atravessar certos materiais como papel, alumínio, cartolina e outros. Becquerel verificou que essas radiações eram distintas do raio X descoberto por Wilhelm Röntgen em 1885.

Ao  final de 1897, a polonesa radicada em Paris, Marie Salomea Sklodowska, licenciada em Ciências Físicas e Ciências Matemáticas, ficou impressionada com a descoberta de Becquerel e iniciou com Pierre Curie um imenso e exaustivo trabalho de investigação sobre essa radiação. Após se casarem, ambos se dedicaram ao estudo do fenômeno, fazendo descobertas importantes, entre elas a de que o elemento tório também  emitia  essas radiações e que um composto do urânio, a pecheblenda, era muito mais ativo que o próprio urânio. Os dois cientistas conseguiram separar dois novos elementos químicos, que receberam o nome de polônio e de rádio. O casal Curie verificou que as suas emissões originadas nos elementos radioativos, além de impressionar chapas fotográficas e atravessar certas espessuras de materiais, também causavam ionização de gases e do próprio ar e provocavam cintilações ao atingiram certas substâncias, como o sulfeto de zinco.

   Estudos realizados por Ernest Rutherford, físico e químico neozelandês, a partir de 1898 comprovam que as emissões eram na verdade formadas por três tipos de radiação, que receberam o nome de raios ou radiação alfa, beta e gama. Essa classificação foi determinada pelo poder de penetração delas. 

      Os raios alfa têm poder pequeno de penetração. São barrados por uma folha de papel ou por alguns centímetros de ar ou, ainda, por uma lâmina de chumbo com 0,01mm de espessura. Os raios beta são mais penetrantes que os raios alfa, mas são bloqueados por uma lâmina de chumbo de espessura de 0,1 mm. E os raios gama são muito penetrantes. Para bloqueá-los é necessário uma espessura de chumbo de aproximadamente 10  cm.

     As características dos três tipos de radiação foi realizado a partir do seguinte experimento: foi colocado átomos de rádio ou polônio, que são radioativos, numa cavidade de um bloco de chumbo. Esse bloco é dotado de uma abertura, a fim de manter o feixe emitido pelo material radioativo dirigido. Esse conjunto é colocado no interior de uma ampola de vidro transparente onde se fez vácuo. Ainda no interior do tubo, encontram-se duas placas de um capacitor plano carregado. Esse capacitor produz no interior do tubo um campo elétrico. No lado oposto ao da fonte radioativa, o tubo é recoberto por uma tela fluorescente como mostrado na figura a seguir:

A partir do experimento podemos perceber as seguintes características: As emissões alfa sofrem um pequeno desvio para o lado da placa negativa do capacitor. Isso revela maior massa e carga positiva; a emissão beta se desviam mais que a alfa porque têm menor massa e se deslocam para o lado da placa positiva, revelando ter carga negativa e a emissão gama não sofre desvio de sua trajetória e atravessam a tela da ampola, ou seja, não são afetadas por campos elétricos.

• História de Marie Curie a única mulher a receber duas vezes o prêmio Nobel.

Referências: 

BONJORNO. J.R et. al. Física: Mecânica, 1º ano-2. ed. São Paulo: FTD, 2013.

https://www.haikudeck.com/marie-curie-education-presentation-3wymJXZUyK

http://www.geocities.ws/saladefisica9/biografias/becquerel.html

http://inthebeyond.blogspot.com.br/2009/11/radioatividade-algo-ser-temido.html

http://meusresuminhos.tumblr.com/post/20981771577/modelos-at%C3%B4micos-rutherford-1911