As catástrofes naturais no Japão

e seus impactos nos reatores nucleares de Fukushima

As catástrofes naturais no Japão

e seus impactos nos reatores nucleares de Fukushima

Antonio Carlos Marques AlvimPaulo Fernando Ferreira Frutuoso e Melo

Departamento de Engenharia Nuclear

Reatores em operação - mundo

Reatores em operação - mundo

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Reatores em construção - mundo

Reatores em construção - mundo

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electricity_production_in_Japan.PNG

Reatores nucleares no Japão

O Japão possui 54 reatores nucleares em operação;

½ dos reatores são BWR e 45% PWR;

Existem alguns reatores do tipo ABWR (Advanced Boiling Water Reactors);

1/3 da energia elétrica gerada é de origem nuclear;

A fonte principal de energia advém de combustíveis fósseis.

Catástrofes Naturais no Japão

O Japão foi recentemente atingido por catástrofes naturais sem precedentes em sua história;

Um terremoto de grau 8,9 na escala Richter;

Um tsunami, consequência do terremoto, devastador.

Efeitos de terremotos naescala Richter

Intensidade (Richter)

Efeitos

< 3,5 Geralmente não é sentido, mas pode ser registrado

3,5 a 5,4 Freqüentemente não se sente, mas pode causar pequenos danos

5,5 a 6,0 Ocasiona pequenos danos em edificações 6,1 a 6,9 Pode causar danos graves em regiões onde

vivem muitas pessoas 7,0 a 8,0 Terremoto de grande proporção, causa danos

graves > 8,0 Terremoto muito forte. Causa destruição total

na comunidade atingida e em comunidades próximas

Magnitude

Energia liberada (J) Ocorrência

2,0 6,3×107 Praticamente imperceptível

5,0 2,0×1012 Bomba atômica em Hiroshima, Japão 1945

6,7 7,1×1014 Estados Unidos (Los Angeles) 19946,9 1,4×1015 Armênia, 1998

7,0 2,0×1015 Magnitude de referência para grandes terremotos

7,2 4,0×1015 Japão (Kobe), 19957,4 7,9×1015 Turquia, 19997,8 1,6×1016 China(Tangshan), 1976

7,9 4,4×1016 Japão(Tóquio e Yokohama), 1923 e China 2008

8,1 8,7×1016 México (Cidade do México), 19858,3 1,8×1017 Estados Unidos (São Francisco) 19069,5 5,0×1017 Chile, 19608,8 - Chile, 2010

Maiores terremotos

Local Ano Richter Fatalidades

Valdivia (Chile) 1960 9,5 2.000

Alasca (EUA) 1964 9,2 15 + 128 (tsunami)

Sumatra (Indonésia) 2004 9,1 230.000

Kamchatka (URSS) 1952 9,0 ----------

Arica (Peru/Chile) 1868 9,0 25.000

EUA/Canada (noroeste)

1700 9,0 ---------

Japão 2011 8,9 8.650

Chile 2010 8,8 800

Colômbia/Equador 1906 8,8 1.000

Lisboa (Portugal) 1755 8,7 25.000

Terremotos – Japão

Local Ano Richter FatalidadesTohoku 2011 8,9 8.650Meiji-Sauriku 1896 8,5 27.000+Kanto 1923 8,3 100.000 -

142.000Genroku 1703 8,0 108.800+Kamakura 1293 7,1 – 7,3 23.000Fukui 1948 7,1 3.770Hanshin 1995 6,8 6.430

Tsunami ( 津波 ) - onda no porto

Data Magnitude

Alt. máx. (m)

Mortes Local

02/09/1992 7.2 10 170 Nicarágua

12/12/1992 7.5 26 1000 Ilha de Flores, Indonésia

12/07/1994 7.6 30 200 Hokaido, Japão

02/06/1994 7.2 14 220 Java, Indonésia

04/10/1994 8.1 11 11 Ilhas Curilas, Rússia

14/11/1994 7.1 7 70 Mindoro

21/02/1996 7.5 5 12 Peru

17/07/1998 7.0 15 2000 Nova Guiné

23/06/2001 8.3 5 50 Peru

26/12/2004 9.0 10 c. 230.000 Oceano Índico

11/03/2011 8,9 10 c. 1600 Japão

Reatores nucleares

Um reator nuclear não explode como uma bomba nuclear;

Podem ocorrer explosões por outros tipos de liberações de energia, associadas a acidentes.

Produtos da fissão nuclear

Um reator nuclear em operação gera nuclídeos instáveis que se transmutam em cadeias longas de decaimento, até uma forma estável;

Este processo gera emissão de radiação (beta e gama).

Refrigeração pós-desligamento

A consequência disso é que, diferente de outras centrais termelétricas, o reator nuclear deve continuar a ser refrigerado mesmo após seu desligamento (interrupção das fissões nucleares).

Defesa em profundidade

O inventário de material radioativo produzido no reator nuclear é grande;

Todos os esforços são no sentido de evitar que a radiação escape do reator e/ou de sua contenção.

Central de Fukushima Dai-ichi

Os 6 reatores nucleares de Fukushima são reatores a água fervente (Boiling Water Reactor - BWR);

Os reatores brasileiros são reatores a água pressurizada (Pressurized Water Reactor - PWR).

Reator a Água Fervente - BWR

Reator a Água Pressurizada - PWR

secundário

O que aconteceu aos reatores?

Todos os reatores de Fukushima foram projetados para suportar um terremoto de grau 8,2 na escala Richter;

Nenhum deles foi destruído pelo terremoto, mesmo sendo este de grau 8,9.

Todos os reatores em operação no momento da catástrofe foram desligados com sucesso;

Os sistemas de remoção de calor residual foram acionados, mas a perda de energia elétrica que se seguiu à catástrofe tornou esses sistemas inoperantes.

Mesmo assim, isto é previsto no projeto de reatores nucleares;

Geradores diesel de emergência fornecem a energia necessária para continuar a refrigerar os reatores.

O que não foi previsto?

Com a chegada do tsunami, os geradores diesel de emergência tornaram-se inoperantes;

Isto indica uma possível área de revisão de projeto para reatores passíveis de serem afetados por tsunamis;

Baterias de emergência foram acionadas para substituir os geradores diesel;

Duração limitada (8 horas).

O problema criado por esta sucessão de eventos

Com o abaixamento do nível de água no núcleo dos reatores, houve aumento da pressão na contenção primária dos reatores;

Necessidade de aliviar pressão fez com que vapor fosse liberado para a contenção secundária.

Existe uma piscina de armazenamento de combustível usado na contenção secundária;

Esta piscina teve o seu nível de água diminuído. A interação química com água/vapor em temperaturas acima de 700oC provoca liberação de hidrogênio (H2).

Explosões ocorridas

Hidrogênio em concentrações acima de 4% (e até 75%) em volume reage de forma explosiva;

As explosões ocorridas deveram-se à formação de hidrogênio na contenção secundária.

Necessidade de refrigeração continuada

Para evitar consequências mais sérias, fez-se uso de água do mar (com boro diluído, para evitar problemas de recriticalidade) para continuar a retirar o calor de decaimento.

Contaminação externa

Com a falha de varetas na piscina da contenção secundária (não se descarta a falha de varetas do reator e a liberação de produtos de fissão radioativos para a contenção secundária) e em consequência das explosões ocorridas nas contenções secundárias, houve liberação de radioatividade (detectada a presença de I131, mas não de Cs137).

Consequências da liberação

Redução do número de técnicos nas áreas atingidas;

Necessária evacuação da população para prevenir contaminação massiva;

Algumas pessoas foram expostas à radiação (baixa exposição).

Escala INES (AIEA)

Perigo Sísmico e Centrais Nucleares

O futuro

Não se pode prescindir do uso da geração nucleoelétrica;

França: 75% de geração nuclear;

Coréia do Sul: 30%;

China está construindo 20 reatores nucleares.

Reatores de terceira e quarta geração

reatores evolutivos (melhorias quanto à segurança);

reatores inovadores (inerentemente seguros).