As catástrofes naturais no Japão e seus impactos nos reatores nucleares de Fukushima

Antonio Carlos Marques Alvim Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e Melo

Departamento de Engenharia Nuclear

Reatores em operação - mundo

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 BWR FBR GCR LWGR PHWR PWR TOTAL Unidades 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 BWR FBR GCR LWGR PHWR PWR TOTAL Mwe

Reatores em construção - mundo

70 60 50 40 30 20 10 0 BWR FBR LWGR PHWR PWR TOTAL Unidades 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 BWR FBR LWGR PHWR PWR TOTAL Mwe

Reatores nucleares no Japão O Japão possui

54

operação; reatores nucleares em 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 na escala Richter Intensidade (

Richter

) < 3,5 3,5 a 5,4 5,5 a 6,0 6,1 a 6,9 7,0 a 8,0 > 8,0 Efeitos Geralmente não é sentido, mas pode ser registrado Freqüentemente não se sente, mas pode causar pequenos danos Ocasiona pequenos danos em edificações Pode causar danos graves em regiões onde vivem muitas pessoas Terremoto de grande proporção, causa danos graves Terremoto muito forte. Causa destruição total na comunidade atingida e em comunidades próximas

Magnitude

2,0 5,0 6,7 6,9 7,0 7,2 7,4 7,8 7,9 8,1 8,3 9,5 8,8

Energia liberada (J)

6,3 ×10 7 2,0 ×10 12 7,1 ×10 14 1,4 ×10 15 2,0 ×10 15 4,0 ×10 15 7,9 ×10 15 1,6 ×10 16 4,4 ×10 16 8,7 ×10 16 1,8 ×10 17 5,0 ×10 17 -

Ocorrência

Praticamente imperceptível Bomba atômica em Hiroshima, Japão 1945 Estados Unidos (Los Angeles) 1994 Armênia, 1998 Magnitude de referência para grandes terremotos Japão (Kobe), 1995 Turquia, 1999 China(Tangshan), 1976 Japão(Tóquio e Yokohama), 1923 e China 2008 México (Cidade do México), 1985 Estados Unidos (São Francisco) 1906 Chile, 1960 Chile, 2010

Maiores terremotos

Local

Valdivia (Chile) Alasca (EUA) Sumatra (Indonésia) Kamchatka (URSS) Arica (Peru/Chile) EUA/Canada (noroeste) Japão Chile Colômbia/Equador Lisboa (Portugal)

Ano

1960 1964 2004 1952 1868 1700 2011 2010 1906 1755

Richter

9,5 9,2 9,1 9,0 9,0 9,0 8,9 8,8 8,8 8,7

Fatalidades

2.000

15 + 128 (tsunami) 230.000

--------- 25.000

-------- 8.650

800 1.000

25.000

Terremotos – Japão Local Tohoku Meiji-Sauriku Kanto Genroku Kamakura Fukui Hanshin Ano 2011 1896 1923 1703 1293 1948 1995 Richter 8,9 8,5 8,3 8,0 7,1 – 7,3 7,1 6,8 Fatalidades 8.650

27.000+ 100.000 -142.000

108.800+ 23.000

3.770

6.430

Tsunami ( 津波 ) - onda no porto

Data 02/09/1992 12/12/1992 12/07/1994 02/06/1994 04/10/1994 14/11/1994 21/02/1996 17/07/1998 23/06/2001 26/12/2004 11/03/2011 Magnitude 7.2

7.5

7.6

7.2

8.1

7.1

7.5

7.0

8.3

9.0

8,9 Alt. máx. (m) 10 26 30 14 11 7 5 15 5 10 10 Mortes 170 1000 200 220 11 70 12 2000 50 c. 230.000

c. 1600 Local Nicarágua Ilha de Flores, Indonésia Hokaido, Japão Java, Indonésia Ilhas Curilas, Rússia Mindoro Peru Nova Guiné Peru Oceano Índico Japão

Reatores nucleares Um reator nuclear

não

uma bomba nuclear; explode como 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 700 o C provoca liberação de hidrogênio (H 2 ).

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 I 131 , mas não de Cs 137 ).

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).