Energia Nuclear – Parte II

Na primeira parte falei-vos da História e da Física que conduziram à detonação das bombas nucleares em Hiroshima e Nagasaki. Nesta segunda parte vou-me focar na aplicação pacífica, ainda que controversa, desta tecnologia em reactores nucleares.

No dia 2 de Dezembro de 1942, no laboratório metalúrgico da Universidade de Chicago, no âmbito do Projecto Manhattan, foi “activado” o primeiro reactor nuclear, o Chicago Pile-1 (CP-1):

O projecto foi supervisionado por Enrico Fermi, o qual descreveu o reactor como sendo “a crude pile of black bricks and wooden timbers” (uma pilha grosseira de blocos negros e vigas de madeira). Os blocos negros eram 360 toneladas de grafite que serviam para controlar a reacção nuclear em cadeia do urânio (5.4 toneladas de urânio metálico e 45 toneladas de óxido de urânio); a madeira servia apenas para manter a estrutura segura. Como referi na primeira parte, numa reacção nuclear em cadeia, o produto de uma reacção dá origem a vários neutrões que por sua vez começam outras reacções nucleares. Note-se que é preciso reunir um dado conjunto de condições para que a reacção atinja o estado crítico, isto é, para que a reacção seja auto-sustentável. Tal como quando se acende uma fogueira é preciso uma dada quantidade de calor para que o fogo não se apague, também neste caso é necessário que os neutrões libertados nas reacções tenham energia suficiente para começar outras reacções. Assim que o estado crítico é alcançado, as reacções aumentam de forma exponencial enquanto houver combustível (neste caso urânio U-235), o que resulta na libertação de uma elevada energia num curto espaço de tempo, isto é, dá-se uma explosão. Para evitar a explosão é preciso controlar a taxa de reacções. Ao contrário de uma bomba nuclear que consome o combustível todo sem restrições, num reactor nuclear pretende-se manter o processo activo, mas controlado, não permitindo esse crescimento exponencial de reacções nucleares, de modo a conseguir aproveitar de forma faseada a energia libertada.

Ao contrário de reactores subsequentes, o Chicago Pile-1 não tinha qualquer protecção contra a radiação libertada, nem nenhum sistema de arrefecimento. Digamos que o objectivo era mesmo só provar que a ideia funcionava. No ano seguinte foi movido para Red Gate Woods (Illinois), onde deu origem ao Chicago Pile-2 (CP-2), que funcionou até 1954.

Durante o tempo de guerra, outros reactores nucleares foram produzidos com o objectivo de criar plutónio para fazer bombas nucleares com ele. No final de 1944, Fermi e Szilard submeteram uma patente sobre reactores, mas a sua aprovação foi adiada por 10 anos devido a ser considerado segredo de guerra.

No dia 8 de Dezembro de 1953, o presidente dos Estados Unidos, Dwight Eisenhower, fez o famoso discurso “Atoms for Peace” (“Átomos para a Paz”) na Assembleia Geral da Nações Unidas, cuja diplomacia conduziu à disseminação da tecnologia dos reactores nucleares por todo o mundo.

Embora os norte-americanos tenham sido os primeiros a criar reactores nucleares que produziam energia eléctrica, foram os soviéticos a inaugurar a primeira central nuclear para produzir energia eléctrica para consumo civil em 1954, a Central Nuclear de Obninsk (AM-1).

Durante a Guerra Fria, os Estados Unidos desenvolveram outra tecnologia que usava reactores nucleares: submarinos com propulsão nuclear. O primeiro foi o USS Nautilus (SSN-571) em 1955. A mesma tecnologia foi adaptada para navios de guerra.

Tanto no caso de centrais nucleares como de navios e submarinos, o princípio de funcionamento é semelhante ao de uma locomotiva. Trata-se de usar o calor gerado pelas reacções nucleares para aquecer um fluído (por norma usa-se água) para fazer mover turbinas a vapor. O movimento das turbinas pode ser usado para mover um navio ou submarino, ou para gerar energia eléctrica (leia o artigo supracitado, Transmissão Eléctrica, para compreender melhor como é que o movimento de uma turbina permite gerar energia eléctrica). Eis um esquema de uma central nuclear:

O azul representa água: esta é aquecida junto ao reactor nuclear, dentro da estrutura de contenção, onde evapora, ganha pressão, e vai fazer rodar as turbinas, que por sua vez alimentam o gerador eléctrico. O vapor de água passa depois por um condensador onde volta ao estado líquido, para de seguida voltar a fazer o mesmo ciclo. O combustível nuclear está no vaso do reactor (reactor vessel, na figura), que é onde se dão as reacções nucleares. Este vaso está dentro da estrutura de contenção, que, como o nome indica, serve para conter a radiação e os subprodutos radioactivos do reactor (a estrutura é tipicamente feita em chumbo ou aço reforçado). No reactor, além do combustível, encontramos outras substâncias para controlar a reacção, como sejam substâncias capazes de absorver neutrões (nas hastes de controlo, control rods), e outras capazes de os desacelerar (moderadores nucleares). Neste momento existem mais de 400 centrais nucleares em funcionamento em 31 países.

Além destes propósitos, os reactores nucleares também podem ser usados para produzir certos elementos químicos (isótopos). Como referi na primeira parte, uma reacção de fissão nuclear pode ter muitos subprodutos, os quais podem ser aproveitados para uso noutras aplicações (médicas, industriais, ou militares). Como referi em cima, os reactores nucleares foram ao princípio usados para produzir plutónio que seria depois usado em bombas nucleares.

As reacções de fissão nuclear não são “limpas” uma vez que produzem substâncias indesejáveis: o lixo radioactivo. Estas substâncias radioactivas libertam radiação ionizante, a qual em elevadas quantidades é fatal para o ser humano (a contaminação do meio ambiente não é menos preocupante). A questão é então o que fazer com este lixo. É possível “reciclar” algum, mas não todo. De 1946 a 1993, o método mais usado foi o de deitar o lixo ao mar em contentores isolados. Há, no entanto, o risco de haver derrames de lixo radioactivo. Se houver, como ir ao fundo do oceano resolver o problema? Como regulamentar a nível internacional a deposição desses contentores? À falta de respostas para estas perguntas, em 1993 tal prática foi banida em tratados internacionais. Deixar os contentores em locais inóspitos parece uma solução tentadora, contudo, se houver derrames, podem não estar suficientemente longe de “nós”. Pelo contrário, a solução mais conservadora é guardar o lixo em locais acessíveis, de modo a ir-se verificando o bom estado do isolamento dos contentores. Há um problema: o lixo radioactivo mantém-se radioactivo entre dezenas a centenas de milhares de anos! Já o orçamento da verificação dos contentores faz-se assumindo que o trabalho só dure uns 100 anos… É provável que em 100 anos se encontrem soluções melhores, mas nada nos garante que seja esse o caso.

Tal como eu, é possível que o leitor já tenha pensado: “e que tal enviar o lixo para o espaço? Em direcção ao Sol, por exemplo.” Infelizmente é uma solução demasiado cara, além de ser muito perigosa caso haja um acidente no lançamento.

Muitos acidentes já ocorreram com lixo radioactivo por múltiplos motivos: acondicionamento indevido; transporte deficiente; ou lixo roubado (em particular em países em desenvolvimento). Por exemplo, em 2008, em França, quando decorria a drenagem de líquido radioactivo num centro de tratamento de lixo radioactivo, houve um derrame de cerca de 75 kg de material radioactivo no solo, o qual foi contaminar dois rios das redondezas.

Mais recentemente fomos recordados do perigo que os próprios reactores nucleares podem representar quando ocorre uma catástrofe natural. Refiro-me, é claro, ao desastre de Fukushima a 11 de Março de 2011. O terramoto fez com que o sistema de segurança da central nuclear desligasse automaticamente os reactores activos. Infelizmente, o tsunami que se lhe seguiu destruiu os geradores de emergência que deveriam arrefecer os reactores. Sem esse arrefecimento três núcleos de reactores nucleares derreteram e libertou-se material radioactivo.

Por outro lado, o desastre de Chernobyl em 1986 evidenciou o perigo nato de uma tecnologia que exige uma forte regulamentação, vigília, e fiscalização. Depois deste desastre poder-se-ia supor que as normas teriam sido revistas de modo a evitar negligências, mas não é essa a realidade, como podem constatar através desta reportagem do programa humorístico do John Oliver (focada mais na segurança em torno do armamento nuclear):

Não obstante todos estes riscos, caso queiramos comparar a energia nuclear a outras energias, temos que ter em conta também os riscos dessas outras energias, bem como o seu impacto ambiental, rendimento, etc.

Na terceira e última parte vou-vos falar da outra energia nuclear: a que resulta da fusão nuclear.

Título: “Se pessoas comuns se comportassem como…”
Ela: “Porque é que continuas a comprar coisas com químicos “manhosos”? Este armário está cheio de latas a vazar porcarias tóxicas.”
Ele: “Relaxa. Os miúdos limpam isso quando forem mais velhos…”