IOF246 Poluio Marinha Profs Mrcia Bcego e Rubens

IOF-246 – Poluição Marinha Profs. Márcia Bícego e Rubens Figueira

Poluição Radioativa – Mares e Oceanos do Mundo

Características Nucleares

Estabilidade nuclear • Os núcleos atômicos possuem partículas carregadas (prótons) comprimidos em um pequeno volume, apesar das imensas forças repulsivas a maioria dos núcleos sobrevive. Em alguns núcleos, entretanto, a repulsão que os prótons exercem um sobre o outro supera a força que os mantém unidos. Fragmentos de núcleos são então ejetados, e ocorre o decaimento do núcleo.

Tipos de decaimento radioativo • o decaimento nuclear pode resultar em um núcleo que possui núcleons em um estado de alta energia, o excesso de energia é liberado como um fóton (raios ).

- Decaimento alfa ( )

- Decaimento beta (β-)

- Captura eletrônica (CE) -

- Emissão de pósitron (β+)

Linha de estabilidade nuclear Emissores β+ ou CE Estáveis

Fissão induzida l É a fissão causada pelo bombardeamento de núcleos pesados com nêutrons. l Uma vez que a fissão nuclear tenha sido induzida, poderá continuar ocorrendo, mesmo se o suprimento de nêutrons for descontínuo, contanto que a fissão produza mais nêutrons (reação em cadeia).

Reação em cadeia

Rendimento da fissão do 235 U

Rendimento de fissão

Meia-vida (t 1/2)

Energia Nuclear

Histórico l Era nuclear l anos 40 - II Guerra Mundial l bombas atômicas - Hiroshima e Nagasaki l reatores nucleares - alternativa na produção de energia elétrica l Energia nuclear l responsável por 17% da eletricidade produzida em todo do mundo l diminuição da quantidade de CO 2 liberada para a atmosfera - efeito estufa l contribuição da energia nuclear na geração de eletricidade em diversos países

Energia Nuclear no mundo http: //www. globalwarmingart. com/images/thumb/5/58/Nuclear_Power_History. png/662 px-Nuclear_Power_History. png

Contribuição da Energia Nuclear na produção de energia elétrica http: //www. huri. harvard. edu/workpaper/chart 2. gif

Perspectivas para a Energia Nuclear http: //www. energiasrenovables. ciemat. es/especiales/energia/img/grafico 2. gif

Problemas ambientais l Lixo radioativo ou “lixo atômico” l explosões nucleares - artefatos militares l acidentes nucleares l liberação e deposição de rejeitos radioativos (usinas nucleares e de reprocessamento) l Principais radionuclídeos do ponto de vista de impacto ambiental l 137 Cs (emissor gama), meia-vida de 30 anos, quimicamente semelhante ao Na e K l 90 Sr (emissor beta), meia-vida de 28, 5 anos, quimicamente semelhante ao Ca l 239+240 Pu (emissor alfa), meia-vida de 24. 000 anos, incorporação pelos pulmões

Contaminação do ambiente marinho l l Grande extensão e capacidade de dispersão Acidentes nucleares com reatores ou usinas de reprocessamento e as explosões nucleares - deposição direta e indireta (“fallout”) Repositório de rejeitos radioativos - alta, média e baixa atividade Acidentes nucleares com submarinos, aviões, etc - deposição direta

Níveis de radionuclídeos naturais nos oceanos

Vias de contaminação radioativa para os oceanos e mares

Explosões Nucleares – 1 Mt l l l 30 ms após a explosão forma-se uma bola de fogo (108 C). bola de fogo possui 134 m de diâmetro e aumenta para 2200 m em 10 s. a altura da nuvem é dependente do artefato, neste caso a nuvem pode atingir 22, 4 km de extensão, ultrapassando a estratosfera. a nuvem começa a dispersar-se (formando um “cogumelo”) atingindo uma altura da ordem de 40 km. o “cogumelo” dispersa-se a grande velocidade alcançando 160 km em 1 h. 1 min após a detonação há formação de partículas cujo tamanho pode variar de 0, 4 a 4 µm.

Fallout radioativo

Distribuição do fallout

Fallout radioativo

Deposição radioativa l as partículas maiores depositam-se sob ação da gravidade, produzindo o fallout local. l as partículas menores contendo os radionuclídeos voláteis (137 Cs, 90 Sr, 131 I, etc) permanecem suspensas por um longo período depositam-se a longas distâncias do local de origem. l para detonações da ordem de quilotons, a maior parte permanece na troposfera (tempo de residência é de 3 semanas a 3 meses) l Tempo de residência é dependente do local da explosão e da época do ano l Os radionuclídeos transferidos da atmosfera para o oceano podem reagir intrinsecamente com outros elementos e formar compostos, que são transportados por processos físicos, químicos e biológicos

Contribuição para Atividade Total

Contribuição para Atividade Total

Testes Nucleares l 16/07/1945 – Alamogordo no México l entre 1945 e 1946 – 5 bombas foram detonadas l 29/08/1949 – 1 o teste nuclear da ex-URSS, em Semipalatinsk no Casaquistão l entre 1945 e 1960 – 232 testes nucleares realizados pelas grandes potências. 2 testes nucleares com dispositivos termonucleares no atol de Bikini (testes MIKE e BRAVO)

Estimativa da energia liberada em testes nucleares

Estimativa da energia liberada em testes nucleares

137 Cs – testes nucleares – HN http: //maps. grida. no/go/graphic/cesium_137_from_nuclear_weapon_testing_fallout_1995_figures

Total depositado de radionuclídeos artificiais nos oceanos do mundo l l 137 Cs – 637 PBq 90 Sr – 439 PBq 239+240 Pu – 12 PBq, correspondente a 5 t Níveis de radionuclídeos naturais nos oceanos (3 H e 14 C) em relação aos artificiais

Distribuição de 90 Sr latitudinalmente

Níveis de β-total em peixes do Mar de Barents

Inventário de 90 Sr (1963 -1982)

Tipos de Reatores Nucleares

Reator PWR http: //www. eas. asu. edu/~holbert/eee 460/jtc/index. html

Reatores Nucleares Inventário do Combustível 1 PWR de 1000 MWe carregado com UOX produz 6 TWh/a e gera 21 t de rejeitos 20 t com 0, 9% de U 235 200 kg de Pu 21 kg de outros actinídeos: 10, 4 kg de Np 9, 8 kg de Am 0, 8 kg de Cm 760 kg de produtos de fissão: 35 kg de Cs-135+137 18 kg de Tc-99 16 kg Zr-93 5 kg Pd-107 3 kg I-129, etc.

Three Mile Island l Three Mile Island, Estados Unidos (1979) falhas mecânicas e erros operacionais no sistema de refrigeração l Algumas áreas do reator atingiram temperaturas da ordem de 2750 o. C, e o combustível fundiu. l O Zr das barras de combustíveis reagiu com a água, formando Zr. O e liberando H 2, o reator então poderia explodir. l Foram liberados aproximadamente 330 PBq de 133 Xe e 550 GBq de 131 I.

Chernobyl l Chernobyl, ex-URSS (1987) - erros operacionais nos sistemas de segurança e explosão do reator l foi o pior acidente da história l a “nuvem radioativa” alcançou regiões distantes 2000 km l colocou 400 vezes mais material radioativo na atmosfera que a bomba lançada sobre Hiroshima l 3, 7 EBq de material radioativo lançada na atmosfera: ~100 PBq de 137 Cs, ~8 PBq de 90 Sr e ~55 TBq de 239+240 Pu.

Reator de Chernobyl – RBMK 1000

Cronologia do desastre

Fallout radioativo de Chernobyl https: //qed. princeton. edu/images/f/fc/Radioactive_fall-out_from_the_Chernobyl_accident. jpg

Chernobyl: total depositado na Europa

Chernobyl no Mar Báltico

Chernobyl no Mar Báltico http: //www. stuk. fi/sateilytietoa/sateily_ymparistossa/itameri/en_GB/laskeuma/_files/73119167647909734/default/baltic_sea_2002. gif

Chernobyl Total depositado nos mares europeus l Mar do Norte – 1, 4 PBq l Costa noroeste da Europa – 3, 7 PBq l No Mar Báltico os níveis variaram de alguns bequéreis a 2. 400 Bq. m-3.

Rejeitos sólidos l São armazenados em tambores de metal com concreto e betume. l De 1946 a 1982, cerca de 46 PBq foram depositados no mar. l Na ex-URSS a deposição está assim distribuída: l Mar de Kara: 570 Bq l Mar de Barentes: 1, 5 PBq l Região de Vladivostok: 248 TBq l Mares do Ártico: 7 reatores (85 PBq) e 10 reatores sem combustível (3, 7 PBq) l Em outubro de 1993 liberou 14 MBq no mar do Japão

Dumping

Problemas do Dumping 3 1 2 4

Deposição de rejeitos radioativos NE do Pacífico 16 sítios 0, 55 PBq NO do Atlântico 11 sítios 2, 94 PBq NE do Atlântico 15 sítios 42, 31 PBq OE do Pacífico 5 sítios 0, 02 PBq

http: //www. cartoonstock. com/newscartoons/cartoonists/cga/lowres/cgan 1649 l. jpg

Lixo radioativo l http: //www. sfbayview. com/2009/somalis-speak-out-why-we-don%E 2%80%99 t-condemn-our-pirates/ This barrel, once filled with toxic – possibly radioactive – waste, washed ashore in Somalia after the 2005 tsunami. The Times of London reported online in March 2005 that the tsunami “stirred up tonnes of nuclear and toxic waste illegally dumped” off the coast of Somalia. – Photo: Somalinet

Rejeitos líquidos l Desde 1975 está proibida a deposição de rejeitos de alta atividade. l Em 1983 foi definida uma moratória para rejeitos de baixa atividade. l A ex-URSS liberou rejeitos radioativos líquidos nos oceanos l Mar de Barents – 450 PBq l Mar Branco – 3, 7 PBq l Mar de Kara – 315 TBq l Mares na região de Vladivostolk – 456 TBq l Em 1979, um submarino liberou 74 PBq de rejeitos (1 PBq de 137 Cs e 90 Sr)

Liberação de rejeitos líquidos http: //www. deepseaconservation. org/issues/images/sludgedumping. jpg

Estimativa da liberação anual máxima de instalações nucleares

Acidentes nucleares - Geral

Submarinos l Oceano Atlântico – desde 1963, 4 submarinos nucleares naufragados, abaixo de 1500 m. l O submarino Komsomolets, em 1989, que naufragou na costa da Noruega. Este acidente aumentou em 5, 5 PBq o inventário na região. l O submarino contém 2 ogivas nucleares com 16 PBq de 239+240 Pu e 5 TBq de actinídeos.

Acidente com o Komsomolets

Inventário dos radionuclídeos no reator do Komsomolets em função do tempo http: //www. amap. no/mapsgraphics/files/the-changing-inventory-of-major-radionuclides-in-the-komsomolets-reactor-with-time_thumbnail. jpg

Naves espaciais l l 4 naves perdidas no mar que continham gerados termoelétricos com 238 Pu. Em 1964, na re-entrada na atmosfera do SNAP-9 A, um dos reatores vaporizou, causando contaminação de 238 Pu e 239 Pu. Em 1978, o Cosmos-954 também sofreu um dano na re-entrada contaminando o Atlântico Sul com 235 U. Em 1996, a Marte-96 (Russa) caiu na costa chilena com 200 g de plutônio.

Aviões l Em 1966, dois aviões B-52 caiu na região de Palomares (Espanha). Um dos aviões possuía 4 bombas termonucleares que explodiram não nuclearmente, contaminando uma área de 2, 3 km 2. l Em 1968, um avião B-52 caiu próximo a base aérea de Thule, na Groenlândia, causando a ruptura de 4 bombas nucleares, depositando aproximadamente 500 g de plutônio (1 TBq)

Características dos principais radionuclídeos e sua determinação em amostras marinhas

137 Cs l - Características nucleares l l produzido artificialmente pela fissão U-235 emissor gama - meia-vida de 30 anos detetores semicondutores Na. I, Ge(Li) e Ge(hiperpuro) - Características químicas l l metal alcalino solúvel em água pode ser removido a partir da coluna d’água para o sedimento por vários processos: sedimentação, precipitação, adsorção, assimilação ou absorção pela

90 Sr l - Características nucleares l l produzido artificialmente pela fissão do U-235 emissor beta - meia-vida de 28, 5 anos detetores Geiger-Müller, proporcionais ou de cintilação líquida (Cerenkov) - Características químicas l l l metal alcalino-terroso equilíbrio com carbonato (formação de corais e carapaças de animais) reações de troca iônica com o material particulado e o sedimento

239+240 Pu l - Características nucleares l reação de captura neutrônica do U-238 l emissor alfa - Pu-238 (t 1/2 = 87, 5 a), Pu-239 (t 1/2 = 6500 a) e Pu-240 (t 1/2 = 24. 000 a) l detetores semicondutores (barreira de superfície) l - Características químicas l quatro estados de oxidação: Pu(III), Pu(IV), Pu(V) e Pu(VI) l no meio ambiente predomina a forma reduzida (Pu(OH)4) l estabilidade dos complexos: Pu(IV) > Pu(VI) > Pu(III) > Pu(V) l nos sedimentos predomina a forma reduzida Pu(III) e Pu(IV) l na água do mar predomina a forma oxidada Pu(V) e Pu(VI) l normalmente o plutônio é removido da solução por meio da precipitação do Pu(OH)4

Determinação de 90 Sr e 137 Cs em sedimentos marinhos

Determinação de 239+240 Pu em sedimentos marinhos

Determinação de 90 Sr, 137 Cs e 239+240 Pu em água do mar

Níveis de radionuclídeos no litoral brasileiro – sedimentos marinhos

Níveis na costa brasileira – água do mar

137 Cs

239+240 Pu