Nota do Editor: Esta história foi atualizada na segunda-feira, 10 de junho às 16h45. EDT.
Na nova minissérie da HBO "Chernobyl", os cientistas russos descobrem o motivo de uma explosão no reator 4 na usina nuclear de Chernobyl, que expeliu material radioativo pelo norte da Europa.
Descobriu-se que o reator, um projeto chamado RBMK-1000, apresentava falhas fundamentais após o acidente de Chernobyl. E ainda existem 10 do mesmo tipo de reator em operação na Rússia. Como sabemos se eles são seguros?
A resposta curta é que não. Esses reatores foram modificados para diminuir o risco de outro desastre no estilo de Chernobyl, dizem os especialistas, mas ainda não são tão seguros quanto a maioria dos reatores no estilo ocidental. E não existem salvaguardas internacionais que impediriam a construção de novas usinas com falhas semelhantes.
"Há um número inteiro de tipos diferentes de reatores que estão sendo considerados agora em vários países que são significativamente diferentes do reator padrão de água leve, e muitos deles têm falhas de segurança que os projetistas estão subestimando", disse Edwin Lyman, um cientista sênior e diretor interino do Projeto de Segurança Nuclear da Union of Concerned Scientists.
"Quanto mais as coisas mudam", disse Lyman à Live Science, "mais elas permanecem iguais".
Reator 4
No centro do desastre de Chernobyl estava o reator RBMK-1000, um projeto usado apenas na União Soviética. O reator era diferente da maioria dos reatores nucleares de água leve, o projeto padrão usado na maioria dos países ocidentais. (Alguns primeiros reatores dos EUA no local de Hanford, no estado de Washington, tinham um design semelhante com falhas semelhantes, mas foram corrigidos em meados da década de 1960).
Os reatores de água leve consistem em um grande vaso de pressão contendo material nuclear (o núcleo), que é resfriado por um suprimento de água em circulação. Na fissão nuclear, um átomo (neste caso, urânio) se divide, criando calor e nêutrons livres, que se transformam em outros átomos, fazendo com que eles se dividam e liberem calor e mais nêutrons. O calor transforma a água em circulação em vapor, que depois transforma uma turbina, gerando eletricidade.
Nos reatores de água leve, a água também atua como um moderador para ajudar a controlar a fissão nuclear em curso dentro do núcleo. Um moderador reduz a velocidade dos neurônios livres, de modo que eles têm mais probabilidade de continuar a reação de fissão, tornando a reação mais eficiente. Quando o reator aquece, mais água se transforma em vapor e menos está disponível para desempenhar esse papel de moderador. Como resultado, a reação de fissão diminui. Esse loop de feedback negativo é um recurso importante de segurança que ajuda a evitar o superaquecimento dos reatores.
O RBMK-1000 é diferente. Também usava água como refrigerante, mas com blocos de grafite como moderador. As variações no projeto do reator permitiram que ele usasse combustível menos enriquecido que o habitual e fosse reabastecido durante a operação. Porém, com as funções de refrigerante e moderador separadas, o ciclo de feedback negativo de "mais vapor, menos reatividade" foi interrompido. Em vez disso, os reatores RBMK têm o que é chamado de "coeficiente de vazio positivo".
Quando um reator tem um coeficiente de vazio positivo, a reação de fissão acelera à medida que a água do líquido de arrefecimento se transforma em vapor, em vez de diminuir a velocidade. Isso ocorre porque a fervura abre bolhas ou vazios na água, facilitando a viagem dos nêutrons até o moderador de grafite que aumenta a fissão, disse Lars-Erik De Geer, físico nuclear aposentado da Agência de Pesquisa de Defesa da Suécia.
A partir daí, ele disse à Live Science, o problema aumenta: a fissão se torna mais eficiente, o reator fica mais quente, a água fica mais quente, a fissão se torna mais eficiente ainda e o processo continua.
Tempo de desastre
Quando a fábrica de Chernobyl estava funcionando com força total, isso não era um grande problema, disse Lyman. Em altas temperaturas, o combustível de urânio que alimenta a reação de fissão tende a absorver mais nêutrons, tornando-o menos reativo.
Em baixa potência, porém, os reatores RBMK-1000 tornam-se muito instáveis. No período que antecedeu o acidente de Chernobyl, em 26 de abril de 1986, os operadores estavam fazendo um teste para verificar se a turbina da usina poderia operar equipamentos de emergência durante uma queda de energia. Esse teste exigia a operação da planta com potência reduzida. Enquanto a energia era reduzida, os operadores foram ordenados pelas autoridades de Kiev a interromper o processo. Uma usina convencional havia ficado offline e a geração de energia de Chernobyl era necessária.
"Essa foi a principal razão pela qual tudo aconteceu no final", disse De Geer.
A planta funcionou com energia parcial por 9 horas. Quando os operadores conseguiram a energia necessária durante todo o resto do processo, houve um acúmulo de xenônio absorvedor de nêutrons no reator e não conseguiram manter o nível apropriado de fissão. O poder caiu para quase nada. Tentando impulsioná-lo, os operadores removeram a maioria das barras de controle, que são feitas de carboneto de boro absorvedor de nêutrons e são usadas para retardar a reação de fissão. Os operadores também reduziram o fluxo de água através do reator. Isso agravou o problema do coeficiente de vazio positivo, de acordo com a Agência de Energia Nuclear. De repente, a reação se tornou muito intensa. Em segundos, a energia subiu para 100 vezes o que o reator foi projetado para suportar.
Havia outras falhas de design que dificultavam o controle da situação após o início. Por exemplo, as hastes de controle foram derrubadas com grafite, diz De Geer. Quando os operadores viram que o reator estava começando a enlouquecer e tentaram abaixar as hastes de controle, eles ficaram presos. O efeito imediato não foi retardar a fissão, mas aprimorá-la localmente, porque a grafite adicional nas pontas aumentou inicialmente a eficiência da reação de fissão nas proximidades. Duas explosões se seguiram rapidamente. Os cientistas ainda debatem exatamente o que causou cada explosão. Ambos podem ter sido explosões de vapor devido ao rápido aumento da pressão no sistema de circulação, ou um pode ter sido vapor e o segundo uma explosão de hidrogênio causada por reações químicas no reator que falhou. Com base na detecção de isótopos de xenônio em Cherepovets, 370 quilômetros ao norte de Moscou após a explosão, De Geer acredita que a primeira explosão foi na verdade um jato de gás nuclear que disparou vários quilômetros na atmosfera.
Alterações efetuadas
As conseqüências imediatas do acidente foram "um período muito irritante" na União Soviética, disse Jonathan Coopersmith, historiador de tecnologia da Universidade A&M do Texas, que estava em Moscou em 1986. No início, as autoridades soviéticas mantinham as informações próximas; a imprensa estatal enterrou a história e o boato assumiu o controle. Mas na Suécia, De Geer e seus colegas cientistas já estavam detectando isótopos radioativos incomuns. A comunidade internacional logo saberia a verdade.
Em 14 de maio, o líder soviético Mikhail Gorbachev fez um discurso televisionado no qual se abriu sobre o que havia acontecido. Foi um momento decisivo na história soviética, disse Coopersmith à Live Science.
"Tornou a glasnost real", disse Coopersmith, referindo-se à política nascente de transparência na União Soviética.
Também abriu uma nova era na cooperação para a segurança nuclear. Em agosto de 1986, a Agência Internacional de Energia Atômica realizou uma cúpula pós-acidente em Viena, e os cientistas soviéticos a abordaram com um senso de abertura sem precedentes, disse De Geer, que participou.
"Foi incrível o quanto eles nos disseram", disse ele.
Entre as mudanças em resposta a Chernobyl estavam as modificações nos outros reatores RBMK-1000 em operação, 17 na época. De acordo com a Associação Nuclear Mundial, que promove a energia nuclear, essas mudanças incluíram a adição de inibidores ao núcleo para evitar reações descontroladas em baixa potência, um aumento no número de barras de controle usadas na operação e um aumento no enriquecimento de combustível. As hastes de controle também foram adaptadas para que a grafite não se movesse para uma posição que aumentasse a reatividade.
Os outros três reatores de Chernobyl operaram até 2000, mas fecharam desde então, assim como mais dois RBMKs na Lituânia, que foram desativados como requisito para o país entrar na União Europeia. Existem quatro reatores RBMK operando em Kursk, três em Smolensk e três em São Petersburgo (um quarto foi aposentado em dezembro de 2018).
Esses reatores "não são tão bons quanto os nossos", disse De Geer, "mas são melhores do que costumavam ser".
"Havia aspectos fundamentais do design que não podiam ser corrigidos, não importa o que eles fizessem", disse Lyman. "Eu não diria que eles foram capazes de aumentar a segurança geral do RBMK para o padrão que você esperaria de um reator de água leve no estilo ocidental".
Além disso, De Geer apontou, os reatores não foram construídos com sistemas de contenção completos, como visto nos reatores de estilo ocidental. Os sistemas de contenção são escudos feitos de chumbo ou aço destinados a conter gás ou vapor radioativo, escapando para a atmosfera em caso de acidente.
Supervisão negligenciada?
Apesar dos efeitos potencialmente internacionais de um acidente em uma usina nuclear, não há acordo internacional vinculativo sobre o que constitui uma usina "segura", disse Lyman.
A Convenção sobre Segurança Nuclear exige que os países sejam transparentes sobre suas medidas de segurança e permite a revisão por pares das usinas, disse ele, mas não há mecanismos de aplicação ou sanções. Países individuais têm suas próprias agências reguladoras, que são tão independentes quanto os governos locais permitem, segundo Lyman.
"Nos países onde há corrupção desenfreada e falta de boa governança, como você pode esperar que qualquer agência reguladora independente possa funcionar?" Lyman disse.
Embora ninguém além da União Soviética tenha fabricado reatores RBMK-1000, alguns projetos de novos reatores propostos envolvem um coeficiente de vazio positivo, disse Lyman. Por exemplo, reatores de reprodutor rápido, que são reatores que geram mais material físsil à medida que geram energia, têm um coeficiente de vazio positivo. Rússia, China, Índia e Japão construíram tais reatores, embora o Japão não esteja operacional e esteja planejado para ser desativado e o da Índia esteja 10 anos atrasado para a abertura. (Existem também reatores com pequenos coeficientes de vazios positivos em operação no Canadá.)
"Os designers estão argumentando que, se você levar tudo em consideração, em geral eles são seguros, então isso não importa muito", disse Lyman. Mas os designers não devem ter excesso de confiança em seus sistemas, disse ele.
"Esse tipo de pensamento é o que causou problemas aos soviéticos", disse ele. "E é isso que pode nos causar problemas, por não respeitar o que não sabemos".
Nota do Editor: Esta história foi atualizada para observar que a maioria, mas não todas, as hastes de controle foram removidas do reator e para observar que alguns reatores antigos nos Estados Unidos também tinham um coeficiente de vazio positivo, embora suas falhas de projeto fossem corrigidas .
