Palavras como becqueréis, curies, radionuclídeos, urânio 235, césio 137, fissão nuclear e outras tantas, que eram conhecidas quase só por especialistas, passaram a fazer parte do vocabulário de muita gente. Aqui no Brasil, elas foram bastante propaladas na época em que ocorreu o acidente de Goiânia, em 1987.

Que significado têm esses termos? O que é, afinal, energia nuclear? Como funciona um reator nuclear? Para que serve? O que são radiações? Como contaminam as pessoas e o ambiente?

São questões como essas que vamos desenvolver aqui, procurando torná-las compreensíveis para os estudantes e professores de modo geral. Essas questões merecem ser desenvolvidas e aprofundadas tanto na escola quanto através das leituras de jornais, revistas e livros de divulgação científica. Existem também filmes e vídeos que tratam do tema.

Energia nuclear

O nome "energia nuclear" deve-se ao fato de que essa forma de energia está associada a reações que ocorrem no núcleo atômico. O núcleo de um átomo contém prótons, que são partículas com carga elétrica positiva, e nêutrons, que como diz o próprio nome são neutros. Ao redor do núcleo orbitam elétrons, com carga elétrica negativa.

Átomos "mal" comportados: a desintegração radioativa

A maioria dos átomos existentes na natureza são "bem comportados", ditos estáveis. O número de componentes existente em seus núcleos não se modifica. Entretanto, existem átomos cujos núcleos não estão energeticamente equilibrados, ou seja, possuem excesso de um tipo de partícula e, portanto, um excesso de energia. São átomos instáveis. Para se tornarem estáveis, eles "jogam fora" esse excesso de energia liberando partículas. Dizemos que se desintegram e irradiam. Isso ocorre especialmente com os núcleos de átomos mais pesados.

Como conseqüência da desintegração, o núcleo original, instável, transforma-se no núcleo de um outro elemento químico. Esse novo núcleo pode também ser instável e desintegrar-se, emitindo partículas, e assim sucessivamente, até formar-se um núcleo estável.

Esse processo, chamado de desintegração radioativa, é espontâneo e contínuo. Os núcleos instáveis, que emitem partículas, são chamados núcleos radioativos ou radionuclídeos.

As radiações emitidas pelos núcleos instáveis são radiações ionizantes, que possuem muita energia e podem causar danos aos seres vivos.

Sempre que ocorre desintegração de um núcleo, há emissão de radiação ionizante, que pode ser uma partícula ou onda. Os principais tipos de radiação emitidos por núcleos pesados são as radiações alfa, beta e gama.

______________________________________________________________________

Radiações alfa, beta e gama

Partículas alfa:

* São formadas por dois prótons e dois nêutrons (núcleo do hélio).

* Têm pequeno poder de penetração na matéria. No corpo humano, atingem apenas a superfície da pele. Podem ser contidas por uma folha de papel.

* São, em geral, emitidas pelos elementos mais pesados, como urânio, tório, plutônio e rádio.

Partículas beta:

* Se formam de elétrons ou pósitrons (partícula semelhante ao elétron, mas de carga positiva).

* São mais penetrantes que as partículas alfa. Atravessam a pele, podendo penetrar cerca de 1cm no tecido humano. Podem ser blindadas com placa de alumínio de alguns poucos milímetros.

* Alguns elementos que emitem partículas beta: potássio 40, estrôncio 90, césio 137.

Radiação gama:

* É formada de ondas eletromagnéticas, semelhantes aos raios-X, mas com energia maior.

* É a mais penetrante. Pode atravessar uma superfície de aço e também o corpo humano. Somente uma parede grossa de concreto ou de metal pode detê-la.

* A maior parte dos elementos radioativos emite radiação gama.

_____________________________________________________

Fissão nuclear

O átomo de urânio, o mais pesado que se encontra na natureza, é bastante instável, podendo desintegrar-se espontaneamente. No entanto, esse processo é bastante lento.

Uma grande descoberta científica do século XX foi a de que certos átomos altamente instáveis, como o urânio, poderiam ser desintegrados artificialmente se fossem rompidas as enormes forças que mantêm o seu núcleo. Esse processo de quebrar o átomo, ou seja, de provocar sua fissão, recebeu o nome de fissão nuclear.

Para isso, o núcleo é "bombardeado" com nêutrons, como se estes fossem pequenos projéteis. Ao colidir com o núcleo, essas partículas provocam sua fissão. Como resultado, o núcleo original dá origem a dois novos núcleos de elementos mais leves, liberando uma grande quantidade de energia e emitindo nêutrons.

Para se ter uma idéia de quanta energia é liberada numa reação desse tipo, imagine-se que se uma amostra de 1kg de urânio tivesse seus núcleos fissionados, a energia liberada seria mais de um milhão de vezes maior que a liberada na queima de 1kg de carvão. Suficiente para manter acesas cerca de 30.000 lâmpadas de 100 watts durante um ano! Daí o enorme potencial da energia nuclear e o interesse suscitado há algumas décadas por esse "poderoso" combustível.

Bomba atômica

Um efeito importante na fissão do núcleo do urânio é que, além da energia, há liberação de nêutrons. São esses nêutrons que permitem a reação em cadeia que se produz nas bombas atômicas e nos reatores nucleares.

Os efeitos da explosão de uma bomba atômica são terríveis. A explosão de uma bomba com 5kg de urânio tem resultados equivalentes à explosão de 20.000 toneladas de trinitroglicerina, um explosivo tal como a dinamite ou a pólvora. Um quilogramo de trinitroglicerina pode destruir uma casa. Em 1945, bombas desse tipo foram lançadas sobre Hiroxima e Nagasaki, com resultados assombrosos que podem ser notados até hoje.

________________________________________________________________

Reação em cadeia

É o excesso de nêutrons na fissão do urânio que permite a reação em cadeia. Se cada um dos três neutrons liberados na fissão de um núcleo de urânio atingirem um outro núcleo, vão provocar três novas fissões, liberando mais nove nêutrons. Cada um desses nove atinge outro núcleo e aí já serão vinte e sete nêutrons, que por sua vez vão atingir outros vinte e sete núcleos, produzindo oitenta e um nêutrons, e assim por diante, numa progressão muito rápida. É a reação em cadeia, que resulta numa grande explosão em milésimos de segundo. Esse é o princípio de funcionamento da bomba atômica.

______________________________________________________________________

Reatores nucleares

Nos reatores nucleares também se produzem reações em cadeia. A diferença, contudo, em relação a uma bomba atômica, é que nos reatores essas reações de fissão são controladas. Não ocorre explosão. A energia, liberada controladamente nas fissões do urânio, é transformada em calor e utilizada para a geração de energia elétrica.

Existem diferentes tipos de reatores nucleares para geração de eletricidade. Mas alguns elementos e princípios são comuns a todos eles.

________________________________________________________________________________

Usinas geradoras de eletricidade

Do mesmo modo que em usinas hidrelétricas ou termelétricas, nas usinas nucleares uma série de transformações ocorre para pôr em movimento grandes turbinas que acionam geradores de eletricidade.

Nas usinas hidrelétricas, utiliza-se a energia de quedas d'água. Nas termelétricas, grandes caldeiras de água são aquecidas queimando-se combustíveis como carvão ou petróleo. O vapor d'água sob temperatura e pressão elevadas provoca a rotação das turbinas. Nas usinas nucleares, assim como nas termelétricas, as turbinas são movidas por vapor d'água sob pressão. A diferença é que o combustível usado para produção de calor, no lugar de petróleo ou carvão, é o urânio. E a "queima" desse combustível não se dá por uma reação química de combustão, mas uma reação nuclear, de fissão.

__________________________________________________________________________________

Funcionamento básico de um reator

Os reatores nucleares possuem um núcleo que contém o combustível, um fluido refrigerante, um moderador e barras de controle. O combustível, na forma de pastilhas, é disposto em hastes metálicas (pilhas nucleares).

A função do moderador, em geral a grafite, é a de desacelerar os nêutrons emitidos na fissão para possibilitar que as reações em cadeia ocorram.

As barras de controle são feitas de boro, que é um material absorvedor de nêutrons. Elas são inseridas e retiradas do núcleo do reator, de modo a controlar o fluxo de nêutrons em níveis desejados, assim como o calor produzido pelas fissões.

O controle da temperatura no núcleo do reator é feito por um sistema de refrigeração. O fluido refrigerante, em geral a água, circula pelo núcleo do reator, retirando calor, que é utilizado para produzir vapor a altíssima pressão. Esse vapor é usado para mover as turbinas que irão acionar o gerador de eletricidade.

Depois de passar pelas turbinas, o vapor é resfriado, condensado e a água é bombeada de volta ao reator. O resfriamento é feito usando-se água de rio ou mar próximo à usina.

O reator de Tchernóbil utilizava urânio levemente enriquecido como combustível, era moderado a grafite e refrigerado a água, com uma potência elétrica de 1.000 megawatts (um bilhão de watts).

_______________________________________________________________

Enriquecimento do urânio

O elemento combustível usado na maioria dos reatores nucleares é o urânio.

No entanto, o urânio encontrado na natureza é formado por uma mistura de dois isótopos desse elemento: o urânio 235 e o urânio 238. Nessa mistura, o urânio 238 é muito mais abundante: cerca de 99,3% deste para 0,7% do outro.

É o urânio 235 que permite as reações de fissão em cadeia, sendo utilizado tanto para confecção de bombas como nos reatores. Para isso, o urânio natural deve ser "enriquecido", ou seja, deve-se aumentar a proporção de urânio 235. Reatores nucleares usam, em geral, urânio enriquecido a 3%.

Esse processo é extremamente complexo, caro e consome muita energia. Poucos países no mundo têm tecnologia para produzi-lo.

__________________________________________________________________________________________

O lixo atômico

No interior dos restores, à medida que ocorre a fissão do combustível, geram-se muitos elementos radioativos, os produtos da fissão. Estes resíduos constituem o chamado lixo atômico.

O reator de Tchernóbil, por exemplo, acumulava cerca de uma tonelada de elementos residuais altamente radioativos a cada ano.

Alguns fragmentos desse lixo tornam-se estáveis em pouco tempo (minutos ou dias), entretanto, existem outros que levam centenas ou até milhares de anos para deixar de emitir radiação. É o caso, por exemplo, do césio, do estrôncio e do plutônio. Este último, além de extremamente tóxico e perigoso, leva cerca de 500.000 anos para se tornar inócuo.

Um dos grandes problemas gerados pelos reatores nucleares é o que fazer com esse lixo: onde guardá-lo durante um enorme período de tempo, de modo a não produzir danos às pessoas e ao ambiente?

_______________________________________________________________

Meia-vida

O tempo que uma certa amostra de átomos radioativos leva para se desintegrar varia muito, de segundos até bilhões de anos. Depende de cada núcleo.

Chama-se meia-vida o intervalo de tempo no qual metade dos núcleos inicialmente instáveis de uma amostra se desintegram.

Por exemplo, o Césio 137, um dos radionuclídeos liberados em Tchernóbil (e causador do acidente em Goiânia) tem meia-vida de 30 anos. Isso significa que depois de 30 anos desse acidente, ainda restará metade do número de átomos de Césio 137 depositados no solo. Passados mais 30 anos (60 ao todo), restará um quarto do número inicial e assim por diante.

Veja abaixo os valores de meia-vida de alguns isótopos radioativos.

_________________________________________________________

Até hoje não existem soluções adequadas e definitivas para isso. Não se trata apenas de um problema científico e tecnológico, mas envolve questões de outras naturezas. Um tempo como dez mil anos é maior que a duração de civilizações conhecidas. Quem pode saber o que será do planeta num prazo tão longo? Por quantas mudanças políticas e sociais, interesses econômicos, guerras e alterações no ecossistema terá passado o mundo durante todo esse tempo? Por mais eficazes que sejam as soluções que possam vir a ser implementadas, ainda assim é de se perguntar se poderão garantir a segurança para daqui a muitas gerações.

Na maior parte das usinas nucleares, esses resíduos são temporariamente armazenados em tanques ou piscinas de resfriamento no edifício do reator, aguardando um destino permanente.

Risco de acidentes

"A energia nuclear representa probabilidades infinitamente pequenas de causar desastres infinitamente grandes"

Em condições normais de operação, a radiação liberada para o ambiente pelos elementos radioativos gerados nos reatores é relativamente pouco intensa. No entanto, é potencialmente muito perigosa na ocorrência de um acidente, pois nesse caso, como em Tchernóbil, as conseqüências podem ser catastróficas e irremediáveis.

A origem mais comum de acidentes em reatores nucleares é o seu superaquecimento, causado por falhas no sistema de refrigeração. A temperatura muito elevada pode levar ao derretimento do núcleo do reator, que pode acabar enterrando-se no solo junto com sua plataforma e liberando quase todo o seu conteúdo radioativo ao ambiente. Esse é o acidente mais grave que pode ocorrer, resultando numa catástrofe de conseqüências inimagináveis.

Desde os primeiros reatores nucleares, na década de 1950, vários têm sido os problemas de segurança. Incidentes considerados de pequena gravidade são freqüentes, alguns dos quais, muitas vezes, por um triz não se transformam em acidentes graves. Desde então, as medidas de segurança vêm se tornando cada vez mais sofisticadas. Contudo, não impediram a ocorrência de acidentes em vários países, sendo Tchernóbil o mais sério deles até hoje.

É comum ouvirmos dizer que as chances de ocorrerem acidentes são muito pequenas. Segundo cálculos feitos por especialistas, a probabilidade de ocorrência de um acidente grave seria de 1 em 10 milhões por ano/por reator. Pois bem, se fôssemos nos basear nos números e estatísticas, poderíamos ficar relativamente tranqüilos. Entretanto, o mundo não é perfeito, e os homens e máquinas muito menos. As chances podem ser mínimas, mas existem. Tchernóbil foi um exemplo, e existem outros.

Populações inteiras podem ser vítimas de um acidente nuclear, ao longo de muitos anos, sem possibilidade de defesa. Por exemplo, em Goiânia, em setembro de 1987, houve um acidente nuclear causado pela contaminação radioativa de uma fonte de césio 137, usada em medicina nuclear. O aparelho que continha a substância radioativa foi encontrado por dois sucateiros num prédio abandonado.

Efeitos das radiações

Toda radiação é invisível, inodora, insípida e inaudível. Quando somos "atingidos" por um feixe de radiação, nenhuma lesão visível ocorre no momento da irradiação. Por isso não podemos perceber ou sentir se estamos sendo irradiados.

Entretanto, a radiação ionizante, que tem energia suficiente para arrancar um elétron da sua órbita, provoca alterações profundas no material irradiado. No organismo humano, os efeitos podem ser muitos, causando desde pequenas indisposições até diversos tipos de câncer e mutações genéticas. Podem, ainda, modificar a composição sangüínea e destruir o sistema imunológico do organismo. Em certos casos, os efeitos são letais.

Os danos das radiações sobre as pessoas ou sobre o ambiente dependem de uma série de fatores, tais como a energia da radiação, o tempo de exposição, a dose absorvida, a parte do corpo atingida e a própria sensibilidade da pessoa.

Os seus efeitos podem se manifestar a curto prazo, em dias ou semanas, quando as doses são muito altas, ou a longo prazo, meses, anos, décadas ou gerações, no caso de doses menos elevadas.

No caso de doses muito elevadas sobre o corpo todo, ocorre a chamada síndrome aguda de radiações, podendo causar a morte em poucas semanas.

É importante enfatizar que a principal conseqüência dos efeitos tardios é a incidência de um maior número de certas enfermidades em relação ao normal. Um câncer produzido por irradiação, por exemplo, é indistinguível de qualquer outro. Além disso, o intervalo de tempo entre a exposição e o efeito causado pode ser grande, especialmente no caso de doses não muito elevadas.

Por esse motivo, os estudos sobre efeitos de acidentes como o de Tchernóbil são complexos e difíceis de quantificar. As estimativas sobre o número de pessoas afetadas, incidência de certas doenças e casos de morte podem ter muitas incertezas e, assim, ficam sujeitas a diferentes interpretações.

Possíveis efeitos das radiações

Curto prazo: náuseas, vômitos, diarréia, febre, hemorragias (morte em dias ou semanas).

Longo prazo: catarata, leucemia, vários tipos de câncer.

Nos bebês em gestação: aumento nas taxas de mortalidade pré-natal e infantil, microcefalia, retardamento mental, atraso no crescimento e desenvolvimento.

Na descendência próxima ou remota (efeitos genéticos): mortes, doenças, anomalias.

*Rem é uma unidade que mede a dose de radiação absorvida pelo organismo. Hoje em dia a unidade utilizada é o Sievert (Sv)

1 Sv = 100 rem

Contaminação e irradiação nuclear

Existe uma diferença importante entre contaminação e irradiação. Ser irradiado significa estar exposto a uma fonte radioativa externa. Afastando-se suficientemente da fonte, a irradiação cessa e a pessoa irradiada não emite radiação sobre outras pessoas ou sobre o ambiente. Já a contaminação ocorre quando a pessoa inala, ingere ou absorve pela pele certas quantidades de material radioativo, de modo que passa a ter dentro de si núcleos instáveis e, então, passa a irradiar. Ela própria transforma-se em fonte radioativa.

A contaminação se dá em geral através da cadeia alimentar. Quando o solo é contaminado, os alimentos direta ou indiretamente também se contaminam.

No acidente de Tchernóbil quase todo o solo europeu foi contaminado, sendo que o grau de contaminação variou de região para região. Em locais onde não se suspendeu o pasto nos campos, como ocorreu na Irlanda, ou onde o feno seco se contaminou, o gado e, conseqüentemente, o leite e a carne foram contaminados. Parte desse leite foi, na época, importado pelo Brasil, gerando muita polêmica.

Para fazer comparações:

* Em um ano, a radiação de fundo a que estamos submetidos é cerca de 0,2 rem. Disso, aproximadamente metade se deve à radiação natural e metade à radiação artificial (0,1 rem).

* Uma chapa do tórax pode irradiar uma dose quase equivalente à radiação natural de fundo (~ 0,1 rem).

* O limite anual máximo de dose equivalente estipulado no Brasil pela Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), para a população em geral, é 0,5 rem para o corpo todo (esse limite depende da parte do corpo irradiado); o mesmo limite estabelecido internacionalmente em 1985 pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP), é de 0,1 rem.

* No acidente de Tchernóbil, cerca de 200 pessoas estiveram expostas a radiações de 100 rad, 50 pessoas a 500 rad e diversas foram irradiadas com doses superiores a 1.000 rad.

Os efeitos das radiações sobre o organismo são em geral dados pela dose absorvida, medida em rad. Entretanto, essa medida não informa completamente os danos causados, pois dependendo do tipo de radiação eles podem ser maiores ou menores. Por isso, existe outra grandeza, a dose equivalente, medida em rem, que leva em conta o tipo de radiação absorvida.