Por que o lixo radioativo não pode ser reutilizado?

2 meses ago
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Por que o lixo radioativo não pode ser reutilizado?

Dependendo do tipo de “resíduo” radioativo de que você está falando, ele pode ser reutilizado / reciclado ou descartado com segurança. Existem muitos equívocos comuns sobre o lixo nuclear, mas ele pode ser a chave para um futuro verde e sustentável.

Em algum momento das últimas décadas, você quase certamente viu um filme de ação com um enredo que depende de um enredo terrorista para detonar uma bomba suja ou algum outro tipo de dispositivo nuclear, mas a cidade é tipicamente salva no final momento pelo herói do filme. Em alguns desses filmes, o material radioativo usado na bomba foi roubado de uma instalação do governo e pode até ser uma forma de lixo nuclear!

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Hollywood está muito longe da vida real, mas realmente há uma enorme quantidade de lixo nuclear sendo armazenada em vários lugares ao redor do mundo, e os governos gastam muito tempo e energia mantendo esses sites protegidos e contidos. Em vez de armazenar milhares de toneladas de lixo nuclear, uma solução óbvia seria reciclá-lo de alguma forma, mas isso é possível? O lixo nuclear pode ser reciclado ou neutralizado? Se sim, por que esse não é o procedimento operacional para todas as nações nucleares da Terra?

O que é lixo nuclear?

Lixo nuclear é um termo amplo que pode ser usado para descrever várias coisas, incluindo materiais que foram contaminados por radiação, como o material estrutural dos prédios ao redor de Chernobyl ou subprodutos de determinadas tarefas médicas e de pesquisa. Em consultórios médicos e hospitais, muitas vezes você vê sinais de aviso em algumas caixas de descarte com o símbolo de resíduos radioativos. Esse tipo de resíduo geralmente pode ser incinerado ou comprimido e enterrado. No entanto, para os fins deste artigo, discutiremos a forma mais comum e controversa de lixo nuclear – combustível nuclear usado, que é gerado depois que o combustível nuclear é usado em um reator para geração de energia ou por meio de outras tecnologias nucleares.

Chernobyl

Local de desastre nuclear de Chernobyl (Crédito da foto: Pixabay)

Quando a maioria das pessoas pensa em lixo nuclear, elas imaginam uma poça de lodo verde brilhante vazando de uma fenda em um barril danificado, mas lembre-se de que a vida real não é tão emocionante quanto Hollywood. O combustível nuclear normalmente assume uma forma padrão de conjuntos de combustível; eles são tubos de metal selados que são preenchidos com pellets de urânio (combustível). Quando esse combustível é “consumido”, ele sai quase da mesma forma, ainda como um sólido em tubos de metal selados, que contêm o material radioativo.

Isso é chamado de desperdício de “alto nível”, pois ainda contém concentrações muito altas de radiação, apesar de muitas vezes passarmos de 3 a 5 anos gerando energia em um reator. Esse resíduo de alto nível não reciclado deve ser armazenado em um repositório seguro e permanente, pois pode permanecer radioativo por centenas de milhares, se não milhões de anos . Além desses resíduos nucleares de alto nível, também existem subprodutos de resíduos nucleares de baixo nível que são gerados por essas usinas de energia, e isso também deve ser manuseado, transportado e armazenado com segurança. A meia-vida desse resíduo de baixo nível é muito menor e pode ser totalmente neutralizada em algumas décadas.

Surpreendentemente, a maioria dos reatores extrai apenas uma pequena porcentagem da energia potencial do combustível nuclear antes de ser considerado “lixo nuclear” e substituído por combustível fresco e de máxima eficiência. Dado que o urânio e outros elementos radioativos são recursos finitos em nosso planeta, e considerando os perigos a longo prazo que o lixo nuclear não reciclado representa para as gerações futuras (por exemplo, acidentes em locais de descarte ou durante transporte, vazamento, atividade sísmica, roubo e terrorismo) , etc.), seria muito útil se, de alguma forma, pudéssemos reciclar ou reutilizar os resíduos.

Os resíduos nucleares podem ser reciclados?

Ao contrário do que você imagina se estiver lendo este artigo como cidadão dos Estados Unidos, o lixo nuclear pode ser reciclado. De fato, os principais países nucleares, como França e Japão, reciclam regularmente seus resíduos nucleares, permitindo que eles aproveitem ao máximo seus recursos. Isso também minimiza o volume de resíduos potencialmente tóxicos que eles precisam armazenar por milênios. Antes de entrarmos em detalhes de como o lixo nuclear é reciclado, vamos dar uma rápida olhada em como o combustível nuclear é gasto; mais especificamente, vejamos a transformação que ocorre no material nuclear.

Aproximadamente 11% da energia do mundo vem de usinas nucleares, e mais estão sendo construídas a cada ano. Todos os reatores nucleares usam a fissão nuclear para gerar energia, e o urânio é o elemento radioativo mais comum usado neste processo. O urânio natural encontrado na crosta terrestre é uma mistura de formas ligeiramente diferentes – conhecidas como isótopos – incluindo o U-238, U-235 e U-234. Esses isótopos diferem no número de nêutrons encontrados no núcleo. O U-235 é um isótopo particularmente especial, pois é o único material natural da Terra que é físsil , o que significa que pode ser facilmente dividido para liberar grandes quantidades de energia.

Diagrama da energia nuclear da reação de fissão nuclear (OSweetNature) s

Fissão nuclear (Crédito da foto: OSweetNature / Shutterstock)

Quando o urânio natural é extraído, é tipicamente enriquecido, o que eleva a concentração de U-235 de cerca de 0,7% da composição do urânio para 3-5%. O urânio com baixo enriquecimento varia de 1 a 5% do U-235, o urânio com alto enriquecimento varia até 20% e o urânio de grau de armas é de até 90% do U-235!

Quando o urânio enriquecido é colocado no reator nuclear, é desencadeada uma reação em cadeia controlada. Imagine que um nêutron é esmagado em um núcleo de urânio, fazendo com que ele se separe, o que gera ainda mais nêutrons. Esses nêutrons espalhados dividem outros núcleos atômicos, causando a reação em cadeia. Cada vez que um átomo é dividido, ele libera uma quantidade enorme de energia e calor, que é usada para criar vapor que move as turbinas, produzindo energia!

Agora, uma vez esgotado o U-235, ainda existe uma grande quantidade de U-238 no combustível nuclear, mas é fracamente radioativo em comparação com outros isótopos. No passado, esse combustível era agora visto como “lixo nuclear” e precisava ser tratado, mas o U-238 é um isótopo muito “fértil”, o que significa que recebe nêutrons em seu núcleo, quando é o U-239. (92 prótons, 147 nêutrons). No entanto, graças ao decaimento beta em isótopos radioativos, esse nêutron extra se dividirá em um próton e um elétron, tornando-se Neptunium-239 (93 prótons, 146 nêutrons). Dentro de dois dias, outro decaimento beta ocorrerá, resultando no Pu-239, um isótopo de plutônio (94 prótons e 145 nêutrons).

Acredite ou não, Pu-239 é outro isótopo físsil, embora não ocorra naturalmente. Esse plutônio-239 se comporta de maneira semelhante ao U-235 e pode ser transferido de volta para o processo de geração de energia da usina, em vez de ser descartado com outros resíduos, como produtos de fissão.

sou meme físsil

Um ciclo de combustível é o caminho que o combustível nuclear percorre ao se mover através de um reator nuclear. Um ciclo de combustível único consiste no combustível nuclear (urânio) sendo usado uma vez e, em seguida, todo o urânio usado – incluindo uma grande quantidade de produtos U-238, plutônio e fissão – é armazenado como lixo. Em um ciclo de combustível fechado , uma usina de reciclagem separa os produtos de fissão dos produtos utilizáveis ​​de urânio e plutônio. O combustível utilizável em suas diversas formas é enriquecido novamente (no caso de urânio) e devolvido ao reator nuclear para geração adicional de energia. Somente os produtos de fissão são enviados para armazenamento de médio prazo como resíduos.

Finalmente, em um ciclo de combustível de criador, esses reatores “rápidos” têm nêutrons extras voando por dentro e são capazes de obter o máximo de energia dos recursos de combustível de urânio. O reator reprodutor pode gerar mais produtos físseis do que realmente pode usar, que podem ser enviados para uma usina de reciclagem e, posteriormente, usados ​​em reatores normais para obter a máxima eficiência de recursos. O custo e a infraestrutura dos reatores de reprodução são altos, e a experiência e a experiência neste campo são baixas, mas cria a menor quantidade de lixo nuclear e pode legitimamente ser considerada uma forma sustentável de energia nuclear.

Obstáculos à reciclagem de resíduos nucleares

Claramente, existem opções para reciclar resíduos nucleares e reduzir a necessidade de técnicas de armazenamento arriscadas. Então, o que impede os países de investirem totalmente nesse tipo de tecnologia sustentável?

Como em qualquer caminho de produção de energia, os custos incorridos com a reciclagem nuclear são altos e, no passado, a quantidade de energia necessária para reciclar o combustível era maior que a energia produzida. No entanto, a reciclagem de resíduos nucleares se tornou muito mais eficiente, e novas técnicas estão tornando-as mais viáveis ​​o tempo todo. Os Estados Unidos ainda se recusam a reciclar seus resíduos nucleares de alto nível e têm mais de 70.000 toneladas de resíduos nucleares armazenados em várias usinas nucleares em todo o país.

A proibição americana de reciclagem de combustível irradiado, criada em 1977, ainda está em vigor e impede o país de ser um verdadeiro líder em independência de energia sustentável. Uma razão para isso é o medo de que terroristas ou atores de má fé tentem roubar lixo nuclear reciclado ou fabricar o seu próprio para fins sinistros. Até o momento, nenhum combustível nuclear usado foi reaproveitado ou proliferado via reciclagem de combustível nuclear. Essa segurança embutida se deve a altos níveis de supervisão e segurança, além do custo e rigor técnico exigidos para o processo.

Outros países, como França, Japão, Bélgica, Alemanha, Suíça e Rússia, adotaram uma postura mais progressista e reciclam regularmente seus resíduos nucleares (através dos ciclos de combustível alternativo explicados acima). Embora o custo e a configuração da infraestrutura para a reciclagem de resíduos nucleares sejam altos, mitigar a necessidade de repositórios de armazenamento de longo prazo e impedir o esgotamento dos recursos de urânio vale a pena. À medida que os custos do armazenamento de resíduos nucleares continuam a subir, a reciclagem de combustível irradiado se tornará uma necessidade para as nações nucleares do mundo.

Uma palavra final

A energia nuclear é teoricamente uma das opções mais sustentáveis ​​e de baixo desperdício para a produção de energia. O lixo nuclear produzido neste processo já foi um problema no passado, mas agora existem várias opções para reciclagem e reutilização. São necessárias instalações avançadas e trabalhadores altamente qualificados, mas o que é mais necessário é a disposição das nações nucleares de investir totalmente em infraestrutura de reciclagem e reduzir a necessidade de depósitos de resíduos de alto nível e a longo prazo que continuarão sendo uma ameaça potencial para centenas de milhares de anos.

Referências:

  1. Associação Nuclear Mundial (link 1)
  2. Associação Nuclear Mundial (link 2)
  3. Instituto de Energia Nuclear
  4. Associação Nuclear Mundial (link 3)
  5. Revista de Química Radioanalítica e Nuclear
  6. Reprocessamento e reciclagem de combustível nuclear usado editado por Robin Taylor
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