Oito meses após o acidente nuclear de abril de 1986 na usina nuclear de Chernobyl, na Ucrânia, os trabalhadores que entraram em um corredor abaixo do reator nº 4 danificado descobriram um fenômeno surpreendente:lava negra que fluía do núcleo do reator, como se tivesse sido algum uma espécie de vulcão feito pelo homem. Uma das massas endurecidas era particularmente surpreendente, e a tripulação a apelidou de Pé de Elefante porque se assemelhava à pata do enorme mamífero.

Sensores disseram aos trabalhadores que a formação de lava era tão altamente radioativa que levaria cinco minutos para uma pessoa obter uma quantidade letal de exposição, como Kyle Hill detalhou neste artigo de 2013 para a revista científica Nautilus.



Uma década depois, o Projeto Internacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA, que coletou centenas de fotos de Chernobyl, obteve várias imagens da Pé de Elefante, que foi estimada em 2,2 toneladas (2 toneladas métricas).

Desde então, o Pé de Elefante, conhecido como material que contém combustível semelhante a lava (LFCM), continua sendo um objeto macabro de fascínio. Mas o que é isso, na verdade?


Conteúdo

1. O que é a pata do elefante de Chernobyl?
2. O que é Cório?
3. Quão perigosa é a pata de elefante?
4. Estudando Cório

O que é o pé do elefante de Chernobyl?

Como o Pé de Elefante era muito radioativo, os cientistas da época usaram uma câmera montada em uma roda para fotografá-lo. Alguns pesquisadores chegaram perto o suficiente para coletar amostras para análise. O que descobriram foi que o Pé de Elefante não era o que restava do combustível nuclear.

Em vez disso, os especialistas nucleares explicam que o Pé de Elefante é composto por uma substância rara chamada cório, que é produzida num acidente nuclear quando o combustível nuclear e partes das estruturas do núcleo do reactor sobreaquecem e derretem, formando uma mistura. O Corium só se formou naturalmente cinco vezes na história – uma vez durante o acidente de Three Mile Island, na Pensilvânia, em 1979, uma vez em Chernobyl e três vezes no desastre da fábrica de Fukushima Daiichi, no Japão, em 2011.



"Se a fusão do núcleo não puder ser encerrada, então, eventualmente, a massa fundida fluirá para baixo, para o fundo do vaso do reator, e derreterá (com uma contribuição de materiais fundidos adicionais), caindo no chão da contenção", Edwin Lyman, diretor da segurança da energia nuclear para a União de Cientistas Preocupados, explica por e-mail.

“A massa fundida quente reagirá então com o piso de concreto da contenção (se houver), alterando novamente a composição do fundido”, continua Lyman. "Dependendo do tipo de reator, o derretimento pode se espalhar e derreter através das paredes de contenção ou continuar a derreter através do chão, eventualmente infiltrando-se nas águas subterrâneas (foi o que aconteceu em Fukushima). Quando o derretimento esfriar o suficiente, ele irá endurecer em uma forma dura. , mineral semelhante a rocha."

Mitchell T. Farmer, engenheiro nuclear veterano e gerente de programa do Laboratório Nacional de Argonne, disse por e-mail que o cório se parece "muito com lava, um material de óxido enegrecido que fica muito viscoso à medida que esfria, fluindo como vidro derretido pegajoso. Isso foi o que aconteceu em Chernobyl com o Pé de Elefante."

O que é cório?

A composição exata de um fluxo específico de cório, como o que constitui o Pé de Elefante de Chernobyl, pode variar. Farmer, cuja equipe simulou acidentes de derretimento de núcleos nucleares em pesquisas, diz que o tom acastanhado do pé de elefante se assemelha ao cório "no qual o derretimento se transformou em concreto contendo um alto grau de sílica (SiO2), que é basicamente vidro. Concretos que contêm muita sílica são chamados de siliciosos, e esse é o tipo de concreto usado para construir as usinas de Chernobyl."

Isso faz sentido porque inicialmente após o núcleo derreter, o cório consistirá dos materiais dos quais o núcleo normalmente é feito. Parte disso também é combustível de óxido de urânio. Outros ingredientes incluem o revestimento do combustível – normalmente uma liga de zircônio chamada Zircaloy – e materiais estruturais, que em sua maioria são aço inoxidável composto de ferro, explica Farmer.



“Dependendo de quando a água é reabastecida para resfriar o cório, a composição do cório pode evoluir com o tempo”, diz Farmer. "À medida que o vapor ferve, o vapor pode reagir com os metais do cório (zircônio e aço) para produzir gás hidrogênio, cujos efeitos você viu durante os acidentes do reator em Fukushima Daiichi. Os metais oxidados no cório são convertidos em óxidos, fazendo com que a composição mude."

Se o cório não for resfriado, ele descerá pelo recipiente do reator, derretendo mais aço estrutural ao longo do caminho, o que causa ainda mais mudanças em sua composição, diz Farmer. “Se ainda estiver sub-resfriado, o cório pode eventualmente derreter através do recipiente de aço do reator e cair no piso de concreto da contenção”, explica ele. “Isso aconteceu em todos os três reatores de Fukushima Daiichi.” O concreto que entra em contato com o cório eventualmente aquecerá e começará a derreter.

Depois que o concreto derrete, óxidos de concreto (normalmente conhecidos como 'escória') são introduzidos na massa fundida, o que faz com que a composição evolua ainda mais, explica Farmer. O concreto derretido também libera vapor e dióxido de carbono, que continuam a reagir com os metais fundidos para produzir hidrogênio (e monóxido de carbono), causando ainda mais mudanças na composição do cório.

Quão perigoso é o pé de elefante?

A bagunça resultante que criou o Pé de Elefante é extremamente perigosa. Geralmente, diz Lyman, o cório é muito mais perigoso do que o combustível irradiado não danificado porque está em um estado potencialmente instável que é mais difícil de manusear, embalar e armazenar.

“Na medida em que o cório retém produtos de fissão altamente radioativos, plutônio e materiais do núcleo que se tornaram radioativos, o cório terá uma alta taxa de dose e permanecerá extremamente perigoso por muitas décadas ou mesmo séculos vindouros”, explica Lyman.



O cório solidificado muito duro, como o do Pé de Elefante, teria que ser quebrado para removê-lo dos reatores danificados. “[Isso] gerará poeira radioativa e aumentará os riscos para os trabalhadores e possivelmente para o meio ambiente”, diz Lyman.

Mas o que é ainda mais preocupante é que os cientistas não sabem como o cório se poderá comportar a longo prazo, como quando é armazenado num depósito de resíduos nucleares. O que eles sabem é que o córion da pata do elefante provavelmente não está tão ativo como antes e que está esfriando por conta própria – e continuará a esfriar. Mas ainda está derretendo e permanece altamente radioativo.

Em 2016, o Novo Confinamento Seguro (NSC) foi introduzido em Chernobyl para evitar mais fugas de radiação da central nuclear. Outra estrutura de aço foi construída dentro do escudo de contenção para apoiar o sarcófago de concreto em decomposição no reator nº 4 de Chernobyl. O NSC ajudaria - idealmente - a evitar que uma enorme nuvem de pó de urânio se dispersasse no ar em caso de explosão na sala 305/ 2. A sala 305/2 ficava diretamente sob o núcleo do reator nº 4 e mostra sinais de aumento nas emissões de nêutrons desde 2016. É totalmente inacessível aos humanos devido aos níveis de radiação mortais.

Estudando Cório

Ninguém quer ver outro Pé de Elefante. Farmer passou a maior parte de sua carreira estudando acidentes nucleares e trabalhando com cório em um esforço para desenvolver maneiras para os operadores da usina encerrarem um acidente - quanta água injetar e onde injetá-la, e com que rapidez a água pode resfriar o cório e estabilizá-lo .

“Fazemos grandes experiências nas quais produzimos ‘cório’ com materiais reais, mas usamos aquecimento eléctrico para simular o calor de decomposição em vez do próprio aquecimento de decomposição”, diz Farmer, explicando que a simulação torna as experiências mais fáceis de realizar.



"Concentramos a maior parte do nosso trabalho no estudo da eficiência da adição de água na têmpera e no resfriamento do cório para várias composições de cório. Assim, estamos fazendo pesquisas sobre mitigação de acidentes. A outra ponta é a prevenção de acidentes, e este é o foco principal área para a indústria nuclear."
Agora isso é assustador
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne criaram este vídeo, que mostra uma poça derretida de óxido de urânio a 3.600 graus Fahrenheit (2.000 graus Celsius). Seus experimentos simularam como tal fluxo de lava poderia erodir o piso de concreto de um edifício de contenção de um reator nuclear.