IOF-246 Poluição Marinha - nead.uesc.brnead.uesc.br/arquivos/Biologia/scorm/Aula_sobre_poluicao_radiativa.pdf · Poluição Radioativa ... a “nuvem radioativa” alcançou regiões

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

Emissores

Emissores β+

ou CE

Estáveis

Fissão induzida

É a fissão causada pelo bombardeamentode núcleos pesados com nêutrons.

n2KrBanU 1

0

92

36

142

56

1

0

235

92

Uma vez que a fissão nuclear tenha sidoinduzida, poderá continuar ocorrendo,mesmo se o suprimento de nêutrons fordescontínuo, contanto que a fissãoproduza mais nêutrons (reação emcadeia).

Reação em cadeia

Rendimento da fissão do 235U

Rendimento de fissão

Meia-vida (t1/2)

Energia Nuclear

Histórico

Era nuclear

anos 40 - II Guerra Mundial

bombas atômicas - Hiroshima e Nagasaki

reatores nucleares - alternativa na produção de energia

elétrica

Energia nuclear

responsável por 17% da eletricidade produzida em todo

do mundo

diminuição da quantidade de CO2 liberada para a

atmosfera - efeito estufa

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/662px-Nuclear_Power_History.png

Contribuição da Energia Nuclear na produção

de energia elétrica

http://www.huri.harvard.edu/workpaper/chart2.gif

Perspectivas para a Energia Nuclear

http://www.energiasrenovables.ciemat.es/especiales/energia/img/grafico2.gif

Problemas ambientais

Lixo radioativo ou “lixo atômico”

explosões nucleares - artefatos militares

acidentes nucleares

liberação e deposição de rejeitos radioativos(usinas nucleares e de reprocessamento)

Principais radionuclídeos do ponto de vista deimpacto ambiental

137Cs (emissor gama), meia-vida de 30 anos,

quimicamente semelhante ao Na e K

90Sr (emissor beta), meia-vida de 28,5 anos,

quimicamente semelhante ao Ca

239+240Pu (emissor alfa), meia-vida de 24.000 anos,

incorporação pelos pulmões

Contaminação do ambiente

marinho

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

30 ms após a explosão forma-se uma bola de fogo(108C).

bola de fogo possui 134 m de diâmetro e aumentapara 2200 m em 10 s.

a altura da nuvem é dependente do artefato, nestecaso 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 velocidadealcançando 160 km em 1 h.

1 min após a detonação há formação de partículascujo tamanho pode variar de 0,4 a 4 µm.

Fallout radioativo

Distribuição do fallout

ESTRATOSFERA

(~ 18 km)

TROPOSFERA

(~ 8 km)

Pólo

Nort

e

Pólo

Sul

Fallout radioativo

Deposição radioativa

as partículas maiores depositam-se sob ação dagravidade, produzindo o fallout local.

as partículas menores contendo os radionuclídeosvoláteis (137Cs, 90Sr, 131I, etc) permanecem suspensaspor um longo período depositam-se a longas distânciasdo local de origem.

para detonações da ordem de quilotons, a maior partepermanece na troposfera (tempo de residência é de 3semanas a 3 meses)

Tempo de residência é dependente do local daexplosão e da época do ano

Os radionuclídeos transferidos da atmosfera para ooceano podem reagir intrinsecamente com outroselementos e formar compostos, que são transportadospor processos físicos, químicos e biológicos

Contribuição para Atividade Total

Contribuição para Atividade Total

Testes Nucleares

16/07/1945 – Alamogordo no México

entre 1945 e 1946 – 5 bombas foram

detonadas

29/08/1949 – 1o teste nuclear da ex-URSS, em

Semipalatinsk no Casaquistão

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

Atmosfera Subterrâneos

País Número de testes

Total liberado (Mt)

Número de testes

Total liberado (Mt)

Total (Mt)

Estados Unidos 215 141 815 38 179

ex-URSS 219 247 496 38 285

Reino Unido 21 8 24 0,9 8,9

França 50 10 159 4 14

China 23 21,9 20 1,5 23,4

Total Geral 528 427,9 1514 82,4 510,3 Obs.: Não foi incluído um teste realizado pela Índia em 18 de maio de 1974.

Fonte: NORRIS & ARKIN, 1996.

Estimativa da energia liberada

em testes nucleares

137Cs – testes

nucleares –

HN

http://maps.grida.no/go/graphic/cesium_137_from_nuclear_weapon_testing_fallout_1995_figures

http://maps.grida.no/library/files/storage/cesium_137_from_nuclear_weapon_testing_fallout_1995_figures.jpg

Total depositado de radionuclídeos

artificiais nos oceanos do mundo

137Cs – 637 PBq

90Sr – 439 PBq

239+240Pu – 12 PBq, correspondente a 5 t

Níveis de radionuclídeos naturais nos oceanos (3H e 14C) em relação aos artificiais

Distribuição de 90Sr latitudinalmente

Níveis de β-total em peixes do Mar de

Barents

Inventário de 90Sr (1963-1982)

Tipos de Reatores Nucleares

Reator PWR

http://www.eas.asu.edu/~holbert/eee460/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

Three Mile Island, Estados Unidos (1979) -

falhas mecânicas e erros operacionais no

sistema de refrigeração

Algumas áreas do reator atingiram

temperaturas da ordem de 2750oC, e o

combustível fundiu.

O Zr das barras de combustíveis reagiu com a

água, formando ZrO e liberando H2, o reator

então poderia explodir.

Foram liberados aproximadamente 330 PBq de133Xe e 550 GBq de 131I.

Chernobyl

Chernobyl, ex-URSS (1987) - erros

operacionais nos sistemas de segurança e

explosão do reator

foi o pior acidente da história

a “nuvem radioativa” alcançou regiões

distantes 2000 km

colocou 400 vezes mais material radioativo

na atmosfera que a bomba lançada sobre

Hiroshima

3,7 EBq de material radioativo lançada na

atmosfera: ~100 PBq de 137Cs, ~8 PBq de 90Sr e ~55 TBq de 239+240Pu.

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

Radionuclídeo Total liberado (PBq)

Total depositado na Europa (PBq)

Cs-137 100 30

Cs-134 50 15

Sr-90 8 7

Ru-106 35 25

Ce-144 90 75

Ag-110m 1,5 0,5

Sb-125 3 2

Pu-239+240 0,055 0,05

Pu-238 0,025 0,02

Pu-241 5 4

Am-241 0,006 0,005

Cm-242 0,6 0,55

Cm-243+244 0,006 0,005

Obs.: Todas as atividades foram corrigidas para 26 de abril de 1986 e são valores estimados.

Fotne: AARKROG, 1995

Chernobyl no Mar Báltico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Fennoscandia.png

http://www.stuk.fi/sateilytietoa/sateily_ymparistossa/itameri/en_GB/laskeuma/_files/73119167647909734/default/baltic_sea_2002.gif

Chernobyl no Mar Báltico

Chernobyl

Total depositado nos mares europeus

Mar do Norte – 1,4 PBq

Costa noroeste da Europa – 3,7 PBq

No Mar Báltico os níveis variaram de

alguns bequéreis a 2.400 Bq.m-3.

Rejeitos sólidos

São armazenados em tambores de metal com concreto e betume.

De 1946 a 1982, cerca de 46 PBq foram depositados no mar.

Na ex-URSS a deposição está assim distribuída:

Mar de Kara: 570 Bq

Mar de Barentes: 1,5 PBq

Região de Vladivostok: 248 TBq

Mares do Ártico: 7 reatores (85 PBq) e 10 reatores sem combustível (3,7 PBq)

Em outubro de 1993 liberou 14 MBq no mar do Japão

Dumping

1

2

3

4

Problemas do Dumping

Deposição de rejeitos radioativos

NE do Pacífico16 sítios0,55 PBq

NO do Atlântico11 sítios

2,94 PBq

NE do Atlântico15 sítios

42,31 PBq

OE do Pacífico5 sítios

0,02 PBq

http://www.cartoonstock.com/newscartoons/cartoonists/cga/lowres/cgan1649l.jpg

Lixo radioativo

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

http://www.sfbayview.com/2009/somalis-speak-out-why-we-don%E2%80%99t-condemn-our-pirates/

Rejeitos líquidos Desde 1975 está proibida a deposição de rejeitos de alta

atividade.

Em 1983 foi definida uma moratória para rejeitos de baixaatividade.

A ex-URSS liberou rejeitos radioativos líquidos nos oceanos

Mar de Barents – 450 PBq

Mar Branco – 3,7 PBq

Mar de Kara – 315 TBq

Mares na região de Vladivostolk – 456 TBq

Em 1979, um submarino liberou 74 PBq de rejeitos(1 PBq de 137Cs e 90Sr)

Liberação de rejeitos líquidos

http://www.deepseaconservation.org/issues/images/sludgedumping.jpg

Estimativa da liberação anual

máxima de instalações nucleares

Radionuclídeo

Meia-vida (a) Liberação anual das usinas(TBq)

Nucleares Reprocessamento

H-3 12 4000 2000

C-14 5700 40 4

Co-60 5,3 1 1

Sr-90 28 2 600

Ru-106 1 0,2 2000

Cs-137 30 9 5000

Pu-239+240 24000 - 50

Pu-241 14 - 2000

Fonte: PNUMA, 1980

Acidentes nucleares - Geral

Submarinos

Oceano Atlântico – desde 1963, 4

submarinos nucleares naufragados,

abaixo de 1500 m.

O submarino Komsomolets, em 1989, que

naufragou na costa da Noruega. Este

acidente aumentou em 5,5 PBq o

inventário na região.

O submarino contém 2 ogivas nucleares

com 16 PBq de 239+240Pu 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

4 naves perdidas no mar que continhamgerados termoelétricos com 238Pu.

Em 1964, na re-entrada na atmosfera doSNAP-9A, um dos reatores vaporizou,causando contaminação de 238Pu e 239Pu.

Em 1978, o Cosmos-954 também sofreuum dano na re-entrada contaminando oAtlântico Sul com 235U.

Em 1996, a Marte-96 (Russa) caiu na costachilena com 200 g de plutônio.

Aviões

Em 1966, dois aviões B-52 caiu na regiãode Palomares (Espanha). Um dos aviõespossuía 4 bombas termonucleares queexplodiram não nuclearmente,contaminando uma área de 2,3 km2.

Em 1968, um avião B-52 caiu próximo abase aérea de Thule, na Groenlândia,causando a ruptura de 4 bombasnucleares, depositando aproximadamente500 g de plutônio (1 TBq)

Características dos

principais radionuclídeos

e sua determinação em

amostras marinhas

137Cs

- Características nucleares

produzido artificialmente pela fissão U-235

emissor gama - meia-vida de 30 anos

detetores semicondutores NaI, Ge(Li) e Ge(hiperpuro)

- Características químicas

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

90Sr

- Características nucleares 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 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+240Pu

- Características nucleares

reação de captura neutrônica do U-238

emissor alfa - Pu-238 (t1/2 = 87,5 a), Pu-239 (t1/2 = 6500 a) e Pu-240 (t1/2 = 24.000 a)

detetores semicondutores (barreira de superfície)

- Características químicas

quatro estados de oxidação: Pu(III), Pu(IV), Pu(V) e Pu(VI)

no meio ambiente predomina a forma reduzida (Pu(OH)4)

estabilidade dos complexos: Pu(IV) > Pu(VI) > Pu(III) > Pu(V)

nos sedimentos predomina a forma reduzida Pu(III) e Pu(IV)

na água do mar predomina a forma oxidada Pu(V) e Pu(VI)

normalmente o plutônio é removido da solução por meio da precipitação do Pu(OH)4

Determinação de 90Sr e 137Cs em

sedimentos marinhos

Determination of

Sr-90

Gamma analysis

Determination of

Cs-137- purification of Y(OH)

3

using HClconc

and

NH4OH

conc

- 3 mL of 1 M H2C

2O

4

addition

MARINE SEDIMENT SAMPLE

- 50-100 g sample

- 30 - 50 g of sample

- Sr-85 tracer

- 500 mg Sr carrier

- 8 M HNO3

and H2O

2

- leaching for 16 h or microwave

oven digestion

Supernatant

- interferents elimination

and Y with Fe(OH)3

- waiting of equilibrium

time (14 days)

Supernatant

- 20 mg of Y carrier

- addition of NH4OH

conc

Y(OH)3 (ppt)

Y2 (C2O4)3.9H2O

(ppt)

Beta counting

Determination of

Sr-90

Gamma analysis

Determination of

Cs-137- purification of Y(OH)

3

using HClconc

and

NH4OH

conc

- 3 mL of 1 M H2C

2O

4

addition


- 50-100 g sample


- Sr-85 tracer

- 500 mg Sr carrier

- 8 M HNO3

and H2O

2

- leaching for 16 h or microwave

oven digestion

Supernatant

- interferents elimination

and Y with Fe(OH)3

- waiting of equilibrium

time (14 days)

Supernatant

- 20 mg of Y carrier

- addition of NH4OH

conc

Y(OH)3 (ppt)

Y2 (C2O4)3.9H2O

(ppt)

Beta counting

Determinação de 239+240Pu em sedimentos

marinhos

- co-precipitation of Pu with Fe(OH)3

- dissolution of Fe(OH)3 and addition of NaNO2

- AG-1X8 ionic exchange column

- HNO3conc

and heating to

dryness

- 1 mL of Na2SO4 addition

- 0.3 mL of H2SO4 addition

- pH to 2 with NH4OHconc


- Pu-242 tracer

- 8 M HNO3

and H2O

2

- leaching for 16 h or microwave oven

digestion


Determination of Pu-238 and

Pu-239+240

Supernatant

Ionic Exchange

Iodine

Elimination

Eletrodeposition on

polished steel disk,

75 min, 1.8 A

Alpha spectrometry

-Am elution (8 M HNO3)

- U, Th and Fe elution (10 M HCl);

- Pu elution (10 M HCl + 0,6 g of NH4I)

- co-precipitation of Pu with Fe(OH)3

- dissolution of Fe(OH)3 and addition of NaNO2

- AG-1X8 ionic exchange column

- HNO3conc

and heating to

dryness

- 1 mL of Na2SO4 addition

- 0.3 mL of H2SO4 addition

- pH to 2 with NH4OHconc


- Pu-242 tracer

- 8 M HNO3

and H2O

2

- leaching for 16 h or microwave oven

digestion


Determination of Pu-238 and

Pu-239+240

Supernatant

Ionic Exchange

Iodine

Elimination

Eletrodeposition on

polished steel disk,

75 min, 1.8 A

Alpha spectrometry

-Am elution (8 M HNO3)

- U, Th and Fe elution (10 M HCl);

- Pu elution (10 M HCl + 0,6 g of NH4I)

- traçador radioativo de Pu-242, Sr-85 e Cs-134

- 10 mg de carregador de Cs, 3,0 g de carregador de Sr e 200 mg de carregador de Fe

- pH 1, agitação por 2 h

- adição de NH4OH conc. até pH 8, agitação por 2 h

60 L de água do mar

Sobrenadante com

Cs e SrFe(OH)3 (ppt)

- dissolução com HNO3 conc.

- adição de NaNO2

- purificação em coluna AG1-X8

Coluna AG1-X8

- condicionamento com HNO3 8M (80 mL)

- percolação da solução

- 80 mL de HNO3 8M (eluição Am)

- 80 mL de HCl 10 M (eluição Th, U e Fe)

- 100 mL de HCl 10M + 0,4 g NH4I (eluição do Pu)

Sobrenadante com Pu

- eliminação do iodo com HNO3 conc.

- evaporação quase a secura

- adição de 1 mL de Na2SO4 0,3 M

- secagem e adição de 300 L de H2SO4 conc.

- ajuste pH (1,5 a 2,2) com NH4OH

- 75 min., 1,8 A Eletrodeposição

- 1 mL de NH4OH conc.

Espectrometria alfa

- adição HNO3 (pH 1)

- adição de AMP

- agitação por 2 h

- t1 = 0

Sobrenadante com

Sr

Cs(AMP) (ppt)

Espectrometria gama

- adição de NH4Cl (500 g)

- adição de NH4OH (pH 7-8)

- adição de Na2CO3 (1100 g)

- dissolução com H2SO4 10% (v/v)

Sobrenadante com Mg e Ca- filtração

- adição de 60 g de Na2CO3

SrCO3 (ppt)

SrSO4 (ppt)

Y(OH)3 (ppt)

Y2(C2O4)3.9H2O (ppt) Contagem beta

SrCO3 (ppt)Sobrenadante com Mg

- purificação do Y(OH)3 por meio da dissolução

com HClconc e precipitação com NH4OHconc

(4 vezes)

- adição de 3 mL de H2C2O4 1 M

- 14 dias de equilíbrio radioativo

- adição de carregador de ítrio (10 mg)

- adição de NH4OH (pH = 8)






Sobrenadante com



- adição de NaNO2


Coluna AG1-X8






Sobrenadante com Pu








Espectrometria alfa


- adição de AMP


- t1 = 0

Sobrenadante com

Sr

Cs(AMP) (ppt)

Espectrometria gama







SrCO3 (ppt)

SrSO4 (ppt)

Y(OH)3 (ppt)





(4 vezes)










Sobrenadante com



- adição de NaNO2


Coluna AG1-X8






Sobrenadante com Pu








Espectrometria alfa


- adição de AMP


- t1 = 0

Sobrenadante com

Sr

Cs(AMP) (ppt)

Espectrometria gama







SrCO3 (ppt)

SrSO4 (ppt)

Y(OH)3 (ppt)





(4 vezes)





Determinação de 90Sr, 137Cs e 239+240Pu

em água do mar

Níveis de radionuclídeos no litoral

brasileiro – sedimentos marinhos

1976 1980 1984 1986 19970,1

1

10

100

Bq/

m2

Cs-137

Sr-90

Pu-239+240

Níveis na costa brasileira –

água do mar

4,3 3,11,9 0,85,6 5,13,6 1,9Média e desvio padrão

8,6 0,2< CMD4,5 0,5 4,7 0,546o29’00’’W29o27’00’’S5

2,0 0,5 < CMD3,4 0,24,7 0,947o09’00’’W27o19’20’’S4

2,0 0,91,9 0,8 13 8 1,4 0,844o50’18’’W 25o05’04’’S3

< CMD(3)< CMD(2)1,3 7,5< CMD(1)43o29’08’’ W24o45’05’’S2

4,7 1,7< CMD(2)< CMD(2)< CMD(1)41o12’00’’W24o39’25’’S 1

Sr-90

(Bq.m-3)

Pu-238

(mBq.m-3)

Pu-239+240

(mBq.m-3)

Cs-137 (Bq.m-3)LongitudeLatitudeAmostra

4,3 3,11,9 0,85,6 5,13,6 1,9Média e desvio padrão

8,6 0,2< CMD4,5 0,5 4,7 0,546o29’00’’W29o27’00’’S5

2,0 0,5 < CMD3,4 0,24,7 0,947o09’00’’W27o19’20’’S4

2,0 0,91,9 0,8 13 8 1,4 0,844o50’18’’W 25o05’04’’S3

< CMD(3)< CMD(2)1,3 7,5< CMD(1)43o29’08’’ W24o45’05’’S2

4,7 1,7< CMD(2)< CMD(2)< CMD(1)41o12’00’’W24o39’25’’S 1

Sr-90

(Bq.m-3)

Pu-238

(mBq.m-3)

Pu-239+240

(mBq.m-3)

Cs-137 (Bq.m-3)LongitudeLatitudeAmostra

137Cs

239+240Pu

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