IOF-246 – Poluiзгo Marinha

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IOF-246 Poluição Marinha

• Profs. Márcia Bícego e Rubens Figueira

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Poluição Radioativa Mares e Oceanos do Mundo
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Características Nucleares
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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.

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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 ?).

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- Decaimento alfa (?)
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- Decaimento beta (ß-)
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- Captura eletrônica (CE)
-
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- Emissão de pósitron (ß)
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Linha de estabilidade nuclear
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Fissão induzida

• É a fissão causada pelo bombardeamento de núcleos
  pesados com nêutrons.

• Uma vez que a fissão nuclear tenha sido induzida,
  poderá continuar ocorrendo, mesmo se o suprimento
  de nêutrons for descontínuo, contanto que a
  fissão produza mais nêutrons (reação em cadeia).

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Reação em cadeia
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Rendimento da fissão do 235U
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Rendimento de fissão
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Meia-vida (t1/2)
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Energia Nuclear
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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

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Energia Nuclear no mundo
http//www.globalwarmingart.com/images/thumb/5/58/
Nuclear_Power_History.png/662px-Nuclear_Power_Hist
ory.png
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Contribuição da Energia Nuclear na produção de
energia elétrica
http//www.huri.harvard.edu/workpaper/chart2.gif
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Perspectivas para a Energia Nuclear
http//www.energiasrenovables.ciemat.es/especiales
/energia/img/grafico2.gif
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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 de
  impacto 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
• 239240Pu (emissor alfa), meia-vida de 24.000
  anos, incorporação pelos pulmões

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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

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Níveis de radionuclídeos naturais nos oceanos
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Vias de contaminação radioativa para os oceanos e
mares
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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 aumenta
  para 2200 m em 10 s.
• a altura da nuvem é dependente do artefato,
  neste caso 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 velocidade
  alcançando 160 km em 1 h.
• 1 min após a detonação há formação de partículas
  cujo tamanho pode variar de 0,4 a 4 µm.

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Fallout radioativo
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Distribuição do fallout
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Fallout radioativo
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Deposição radioativa

• as partículas maiores depositam-se sob ação da
  gravidade, produzindo o fallout local.
• as partículas menores contendo os radionuclídeos
  voláteis (137Cs, 90Sr, 131I, etc) permanecem
  suspensas por um longo período depositam-se a
  longas distâncias do local de origem.
• para detonações da ordem de quilotons, a maior
  parte permanece na troposfera (tempo de
  residência é de 3 semanas a 3 meses)
• Tempo de residência é dependente do local da
  explosão e da época do ano
• Os radionuclídeos transferidos da atmosfera para
  o oceano podem reagir intrinsecamente com outros
  elementos e formar compostos, que são
  transportados por processos físicos, químicos e
  biológicos

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Contribuição para Atividade Total
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Contribuição para Atividade Total
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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)

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Estimativa da energia liberada em testes nucleares
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Estimativa da energia liberada em testes nucleares
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137Cs testes nucleares HN
http//maps.grida.no/go/graphic/cesium_137_from_nu
clear_weapon_testing_fallout_1995_figures
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Total depositado de radionuclídeos artificiais
nos oceanos do mundo

• 137Cs 637 PBq
• 90Sr 439 PBq
• 239240Pu 12 PBq, correspondente a 5 t
• Níveis de radionuclídeos naturais nos oceanos (3H
  e 14C) em relação aos artificiais

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Distribuição de 90Sr latitudinalmente
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Níveis de ß-total em peixes do Mar de Barents
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Inventário de 90Sr (1963-1982)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Tipos de Reatores Nucleares
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Reator PWR
http//www.eas.asu.edu/holbert/eee460/jtc/index.h
tml
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Reatores NuclearesInventário do Combustível
1 PWR de 1000 MWe carregado com UOX produz 6
TWh/a e gera 21 t de rejeitos
21 kg de outros actinídeos 10,4 kg de Np 9,8 kg
de Am 0,8 kg de Cm
20 t com 0,9 de U-235
200 kg de Pu
760 kg de produtos de fissão 35 kg de
Cs-135137 18 kg de Tc-99 16 kg Zr-93 5 kg
Pd-107 3 kg I-129, etc.
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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 de 133Xe
  e 550 GBq de 131I.

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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 239240Pu.

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Reator de Chernobyl RBMK 1000
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Cronologia do desastre
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Fallout radioativo de Chernobyl
https//qed.princeton.edu/images/f/fc/Radioactive_
fall-out_from_the_Chernobyl_accident.jpg
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Chernobyl total depositado na Europa
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Chernobyl no Mar Báltico
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Chernobyl no Mar Báltico
http//www.stuk.fi/sateilytietoa/sateily_ymparisto
ssa/itameri/en_GB/laskeuma/_files/7311916764790973
4/default/baltic_sea_2002.gif
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ChernobylTotal 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.

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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

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Dumping
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Problemas do Dumping
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Deposição de rejeitos radioativos
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http//www.cartoonstock.com/newscartoons/cartoonis
ts/cga/lowres/cgan1649l.jpg
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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-wh
y-we-donE28099t-condemn-our-pirates/
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Rejeitos líquidos

• Desde 1975 está proibida a deposição de rejeitos
  de alta atividade.
• Em 1983 foi definida uma moratória para rejeitos
  de baixa atividade.
• 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)

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Liberação de rejeitos líquidos
http//www.deepseaconservation.org/issues/images/s
ludgedumping.jpg
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Estimativa da liberação anual máxima de
instalações nucleares
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Acidentes nucleares - Geral
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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 239240Pu e 5 TBq de actinídeos.

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Acidente com o Komsomolets
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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-komsomole
ts-reactor-with-time_thumbnail.jpg
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Naves espaciais

• 4 naves perdidas no mar que continham gerados
  termoelétricos com 238Pu.
• Em 1964, na re-entrada na atmosfera do SNAP-9A,
  um dos reatores vaporizou, causando contaminação
  de 238Pu e 239Pu.
• Em 1978, o Cosmos-954 também sofreu um dano na
  re-entrada contaminando o Atlântico Sul com 235U.
• Em 1996, a Marte-96 (Russa) caiu na costa chilena
  com 200 g de plutônio.

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Aviões

• Em 1966, dois aviões B-52 caiu na região de
  Palomares (Espanha). Um dos aviões possuía 4
  bombas termonucleares que explodiram não
  nuclearmente, contaminando uma área de 2,3 km2.
• Em 1968, um avião B-52 caiu próximo a base aérea
  de Thule, na Groenlândia, causando a ruptura de 4
  bombas nucleares, depositando aproximadamente 500
  g de plutônio (1 TBq)

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Características dos principais radionuclídeos e
sua determinação em amostras marinhas
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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 dágua para
  o sedimento por vários processos sedimentação,
  precipitação, adsorção, assimilação ou absorção
  pela

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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

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239240Pu

• - 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) gt Pu(VI) gt
  Pu(III) gt 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

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Determinação de 90Sr e 137Cs em sedimentos
marinhos
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Determinação de 239240Pu em sedimentos marinhos
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Determinação de 90Sr, 137Cs e 239240Pu em água
do mar
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Níveis de radionuclídeos no litoral brasileiro
sedimentos marinhos
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Níveis na costa brasileira água do mar
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137Cs
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239240Pu