Eventos de precipitação radioactiva nuclear, sejam provocados de forma deliberada ou por acidente, são cenários que todos esperamos nunca vir a enfrentar.
Ainda assim, caso aconteçam, compreender o que pode ocorrer é uma peça-chave do planeamento de segurança e da gestão de catástrofes.
Porque estudar a precipitação radioactiva nuclear
Com esse objectivo, uma equipa do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), nos EUA, realizou experiências controladas num tubo de plasma de alta temperatura. O intuito foi reproduzir uma parte de uma bola de fogo nuclear e observar o que acontece, durante o arrefecimento, a partículas que teriam sido vaporizadas numa reacção de fissão.
Para criar o ponto de partida, os investigadores trabalharam com três elementos: urânio (combustível usado em muitas armas e reactores), césio (um subproduto radioactivo da fissão nuclear) e cério (empregado como substituto do plutónio, que é utilizado em armas nucleares).
Como foram feitas as experiências no reator de plasma do LLNL
Um aspecto decisivo do estudo foi a comparação de dois cenários distintos (histórias térmicas). Num deles, a amostra arrefeceu de modo constante e contínuo; no outro, as temperaturas mantiveram-se muito elevadas durante mais tempo e só depois desceram rapidamente.
"Mudar o tempo durante o qual os materiais permanecem a alta temperatura pode alterar as reacções químicas e a forma como elementos voláteis como o césio são incorporados nas partículas", afirma a química Rakia Dhaoui.
"Estudos históricos de precipitação radioactiva indicam que o percurso que os materiais seguem enquanto arrefecem é importante."
Para executar os ensaios, a equipa recorreu ao seu reator de fluxo de plasma, com cerca de 1 metro (39.4 inches) de comprimento, aquecendo os elementos até aproximadamente 5,000 Kelvin (isso corresponde a 4,727 graus Celsius ou 8,540 graus Fahrenheit).
Tal como num rebentamento nuclear, a fase inicial - extremamente quente - vaporizou tudo. O foco dos investigadores, porém, estava no passo seguinte: de que maneira os três elementos iniciais voltam a condensar e a transformar-se em partículas à medida que a temperatura diminui.
O que urânio, césio e cério revelaram ao arrefecer
No caso do urânio e do cério, os comportamentos observados foram bastante próximos.
Ambos começaram a condensar relativamente cedo assim que as temperaturas começaram a cair, tanto no cenário de arrefecimento contínuo como no de arrefecimento retardado. Ainda assim, registaram-se algumas diferenças nos compostos adicionais que cada elemento acabou por incorporar.
O césio foi o que mais surpreendeu a equipa, por se desviar do esperado.
Em ambos os cenários, o césio só condensou muito mais tarde do que o urânio e o cério. E, quando a temperatura se manteve elevada durante mais tempo antes da queda rápida, o césio misturou-se mais com outros elementos, originando compostos mais complexos.
Porque estes resultados ajudam a interpretar detritos nucleares
Além de permitirem antecipar melhor o comportamento da precipitação radioactiva nuclear, os resultados também podem ser úteis no sentido inverso: observar os produtos deixados por um evento nuclear e inferir quais as condições que levaram à formação das partículas condensadas.
"Estas partículas preservam um registo de como se formaram", diz Dhaoui.
"Ao estudar estes processos num sistema controlado, podemos substituir suposições por medições, melhorar os modelos usados para interpretar detritos nucleares e apoiar a tomada de decisões quando isso mais importa."
A amplitude de condições testadas nestas experiências contrasta com métodos tradicionais de modelação de nuvens radioactivas, frequentemente designados por modelos de equilíbrio.
Essas abordagens partem do princípio de reacções químicas mais estáveis e consistentes, o que pode não captar subtilezas associadas a variações na velocidade de arrefecimento - algo que, aqui, ficou evidente com o césio.
É certo que o sistema continua a ser uma simplificação de laboratório e que, dentro do tubo de plasma, não ocorreu qualquer reacção nuclear real.
Mesmo assim, os investigadores defendem que estas novas observações podem ser avaliadas em conjunto com resultados de outros modelos, para construir uma visão mais nítida da química da precipitação radioactiva nuclear.
As implicações também não se limitam a incidentes nucleares. O que foi identificado poderá ser relevante para outros ambientes de alta temperatura, e a configuração do sistema pode ser alargada para incluir mais tipos de elementos e compostos.
No futuro, este tipo de experiência poderá tornar-se mais complexo e ser modelado de forma a aproximar-se de cenários do mundo real - em que, por exemplo, um reactor nuclear estaria rodeado por betão, água, vidro, solo e tudo o resto.
"Embora o reator não consiga reproduzir toda a complexidade química de uma bola de fogo nuclear, fornece uma plataforma controlada para isolar mecanismos que atrasam ou aceleram a interacção entre componentes voláteis e refractários", escrevem os investigadores no artigo publicado.
"Esta capacidade reforça os esforços para interpretar assinaturas de fraccionamento em sistemas simplificados de detritos."
A investigação foi publicada na revista Química Analítica.
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