Por Ryan White
Os navios de guerra movidos a energia nuclear dos EUA (NPWs) operam com segurança há mais de 50 anos sem sofrer nenhum acidente no reator ou qualquer liberação de radioatividade que prejudique a saúde humana ou tenha um efeito adverso na vida marinha. Os reatores navais têm um recorde notável de mais de 134 milhões de milhas movidas com segurança com energia nuclear e acumularam mais de 5.700 reatores-anos de operação segura. Atualmente, os EUA têm mais de 80 navios com propulsão nuclear (porta-aviões e submarinos). Esses NPWs constituem cerca de quarenta por cento dos principais combatentes navais dos EUA e visitam mais de 150 portos em mais de 50 países, incluindo aproximadamente 70 portos nos EUA e três no Japão.
Projeto da planta do reator naval
Todos os NPWs dos EUA usam reatores de água pressurizada (PWRs). Os PWRs têm um histórico de segurança estabelecido, seu comportamento operacional e riscos são conhecidos e são o projeto básico usado por aproximadamente 60% das usinas nucleares comerciais do mundo. A missão que os reatores navais apoiam é diferente da missão dos reatores comerciais.
Todos os NPWs são projetados para sobreviver a ataques em tempo de guerra e continuar a lutar enquanto protegem suas tripulações contra perigos. Eles têm recursos de controle de danos bem desenvolvidos, redundância e backup em sistemas essenciais. Além disso, para apoiar a missão de um navio de guerra, os reatores navais são projetados e operados de forma a fornecer mudanças rápidas de nível de potência para as necessidades de propulsão, garantir a continuidade da propulsão e ter longa vida operacional (núcleos de reatores navais atuais são projetados de tal forma que os porta-aviões são reabastecidos apenas uma vez na vida do navio e os submarinos nunca precisam ser reabastecidos).
Estas são as diferenças significativas entre as missões dos NPW e reatores comerciais. Além disso, o fato de que os operadores e as tripulações precisam morar nas proximidades do reator nuclear exige que o reator tenha sistemas redundantes e blindagem abrangente, além de ser confiável e seguro. Por essas razões, os projetos de plantas de reatores navais são diferentes dos reatores comerciais, o que resulta em uma capacidade aprimorada dos navios de guerra para operar com segurança em condições de batalha adversas, ou ainda com mais segurança durante operações em tempos de paz.
Existem pelo menos quatro barreiras que funcionam para manter a radioatividade dentro do navio, mesmo no caso altamente improvável de um problema envolvendo o reator. Essas barreiras são o próprio combustível, o sistema primário do reator totalmente soldado, incluindo o vaso de pressão do reator que contém o combustível, o compartimento do reator e o casco do navio. Embora os reatores comerciais tenham barreiras semelhantes, as barreiras nas NPWs são muito mais robustas, resilientes e projetadas de forma conservadora do que as dos reatores civis devido às diferenças fundamentais na missão.
O combustível nuclear naval dos EUA é um metal sólido. O combustível é projetado para choque de batalha e pode suportar cargas de choque de combate maiores que 50 vezes a força da gravidade sem liberar produtos de fissão produzidos dentro do combustível. Isso é maior do que 10 vezes as cargas de choque do terremoto usadas para projetar usinas nucleares comerciais dos EUA. Com o projeto de combustível de alta integridade, os produtos da fissão dentro do combustível nunca são liberados no refrigerante primário. Esta é uma das diferenças marcantes dos reatores comerciais, que normalmente têm uma pequena quantidade de produtos de fissão liberados do combustível para o refrigerante primário.
Um sistema primário totalmente soldado fornece uma segunda barreira de metal substancial para a liberação de radioatividade. Este sistema é formado pelo vaso de pressão do reator, que é um componente de metal muito robusto e espesso que contém o núcleo do reator e circuitos de refrigeração primários. Eles são firmemente soldados de acordo com padrões rigorosos para constituir uma única estrutura que mantém a água pressurizada em alta temperatura dentro do sistema. As bombas de refrigeração do sistema primário são bombas motorizadas enlatadas, o que significa que estão completamente contidas na barreira metálica do sistema primário totalmente soldada. Nenhuma violação no limite primário é necessária para alimentar a bomba; a bomba é operada de fora pela força de um campo eletromagnético.
Nenhuma peça giratória com vedações de gaxetas associadas penetra na barreira de metal. Embora o projeto garanta que nenhum vazamento mensurável ocorra neste sistema primário, deve-se observar que há apenas uma quantidade muito pequena de radioatividade dentro do refrigerante primário. Conforme explicado acima, não há produtos de fissão liberados do combustível para o refrigerante. As principais fontes de radioatividade no refrigerante primário são traços de corrosão e produtos de desgaste que são transportados pela água de resfriamento do reator e ativados por nêutrons quando os produtos de corrosão passam pelo combustível do reator. A concentração de radioatividade (Becquerels por grama, Bq / g) de tais produtos de corrosão ativados é quase a mesma que a concentração de radioatividade de ocorrência natural encontrada em fertilizantes comuns de jardim.
A Marinha dos EUA monitora os níveis de radioatividade na água de resfriamento do reator diariamente para garantir que qualquer condição inesperada seja detectada e tratada prontamente. A terceira barreira é o compartimento do reator. Este é o compartimento de alta resistência especialmente projetado e construído dentro do qual o sistema primário totalmente soldado e o reator nuclear estão localizados. O compartimento do reator impediria a liberação de qualquer líquido do sistema de refrigeração primário ou vazamento de pressão no caso de ocorrer um vazamento no sistema primário.
A quarta barreira é o casco do navio. O casco é uma estrutura de alta integridade projetada para resistir a danos significativos em batalha. Os compartimentos do reator estão localizados na seção central e mais protegida do navio.
A operação do reator naval
A operação de reatores navais também é diferente da de reatores comerciais devido às diferentes finalidades a que servem. Em primeiro lugar, os reatores navais são menores e mais baixos em potência do que os reatores civis. Os maiores reatores navais são avaliados em menos de um quinto de uma grande planta de reator comercial dos EUA. Além disso, os reatores navais normalmente não operam com potência total. O nível médio de potência dos reatores em porta-aviões com energia nuclear durante a vida útil do navio é inferior a 15% de sua potência nominal total. Em contraste, os reatores comerciais normalmente operam perto da potência total. Em segundo lugar, o nível de energia do reator naval é definido principalmente pelas necessidades de propulsão, e não pelas outras necessidades de serviço do navio, que também são alimentadas pelo reator, mas requerem uma pequena fração da energia necessária para a propulsão.
Consequentemente, os reatores são normalmente desligados logo após a atracação e são normalmente iniciados apenas um pouco antes da partida, uma vez que apenas uma potência muito baixa é necessária para a propulsão no porto. Enquanto no porto, a energia elétrica para as necessidades de serviço é fornecida por fontes de alimentação portuária. Este tem sido e continuará a ser o caso para os NPWs em outros portos onde há energia suficiente disponível.
Destes dois fatos por si só, segue-se que a quantidade de radioatividade potencialmente disponível para liberação de um núcleo de reator de uma NPW americana atracada em um porto é menos do que cerca de um por cento daquela de um reator comercial típico. Uma grande fração dos produtos de fissão que são produzidos durante a operação do reator, e são uma preocupação para a saúde humana, se decompõe logo após o reator ser desligado.
Preparação para Emergências
Defesa em profundidade devido às quatro barreiras existentes nas NPWs dos EUA, é extremamente improvável que a radioatividade seja liberada do núcleo do reator para o meio ambiente. Para garantia adicional, no entanto, os NPWs dos EUA têm vários sistemas de segurança para evitar que problemas aconteçam e se expandam. O sistema primário totalmente soldado, é projetado com um critério de projeto de vazamento zero que permite aos operadores de reatores NPWs determinar rapidamente se houve mesmo um vazamento de refrigerante primário muito pequeno e tomar medidas corretivas imediatas antes que possa levar a problemas adicionais.
Além disso, os NPWs dos EUA têm um sistema de desligamento de reator à prova de falhas, que provoca o desligamento do reator muito rapidamente, bem como outros sistemas de segurança de reator múltiplos e recursos de projeto, cada um dos quais tem back-ups. Entre eles está uma capacidade de remoção de calor de decomposição, que depende apenas do arranjo físico da planta do reator e da própria natureza da água (convecção natural impulsionada por diferenças de densidade), e não da energia elétrica, para resfriar o núcleo.
Além disso, os reatores navais têm acesso imediato a uma fonte ilimitada de água do mar que pode, se necessário, ser trazida a bordo para resfriamento e proteção de emergência e permanecerá no navio. Todos os reatores nos NPWs dos EUA estão localizados em compartimentos robustos e têm várias maneiras de adicionar água para resfriar o reator. Esses múltiplos sistemas de segurança garantem que, mesmo no evento altamente improvável de múltiplas falhas, os reatores navais não superaquecerão e a estrutura do combustível não será danificada pelo calor produzido no núcleo do reator.
Assim, seriam necessárias condições de acidente virtualmente incríveis, onde esses sistemas de segurança e seus backups falham, para causar uma liberação de produtos de fissão do núcleo do reator para o refrigerante primário. A tripulação do NPW é totalmente treinada e totalmente capaz de responder imediatamente a qualquer emergência no navio. As práticas operacionais navais e os procedimentos de emergência são bem definidos e rigorosamente aplicados; e os indivíduos são treinados para lidar com situações extraordinárias e estão sujeitos a altos padrões de responsabilidade. Além disso, o fato de a tripulação viver tão perto do reator fornece o melhor e mais rápido monitoramento até mesmo da menor alteração no status da planta. Os operadores ficam muito sintonizados com a maneira como a planta soa e cheira.
No caso extremamente improvável de um problema a bordo envolvendo a planta do reator de um NPW dos EUA visitando outros países, a Marinha dos EUA iniciaria as ações necessárias para responder e poderia recorrer a outros ativos de resposta nacional dos EUA, se necessário. Devido ao design robusto da planta do reator, vários sistemas de segurança e uma equipe totalmente treinada e capacitada, a segurança das NPWs dos EUA é extremamente alta. Para que um acidente que afete a operação do navio ou da tripulação aconteça, o navio deve experimentar simultaneamente numerosas e irreais falhas dos equipamentos e falhas do operador. Mesmo que tal cenário de acidente seja muito irreal, os NPWs dos EUA e suas instalações de apoio são obrigadas a simular tais situações à medida que conduzem um treinamento significativo em cenários de acidente de reator altamente improváveis. Com essa abordagem de defesa em profundidade, mesmo no evento altamente improvável de um problema envolvendo o reator nuclear de um NPW dos EUA, toda a radioatividade do combustível deveria permanecer dentro do navio.
Quando um porta-aviões dos EUA está no porto para manutenção, os reatores nucleares são desligados?
Normalmente, os reatores serão desligados sempre que o navio estiver atracado em um porto que possa fornecer serviços completos em terra (energia elétrica, água, etc). Se os serviços de terra não estiverem disponíveis, um reator será desligado, normalmente o que tiver consumido mais combustível.
A decisão também depende das necessidades operacionais. Ao reiniciar a partir do ferro frio, a condição limite é o aquecimento da tubulação de vapor. Todo esse aço frio precisa ser aquecido gradualmente e a condensação eliminada dos pontos baixos. Aquecê-lo muito rápido pode rachar o navio. O capitão provavelmente verifica suas ordens e, se houver alguma chance de que eles precisem sair em menos de 72 horas, eles provavelmente manterão reatores ou nível de energia suficientes para fumegar e sair de lá.
Geralmente, para manutenção, um navio irá para um estaleiro e a disponibilidade de manutenção será geralmente predefinida em termos de duração e programação. O reator provavelmente será desligado para uma condição de ferro frio, onde a usina a vapor pode esfriar.
Ainda há alguém a bordo que irá monitorá-los e mantê-los?
Atracado significa que você não precisa de operadores de acelerador ou relógios do motor principal. Desligar um reator reduz ainda mais o pessoal.
O reator normalmente é desligado quando o navio está em manutenção. Isso é para que mais tripulantes possam entrar em liberdade, já que uma equipe de vigilância de desligamento requer menos pessoas.
Em um desligamento de manutenção, você pode ficar com um oficial de vigilância, um supervisor de vigilância, um operador de reator de desligamento e 1–2 caras em cada ‘caixa’ (espaço de maquinário) para ficar de olho nas coisas. Isso é para cada planta, então existem alguns relógios compartilhados, técnico do reator, despachante de carga, etc.
TRADUÇÃO E ADAPTAÇÃO: DAN
FONTE: Naval Post