Precipitação nuclear

A precipitação nuclear é o material radioativo residual expelido para a alta atmosfera após uma explosão nuclear, assim chamado porque "cai" do céu após a explosão e a onda de choque passarem. Geralmente se refere à poeira e cinzas radioativas criadas quando uma arma nuclear explode. A quantidade e a propagação da precipitação radioativa dependem do tamanho da arma e da altitude em que ela é detonada. A precipitação radioativa pode ser arrastada pelos produtos de uma nuvem pirocúmulo e cair como chuva negra (chuva escurecida por fuligem e outras partículas, que caiu 30-40 minutos após os bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki). Esta poeira radioativa, geralmente consistindo de produtos de fissão misturados com átomos adjacentes que são ativados por nêutrons pela exposição, é uma forma de contaminação radioativa.

Tipos de precipitação

Fallout vem em duas variedades. O primeiro é uma pequena quantidade de material cancerígeno com meia-vida longa. A segunda, dependendo da altura da detonação, é uma grande quantidade de poeira radioativa e areia com meia-vida curta.

Todas as explosões nucleares produzem produtos de fissão, material nuclear não fissionado e resíduos de armas vaporizados pelo calor da bola de fogo. Esses materiais estão limitados à massa original do dispositivo, mas incluem radioisótopos com vida longa. Quando a bola de fogo nuclear não atinge o solo, esta é a única precipitação produzida. Sua quantidade pode ser estimada a partir do projeto de fissão-fusão e do rendimento da arma.

Consequências globais

Após a detonação de uma arma na altitude livre de precipitação radioativa ou acima dela (uma explosão de ar), produtos de fissão, material nuclear não fissionado e resíduos de armas vaporizados pelo calor da bola de fogo se condensam em uma suspensão de partículas de 10 nm a 20 µm de diâmetro. Este tamanho de partículas, elevado à estratosfera, pode levar meses ou anos a assentar, e pode fazê-lo em qualquer parte do mundo. Suas características radioativas aumentam o risco estatístico de câncer. A elevada radioatividade atmosférica permanece mensurável após os testes nucleares generalizados da década de 1950.

A precipitação radioativa ocorreu em todo o mundo; por exemplo, pessoas foram expostas ao iodo-131 em testes nucleares atmosféricos. A precipitação acumula-se na vegetação, incluindo frutas e vegetais. A partir de 1951, as pessoas podem ter sido expostas, dependendo se estavam ao ar livre, do clima e se consumiam leite, vegetais ou frutas contaminados. A exposição pode ocorrer em uma escala de tempo intermediária ou de longo prazo. A escala de tempo intermediária resulta da precipitação radioativa que foi colocada na troposfera e ejetada pela precipitação durante o primeiro mês. Às vezes, a precipitação radioativa de longo prazo pode ocorrer a partir da deposição de pequenas partículas transportadas na estratosfera. No momento em que a precipitação estratosférica começa a atingir a Terra, a radioatividade diminuiu muito. Além disso, após um ano, estima-se que uma quantidade considerável de produtos de fissão se mova da estratosfera norte para a estratosfera sul. A escala de tempo intermediária é entre 1 e 30 dias, com consequências de longo prazo ocorrendo depois disso.

Exemplos de precipitação de médio e longo prazo ocorreram após o acidente de Chernobyl em 1986, que contaminou mais de 20.000 km² (7.700 sq mi) de terras na Ucrânia e na Bielorrússia. O principal combustível do reator era o urânio, e ao seu redor estava o grafite, ambos vaporizados pela explosão de hidrogênio que destruiu o reator e rompeu sua contenção. Estima-se que 31 pessoas morreram poucas semanas depois que isso aconteceu, incluindo dois trabalhadores da fábrica mortos no local. Embora os residentes tenham sido evacuados em 36 horas, as pessoas começaram a queixar-se de vómitos, enxaquecas e outros sinais importantes de enjoo causado pela radiação. As autoridades ucranianas tiveram que isolar uma área de 30 km. Os efeitos a longo prazo incluíram pelo menos 6.000 casos de cancro da tiróide, principalmente entre crianças. A precipitação radioativa espalhou-se por toda a Europa Ocidental, com o Norte da Escandinávia a receber uma dose pesada, contaminando rebanhos de renas na Lapónia e as saladas verdes a tornarem-se quase indisponíveis em França.

Consequências locais

Durante as detonações de dispositivos ao nível do solo (explosão de superfície), abaixo da altitude livre de precipitação radioativa ou em águas rasas, o calor vaporiza grandes quantidades de terra ou água, que é absorvida pelo material radioativo. nuvem. Este material torna-se radioativo quando se combina com produtos de fissão ou outros radiocontaminantes, ou quando é ativado por nêutrons.

A tabela abaixo resume a capacidade dos isótopos comuns de formar precipitação radioativa. Alguma radiação contamina grandes quantidades de terra e água potável, causando mutações formais em toda a vida animal e humana.

Uma explosão superficial gera grandes quantidades de material particulado, composto por partículas de menos de 100 nm a vários milímetros de diâmetro – além de partículas muito finas que contribuem para a precipitação radioativa em todo o mundo. As partículas maiores saem do caule e caem em cascata pela parte externa da bola de fogo em uma corrente descendente, mesmo quando a nuvem sobe, de modo que a precipitação começa a chegar perto do marco zero dentro de uma hora. Mais da metade do total de destroços da bomba cai no chão em cerca de 24 horas como precipitação radioativa local. As propriedades químicas dos elementos da precipitação controlam a taxa com que são depositados no solo. Elementos menos voláteis são depositados primeiro.

A contaminação local grave por precipitação radioativa pode se estender muito além da explosão e dos efeitos térmicos, particularmente no caso de detonações superficiais de alto rendimento. O rastro terrestre da precipitação radioativa de uma explosão depende do clima a partir do momento da detonação. Com ventos mais fortes, a precipitação viaja mais rápido, mas leva o mesmo tempo para descer, portanto, embora cubra um caminho maior, é mais espalhada ou diluída. Assim, a largura do padrão de precipitação para qualquer taxa de dose é reduzida quando a distância a favor do vento é aumentada por ventos mais fortes. A quantidade total de actividade depositada até um determinado momento é a mesma, independentemente do padrão do vento, pelo que os números globais de vítimas resultantes da precipitação radioactiva são geralmente independentes dos ventos. Mas as tempestades podem reduzir a atividade, pois a chuva permite que a precipitação caia mais rapidamente, especialmente se a nuvem em forma de cogumelo estiver baixa o suficiente para ficar abaixo ("lavagem") ou misturada com ("rainout"), a tempestade.

Sempre que indivíduos permanecem em uma área radiologicamente contaminada, tal contaminação leva a uma exposição imediata à radiação externa, bem como a um possível risco interno posterior devido à inalação e ingestão de radiocontaminantes, como o iodo-131, de curta duração, que é acumulado na tireóide.

Fatores que afetam as consequências

Localização

Existem duas considerações principais para a localização de uma explosão: altura e composição da superfície. Uma arma nuclear detonada no ar, chamada explosão aérea, produz menos precipitação do que uma explosão comparável perto do solo. Uma explosão nuclear na qual a bola de fogo toca o solo puxa o solo e outros materiais para a nuvem e o nêutron a ativa antes que ela caia de volta ao solo. Uma explosão de ar produz uma quantidade relativamente pequena de componentes de metal pesado altamente radioativos do próprio dispositivo.

No caso de explosões na superfície da água, as partículas tendem a ser mais leves e menores, produzindo menos precipitação local, mas estendendo-se por uma área maior. As partículas contêm principalmente sais marinhos com um pouco de água; estes podem ter um efeito de propagação de nuvens, causando chuvas locais e áreas de alta precipitação local. A precipitação de uma explosão de água do mar é difícil de remover depois de penetrar em superfícies porosas porque os produtos da fissão estão presentes como íons metálicos que se ligam quimicamente a muitas superfícies. A lavagem com água e detergente remove efetivamente menos de 50% desta atividade quimicamente ligada do concreto ou do aço. A descontaminação completa requer tratamento agressivo, como jato de areia ou tratamento ácido. Após o teste subaquático de Crossroads, descobriu-se que a precipitação molhada deve ser imediatamente removida dos navios por lavagem contínua com água (como do sistema de sprinklers contra incêndio nos conveses).

Partes do fundo do mar podem se transformar em precipitação radioativa. Após o teste do Castelo Bravo, poeira branca – partículas de óxido de cálcio contaminadas provenientes de corais pulverizados e calcinados – caiu durante várias horas, causando queimaduras beta e exposição à radiação nos habitantes dos atóis próximos e na tripulação do Daigo Fukuryū Maru barco de pesca. Os cientistas chamaram a precipitação de neve do biquíni.

Para explosões subterrâneas, existe um fenômeno adicional chamado "surto de base". A onda de base é uma nuvem que rola para fora da parte inferior da coluna que está afundando, causada por uma densidade excessiva de poeira ou gotículas de água no ar. Para explosões subaquáticas, a onda visível é, na verdade, uma nuvem de gotículas de líquido (geralmente água) com a propriedade de fluir quase como se fosse um fluido homogêneo. Depois que a água evapora, uma onda invisível de pequenas partículas radioativas pode persistir.

Para explosões subterrâneas, a onda é composta de pequenas partículas sólidas, mas ainda se comporta como um fluido. Um meio solo terrestre favorece a formação de ondas de base em uma explosão subterrânea. Embora a onda de base normalmente contenha apenas cerca de 10% do total de detritos da bomba em uma explosão subterrânea, ela pode criar doses de radiação maiores do que a precipitação radioativa perto da detonação, porque chega mais cedo do que a precipitação radioativa, antes que ocorra grande decaimento radioativo.

Meteorológico

As condições meteorológicas influenciam muito a precipitação radioativa, especialmente a precipitação local. Os ventos atmosféricos são capazes de trazer precipitação sobre grandes áreas. Por exemplo, como resultado da explosão na superfície do Castle Bravo de um dispositivo termonuclear de 15 Mt no Atol de Bikini em 1º de março de 1954, uma área do Pacífico em forma de charuto se estende por mais de 500 km na direção do vento e varia de largura até um máximo de 100 km foi gravemente contaminado. Existem três versões muito diferentes do padrão de precipitação deste teste, porque a precipitação foi medida apenas num pequeno número de Atóis do Pacífico amplamente espaçados. As duas versões alternativas atribuem os altos níveis de radiação no norte de Rongelap a um ponto quente a favor do vento causado pela grande quantidade de radioatividade transportada por partículas radioativas de cerca de 50 a 100 micrômetros de tamanho.

Depois do Bravo, descobriu-se que a precipitação radioativa que cai no oceano se dispersa na camada superior da água (acima da termoclina, a 100 m de profundidade), e a taxa de dose equivalente em terra pode ser calculada multiplicando-se a taxa de dose oceânica dois dias após a explosão por um fator de cerca de 530. Em outros testes de 1954, incluindo Yankee e Nectar, os pontos quentes foram mapeados por navios com sondas submersíveis, e pontos críticos semelhantes ocorreram em testes de 1956, como Zuni e Tewa. No entanto, o principal "DELFIC" (Código Interpretativo de Fallout de Terra de Defesa) os cálculos de computador usam as distribuições de tamanho natural de partículas no solo em vez do espectro de varredura pós-vento, e isso resulta em padrões de precipitação mais simples, sem o ponto quente a favor do vento.

A neve e a chuva, especialmente se vierem de alturas consideráveis, aceleram a precipitação radioativa local. Sob condições meteorológicas especiais, como uma chuva local que se origina acima da nuvem radioativa, podem se formar áreas limitadas de forte contaminação logo a favor do vento de uma explosão nuclear.

Efeitos

Uma ampla gama de alterações biológicas pode ocorrer após a irradiação de animais. Estas variam desde a morte rápida após doses elevadas de radiação penetrante no corpo inteiro, até vidas essencialmente normais durante um período de tempo variável até ao desenvolvimento de efeitos retardados da radiação, numa parte da população exposta, após exposições a baixas doses.

A unidade de exposição real é o röntgen, definido em ionizações por unidade de volume de ar. Todos os instrumentos baseados em ionização (incluindo contadores Geiger e câmaras de ionização) medem a exposição. No entanto, os efeitos dependem da energia por unidade de massa e não da exposição medida no ar. Um depósito de 1 joule por quilograma tem como unidade 1 grey (Gy). Para raios gama de energia de 1 MeV, uma exposição de 1 röntgen no ar produz uma dose de cerca de 0,01 cinza (1 centigray, cGy) na água ou no tecido superficial. Devido à proteção do tecido que envolve os ossos, a medula óssea recebe apenas cerca de 0,67 cGy quando a exposição ao ar é de 1 röntgen e a dose na superfície da pele é de 1 cGy. Alguns valores mais baixos relatados para a quantidade de radiação que mataria 50% do pessoal (o LD50) referem-se à dose na medula óssea, que é apenas 67% da dose no ar.

Curto prazo

A dose que seria letal para 50% de uma população é um parâmetro comum usado para comparar os efeitos de vários tipos ou circunstâncias de precipitação radioativa. Geralmente o termo é definido para um tempo específico e limitado a estudos de letalidade aguda. Os períodos de tempo comuns utilizados são de 30 dias ou menos para a maioria dos pequenos animais de laboratório e de 60 dias para animais grandes e humanos. O valor LD₅₀ pressupõe que os indivíduos não receberam outras lesões ou tratamento médico.

Na década de 1950, o LD₅₀ para raios gama foi fixado em 3,5 Gy, enquanto sob condições mais terríveis de guerra (uma dieta ruim, poucos cuidados médicos, cuidados de enfermagem deficientes) o LD _{50 era 2,5 Gy (250 rad). Houve poucos casos documentados de sobrevivência além de 6 Gy. Uma pessoa em Chernobyl sobreviveu a uma dose de mais de 10 Gy, mas muitas das pessoas ali expostas não foram expostas uniformemente em todo o corpo. Se uma pessoa for exposta de maneira não homogênea, é menos provável que uma determinada dose (média de todo o corpo) seja letal. Por exemplo, se uma pessoa receber uma dose de 100 Gy na mão/braço inferior, o que lhe dá uma dose total de 4 Gy, é mais provável que sobreviva do que uma pessoa que recebe uma dose de 4 Gy em todo o corpo. Uma dose manual de 10 Gy ou mais provavelmente resultaria na perda da mão. Um radiografista industrial britânico que se estima ter recebido uma dose manual de 100 Gy ao longo de sua vida perdeu a mão devido a dermatite por radiação. A maioria das pessoas fica doente após exposição a 1 Gy ou mais. Os fetos das mulheres grávidas são frequentemente mais vulneráveis à radiação e podem abortar, especialmente no primeiro trimestre.}

Uma hora após uma explosão na superfície, a radiação da precipitação radioativa na região da cratera é de 30 greys por hora (Gy/h). As taxas de dose civil em tempos de paz variam de 30 a 100 µGy por ano.

A radiação radioativa decai de forma relativamente rápida com o tempo. A maioria das áreas torna-se bastante segura para viagens e descontaminação após três a cinco semanas.

Para rendimentos de até 10 kt, a radiação imediata é a causa dominante de baixas no campo de batalha. Os seres humanos que recebem uma dose incapacitante aguda (30 Gy) têm o seu desempenho degradado quase imediatamente e tornam-se ineficazes dentro de algumas horas. No entanto, eles não morrem até cinco a seis dias após a exposição, presumindo que não sofram outros ferimentos. Indivíduos que recebem menos de 1,5 Gy no total não ficam incapacitados. Pessoas que recebem doses superiores a 1,5 Gy ficam incapacitadas e algumas eventualmente morrem.

Uma dose de 5,3 Gy a 8,3 Gy é considerada letal, mas não imediatamente incapacitante. Pessoas expostas a essa quantidade de radiação têm seu desempenho cognitivo degradado em duas a três horas, dependendo da exigência física das tarefas que devem realizar, e permanecem nesse estado de incapacidade por pelo menos dois dias. No entanto, nessa altura, passam por um período de recuperação e podem realizar tarefas não exigentes durante cerca de seis dias, após os quais recaem durante cerca de quatro semanas. Neste momento eles começam a apresentar sintomas de envenenamento por radiação de gravidade suficiente para torná-los totalmente ineficazes. A morte ocorre aproximadamente seis semanas após a exposição, embora os resultados possam variar.

Longo prazo

Os efeitos tardios ou retardados da radiação ocorrem após uma ampla gama de doses e taxas de dose. Os efeitos tardios podem aparecer meses a anos após a irradiação e incluem uma ampla variedade de efeitos envolvendo quase todos os tecidos ou órgãos. Algumas das possíveis consequências retardadas da lesão por radiação, com taxas acima da prevalência de base, dependendo da dose absorvida, incluem carcinogênese, formação de catarata, radiodermatite crônica, diminuição da fertilidade e mutações genéticas.

Atualmente, o único efeito teratológico observado em humanos após ataques nucleares em áreas altamente povoadas é a microcefalia, que é a única malformação comprovada, ou anomalia congénita, encontrada no desenvolvimento intra-uterino de fetos humanos presentes durante os bombardeamentos de Hiroshima e Nagasaki. De todas as mulheres grávidas que estiveram perto o suficiente para serem expostas à rápida explosão de intensas doses de nêutrons e gama nas duas cidades, o número total de crianças nascidas com microcefalia foi inferior a 50. Nenhum aumento estatisticamente demonstrável de malformações congênitas foi encontrada entre as crianças concebidas posteriormente, nascidas de sobreviventes das detonações nucleares em Hiroshima e Nagasaki. As mulheres sobreviventes de Hiroshima e Nagasaki que conseguiram conceber e foram expostas a quantidades substanciais de radiação continuaram e tiveram filhos sem maior incidência de anomalias do que a média japonesa.

A Baby Tooth Survey, fundada pela equipe de médicos Eric Reiss e Louise Reiss, foi um esforço de pesquisa focado na detecção da presença de estrôncio-90, um isótopo radioativo causador de câncer criado por mais de 400 testes atômicos. conduzido acima do solo que é absorvido pela água e laticínios pelos ossos e dentes devido à sua semelhança química com o cálcio. A equipe enviou formulários de coleta para escolas na área de St. Louis, Missouri, na esperança de coletar 50 mil dentes a cada ano. No final das contas, o projeto coletou mais de 300 mil dentes de crianças de várias idades antes de ser encerrado em 1970.

Os resultados preliminares do Baby Tooth Survey foram publicados na edição de 24 de novembro de 1961 da revista Science e mostraram que os níveis de estrôncio-90 aumentaram constantemente em crianças nascidas na década de 1950, com os nascidos mais tarde apresentando os aumentos mais pronunciados. Os resultados de um estudo mais abrangente dos elementos encontrados nos dentes coletados mostraram que as crianças nascidas depois de 1963 tinham níveis de estrôncio-90 nos dentes de leite 50 vezes maiores do que os encontrados em crianças nascidas antes do início dos testes atômicos em grande escala. As descobertas ajudaram a convencer o presidente dos EUA, John F. Kennedy, a assinar o Tratado de Proibição Parcial de Testes Nucleares com o Reino Unido e a União Soviética, que pôs fim aos testes de armas nucleares acima do solo que criaram as maiores quantidades de precipitação nuclear atmosférica.

A pesquisa sobre dentes de leite foi uma "campanha [que] empregou efetivamente uma variedade de estratégias de defesa da mídia'; para alarmar o público e "galvanizar" apoio contra testes nucleares atmosféricos, sendo o fim de tais testes comumente visto como um resultado positivo por uma infinidade de outras razões. A pesquisa não conseguiu mostrar naquela época, nem nas décadas que se passaram, que os níveis globais de estrôncio-90 ou precipitação radioativa em geral eram de alguma forma ameaçadores à vida, principalmente porque "50 vezes a concentração de estrôncio-90 90 de antes dos testes nucleares" é um número minúsculo, e a multiplicação de números minúsculos resulta apenas em um número minúsculo ligeiramente maior. Além disso, o Projeto de Radiação e Saúde Pública, que atualmente mantém os dentes, teve sua postura e publicações fortemente criticadas: Um artigo de 2003 no The New York Times afirma que o trabalho do grupo tem sido controverso e tem pouca credibilidade junto ao establishment científico. Da mesma forma, em um artigo de abril de 2014 na revista Popular Science, Sarah Fecht explica que o trabalho do grupo, especificamente o caso amplamente discutido de seleção seletiva de dados para sugerir que as consequências do acidente de Fukushima em 2011 causaram mortes infantis na América, é “ciência lixo”, pois apesar de seus artigos serem revisados por pares, todas as tentativas independentes de corroborar seus resultados retornam descobertas que não estão de acordo com o que a organização sugere. A organização já havia tentado sugerir que a mesma coisa ocorreu após o acidente de Three Mile Island em 1979, mas isso também foi considerado sem mérito. A pesquisa dentária e a expansão da organização para tentar a mesma abordagem de proibição de testes com usinas de energia elétrica nuclear dos EUA como o novo alvo, são igualmente detalhadas e criticamente rotuladas como a “questão da Fada dos Dentes”; pela Comissão Reguladora Nuclear.

Efeitos no meio ambiente

No caso de uma troca nuclear em grande escala, os efeitos seriam drásticos para o ambiente, bem como directamente para a população humana. Dentro das zonas de explosão direta, tudo seria vaporizado e destruído. As cidades danificadas, mas não completamente destruídas, perderiam o seu sistema de água devido à perda de energia e à ruptura das linhas de abastecimento. Dentro do padrão local de precipitação nuclear, as áreas suburbanas & #39; o abastecimento de água ficaria extremamente contaminado. Neste ponto, a água armazenada seria a única água segura a ser usada. Todas as águas superficiais da precipitação seriam contaminadas pela queda de produtos de fissão.

Nos primeiros meses do intercâmbio nuclear, as consequências nucleares continuarão a desenvolver-se e a prejudicar o ambiente. Poeira, fumaça e partículas radioativas cairão centenas de quilômetros a favor do vento do ponto de explosão e poluirão o abastecimento de água superficial. O iodo-131 seria o produto de fissão dominante nas primeiras semanas, e nos meses seguintes o produto de fissão dominante seria o estrôncio-90. Esses produtos da fissão permaneceriam na poeira radioativa, resultando na contaminação de rios, lagos, sedimentos e solos com a precipitação radioativa.

Áreas rurais' o abastecimento de água seria ligeiramente menos poluído por partículas de fissão em consequências de médio e longo prazo do que as cidades e áreas suburbanas. Sem contaminação adicional, os lagos, reservatórios, rios e escoamentos seriam gradualmente menos contaminados à medida que a água continuasse a fluir através do seu sistema.

No entanto, as águas subterrâneas, como os aquíferos, permaneceriam inicialmente não poluídas no caso de uma precipitação nuclear. Com o tempo, as águas subterrâneas poderiam ficar contaminadas com partículas radioativas e permaneceriam contaminadas por mais de 10 anos após um envolvimento nuclear. Levaria centenas ou milhares de anos para um aquífero se tornar completamente puro. As águas subterrâneas ainda seriam mais seguras do que as águas superficiais e precisariam ser consumidas em doses menores. A longo prazo, o césio-137 e o estrôncio-90 seriam os principais radionuclídeos que afectam o abastecimento de água doce.

Os perigos da precipitação nuclear não se limitam ao aumento dos riscos de cancro e de doenças causadas pela radiação, mas também incluem a presença de radionuclídeos em órgãos humanos provenientes dos alimentos. Um evento de precipitação deixaria partículas de fissão no solo para consumo dos animais, seguidos pelos humanos. Leite, carne, peixe, vegetais, grãos e outros alimentos contaminados radioativamente seriam todos perigosos por causa da precipitação radioativa.

De 1945 a 1967, os EUA realizaram centenas de testes de armas nucleares. Os testes atmosféricos foram realizados no continente dos EUA durante este período e, como consequência, os cientistas puderam estudar o efeito da precipitação nuclear no meio ambiente. As detonações conduzidas perto da superfície da terra irradiaram milhares de toneladas de solo. Do material arrastado para a atmosfera, porções de material radioativo serão transportadas por ventos de baixa altitude e depositadas nas áreas circundantes como poeira radioativa. O material interceptado pelos ventos de grande altitude continuará a viajar. Quando uma nuvem de radiação em grandes altitudes é exposta à chuva, a precipitação radioativa contaminará a área abaixo do vento.

Os campos agrícolas e as plantas absorverão o material contaminado e os animais consumirão o material radioativo. Como resultado, a precipitação nuclear pode fazer com que o gado adoeça ou morra e, se consumido, o material radioactivo será transmitido aos seres humanos.

Os danos a outros organismos vivos como resultado da precipitação nuclear dependem da espécie. Os mamíferos, em particular, são extremamente sensíveis à radiação nuclear, seguidos por aves, plantas, peixes, répteis, crustáceos, insetos, musgos, líquenes, algas, bactérias, moluscos e vírus.

O climatologista Alan Robock e o professor de ciências atmosféricas e oceânicas Brian Toon criaram um modelo de uma hipotética guerra nuclear em pequena escala que teria aproximadamente 100 armas usadas. Neste cenário, os incêndios criariam fuligem suficiente na atmosfera para bloquear a luz solar, reduzindo as temperaturas globais em mais de um grau Celsius. O resultado teria o potencial de criar uma insegurança alimentar generalizada (fome nuclear). Como resultado, a precipitação em todo o mundo seria interrompida. Se fosse introduzida fuligem suficiente na atmosfera superior, a camada de ozono do planeta poderia ser potencialmente esgotada, afectando o crescimento das plantas e a saúde humana.

A radiação da precipitação permaneceria no solo, nas plantas e nas cadeias alimentares durante anos. As cadeias alimentares marinhas são mais vulneráveis às consequências nucleares e aos efeitos da fuligem na atmosfera.

Radionuclídeos radioativos' o prejuízo na cadeia alimentar humana é aparente nos estudos de líquen-caribu-esquimó no Alasca. O principal efeito observado em humanos foi a disfunção da tireoide. O resultado de uma precipitação nuclear é extremamente prejudicial para a sobrevivência humana e para a biosfera. A precipitação radioativa altera a qualidade da nossa atmosfera, solo e água e causa a extinção de espécies.

Proteção contra precipitação radioativa

Durante a Guerra Fria, os governos dos EUA, da URSS, da Grã-Bretanha e da China tentaram educar os seus cidadãos sobre como sobreviver a um ataque nuclear, fornecendo procedimentos para minimizar a exposição a curto prazo à precipitação radioativa. Esse esforço ficou comumente conhecido como Defesa Civil.

A proteção contra precipitação radioativa preocupa-se quase exclusivamente com a proteção contra radiação. A radiação de uma precipitação radioativa é encontrada nas formas de radiação alfa, beta e gama, e como as roupas comuns oferecem proteção contra a radiação alfa e beta, a maioria das medidas de proteção contra precipitação radioativa trata da redução da exposição à radiação gama. Para fins de proteção contra radiação, muitos materiais têm uma característica redução pela metade: a espessura de uma camada de um material suficiente para reduzir a exposição à radiação gama em 50%. A redução pela metade da espessura de materiais comuns inclui: 1 cm (0,4 polegadas) de chumbo, 6 cm (2,4 polegadas) de concreto, 9 cm (3,6 polegadas) de terra compactada ou 150 m (500 pés) de ar. Quando múltiplas espessuras são construídas, a blindagem se multiplica. Uma proteção contra precipitação radioativa prática consiste em dez espessuras reduzidas pela metade de um determinado material, como 90 cm (36 polegadas) de terra compactada, o que reduz a exposição aos raios gama em aproximadamente 1.024 vezes (2¹⁰). Um abrigo construído com esses materiais para fins de proteção contra precipitação radioativa é conhecido como abrigo contra precipitação radioativa.

Equipamento de proteção individual

À medida que o sector da energia nuclear continua a crescer, a retórica internacional em torno da guerra nuclear se intensifica e a ameaça sempre presente de materiais radioactivos caírem nas mãos de pessoas perigosas persiste, muitos cientistas estão a trabalhar arduamente para encontrar a melhor forma de proteger órgãos humanos dos efeitos nocivos da radiação de alta energia. A síndrome aguda da radiação (ARS) é o risco mais imediato para os seres humanos quando expostos à radiação ionizante em dosagens superiores a cerca de 0,1 Gy/h. É improvável que a radiação no espectro de baixa energia (radiação alfa e beta) com poder de penetração mínimo cause danos significativos aos órgãos internos. O alto poder de penetração da radiação gama e de nêutrons, entretanto, penetra facilmente na pele e em muitos mecanismos de proteção finos, causando degeneração celular nas células-tronco encontradas na medula óssea. Embora a proteção de corpo inteiro em um abrigo seguro contra precipitação radioativa, conforme descrito acima, seja a forma mais ideal de proteção contra radiação, ela exige que você fique trancado em um bunker muito espesso por um período de tempo significativo. No caso de uma catástrofe nuclear de qualquer tipo, é imperativo ter equipamento de proteção móvel para o pessoal médico e de segurança realizar a necessária contenção, evacuação e uma série de outros objetivos importantes de segurança pública. A massa do material de proteção necessária para proteger adequadamente todo o corpo da radiação de alta energia tornaria o movimento funcional essencialmente impossível. Isto levou os cientistas a começarem a pesquisar a ideia de proteção parcial do corpo: uma estratégia inspirada no transplante de células-tronco hematopoiéticas (TCTH). A ideia é usar material de proteção suficiente para proteger suficientemente a alta concentração de medula óssea na região pélvica, que contém células-tronco regenerativas suficientes para repovoar o corpo com medula óssea não afetada. Mais informações sobre a proteção da medula óssea podem ser encontradas no artigo do Health Physics Radiation Safety Journal Blindagem seletiva da medula óssea: uma abordagem para proteger humanos da radiação gama externa, ou na Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) e na Organização Nuclear Relatório de 2015 da Agência de Energia (NEA): Proteção contra radiação ocupacional no gerenciamento de acidentes graves.

A regra dos sete e dez

O perigo da radiação proveniente da precipitação radioativa também diminui rapidamente com o tempo devido, em grande parte, ao decaimento exponencial dos radionuclídeos individuais. Um livro de Cresson H. Kearny apresenta dados que mostram que durante os primeiros dias após a explosão, a taxa de dose de radiação é reduzida por um fator de dez para cada aumento de sete vezes no número de horas desde a explosão. Ele apresenta dados que mostram que “leva cerca de sete vezes mais tempo para a taxa de dose decair de 1.000 roentgens por hora (1.000 R/h) para 10 R/h (48 horas) do que para decair de 1.000 R/h a 100 R/h (7 horas)." Esta é uma regra prática baseada em dados observados, não em uma relação precisa.

Guias do governo dos Estados Unidos para proteção contra precipitação radioativa

O governo dos Estados Unidos, muitas vezes o Escritório de Defesa Civil do Departamento de Defesa, forneceu guias para proteção contra precipitação radioativa na década de 1960, frequentemente na forma de livretos. Esses livretos forneciam informações sobre a melhor forma de sobreviver às consequências nucleares. Eles também incluíram instruções para vários abrigos radioativos, sejam eles fornecidos para uma família, um hospital ou um abrigo escolar. Também havia instruções sobre como criar um abrigo improvisado e o que fazer para aumentar melhor as chances de sobrevivência de uma pessoa caso ela não estivesse preparada.

A ideia central nestes guias é que materiais como concreto, terra e areia são necessários para proteger uma pessoa de partículas radioativas e radiação. Uma quantidade significativa de materiais deste tipo é necessária para proteger uma pessoa da radiação radioativa, portanto, as roupas de segurança não podem proteger uma pessoa da radiação radioativa. No entanto, as roupas de proteção podem manter as partículas radioativas longe do corpo de uma pessoa, mas a radiação dessas partículas ainda permeará as roupas. Para que as roupas de segurança pudessem bloquear a radiação radioativa, elas teriam que ser tão grossas e pesadas que uma pessoa não pudesse funcionar.

Esses guias indicavam que os abrigos radioativos deveriam conter recursos suficientes para manter seus ocupantes vivos por até duas semanas. Os abrigos comunitários foram preferidos aos abrigos unifamiliares. Quanto mais pessoas num abrigo, maior a quantidade e variedade de recursos com os quais esse abrigo estaria equipado. Os abrigos destas comunidades também ajudariam a facilitar os esforços para recuperar a comunidade no futuro. Abrigos unifamiliares devem ser construídos abaixo do solo, se possível. Muitos tipos diferentes de abrigos radioativos poderiam ser feitos por uma quantia relativamente pequena de dinheiro. Um formato comum para abrigos anti-precipitação era construir o abrigo no subsolo, com blocos sólidos de concreto para servir de telhado. Se um abrigo pudesse ser apenas parcialmente subterrâneo, recomendava-se amontoá-lo com o máximo de terra possível. Se uma casa tiver um porão, é melhor construir um abrigo contra precipitação radioativa em um canto do porão. O centro de um porão é onde estará a maior parte da radiação, porque a maneira mais fácil de a radiação entrar no porão é do andar de cima. As duas paredes do abrigo no canto do porão serão as paredes do porão que estão cercadas por terra do lado de fora. Blocos de concreto cheios de areia ou terra foram altamente recomendados para as outras duas paredes. Blocos de concreto, ou algum outro material denso, devem ser usados como telhado para um abrigo anti-precipitação no porão, porque o piso de uma casa não é um telhado adequado para um abrigo anti-precipitação. Esses abrigos devem conter água, alimentos, ferramentas e um método para lidar com os dejetos humanos.

Se uma pessoa não tivesse um abrigo construído anteriormente, esses guias recomendavam tentar ir para o subsolo. Se uma pessoa tivesse um porão, mas não tivesse abrigo, ela deveria colocar comida, água e um recipiente para lixo no canto do porão. Em seguida, itens como móveis devem ser empilhados para criar paredes ao redor da pessoa que está no canto. Se o subsolo não puder ser alcançado, um prédio alto a pelo menos 16 quilômetros do local da explosão foi recomendado como um bom abrigo contra precipitação radioativa. As pessoas nestes edifícios devem aproximar-se o mais possível do centro do edifício e evitar os andares superiores e térreos.

As escolas eram os abrigos preferidos, de acordo com o Gabinete de Defesa Civil. As escolas, sem incluir as universidades, continham um quarto da população dos Estados Unidos quando funcionavam naquela época. A distribuição das escolas em todo o país refletia a densidade da população e eram muitas vezes o melhor edifício numa comunidade para funcionar como abrigo contra precipitação radioativa. As escolas também já tinham organização com líderes estabelecidos. A Defesa Civil recomendou a alteração das escolas atuais e a construção de futuras escolas para incluir paredes e telhados mais grossos, sistemas elétricos mais protegidos, um sistema de ventilação purificadora e uma bomba de água protegida. O Gabinete de Defesa Civil determinou que eram necessários 10 pés quadrados de área útil por pessoa nas escolas que funcionariam como abrigo contra precipitação radioativa. Uma sala de aula normal poderia fornecer espaço para dormir para 180 pessoas. Se ocorresse um ataque, todos os móveis desnecessários deveriam ser retirados das salas de aula para dar mais espaço às pessoas. Foi recomendado manter uma ou duas mesas na sala, se possível, para usar como local de serviço de comida.

O Gabinete de Defesa Civil realizou quatro estudos de caso para determinar o custo de transformar quatro escolas permanentes em abrigos radioativos e qual seria a sua capacidade. O custo das escolas por ocupante na década de 1960 era de US$ 66,00, US$ 127,00, US$ 50,00 e US$ 180,00. A capacidade de pessoas que essas escolas poderiam abrigar como abrigos era de 735, 511, 484 e 460, respectivamente.

O Departamento de Segurança Interna dos EUA e a Agência Federal de Gestão de Emergências, em coordenação com outras agências preocupadas com a proteção pública após uma detonação nuclear, desenvolveram documentos de orientação mais recentes que se baseiam nas estruturas mais antigas da Defesa Civil. As Orientações de Planejamento para Resposta a uma Detonação Nuclear foram publicadas em 2022 e forneceram análises aprofundadas e planejamento de resposta para jurisdições governamentais locais.

Acidente com reator nuclear

Fallout também pode se referir a acidentes nucleares, embora um reator nuclear não exploda como uma arma nuclear. A assinatura isotópica da precipitação de uma bomba é muito diferente da precipitação de um grave acidente com um reator de energia (como Chernobyl ou Fukushima).

As principais diferenças estão na volatilidade e na meia-vida.

Volatilidade

O ponto de ebulição de um elemento (ou de seus compostos) é capaz de controlar a porcentagem desse elemento que um acidente em um reator de potência libera. A capacidade de um elemento formar um sólido controla a taxa com que ele é depositado no solo após ter sido injetado na atmosfera por uma detonação nuclear ou acidente.

Meia-vida

Meia-vida é o tempo que leva metade da radiação de uma substância específica para se decompor. Uma grande quantidade de isótopos de vida curta, como ⁹⁷Zr, está presente na precipitação de bombas. Este isótopo e outros isótopos de vida curta são constantemente gerados em um reator de potência, mas como a criticidade ocorre durante um longo período de tempo, a maioria desses isótopos de vida curta decai antes de serem liberados.

Medidas preventivas

A precipitação nuclear pode ocorrer devido a diversas fontes diferentes. Uma das fontes potenciais mais comuns de precipitação nuclear são os reatores nucleares. Por causa disso, devem ser tomadas medidas para garantir que o risco de precipitação nuclear em reatores nucleares seja controlado. Nas décadas de 1950 e 60, a Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos (AEC) começou a desenvolver regulamentos de segurança contra a precipitação nuclear para reatores nucleares civis. Dado que os efeitos da precipitação nuclear são mais generalizados e mais duradouros do que outras formas de acidentes de produção de energia, a AEC desejava uma resposta mais proactiva do que nunca em relação a potenciais acidentes. Um passo para prevenir acidentes com reatores nucleares foi a Lei Price-Anderson. Aprovada pelo Congresso em 1957, a Lei Price-Anderson garantiu assistência governamental superior aos 60 milhões de dólares cobertos pelas companhias de seguros privadas no caso de acidente com um reactor nuclear. O principal objectivo da Lei Price-Anderson era proteger as empresas multibilionárias que supervisionam a produção de reactores nucleares. Sem esta protecção, a indústria dos reactores nucleares poderia potencialmente parar e as medidas de protecção contra a precipitação nuclear seriam reduzidas. No entanto, devido à experiência limitada na tecnologia de reactores nucleares, os engenheiros tiveram dificuldade em calcular o risco potencial de radiação libertada. Os engenheiros foram forçados a imaginar cada acidente improvável e as possíveis consequências associadas a cada acidente. Os regulamentos da AEC contra a potencial precipitação de um reator nuclear centravam-se na capacidade da usina de sofrer o Acidente Máximo Credível (MCA). O MCA envolveu uma “grande liberação de isótopos radioativos após um derretimento substancial do combustível do reator quando o sistema de refrigeração do reator falhou devido a um acidente de perda de refrigerante”. A prevenção do MCA permitiu uma série de novas medidas preventivas de precipitação nuclear. Sistemas de segurança estáticos, ou sistemas sem fontes de energia ou intervenção do usuário, foram habilitados para evitar possíveis erros humanos. Os edifícios de contenção, por exemplo, eram fiavelmente eficazes na contenção da libertação de radiação e não precisavam de ser alimentados ou ligados para funcionar. Os sistemas de proteção ativos, embora muito menos confiáveis, podem fazer muitas coisas que os sistemas estáticos não conseguem. Por exemplo, um sistema para substituir o vapor que escapa de um sistema de resfriamento por água de resfriamento poderia impedir o derretimento do combustível do reator. No entanto, este sistema precisaria de um sensor para detectar a presença de liberação de vapor. Os sensores podem falhar e os resultados da falta de medidas preventivas resultariam numa precipitação nuclear local. A AEC teve então de escolher entre sistemas activos e estáticos para proteger o público das consequências nucleares. Com a falta de padrões definidos e cálculos probabilísticos, a AEC e a indústria ficaram divididas sobre as melhores precauções de segurança a utilizar. Esta divisão deu origem à Comissão Reguladora Nuclear (NRC). O NRC estava empenhado em “regulamentações através da investigação”, o que proporcionou ao comité regulador um banco de conhecimentos de investigação sobre o qual basear as suas regulamentações. Grande parte da investigação realizada pelo NRC procurou mover os sistemas de segurança de um ponto de vista determinístico para uma nova abordagem probabilística. A abordagem determinista procurou prever todos os problemas antes que surgissem. A abordagem probabilística utiliza uma abordagem mais matemática para pesar os riscos de potenciais fugas de radiação. Grande parte da abordagem probabilística de segurança pode ser extraída da teoria da transferência radiativa da Física, que descreve como a radiação viaja no espaço livre e através de barreiras. Hoje, o NRC ainda é o principal comité regulador das centrais eléctricas com reactores nucleares.

Determinando a extensão da precipitação nuclear

A Escala Internacional de Eventos Nucleares e Radiológicos (INES) é a principal forma de categorizar os potenciais efeitos à saúde e ao meio ambiente de um evento nuclear ou radiológico e comunicá-los ao público. A escala, que foi desenvolvida em 1990 pela Agência Internacional de Energia Atómica e pela Agência de Energia Nuclear da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico, classifica estes acidentes nucleares com base no impacto potencial das consequências:

• Defesa em profundidade: Esta é a forma mais baixa de acidentes nucleares e refere-se a eventos que não têm impacto directo nas pessoas ou no meio ambiente, mas deve ser tomada em consideração para melhorar as medidas de segurança futuras.
• Barreiras radiológicas e controle: Esta categoria refere-se a eventos que não têm impacto direto nas pessoas ou no ambiente e referem-se apenas aos danos causados nas principais instalações.
• Pessoas e Ambiente: Esta secção da escala consiste em acidentes nucleares mais graves. Eventos nesta categoria podem potencialmente causar radiação para se espalhar para pessoas próximas à localização do acidente. Isso também inclui uma liberação não planejada e generalizada do material radioativo.

A escala INES é composta por sete etapas que categorizam os eventos nucleares, que vão desde anomalias que devem ser registradas para melhorar as medidas de segurança até acidentes graves que exigem ação imediata.

Chernobyl

A explosão do reator nuclear de Chernobyl em 1986 foi categorizada como um acidente de Nível 7, que é a classificação mais alta possível na escala INES, devido aos efeitos ambientais e de saúde generalizados e à “liberação externa de uma fração significativa do núcleo do reator”. inventário". O acidente nuclear ainda é o único acidente na energia nuclear comercial que levou a mortes relacionadas com a radiação. A explosão de vapor e os incêndios liberaram aproximadamente 5.200 PBq, ou pelo menos 5% do núcleo do reator, na atmosfera. A explosão em si resultou na morte de dois trabalhadores da fábrica, enquanto 28 pessoas morreram nas semanas que se seguiram devido a grave envenenamento por radiação. Além disso, crianças pequenas e adolescentes nas áreas mais contaminadas pela exposição à radiação apresentaram um aumento no risco de cancro da tiróide, embora o Comité Científico das Nações Unidas sobre os Efeitos da Radiação Atómica tenha afirmado que “não há evidência de uma grande impacto na saúde pública" além disso. O acidente nuclear também teve um grande impacto no ambiente, incluindo a contaminação em ambientes urbanos causada pela deposição de radionuclídeos e a contaminação de “diferentes tipos de culturas, em particular vegetais de folhas verdes... dependendo dos níveis de deposição, e época da estação de crescimento".

Three Mile Island

O colapso nuclear em Three Mile Island em 1979 foi classificado como um acidente de nível 5 na escala INES devido aos "danos graves ao núcleo do reator" e o vazamento de radiação causado pelo incidente. Three Mile Island foi o acidente mais grave da história das centrais nucleares comerciais americanas, mas os efeitos foram diferentes dos do acidente de Chernobyl. Um estudo realizado pela Comissão Reguladora Nuclear após o incidente revela que os quase 2 milhões de pessoas que rodeiam a central de Three Mile Island “estima-se que tenham recebido uma dose média de radiação de apenas 1 milirem acima da dose normal de fundo”. Além disso, ao contrário dos afectados pela radiação no acidente de Chernobyl, o desenvolvimento de cancro da tiróide nas pessoas ao redor de Three Mile Island foi “menos agressivo e menos avançado”.

Fukushima

Tal como o incidente de Three Mile Island, o incidente em Fukushima foi inicialmente classificado como um acidente de nível 5 na escala INES, depois de um tsunami ter desativado o fornecimento de energia e o arrefecimento de três reatores, que sofreram um derretimento significativo nos dias que se seguiram. No entanto, depois de combinar os eventos nos três reatores, em vez de avaliá-los individualmente, o acidente foi atualizado para o nível 7 do INES. A exposição à radiação do incidente causou uma evacuação recomendada para habitantes a até 30 km de distância da usina. No entanto, também foi difícil monitorizar essa exposição porque 23 das 24 estações de monitorização radioactiva também foram desactivadas pelo tsunami. A remoção da água contaminada, tanto na própria fábrica como na água escoada que se espalhou para o mar e áreas próximas, tornou-se um enorme desafio para o governo japonês e para os trabalhadores da fábrica. Durante o período de contenção que se seguiu ao acidente, milhares de metros cúbicos de água ligeiramente contaminada foram lançados no mar para libertar armazenamento de água mais contaminada nos edifícios do reactor e da turbina. No entanto, as consequências do acidente de Fukushima tiveram um impacto mínimo na população circundante. De acordo com o Institut de Radioprotection et de Surêté Nucléaire, mais de 62 por cento dos residentes avaliados na província de Fukushima receberam doses externas inferiores a 1 mSv nos quatro meses seguintes ao acidente. Além disso, a comparação das campanhas de rastreio para crianças na província de Fukushima e no resto do país não revelou nenhuma diferença significativa no risco de cancro da tiróide.

Padrões internacionais de segurança nuclear

Fundada em 1974, a Agência Internacional de Energia Atómica (AIEA) foi criada para estabelecer padrões internacionais para a segurança dos reactores nucleares. No entanto, sem uma força policial adequada, as directrizes estabelecidas pela AIEA foram muitas vezes tratadas com leviandade ou completamente ignoradas. Em 1986, o desastre de Chernobyl foi uma prova de que a segurança internacional dos reactores nucleares não devia ser menosprezada. Mesmo em plena Guerra Fria, a Comissão Reguladora Nuclear procurou melhorar a segurança dos reactores nucleares soviéticos. Conforme observado pelo Diretor Geral da AIEA, Hans Blix, “Uma nuvem de radiação não conhece fronteiras internacionais”. O NRC mostrou aos soviéticos as directrizes de segurança utilizadas nos EUA: regulamentação competente, operações preocupadas com a segurança e projectos de instalações eficazes. Os soviéticos, porém, tinham a sua própria prioridade: manter a fábrica funcionando a todo custo. No final, prevaleceu a mesma mudança entre projetos de segurança determinísticos para projetos de segurança probabilísticos. Em 1989, a Associação Mundial de Operadores Nucleares (WANO) foi formada para cooperar com a AIEA para garantir os mesmos três pilares da segurança dos reactores através das fronteiras internacionais. Em 1991, a WANO concluiu (utilizando uma abordagem de segurança probabilística) que todos os antigos reactores nucleares controlados pelos comunistas não eram confiáveis e deveriam ser encerrados. Em comparação com um “Plano Marshall Nuclear”, foram envidados esforços ao longo das décadas de 1990 e 2000 para garantir padrões internacionais de segurança para todos os reactores nucleares.