Oblasti použitia jadrovej energie – Prvá časť.

Autor: Marian Nanias | 2.2.2018 o 7:37 | Karma článku: 2,21 | Prečítané:  732x

Prvé bežne známe použitie jadrovej energie je spojené s bombou. Vlastnosti jadrovej energie však ponúkajú ďaleko viac užitočných aplikácií ktoré často spoluobčania ani nevnímajú  aj keď sa s nimi možno denno denne stretajú. 

Prvé použitie jadrovej energie ľudstvom je historicky spojené s atómovou bombou. Až neskôr postavili jadrové elektrárne na výrobu elektriny. Vlastnosti  jadrovej energie však ponúkajú ďaleko viac možných užitočných aplikácií v našom živote, čo nie je až tak známe, pričom v rôznych oblastiach ako je kontrola a ošetrenie výrobkov, medicíne a vedeckom výskume, v priemysle,  potravinárstve a poľnohospodárstve, v doprave, zásobovaní vodou ako aj v životnom prostredí majú často zásadné využitie. Niektoré z nich bežní spoluobčania ani nevnímajú napriek tomu že sa s nimi možno denno- denne stretávajú.

Budeme si to však musieť rozložiť na niekoľko častí, pretože je toho viac....

A)      Deštrukčné účinky jadrovej energie pre mierové použitie

Ako sme spomenuli, najznámejšou vlastnosťou jadrovej energie je uvoľnenie obrovského energetického potenciálu, čo môže mať aj deštrukčné účinky. Tieto však nemusia byť využívané iba na ničenie územia a infraštruktúry nepriateľov, ale práve na úžitok ľudstva. Použitie jadrových náloží na nevojenské účely v šesťdesiatych a sedemdesiatych rokov robili USA a ZSSR a India. Celkovo bolo vyskúšaných a aplikovaných okolo 270 aplikácií. Napríklad tak budovali nový prístavný záliv, zastavili dlhotrvajúce obrovské požiare pri čerpaní plynu zo zeme. Bolo zvažovaných aj vyskúšaných viacero veľmi ambicióznych plánov (ako tvorenie kráterov pre priehrady, uľahčenie čerpania plynu, nové kanály medzi morami /Panama, Egypt/, či prepojenie riek /Rusko/, až po vytvorenie nových baní /Austrália/. Napríklad v Urta-Bulak (dnes Uzbekistan) horel oheň z plynového náleziska po explózii viac ako tri roky, a fontána plameňa dosahovala skoro takú výšku ako je Dóm Sv. Martina v Bratislave! Objem zhoreného unikajúceho plynu do atmosféry bol viac ako 12 miliónov m3 za deň. Vzhľadom na vysokú teplotu sa nebolo možné priblížiť k ohňu bližšie ako 300 metrov. Celá oblasť bola pokrytá sadzami, a na ochranu pred teplom bol (v zime) pomocou buldozérov vytvorený piesočný val. Skúšali to uhasiť rôznymi metódami, používanými v tom čase, vrátane využitia delostrelectva, ale neúspešne. Po použití jadrovej nálože (30. septembra 1966) bol prameň zasypaný, a po menej ako pol minúte po detonácii prestalo horieť. Nakoniec však boli tieto programy a aplikácie pre umožnenie efektívnej medzinárodnej kontroly zahrnuté do zmluvy PNE (Peaceful Nuclear Explosions Treaty) z roku 1976. A následne Zmluva o všeobecnom zákaze jadrových skúšok (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty /CTBT/) z roku 1996 zakázala všetky jadrové výbuchy, bez ohľadu na to, či ide o mierové účely alebo nie.

B)      Využívanie jadrovej energie na výrobu elektriny

Toto je druhá najznámejšia oblasť použitia, kde je jadrová energia v jadrových reaktoroch (rôznych typov) transformovaná na energiu elektrickú, ktorá slúži ľudstvu. Nebudem to teraz viac a detailnejšie rozoberať, pretože sa k tejto oblasti vrátime v ďalších pokračovaniach a obmedzím sa iba na stručnú štatistiku: - V súčasnosti je vo svete v prevádzke 448 komerčných jadrových reaktorov, s inštalovanou kapacitou 391.744 GWe. 58 reaktorov je vo výstavbe, s ich budúcou inštalovanou kapacitou 59.123 GWe. A sumárne je už dosiahnutých viac ako 17 451 „odprevádzkovaných reakto-rokov skúseností“.​

C)      Rádioizotopy

Minule som spomenul, čo sú to izotopy. Vlastnosti izotopov nám umožňujú viacero aplikácií v mnohých aspektoch dnešného života. Málo je ale známe, že prvé praktické použitie rádioizotopu urobil Maďar George de Hevesy v roku 1911. Vtedy bol chudobným študentom v Manchestri, žil v skromnej ubytovni a stravoval sa v obecnej jedálni. V podozrení, že niektoré jedlá, pravidelne sa opakujúce, sú vyrobené zo zvyškov z predchádzajúcich dní alebo dokonca týždňov, sa to pokúsiť preveriť. Dal maličké množstvo rádioaktívneho materiálu do pozostatkov jedla, a o pár dní keď sa rovnaké jedlo opakovalo, si to preveril jednoduchou detekciou pomocou elektroskopu s listom zo zlata (požičaným z univerzity). Bolo to naozaj tak, v jedálni podvádzali... Vtedy si nikto ihneď neuvedomil jeho prínos, ale neskôr ho náležite ocenili a George de Hevesy získal Nobelovu cenu v roku 1943 za objavenie Hafnia, a neskôr okrem iných aj prestížnu cenu „Atómy za mier“ v roku 1959. Ale princíp jeho prvého využitia rádioaktívnych stopových prvkov je dnes už úplne bežný v oblasti prírodných vied.

Rádioizotopy v medicíne

Toto je asi najúžasnejšie využitie jadrovej energie pre ľudstvo. V medicíne sa rádioizotopy používajú na diagnostiku a liečbu rôznych chorôb vrátane tých najdôležitejších, ako sú rakoviny, kardiovaskulárne a mozgové poruchy. Vyše 10 000 nemocníc na celom svete používa rádioizotopy na „in vivo“  diagnostiku alebo na liečbu približne 35 miliónov pacientov ročne, z toho 9 miliónov v Európe. Najrozšírenejším (diagnostickým) izotopom je Technetium-99m (Tc-99m), pričom Európa je jeho druhým najväčším spotrebiteľom (po USA), a predstavuje o niečo viac ako 20% svetového trhu.  Výroba Tc-99m je ale komplexný proces, ktorý zahŕňa ožarovanie uránu v jadrových výskumných reaktoroch na výrobu molybdénu 99 (Mo-99), extrakciu Mo-99 v špecializovaných spracovateľských zariadeniach, výrobu generátorov Tc-99m a potom zásielky do nemocníc. Bohužiaľ, súčasné dodávky Tc-99m závisia od veľmi nízkeho počtu vhodných reaktorov. Väčšina  z nich boli skonštruované v 50. a 60. rokoch minulého storočia, blíži sa koniec ich životnosti, čo znamená nárast plánovaných odstávok údržby ale aj viac neplánovaných prerušení výroby. Okrem toho to boli reaktory s vysoko obohateným uránom ktoré sú dnes kvôli teroristickým ohrozeniam odstavovane. V dôsledku toho sa celosvetová ponuka rádioizotopov najmä v posledných rokoch a v budúcnosti vysoko rizikovo ohrozená. Táto téma je tak dôležitá a vážna, že sa k nej určite ešte vrátime a bude o tom samostatný článok. 

Rádioizotopy v potravinách a poľnohospodárstve

Ožarovanie potravín

Organizácia OSN pre výživu a poľnohospodárstvo (FAO) odhaduje, že približne 795 miliónov ľudí (jeden z deviatich) trpelo v r 2014 chronickou podvýživou a práve rádioizotopy a žiarenie používané v potravinách a poľnohospodárstve pomáhajú situáciu riešiť. Žiaľ asi 30% potravín je pokazených ešte pred tým ako prídu k spotrebiteľovi. Problémom je to hlavne v horúcich a vlhkých krajinách. Preto je aplikované ožarovanie potravín (hlavne gama žiarením), aby baktérie, ktoré spôsobujú hnilobu a choroby prenášané potravinami boli zlikvidované. Už viac ako 60 krajín na celom svete zaviedlo v tejto oblasti predpisy pre potravinárske výrobky pre koreniny, obilie, ovocie, zeleninu a aj mäso. Je to efektívnejšie oproti starému systému používania potenciálne škodlivých chemických látok. Celosvetová norma bola prijatá (až po 30 rokoch testovania) v roku 1983 spoločným výborom Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) a Organizáciou OSN pre výživu a poľnohospodárstvo (FAO) a tiež Medzinárodnou agentúrou pre atómovú energiu (IAAE). Okrem prevencie kazenia, dokáže ožarovanie aj oneskoriť dozrievanie ovocia a zeleniny počas ich transportu či skladovania. Málo je známe, že napríklad aj strava kozmonautov – astronautov je konzervovaná ožiarením.

Pri aplikácii ožarovania potravín sú používané tri úrovne dávok:

  • Nízka dávka (do 1 kGy) – proti inhibícii klíčenia a dezinsekcii hmyzu a parazitov, ako aj predĺženiu dozrievania – Typické produkty: Zemiaky, cibuľa, cesnak, zázvor, obilniny, čerstvé ovocie, sušené potraviny, čerstvé ovocie, zelenina
  • Stredná dávka (1-10 kGy) – na predĺženie trvanlivosti , zastavenie kazenia ako aj na zničenie patogénov – Typické produkty: Ryby, jahody, huby, morské plody, hydina, mäso
  • Vysoká dávka (10-50 kGy) – na priemyselnú sterilizáciu, dekontamináciu mäsa, hydiny, morských živočíchov, jedla, korenia, atď.

Ožarovanie je používané aj na sterilizáciu balenia potravín, napríklad v Holandsku mliečne kartóny zbavujú od baktérií práve ožiarením.

D)       Pestovanie rastlinných mutácií

Ožiarením semien alebo častí rastlín získame vhodné rastlinné mutácie na reprodukciu. Ožiarený materiál je kultivovaný, selektovaný a ak vykazuje požadované vlastnosti rozmnožovaný. Ovplyvnením prirodzeného procesu spontánnej genetickej mutácie môžeme výrazne skrátiť čas na rast. Krajiny, ktoré využili takéto šľachtenie rastlín, dosiahli tým veľké sociálno-ekonomické výhody. Napríklad v Bangladéši nové odrody ryže produkované mutáciou trojnásobne zvýšili úrodu v posledných niekoľkých desaťročiach, čo jej a iným častiam Ázie pomohlo dosiahnuť lepšiu potravinovú bezpečnosť a zlepšiť výživu obyvateľstva.

E)        Hnojivá

Starí sedliaci zvykli hovorievať „Peňazí a hnoja nikdy nie je dosť“..., áno mali pravdu, hnojivá sú drahé a ak nie sú aj správne použité, je to čistá strata! Aby bolo možné sledovať ich trasu či sa dostali tam kde to má byť, teda do rastlín a aby boli minimálne straty do okolitého životného prostredia, sú "značkované" určitým izotopom, ako dusík-15 alebo fosfor-32, čo umožňuje zistenie strát ako aj ich lepšiu organizáciu pri aplikovaní.

F)         Potláčanie chorôb prenášaných hmyzom

Straty plodín v dôsledku hmyzu sú významné, a napriek rozsiahlemu používaniu insekticídov predstavujú až 10% v rámci zemegule, pričom často výrazne vyššie v rozvojových krajinách. Jeden z prístupov k riešeniu je použitie geneticky modifikovaných plodín, voči čomu ale  existuje aj určitý odpor. Inou možnosťou je práve priame ovplyvnenie populácie hmyzu pomocou technológie sterilizácie. Na to je ten-ktorý hmyz najprv pestovaný vo farmách, potom sterilizovaný ožiarením (gama alebo röntgenovým žiarením) a nakoniec opäť vypustený do prirodzených populácií. Sterilný hmyz zostáva sexuálne aktívny, ale už nemôže produkovať potomstvo. Je to tzv. technológia „SIT - Sterile Insect Technique“, ktorá šetrí životné prostredie a je účinná aj tam, kde hromadná aplikácia pesticídov zlyhala.  SIT bol prvýkrát vyvinutý v USA a úspešne sa používa už viac ako 60 rokov, a v súčasnosti je uplatňovaný už skoro všade. Od svojho zavedenia, mali tieto programy aplikované pod gesciou IAEA  prenikavé úspechy, hlavne v Mexiku, Argentíne a v Čile. V rokoch 1994 až 1995 sa napríklad v dvoch pestovateľských oblastiach v Argentíne dosiahol až 95% úspech, a následne bol program rozšírený na celej Južnej Ameriky a Afriky. SIT je teraz rozšírený aj proti poškodzovaniu citrusových plodov. Ale je používaný aj v inej sfére ako prevencia proti muchám tse-tse, spôsobujúcim chorobu spania ako ľuďom tak aj hovädziemu dobytku. Podľa štatistík IAEA je tým zasiahnuté teritórium v takmer dvoch tretinách sub-saharskej Afrike, s ekonomickými stratami vyše 4 miliárd USD ročne. Posledná veľmi akútna aplikácia SIT bola nasadená v boji proti smrteľnému vírusu Zika v Brazílii a v širšom regióne Latinskej Ameriky a Karibiku.

G)     Spotrebiteľské produkty

Aj keď to väčšina obyvateľstva vôbec nevníma, fungovanie viacerých bežných spotrebných výrobkov závisí od použitia malého množstva rádioaktívneho materiálu. Typickými príkladmi sú napríklad detektory dymu a hodinky.

V dymovom detektore, čo je jedna z bežných vecí našich dnešných domácností je uložené maličké množstvo Amerícia-241, čo je produkt rozpadu Plutónia-241. Am-241 je používané vo forme oxidu Am-241-O2 , a používa sa aj inde, napríklad v dlhodobých rádio-izotopových termoelektrických generátoroch (majáky) práve aj vzhľadom k jeho dlhému polčasu rozpadu ktorý je 432,6 rokov. Množstvo Amerícia v novom detektore je iba 0,29 mikrogramov, a jeho aktivita asi 37 kBq. Samozrejme že Am-241 je toxické a rádioaktívne, ale nie je potrebné sa obávať, pretože alfa častice už môžu byť zastavené obyčajným listom papieru. Jediné nebezpečenstvo by bolo, že by ho chcel niekto zjesť, a tomu zase bráni technológia výroby. Tá je nastavená tak, že sa oxid najprv dôkladne premieša so zlatom, vhodne vytvaruje a pod vysokým tlakom aj roztaví. Potom je pridané striebro a predný kryt opäť buď zo zlata, alebo paládia. Následne je to niekoľkokrát prevalcované za studena aby bola dosiahnutá potrebná hrúbka a úroveň rádioaktivity. Ale to všetko je miniatúrne = konečná hrúbka má iba 0,2 mm, z čoho je asi 1 % zlato. Nakoniec je to celé ako disk s priemerom 5 mm, ktorý je vložený do hliníkového plášťa, a úplne hermeticky uzavretý. Jednoduchý princíp fungovania je v tom, že Am-241 emituje alfa častice, ktoré ionizujú vzduch a umožňujú prúd medzi dvoma elektródami. Ak dym vnikne do detektora, absorbuje častice alfa čím je prúd prerušený, a alarm spustí signál.

Pokračovanie nabudúce v ďalšom článku.......

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

ŠPORT

Hamšík vypadol z Ancelottiho zostavy, o odchode neuvažuje

Nerozumiem, odkiaľ tieto správy pochádzajú, odbil tvrdenia agent Petráš.

Blog Radovana Bránika

Synovia Detvy, Bytes a ďalší z kola von

Ľudia z pozadia firmy BYTES sa v obave z negatívnej publicity ozvali.


Už ste čítali?