Pomocou elektrickej energie, či už vyrobenej zo štiepenia ťažkých jadier, alebo z iných energetických zdrojov, je možné významne prispieť k zlepšeniu kvality života ľudí žijúcich na Zemi. Položme si však otázku, je možné kvalitu života hodnotiť len na základe dostatku elektrickej energie? Z môjho pohľadu to dostačujúce nie je. Predstavme si situáciu, že sme zablúdili niekde stovky kilometrov od civilizácie bez dostupnosti mobilných sietí či internetu. Sme unavení, smädní, hladní, doštípaní hmyzom a trápia nás rôzne bolesti. V takejto situácii by si asi každý z nás prehodnotil, či sa správne rozhodol, že si do ruksaku zabalí svoj mobil s prídavnou batériou, ipad so slúchadlami a holiaci strojček namiesto dostatku pitnej vody, potravín a liekov. Nemusíme však ísť do extrémov aby sme mohli zhodnotiť, že kvalita života nezávisí len od dostatku elektrickej energie, ale od ďalších faktorov. Do tejto kategórie určite patria pitná voda, potraviny a zdravotná starostlivosť. Môžu však mať tieto tri faktory niečo spoločné s jadrovou energiou? Odpoveď je áno, sú to neelektrické aplikácie jadrovej energie. Aj keď ich je naozaj veľmi veľa, dnes sa Vám budem snažiť priblížiť tie, ktoré podľa môjho názoru najviac súvisia s kvalitou života ľudí.

Jadrová medicína

Je pravda, že som pri menovaní faktorov ovplyvňujúcich kvalitu nášho života začal pitnou vodou, ale dovoľte mi aby som začal od konca, čiže zdravotnou starostlivosťou a medicínou. Oblasť jadrovej medicíny v sebe zahŕňa všetky formy využitia zdrojov ionizujúceho žiarenia slúžiacich na diagnostiku alebo terapiu. Ionizujúce žiarenie sa celosvetovo využíva pri viac ako 30 miliónov aplikácií ročne. Ide hlavne o diagnostiku a lokalizáciu zhubných nádorov v ľudskom tele, ale aj o samotnú aplikáciu rádionuklidov na selektívnu terapiu tkanív. Začal by som teda prípravou rádiofarmák, ktoré sú takzvaným „hnacím motorom“ jadrovej medicíny.

Výroba rádiofarmák

Rádiofarmaká obsahujú jeden alebo viac atómov rádioaktívnych prvkov. Za posledné desaťročia bolo objavených viac ako 3000 umelých rádioizotopov. Väčšina z nich je veľmi krátko žijúca alebo proces ich získavania je extrémne náročný. Napriek tomu existujú tucty, ktoré majú vlastnosti zabezpečujúce ich aplikáciu na poli jadrovej medicíny. Samovoľný rozpad rádioaktívnych prvkov môže viesť k vzniku rôznych druhov žiarenia, od čoho závisí aj oblasť jadrovej medicíny, v ktorej je ich možné aplikovať. Vo všeobecnosti však platí, že pre účely diagnostiky je vhodnejšie prenikavé žiarenie, aby ho bolo možné registrovať mimo tela pacienta, a na terapeutické účely sa viacej využíva žiarenie kratšieho dosahu, aby bolo možné odovzdať čo najväčšiu energiu v lokálnom mieste v pacientových tkanivách. Okrem toho použitie diagnostických žiaričov by malo minimalizovať radiačnú záťaž pre pacienta a terapeutické žiariče by nemali emitovať príliš silné gama žiarenie, aby preniklo mimo telo pacienta. Doba polpremeny, ktorá nám hovorí za aký čas sa rozpadne polovica pôvodného rádioaktívneho materiálu, by mala byť dostatočne dlhá na to, aby bolo možné vykonať diagnostiku alebo terapiu, ale nie príliš dlhá na to, aby vystavovala pacienta radiačnej záťaži ešte aj po terapii. Pri aplikácii rádiofarmák je cieľom zabrániť tomu, aby pacient takpovediac „svietil“ aj po odchode z nemocnice. Existuje množstvo aplikovateľných rádioizotopov, ale ich získavanie je extrémne náročné. Niektoré z nich sa dajú vyrobiť v stopových množstvách pre použitie v laboratóriách, ale ako to už býva, rozhodujúcim faktorom sú peniaze. Inými slovami povedané rádiofarmaká musia byť vyrobené lacno a vo veľkom množstve. Existujú tri hlavné spôsoby na efektívne získavanie rádiofarmák, a to pomocou urýchľovačov, v jadrových reaktoroch a v rádionuklidových generátoroch.

Na výrobu rádiofarmák slúžia cyklické vysokofrekvenčné urýchľovače, takzvané cyklotróny, ktoré môžu nadobúdať rozmery od priemeru desiatok centimetrov, až po niekoľko kilometrov. Isto viete, že ten rozmerovo asi najväčší sa nachádza pod hranicou troch krajín, Francúzska, Švajčiarska a Talianska, neďaleko jazera „Lac Léman“ vo vedeckom komplexe Cern. Na margo: „Nie, čierne diery sa tam nevytvárajú!“ Princíp činnosti týchto zariadení je založený na urýchľovaní nabitých častíc (deuterónov, protónov, prípadne jadier hélia) pomocou silného elektromagnetického poľa vo vnútri dutých urýchľovacích elektród a na narážaní týchto iónov do terča z takzvaného „materského“ prvku pri vysokých rýchlostiach. V dôsledku zrážky sa nabité častice doslova zabudujú do samotnej kryštalickej štruktúry terča, materského prvku, a dochádza k zmene protónového čísla pôvodného materského prvku. Výsledkom týchto procesov je vznik nových, prevažne rádioaktívnych prvkov. V cyklotrónových urýchľovačoch sa najčastejšie získavajú rádioizotopy ako indium (¹¹¹In), jód (¹²³I) alebo telúr (²⁰¹Tl). Okrem cyklotrónov existuje aj niekoľko lineárnych urýchľovačov, takzvaných „Ion Linacs“-ov, na prípravu rádiofarmák, ale ich podiel na trhu je menší.

Ako je možné jadrové reaktory použiť na výrobu rádiofarmák? V jadrových reaktoroch sa používa jadrové palivo, najčastejšie formou uránu obohateného o izotop ²³⁵U do úrovne 5 %, na ktorom prebieha štiepna reťazová reakcia. Po rozštiepení z pôvodného atómu uránu vznikajú 2 fragmenty nových, prevažne rádioaktívnych prvkov. Na separáciu novo vzniknutých prvkov, ktoré sa v odbornej terminológii nazývajú štiepnymi produktmi, stačí použiť vhodné techniky, a rádiofarmaká sú na svete. Znie to jednoducho? Bohužiaľ v praxi to tak nie je. Keďže pri štiepení vznikajú prvky fakticky z celej periodickej tabuľky, separácia len vybraných rádionuklidov môže byť technicky náročná. Našťastie existujú aj iné techniky. Pri štiepení uránu okrem už spomenutých štiepnych produktov vznikajú aj nové neutróny, ktoré nám slúžia na udržanie štiepnej reťazovej reakcie. Pokiaľ však konštrukcia reaktora dovolí zopár týchto neutrónov kuchynsky povedané „ukradnúť“, môžu nám poslúžiť na výrobu rádiofarmák, pomocou jadrových reakcií na špeciálnych terčových materiáloch. Neutróny vzniknuté pri štiepení majú vysokú energiu, teda aj rýchlosť. Z hľadiska zvýšenia pravdepodobnosti záchytu na terčových materiáloch je výhodne ich spomaliť pomocou špeciálnych kanálov obsahujúcich takzvané moderátory. Sú to materiály, ktoré nám neutróny spomaľujú ale ich podľa možností neabsorbujú. Separácia týchto prvkov zo špeciálnych tenkých terčíkov je oveľa jednoduchšia ako z jadrového paliva, avšak samotný jadrový reaktor na to musí byť prispôsobený. Najčastejšími rádiofarmakami získanými z jadrového reaktora sú molybdén (⁹⁹Mo) alebo železo (⁵⁹Fe).

Keďže spotreba rádiofarmák v jadrovej medicíne je pomerne vysoká, na ich získavanie sa okrem kapacít urýchľovačov a jadrových reaktorov využívajú aj ďalšie metódy. Najjednoduchším a zároveň najlacnejším spôsobom ich získavania je využitie rádionuklidových generátorov, tiež označovaných ako „dojné kravy“. Tieto generátory pozostávajú z materského rádionuklidu (z nuklidu z ktorého to vzniká), ktorého doba polpremeny je niekoľkonásobne dlhšia ako jeho dcérskeho produktu (ktorý vzniká). Ďalej súčasťou tohto zariadenia je nádoba s vhodným absorpčným materiálom, na ktorom je nanesený materský rádionuklid. Produktom rádioaktívneho rozpadu je dcérsky rádionuklid, ktorý sa uvoľňuje do premývacieho roztoku. Pre niektorých tento proces pripomína dojenie kravy, z čoho pochádza aj (ne)odborný názov tohto zariadenia. Po oddelení dcérskeho nuklidu je porušená rovnováha, ktorá sa v dôsledku rozdielnych dôb polpremeny časom neustále obnovuje a porušuje, až kým aktivita neklesne pod veľmi nízke hodnoty. Najbežnejším generátorom je technéciový generátor ktorý slúži na prípravu jedného z najviac využívaných rádioizotópov v jadrovej medicíne ^99mTc. Okrem technécia existujú aj generátory na prípravu širokej palety rádiofarmák ako napríklad kryptón, gálium či yttrium.

Rádioterapia

Diagnostiku pomocou ionizujúceho žiarenia je podľa Alana Waltara ( WNU SI 2015) možné vykonať vo viac ako 10 000 nemocniciach po celom svete a ročne sa vykoná okolo 30 miliónov záznamov. Z celkového počtu vyšetrení predstavujú 12 miliónov len pacienti v USA. Paradoxne 1 z 3 zdravotných úkonov vykonaných v USA zahŕňa diagnózu pomocou počítačovej tomografie (CT), magnetickej rezonancie (MRI) alebo röntgenu. Takéto enormné využívanie zobrazovacej techniky viedlo k tomu, že americká vláda uvažuje o navýšení maximálnych dávok, ktoré pacienti za rok môžu dosiahnuť. Za najviac využívanú techniku sa považuje diagnostika pomocou röntgenu.
Aj keď sa na diagnostiku používajú vysoko citlivé a moderné metódy úmrtnosť pacientov v dôsledku onkologických ochorení sa podľa štatistík National Cancer Institute v USA ešte stále pohybuje na úrovni 43 %. Okrem štandardných postupov, ako je napríklad chemoterapia, je súčasťou približne polovice liečebných procesov všetkých druhov rakoviny aj rádioterapia. Rádioterapiu je možné aplikovať samostatne, ale taktiež v kombinácii s klasickou chemoterapiou. Pre ľudí trpiacich rôznymi neliečiteľnými formami rakoviny, je rádioterapia veľmi účinnou metódou na kontrolu symptómov. Okrem liečenia rakoviny sa však táto terapia často využíva aj na deštrukciu nezhubných nádorov, ochorení štítnej žľazy, prípadne na liečenie krvných anomálií. Ďalšou možnosťou je využitie na takzvanú neoadjuvantnú a adjuvantnú systémovú liečbu. Ide o zmenšenie zhubného nádoru pomocou ionizujúceho žiarenie pred samotným chirurgickým zákrokom, čo značnej uľahčuje jeho odstraňovanie, prípadne je možné ju použiť na odstránenie zvyšných častí nádoru, ktoré ostali po operácii.

Rádioterapia na zmenšovanie veľkosti nádorov a na deštrukciu zhubných buniek využíva rôzne druhy ionizujúceho žiarenia, ako napríklad Röntgenové žiarenie, fotóny gama alebo nabité častice. Môže byť poskytnutá dvomi spôsobmi, a to externou a internou formou. Externú, teda vonkajšiu rádioterapiu je možne rozdeliť na niekoľko základných techník. Prvou z nich je štandardná externá rádioterapia, pri ktorej sa vysoko energetické ionizujúce žiarenie aplikuje na jednu vybranú časť tela. Na túto terapiu sa využíva Röntgenové žiarenie alebo fotóny gama. Existujú aj medicínske aplikácie, pri ktorých sa používa takzvaná hadrónová terapia, aplikovaná použitím ťažkých častíc, čiže protónov, neutrónov a ťažkých iónov. Pokročilejšou formou je IMRT (Intensity - Modulated Radiation Therapy), ktorá spočíva v použití niekoľkých lúčov ionizujúceho žiarenia s premenlivou intenzitou. Na tento účel sa používajú takzvane MLC (Multi-leaf colimator) zariadenia, ktoré pozostávajú z 40-80 pohyblivých článkov. Výhodou tejto terapie je minimalizácia pravdepodobnosti poškodenia okolitého zdravého tkaniva. Najnovšou technikou externej rádioterapie je SBRT (Stereotactic body radiation therapy) ktorá využíva zariadenie s názvom „CyberKnife“. Pozostáva z malého mobilného lineárneho urýchľovača umiestneného na robotickom ramene, ktorý má 8 stupňov voľnosti, čo umožňuje pohyb po ľubovoľnom bode ľudského tela, a tak aplikovať terapiu na rôzne miesta počas jedného zákroku. Zaujímavosťou je, že liečenie pomocou tohto zariadenia podstúpilo niekoľko hviezd strieborného plátna, medzi nimi aj Patrick Swayze v roku 2008.

Aplikácii externej rádioterapie, pomocou ktorejkoľvek z uvedených techník, spravidla predchádza takzvaná simulačná fáza. Simulačné zariadenie je umiestnené presne na miesto kde rádioterapia bude aplikovaná a pomocou Röntgenových lúčov sa pripravujú detailné snímky nádoru a jeho okolia. Väčšina pacientov podstupuje aj vyšetrenie pomocou počítačovej tomografie, takzvaného „cétéčka“. Cieľom je čo najpresnejšie zamerať miesto aplikácie terapie. V prípade ak ide o časti tela, ktoré je náročne zachovať nehybné, používajú sa špeciálne fixačné pomôcky na znehybnenie. Možno Vás napadá otázka, či terapia, pri ktorej je telo ožarované vysoko energetickým žiarením nespôsobuje bolesť. Môžem vás uistiť, že táto forma rádioterapie je absolútne bezbolestná. Pri internej terapii sa do ľudského tela, do tesnej blízkosti zhubného nádoru, vkladá stopové množstvo rádioaktívneho materiálu a hovoríme o brachyterapii. Pôvod pochádza z gréckeho slova „brachys“, čiže blízko. Ďalšou možnosťou je aplikácie žiariča v kvapalnej forme pomocou injekčnej striekačky alebo požitia špeciálneho nápoja - ingesciou. Ale čo sú to za rádioaktívne materiály? Sú to rádiofarmaká, presne tie, o ktorých sme hovorili vyššie.

Jadrová fyzika v potravinárstve

Rovnako dôležité ako choroby liečiť je to, aby ich bolo možné predchádzať. Okrem dedičných faktorov a vplyvu znečistenia ovzdušia na zdravie človeka významne vplývajú aj potraviny, ktoré konzumuje a ktoré často nemajú dostatočnú kvalitu. Okrem ich kvality je dôležitá aj ich dostupnosť. Minimálne 800 miliónov ľudí zo súčasnej viac ako 7 miliardovej populácie našej planéty trpí chronickou podvýživou a desaťtisíce umierajú denne v dôsledku nedostatku potravy. Aby sa tieto tragické štatistiky zmiernili bude potrebné nielen zväčšovať produkciu potravín, ale je rovnako dôležité, aby poľnohospodárska a potravinárska výroba bola udržateľná a efektívna v dlhodobom horizonte. Organizácia pre výživu a poľnohospodárstvo (FAO) fungujúca pod záštitou Organizácie spojených národov (UN) dlhodobo spolupracuje aj s Medzinárodnou agentúrou pre atómovú energiu (IAEA). Ich spolupráca je založená na podpore výskumu a vývoja prieniku jadrových a biotechnológií v štyroch hlavných oblastiach. Sú to vývoj hnojív, zvýšenie genetickej variability, sterilizácia hmyzu a konzervácia potravín.
Človek nemusí byť biológ aby vedel, že aj keď hnojivá dokážu výrazne prispieť k vývoju rastlín, ich nesprávna aplikácia môže značne poškodiť životné prostredie. Efektívne používanie týchto materiálov je kľúčové tak pre industrializované, ako pre rozvojové krajiny, v ktorých poľnohospodárstvo využíva len jednoduché metódy. Ak chceme minimalizovať vplyv na životné prostredie, je nevyhnuté zabezpečiť, aby sa do rastlín dostala najväčšia časť účinných látok, a aby sa minimalizovala časť, ktorá sa nenávratným spôsobom stráca v pôde. Použitie hnojív s príslušným obsahom vybraných rádioaktívnych nuklidov, ako je napríklad fosfor-32, umožňuje zistiť pomer účinných látok absorbovaných v samotnej rastline a v pôde. Ako to funguje? Fosfor-32 je rádioaktívny izotop nevyskytujúci sa v prírodnom fosfore, a ktorý sa rozpadá takzvanou β- premenou (uvoľnené žiarenie tvoria elektróny). Keďže rastliny nedokážu rozlišovať medzi rádioaktívnymi a stabilnými (nerádioaktívnymi) izotopmi fosforu, prijímajú ich v rovnakom pomere. Po podrobení rastliny laboratórnej izotopovej analýze je možné z beta aktivity určiť účinnosť hnojiva. Keďže fosfor-32 je len krátko žijúci izotop a žiarenie β- nie je prenikavé, použitie takýchto hnojív nepredstavuje výrazne riziko pre ľudí a prírodu ako takú.

Určite ste už počuli o genetickej modifikácii, alebo mutácii rastlín, ale zrejme málokto vie, že na vyvolávanie mutácie pri šľachtení rastlín sa už niekoľko desaťročí používa aj ionizujúce žiarenie. Od roku 1920 keď sa tejto problematike začal venovať Lewis Stadler na Univerzite v Missouri v USA, bolo pomocou žiarenia vyšľachtených viac ako 3 200 nových odrôd rastlín. Aby sa vytvorili nové genetické línie, tak sa rastliny ožarujú kontrolovaným lúčom gama žiarenia. Vo väčšine prípadov sa používa izotop kobaltu-60 alebo cézia-137. Výsledkom je rastlina s radiačne modifikovanou genetickou štruktúrou, ktorá je odolnejšia voči škodcom a náročným klimatickým podmienkam. Podľa správy FAO/IAEA bolo v roku 2014 celosvetovo pestovaných viac ako tisíc rastlinných odrôd, z ktorých až 75 % bolo určených na priamu konzumáciu. Boli to hlavne koreňové rastliny, obilniny, strukoviny, olejnaté semená a ovocie. Keďže vo väčšine krajín neexistuje legislatívny rámec označovania radiačných úprav, nedá sa ani určiť, či ovocie alebo ryža, ktorú kupujeme v hypermarkete pochádza z radiačne mutovanej odrody alebo nie. Netreba sa však báť, choroba z ožiarenie v dôsledku konzumácie týchto potravín v princípe nehrozí. Radiačné pestovanie rastlín má aj svoju futuristickú líniu, predpokladá sa že bude súčasťou takzvaných atómových záhrad vo vesmíre. Aj keď to znie ako zo sci-fi, nie je to žiadna novinka. Iniciatívy sa v tomto smere vedú od päťdesiatych rokov minulého storočia. Pre zaujímavosť dodávam, že atómové záhrady boli súčasťou aj prejavu D. D. Eisenhowera pre generálny štáb OSN známeho ako „Atómy pre mier“ v roku 1953. Myšlienka atómových alebo gama záhrad spočíva v rozsadení rastlín do kruhovej platformy s vysúvateľným zdrojom gama žiarenia v strede. V takom prípade rastliny nachádzajúce sa na danej koncentrickej kružnici dostanú rovnakú dávku žiarenia. Existujú aj programy NASA, cieľom ktorých bolo vyviesť semená rastlín na obežnú dráhu, aby bolo možné sledovať vplyv kozmického žiarenia na ich rast a genetickú mutáciu.
Vráťme sa však k tomu, prečo je vôbec potrebné robiť rastliny odolnejšími. Je to preto, lebo škody v dôsledku hmyzu a škodcov predstavujú viac ako 10% celosvetovej úrody všetkých rastlín, obilnín a plodov určených na konzumáciu. V rozvojových krajinách táto hodnota dosahuje až 35% a straty na dobytku v Afrike v dôsledku múch tse-tse majú podobné rozmery. Aj keď bolo vyvinutých niekoľko chemických insekticídov, niektoré druhy hmyzu sa im dokázali prispôsobiť a aj tie účinnejšie spravidla zanechávali jedovaté zvyšky na plodinách. Našťastie prispôsobiť sa vplyvu radiácie nie je až tak jednoduché. Pointa je v tom, že gama žiarenie v dostatočne malých dávkach aplikované na larvy pred vyliahnutím ich dokáže sterilizovať. Vypúšťaním sterilných jedincov do inkriminovaných oblasti je možné regulovať ich populáciu, keďže títo jedinci sa ani po premiešaní so zdravou populáciou nedokážu ďalej rozmnožovať. V tomto smere boli zaznamenané významne úspechy pri boji proti vrtule veľkohlavej (Ceratitis capitata) v Mexiku, v Argentíne a v Čile, kde sa v oblastiach pestovania ovocia podarilo vyhubiť 95% ich populácie.
Aj keď sa pomocou sterilizácie hmyzu dosahujú značné výsledky, približne 25 až 30% obilnín a plodov sa znehodnocuje pri skladovaní už nazbieranej úrody. Je to hlavne v dôsledku napadnutia rôznymi druhmi plesní a hmyzu. Tieto straty sú omnoho výraznejšie v krajinách s teplým a vlhkým podnebím. Iionizujúce žiarenie môže byť riešením aj pre tieto problémy. Metódami riadenej konzervácie je možné nahradiť skoro všetky potenciálne škodlivé chemické konzervanty. Princíp je, že surové alebo mrazené potraviny sú vystavené vysokým úrovniam žiarenia gama, ktoré zničí všetky baktérie a škodlivé organizmy bez toho, aby akýmkoľvek spôsobom vplývalo na nutričné hodnoty potravín alebo zanechalo v nich akési rezídua. Tento proces je podobný pasterizácii, občas sa nazýva aj ako „studená pasterizácia“ (studená, keďže produkt nie je potrebne zohrievať). Ako zdroj ionizujúceho žiarenia sa najčastejšie používa izotop kobaltu-60 emitujúci silné gama žiarenie. Samozrejme ani táto úprava nemôže viesť k rádioaktivite potravín. Po niekoľkých desaťročiach laboratórneho testovania vydala v roku 1983 Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) celosvetový štandard určujúci maximálne ožarovacie limity potravín. Následne v roku 1997 bol tento štandard upravený a bola zrušená maximálna hodnota. V súčasnosti orgány zodpovedné za zdravotníctvo a kvalitu potravín podporujú konzerváciu potravín pomocou ožarovania vo viac ako 40 krajinách sveta. Ide o približné 60 druhov potravín predstavujúcich viac ako 500 000 ton, zahŕňajúc mäso, ovocie, zeleninu, obilniny, korenie a ďalšie. Táto metóda značne zjednodušuje aj zásobovanie kozmonautov na vesmírnych misiách. Ako to už však býva, myšlienka sterilizácie potravín sa často stretáva aj s odporom ľudí ktorí majú obavy z prípadných zdravotných následkov požitia týchto potravín. V niektorých krajinách má táto metóda silnú podporu, inde je zakázaná, avšak o zdravotných ťažkostiach alebo ochoreniach v dôsledku radiačnej sterilizácie neexistujú žiadne záznamy.

Získavanie pitnej vody

Možno si to na Slovensku neuvedomujeme, ale ďalším z hlavných celosvetových problémov 21. storočia je nedostatok pitnej vody. Oceány a moria predstavujú viac ako 97 % zásoby vody na Zemi a ak zo zvyšných necelých 3 % odrátame vodu vo forme ľadovcov a nedostupných podzemných vôd zistíme, že z celkového množstva vody na našej planéte je pitnej vody menej ako 1 %. Pre mnoho krajín je preto jediným riešením nedostatku pitnej vody odsoľovanie tej morskej. Základným cieľom tohto procesu je zníženie podielu soli vo vode z pôvodného 1000-35000 mg/l pod úroveň 500 mg/l, ktorá je podľa smernice Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) použiteľná na konzumáciu. Existuje množstvo dostupných technológií, ale vo väčšine prípadov sa jedná o energeticky náročné riešenia, ktoré vyžadujú vysokú teplotu. Mnohí ste si možno položili otázku: Aká je ale úloha jadrového reaktora pri odsoľovaní? Odpoveď je možno jednoduchšia ako si to myslíte. Pri samotnom procese odsoľovania síce žiadna, avšak nesmieme zabudnúť na energetickú náročnosť odsoľovacích procesov, či sa jedná len o samotné napájanie elektrickej energie alebo vysokú teplotu. Samozrejme, zdrojom môže byť čokoľvek, uholná elektráreň, paroplynový cyklus alebo kotol na spaľovanie ropy. Nevýhodou fosílnych palív sú však emisie skleníkových plynov a ich nepredpokladateľná dostupnosť v nasledujúcich rokoch. Jadrový reaktor môže zabezpečiť elektrické napájanie samotných liniek, ale čo je dôležitejšie, v jadrovom reaktor vzniká veľké množstvo odpadového tepla, čo môže zabezpečiť aj potrebnú vysokú teplotu pre procesy odsoľovania.

Čo to je to „odpadové“ teplo? Je to tepelná energie, ktorá nie je v dôsledku účinnosti termodynamického procesu premeny tepla na elektrickú energiu využitá. V závislosti od typu elektrárne to môže byť na úrovni 50 – 70 % tepelného výkonu reaktora. Zoberme si príklad jadrovej elektrárne využívajúce reaktory typu VVER-440, ktoré máme aj na Slovensku. Nech je tepelný výkon týchto reaktorov 1471 MWt. Pri elektrickej účinnosti 32 % vzniká 1000 MWt nevyužitej tepelnej energie. V prípade našich elektrárni sa využíva hlavne na vykurovanie, ale ak je teplota tohto média dostatočne vysoká, môžeme túto energiu využiť aj na odsoľovanie morskej vody.
Priznávam, nejedná sa o žiadnu novinku. Potenciál jadrových reaktorov na odsoľovanie morskej vody bol preukázaný prevádzkou vyše 200 reaktorov. Priekopníkmi v tejto oblasti boli krajiny bývalého Sovietskeho zväzu. V Kazachstane v meste Aktau spustili v roku 1973 komplex Shevchenko, nachádzajúci sa na pobreží Kaspického mora. Tento závod na odsoľovanie využíval sodíkom chladený rýchly reaktor BN-350. Ďalšou významnou krajinou je Japonsko, ktoré pred udalosťami na elektrárni Fukushima Daichi v roku 2012 malo v prevádzke 53 jadrových reaktorov. Pre zabezpečenie lepšieho chladenia reaktora bola väčšina z nich umiestnená v prímorskej oblasti, čo ponúkalo možnosti aj pre odsoľovanie morskej vody. Prvý takýto závod spustili v Japonsku ešte v roku 1978. Závod mal kapacitu 1300 m3 pitnej vody denne. Do roku 2000 bolo v Japonsku sprevádzkovaných ďalších 9 zariadení v lokalitách Ikata, Genkai a Takahama. Väčšina z nich je v prevádzke dodnes. Podobné zariadenia boli prevádzkované aj v iných krajinách ako napríklad Pakistan a India.
Existuje niekoľko faktorov, ktoré priamo vplývajú na možnosti širšieho využitia jadrových reaktorov na odsoľovanie. Podľa prognóz MAAE dopyt po odsoľovaní morskej vody stúpa dvojnásobne každých 10 rokov. Najskôr sa s nevyhnutnou potrebou odsoľovania počíta v oblasti Severnej Afriky a Saudskej Arábie, ale neskôr aj v iných krajinách sveta. Nárastom cien fosílnych palív a taktiež so zvyšujúcim sa záujmom o emisie skleníkových plynov a ich vplyvu na klimatické zmeny sa obnovuje celosvetový záujem o nasadenie jadrovo energetických zdrojov pre odsoľovanie. Čoraz perspektívnejšími sa stávajú malé modulárne reaktory. Keďže sa jedná o modulárne jadrové zariadenia, nevyžadujú žiadnu špeciálnu infraštruktúru alebo dostupnosť zdrojov fosílnych surovín, čím prinášajú výhody aj pre rozvojové krajiny. Existuje niekoľko koncepcii modulárnych reaktorov pre odsoľovacie závody. Jedným z nich je reaktor SMART, vyvíjaný Kórejskou republikou. Napriek tomu, že ide o ľahkovodný reaktor s výkonom 330 MWt, príslušná linka by mala kapacitu 40 000 m3 pitnej vody denne a vyžadovala by výmenu paliva len raz za tri roky. Alternatívou sú aj reaktory štvrtej generácie, ktoré majú byť prevádzkované pri vysokých teplotách a okrem odsoľovania morskej vody môžu byť použité aj na produkciu vodíka.

Ako ste si určite všimli, názvom tohto blogu bola otázka. Je jadrová energia riešením kvality života? Jednoznačne na ňu odpovedať si netrúfam avšak si dovolím tvrdiť, že takéto aplikácie, o ktorých som sa vyššie zmieňoval, by sme darmo hľadali v prípade obnoviteľných zdrojov energie alebo fosílnych palív. Má to len jadrová energia ktorá sa efektívne využíva aj v pomeroch Slovenskej republiky. Treba však mať na pamäti, že pri využívaní jadrovej energie nesmieme uprednostniť ekonomické aspekty. Bezpečnosť musí byť vždy na prvom mieste, alebo ako by anglicky hovoriaci kolegovia povedali: „Safety first!“

Vytvorené s podporou Slovenských elektrární, a. s.
Autor: Štefan Čerba