Plutonium

Pavel Foltýn

Plutonium je radioaktivní kovový prvek stříbřitě bílé barvy, která se působením vzdušného kyslíku mění na šedavou. Plutonium bylo poprvé připraveno roku 1940 bombardováním ²³⁸U neutrony současně dvěma vědeckými týmy. V jaderné laboratoří v Berkeley na kalifornské universitě jej připravili Edwin M. McMillan a Philip Abelson a v britské Cambridgi ohlásili jeho přípravu Norman Feather a Egon Bretscher. Příprava a izolace čistého kovu se uskutečnila 23. února 1941 v Berkeley bombardováním uranu jádry deuteria v cyklotronu. Jako autoři tohoto experimentu jsou označováni Glenn T. Seaborg, McMillan, J. W. Kennedy, a A. C. Wahl. Vzhledem k probíhající druhé světové válce byly výsledky tohoto bádání udržovány v tajnosti, zvláště proto, že jedna ze dvou atomových bomb svržených USA na Japonsko byla vyrobena právě z plutonia.

Elementární plutonium je pokládáno za jednu z nejtoxičtějších anorganických látek. Podle některých údajů mohou být již mikrogramová množství tohoto prvku smrtelně jedovatá pro člověka, pokud se dostanou do krevního oběhu. Jiné zdroje však tvrzení o extrémní toxicitě kovového plutonia považují za tendenčně nadhodnocené a používané především skalními odpůrci využití jaderné energetiky. Je nejrizikovější z těžkých prvků. první jaderné elektrárny byly v podstatě továrny na výrobu tohoto prvku pro vojenské účely. Mohutně se kumuluje v kostech a už nepatrné množství (zlomky mg na jednoho člověka) vyvolává vznik mnohočetných zhoubných nádorů, jejichž prognóza je více než špatná.[1]

Radiačně nebezpečný je především izotop ²⁴⁰Pu, který jako β-zářič má daleko negativnější dopad na lidské zdraví než zbylé izotopy plutonia, zářiče α. Je pochopitelné, že mimořádné nebezpečí by hrozilo při nastartování řetězové štěpné reakce, kdy se plutonium stává zdrojem silného neutronového toku. K tomu však může dojít pouze při neopatrné manipulaci s většími objemy čistého plutonia a traduje se, že při počátcích výzkumu plutonia v laboratořích v Berkeley skutečně několikrát došlo k vysoké expozici pracovníků neutrony, někdy i se smrtelnými následky.

V současné době právě začínají pokusy se spalováním plutonia, které bylo součástí rozebraných sovětských a amerických jaderných bomb, v kanadských jaderných reaktorech CANDU, které lze velice jednoduše adaptovat na téměř jakékoliv jaderné palivo. Tohoto nyní nepotřebného plutonia jsou velké zásoby, je nebezpečí, že by mohlo padnout do rukou teroristům. Proto se zkoumá možnost, jak ho zlikvidovat a přitom ještě získat užitečnou energii. Zatím bylo do Kanady přivezeno jen několik set gramů plutonia z obou zemí. I tento pokusný program má mnoho odpůrců, kteří se obávají velké toxicity plutonia, kdyby se náhodou při nějaké dopravní nehodě uvolnilo do ovzduší. Kritikové říkají, že si oba soupeři z dob studené války mají nechat svoje plutonium doma. Ve světle výše uvedené zprávy o Port Radium se ale zdá, že alespoň to americké plutonium by se, byť v hodné pozměněné formě, vlastně vracelo domů do Kanady, pokud by se jeho spalování tady rozjelo naplno.[1]

Další metodou likvidace, která je právě zkoumána, je BIOLOGICKÁ SANACE PLUTONIA POMOCÍ MIKROBŮ. Američtí vědci z národní laboratoře v Los Alamos poprvé prokázali, že mikroorganismus může odstranit plutonium využitím stejného mechanismu, jakého se používá při vstřebávání (absorpci) železa. Jejich objev by mohl mít dalekosáhlé dopady na budoucí programy biologické sanace a mohl by umožnit přesnější předpovědi reakce Pu a jiných aktinidů s okolním prostředím.

Éra studené války, charakteristická velkou výrobou zbraní, zanechala silně znečištěnou půdu a podzemní vody na stanovištích amerického ministerstva energetiky. Pracovníci tohoto ministerstva uvádějí, že i když Pu je jedním z nejtoxičtějších radionuklidů ve znečištěných stanovištích, bylo při výzkumu biologické sanace až dosud většinou ignorováno. Výzkumníci na vysvětlenou uvádějí, že jde o chemický komplex, se kterým se obtížně manipuluje. Laboratoř v Los Alamos se však do tohoto obtížného úkolu pustila.

Výzkumný tým studoval chování mikroorganismu Microbacterium flavencens (M.f.), který je relativně běžným mikroorganismem. M.f. vstřebává nutriční železo po způsobu sideroforu (siderofor je sloučenina chelatizující železo v buňkách mnoha druhů bakterií). Ačkoliv některé druhy mikroorganismů mohou produkovat siderofory, neschopnost M.f. je vytvářet umožnila výzkumníkům přesně kontrolovat koncentraci sideroforů v jejich experimentu.Dotyčný výzkumný tým již dříve zjistil podivuhodnou podobnost struktury komplexu, který vytváří železo se siderofory se strukturou komplexu plutonium – siderofor, což je vedlo k úvaze, že tato bakterie by mohla odstraňovat Pu. Při studii použili siderofordesferrioxamin B (BFOB), v kombinaci s Pu, železem (Fe) a uranem (U). Výzkumníci inkubovali jednotlivé komplexy Pu(IV)-DFOB, Fe(III)-DFOB a U(VI)-DFOB s touto bakterií, poté připravili zásobní roztoky kovů s “jehličkami radionuklidů” a měřili úbytek jednotlivých prvků.

Tým zjistil, jak se ostatně předpokládalo, že M.f. odstranila Pu, i když mnohem pomalejším tempem, než absorbovala Fe. Dále zjistili, že tyto dva komplexy, (Pu-DFOB a Fe-DFOB) se navzájem inhibují (tlumí, zpomalují), což tedy znamená vzájemnou konkurenci v transportním mechanismu mikrobu. Důležité je také zjištění, že mikroorganismy nereagovaly na uran, zřejmě vzhledem k rozdílnosti komplexů Fe-siderofor a U-siderofor.Není žádný důvod k přesvědčení, že M.f. je jediná bakterie schopná odstraňovat Pu s využitím sideroforů, Ve skutečnosti interakce Pu-DFOB s M.f. “představuje potenciálně obecný (univerzální) systém” a platí hypotéza, že jiné bakterie, houby a dokonce rostliny budou také s to absorbovat Pu. Výzkum M.f. ukazuje hlavní cestu pro environmentální mobilitu a vstup do potravinového řetězce obsahujícího Pu.

G. Sayler, profesor mikrobiologie na University of Tennessee, souhlasí s názorem, že schopnost mikrobu bioakumulovat Pu není omezena na M.f. Téměř všechny mikroby, dokonce i patogeny, se v okolním prostředí aktivně pídí po železe. K zachycení tohoto stopového prvku mnohé vyvíjejí siderofory nebo parazitují na sideroforech jiných organismů. Avšak, jak Sayler dodává, i když typ siderofor (DFOB), studovaný dotyčným výzkumným týmem, je hojně rozšířen, existují i jiné třídy sideroforů, které nemusí vykazovat stejnou schopnost přepravovat (odstraňovat) Pu.Sayler zdůraznil ekologický význam popisovaného výzkumu, v němž Fe a Pu zřetelně navzájem soutěží o stejný mechanismus absorpce. Ty organismy, které absorbují Pu snadněji a rychleji než Fe, budou méně úspěšné a výsledkem bude změna mikrobiálního prostředí.

Uvedený výzkum také otevírá dveře novým aplikacím v biologické sanaci a je označován za “průlom”, vnášející nové myšlenky do zdolávání ochranné obálky plutonia. Výzkumníci tedy začínají přemýšlet o dalších možnostech izolace Pu z životního prostředí. [2]

Na závěr je možno poukázat na některé případy ze světa, které je možno pochopit buď jako pouhou zajímavost, nebo také jako varování a třeba i motivaci k dalším výzkumům v této oblasti. Množství plutonia vyskytujícího se v přírodě přirozeně je zanedbatelné. Avšak stále se opakující pokusy o jeho zneužití vedou k zamyšlení a k velké opatrnosti.

V roce 1990 byly známy čtyři případy nelegálního obchodu s jadernými materiály, 158 případů v roce 1992, 241 v roce 1993 a několik set případů v roce 1994. Většinou se jednalo o materiály z ruského jaderného průmyslu, jaderných výzkumných ústavů a zdravotnických zařízení. Znepokojující je trend zvyšujícího se množství zadrženého radioaktivního materiálu, vhodného pro konstrukci jaderných zbraní. V roce 1992 se jednalo o mikrogramová množství plutonia ze zdrojů ionizujícího záření, v roce 1994 5,6 g plutonia v německém Tengenu, potom 560 g směsi plutonium/uran v Mnichově, obsahující více než 400 g plutonia, a konečně 2,722 kg vysoce obohaceného uranu (do 87,7 %) ve formě uranu dioxidu v roce 1994 v Praze [6]. V prosinci 1998 ruská bezpečnostní služba zachytila pokus odvést 18,5 kg radioaktivních materiálů, které by mohly být použity pro výrobu jaderných zbraní. Ruští oficiální činitelé tento pokus potvrdili v listopadu 1999. I když ruská vláda neuvolnila informace o typu tohoto materiálu, lze z některých náznaků předpokládat, že se jednalo buď o plutonium, nebo vysoce obohacený uran [3].

V říjnu byly zveřejněny doposud utajené informace o nehodě ve španělském Centru jaderné energie (Madrid). Došlo k ní roku 1970, kdy z centra uniklo do řeky Manzanares 40 až 80 litrů vysoce radioaktivní kapaliny s obsahem stroncia-90, césia-137, rhutenia-106 a izotopů plutonia. Následná měření zjistila na některých místech v okolí Maridu radioaktivní dávky milionkrát přesahující povolený roční limit. Poblíž Toleda, které leží 90 km po proudu, byly naměřeny dávky 10 000 krát vyšší. Zvýšená aktivita byla naměřena dokonce i v Lisabonu, kde se řeka vlévá do moře. Vláda tehdy rozhodla o přísnému utajení nehody, takže veřejnost nebyla nikdy varována.

Protože se voda z řeky používá k zavlažování polí, měsíc po havárii nalezl utajený průzkum 48 vysoce kontaminovaných míst na pozemcích kolem řeky. Vláda tehdy takto zasažené pozemky vykoupila, avšak zemědělci používali vodu z řeky i nadále. [4]

Zdroje:

[1] Wikipedia server: http://cs.wikipedia.org/wiki/Plutonium

[2] Zanders, J. P.: Assessing the Risk of Chemical and Biological Weapons Proliferation to Terrorists. The Nonproliferation Review, Fall 1999, p. 17 - 34.

[3] ESET, 2001, č. 15, s. 314A–315A

[4] El Paris (Španělsko), 24. říjen 1994 [in: WISE NC 421, 4. listopad 1994]