Nenápadný chemický prvok, ktorý zachraňuje milióny ľudských životov

22. sep. 2020 • Chemické vedy

Nenápadný chemický prvok, ktorý zachraňuje milióny ľudských životov

Technécium. Chemický prvok s protónovým číslom 43, rádioaktívny kov, ktorý sa rozpúšťa iba v koncentrovanej kyseline dusičnej a sírovej za vzniku kyseliny technečistej. V prírode sa takmer nevyskytuje. O tom, prečo si práve tento prvok zaslúži špeciálnu pozornosť, sme sa porozprávali s jadrovým fyzikom Slovenskej akadémie vied (SAV) Martinom Venhartom.

Zvedavosť a nadšenie vedcov, ako sú Segré, Perrier, Lawrence a Fermi, nás priviedli k tomu, že dnes poznáme v periodickej tabuľke prvkov jeden výnimočný. Kedysi mal meno mazúrium. Ako ho poznáme dnes?

Technécium je prvým chemickým prvkom, ktorý ľudia vytvorili v roku 1937. Carlo Perrier, jeden z dvojice objaviteľov, sa dlho z nového prvku netešil. V roku 1948 zomrel vo veku 62 rokov. Jeho spolupracovník Emilio Segré pokračoval v úspešnej kariére.

Technécium sa na Zemi takmer nenachádza, pretože všetky jeho izotopy sú rádioaktívne. Žijú oveľa kratšie než je vek Zeme. Teda všetko technécium, ktoré existovalo pri jej vzniku, sa už dávno rozpadlo. Odhaduje sa, že 1 kilogram uránovej rudy obsahuje asi 1 nanogram technécia. To pochádza zo štiepenia uránu. Jadrá izotopu 238U totiž vykazujú jav spontánneho štiepenia. Asi 5 % všetkých štiepení produkuje technécium. Ďalšie technécium sa dostalo do atmosféry pri skúškach jadrových zbraní v 20. storočí.

Vedec Paul Willard Merrill ale objavil čiary technécia v spektre hviezdy R Andromedae. Je to dôkaz, že sa tento prvok nachádza aj vo vesmíre?

Jednoznačne. Vďaka tomuto objavu sa definitívne preukázalo, že práve hviezdy sú tými „fabrikami“, ktoré vyprodukovali chemické prvky tak, ako ich poznáme. Technécium ale žije len veľmi krátko v porovnaní so životom hviezdy. Jeho prítomnosť svedčí o tom, že v procese života hviezdy vzniká a následne opäť zaniká.

Ako sám hovoríte, technécium bolo spočiatku pre vedcov kuriozitou. Prečo je to tak? Ako sa správa?

Jeho izotop technécium-99 má vzbudený stav, ktorý má dobu polpremeny 6 hodín. Takýto stav sa označuje ako metastabilný. Je to to isté atómové jadro, má však prebytok energie. Niečo ako nabitá batéria, ktorá postupne vyžaruje energiu do okolia v podobe gama žiarenia. V prípade technécia-99 má toto žiarenie energiu, ktorá je veľmi vhodná na detekciu štandardnými detektormi. Keďže technécium nie je prirodzenou súčasťou biochemických procesov, je rýchlo vylučované z organizmu. Práve toto upriamilo pozornosť lekárov na izotop technécium-99. Ten je takmer ideálnou voľbou pre rádiofarmaká, ktoré sú základom nukleárnej medicíny.

Martin Venhart, Zdroj: Ján Laštinec

Martin Venhart, Zdroj: Ján Laštinec 

Ako konkrétne môže tento prvok zachraňovať ľudské životy?

Napríklad môžeme použiť látku, ktorá sa prirodzene hromadí v nádorových tkanivách a sledovať, z ktorých miest organizmu prichádza žiarenie. Avšak použitie metód nukleárnej medicíny zďaleka nie je limitované na onkologické ochorenia. Odhaduje sa, že okolo 80 percent rádiofarmák je založených na izotope technécium-99 a ročne okolo 30 miliónov pacientov podstúpi vyšetrenie pomocou technécia-99. Lekári dnes dokážu pripraviť rádiofarmakum priamo na mieste pomocou tzv. technéciového generátora. Zhruba raz za týždeň je nutné doplniť molybdén-99, ktorý je tiež rádioaktívny a svojou premenou produkuje práve technécium-99.

S tým je ale problém, pretože sa vyrába v jadrových reaktoroch ožarovaním vysoko obohateného uránu.

A takýto urán možno zneužiť na konštrukciu jadrových zbraní, preto sú nevyhnutné veľmi prísne bezpečnostné opatrenia. V súčasnosti existujú vo svete len štyri veľké reaktory, v ktorých sa vyrába molybdén-99. Sú to holandský reaktor HFR v Pettene, ktorý je lídrom európskej produkcie, francúzsky reaktor Osiris v Saclay, belgický reaktor BR-2 v Mole a juhoafrický reaktor Safari-1 vo výskumnom centre Pelindaba. Existujúce reaktory sú už dosť staré a pomaly sa približujú k hranici svojej životnosti.

Technéciovú krízu sme tu už mali v roku 2009. Čo sa vtedy stalo?

Nastal akútny svetový nedostatok molybdénu-99. V priebehu roku 2008 došlo k plánovanej odstávke reaktoru HRF v Pettene, ktorý v tej dobe pokrýval zhruba 33 percent svetovej produkcie. Nasledovali plánované odstávky ďalších, v jednej chvíli bol tak na celej planéte jediný producent, a to juhoafrický reaktor Safari-1. V tejto krízovej situácii bolo nevyhnutné preveriť možnosti na produkciu molybdénu-99 v menších reaktoroch. Avšak až do návratu produkcie vo veľkých reaktoroch v lete roku 2010 sa svet musel zaobísť bez dostatočného množstva technécia-99. Kvôli tomu museli byť odoprené mnohým pacientom vyšetrenia pomocou tohto izotopu. Niektoré vyšetrenia síce mohli byť nahradené alternatívnymi metódami, napríklad pozitrónovou emisnou tomografiou, ktorá je však výrazne drahšia. Väčšina vyšetrení musela byť odložená alebo zrušená. Rozhodne nie je vylúčené, že pre niektorých pacientov to mohlo mať fatálne následky.

Ako sa dnes môžeme poučiť z tohto krízového vývoja? Bude do budúcna dostatok technécia na to, aby pomohlo všetkým pacientom, ktorí to budú potrebovať?

Na konci roku 2010 sa po opätovnom spustení reaktorov situácia vrátila do normálu. Zostalo však mnoho otázok. Jedna z nich znie, či sa môže kríza zopakovať. Odpoveď je jednoznačná. Určite áno a pravdepodobne čoskoro, a to z dôvodov, ktorú sú uvedené vyššie. Existuje v tejto situácii riešenie? Odpoveď na túto otázku hľadajú mnohí lekári, špecialisti a veľké inštitúcie vrátane IAEA (Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu) a OECD (Organizácia pre hospodársku spoluprácu a rozvoj). Riešení je síce hneď niekoľko, ale ani jedno z nich nie je priamočiare. Prvým by bolo vybudovanie nových veľkých výskumných reaktorov, ktoré by nahradili štvoricu hlavných producentov. V Európe by mali byť čoskoro uvedené do prevádzky reaktory Jules Horowitz vo francúzskom Cadarache a Pallas v Holandsku. Avšak v oboch prípadoch bude opustená technológia využívajúca vysoko obohatený urán-235. Z toho automaticky vyplýva výrazne nižšia produkcia, tým pádom vyššia cena.

V roku 2009 sa ale ukázalo, že riešením je aj rozšírenie existujúcej siete malých výskumných reaktorov.

Áno, to je druhá možnosť. Treťou možnosťou by bolo rozšírenie alternatívnych spôsobov produkcie, či už pomocou reaktorov, alebo urýchľovačov. V každom prípade budú tieto metódy výrazne drahšie. Molybdén-99 alebo priamo technécium-99 nie je možné produkovať v štandardných cyklotrónoch určených na výrobu rádiofarmák, keďže energia častíc, ktoré sú schopné dosiahnuť, je nedostatočná. Ďalšou cestou by bolo použitie iných, dostupnejších izotopov. Tým by ale nukleárna medicína stratila všetky výhody, ktoré jej technécium prináša. Nemožno úplne vylúčiť ani možnosť, že vzniknutá situácia dokáže stlačiť dolu cenu vyšetrení pomocou pozitrónovej emisnej tomografie. Tá poskytuje lekárom ďaleko ostrejší a presnejší obraz, je však výrazne drahšia.

Prečo vás ako jadrového fyzika tak zaujalo práve technécium?

Príbeh technécia-99 je jedným z najúžasnejších príkladov toho, ako môže základný výskum meniť a výrazne zlepšovať náš život. Na úplnom začiatku nebolo technécium nič iné ako vedecká kuriozita. Dnes vyšetrenie pomocou neho ročne podstupujú desiatky miliónov pacientov po celom svete.

Monika Tináková

Foto: istockphoto.com, Ján Laštinec  

Hore
Vedecká cukráreň 10/2020
Veda v CENTRE 10/2020
sutaz FB TVT 2020
Noc výskumníkov 2020
Veda v CENTRE / Vedecká kaviareň 9/2020
Quark_10/2020
TVT2020 prihlasovanie
Agrofilm
Aurelium - centrum vedy
Quark 25 rokov
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Uhlík je v prírode najrozšírenejší prvok a je súčasťou tisícov chemických zlúčenín.
Zistite viac