Технеций незаменим в ядерной медицине, однако его высокая стоимость обусловлена сложностью производства. Ученые РХТУ им. Д.И. Менделеева во главе с коллегами разработали гораздо более простой и экономичный способ синтеза этого ценного металла.
Электрохимия вместо сложных реакций
Новаторский подход позволяет выделять металлический технеций с помощью электрического тока, пропускаемого через его растворы. Как сообщает пресс-служба РХТУ, этот перспективный метод открывает путь к извлечению элемента из отработанного ядерного топлива. Помимо медицинского применения, технеций станет ключом к синтезу драгоценного рутения. Результаты исследования представлены в июльском выпуске Journal of Electroanalytical Chemistry.
Ценный элемент из отходов
Радиоактивный технеций (Tc) в значительных количествах присутствует в отработанном ядерном топливе. Его метастабильный изотоп с коротким периодом полураспада (6 часов) широко используется в диагностике – только в США проводят свыше 10 миллионов процедур в год. Сейчас его получают непосредственно в клиниках, облучая молибденовые мишени нейтронами в портативных генераторах.
Упрощение дорогостоящего процесса
Выделение технеция из полученной смеси остается многоступенчатым, затратным и технически сложным. Теоретически упростить его могла бы электрохимия – осаждение током вместо химических реакций. Практическую реализацию этого подхода впервые продемонстрировала именно команда российских химиков.
Ключевое открытие профессора Кузнецова
«Технеций обладает множеством степеней окисления. После облучения мишени он преимущественно находится в высшей степени +7, а для дальнейшего использования оптимально выделять его как металл (степень 0)», – поясняет первый автор работы, профессор РХТУ Виталий Кузнецов. – «Нам было принципиально важно доказать саму возможность электроосаждения металлического технеция, поскольку литература описывает восстановление лишь до +4 или +3».
Преодоление сложностей
В экспериментах с солью KTcO4 (+7) ученые использовали платиновые электроды и напряжение до 1.6 В. В чистой воде получить металл не удавалось: образующаяся пленка оксидов блокировала электрод. Прорывным решением стало применение концентрированных ацетатных растворов, поддерживающих постоянный pH и сводящих нежелательные процессы к минимуму.
Прорыв в электрохимии технеция
Учёные первым делом убедительно продемстрировали электрохимическими методами способность соединений семивалентного технеция полностью восстанавливаться до нулевого состояния в заданных средах. Далее, применяя рентгеновскую спектроскопию, они кропотливо изучили природу покрытий на электродах после электролиза KTcO4. Радостное открытие: плёнки однозначно содержат технеций с минимальными оксидными примесями! Однако сам элемент проявил интересные свойства, сформировав не металлическую, а загадочную аморфную структуру.
Завораживающая сложность технеция
«Химия технеция невероятно многогранна и увлекательна, — делится профессор РХТУ. — Он обладает множеством степеней окисления и удивительной склонностью к созданию кластерных соединений с атомами разной валентности!»
«Вот яркий пример: ещё недавно господствовало мнение, что технециевая кислота сама по себе розовая или красная. Совсем недавно выяснилось: её потрясающий красный оттенок возникает из-за частичного распада с формированием пятивалентного технеция! Это лишний раз доказывает, как много нового предстоит изучить в её фундаментальной химии, и особенно в электрохимии. Наше исследование — важный шаг, доказавший саму возможность полного электрохимического восстановления технеция, пусть и с образованием не металла, а перспективного аморфного покрытия».
Отработанное топливо – кладезь ценных элементов
Работа велась на модельном растворе (KTcO4), но обнадёживает: разработанный подход с ацетатными растворами блестяще применим к реальным системам. Яркие примеры – переработка отработанного ядерного топлива, где технеций также присутствует в степени окисления +7, или получение метастабильного изотопа для ядерной медицины. После облучения молибденовой мишени технеций там также наличествует как Tc(+7). Таким образом, закономерности, изученные на упрощённой модели, станут надёжным маяком и подспорьем при работе со сложными многокомпонентными смесями, где прямые эксперименты затруднены!
Безопасность прежде всего при работе с технецием
«Пертехнетат калия (KTcO4) требует особой осторожности из-за своей радиоактивности», — поясняет Виталий Кузнецов.
«Бета-излучение у него слабое (плохая проникающая способность), но хорошая ионизирующая мощь. Внешне его легко экранировать — хватит и листа бумаги, но внутреннее заражение опасно. Главная трудность — пыль при измельчении. Поэтому столь важны надежные меры: защитные маски, перчатки, строгий дозиметрический контроль. Работа с KTcO4 сложна сама по себе, а эксперименты с короткоживущими метастабильными изотопами технеция, распадающимися за часы, требуют и вовсе высочайшего профессионализма». Как видите, приняты все передовые меры для безопасного изучения этого уникального элемента!
У инновационного метода электроосаждения технеция открывается удивительная двойная перспектива, выходящая далеко за рамки ядерной медицины и переработки отходов!
От редкого элемента к драгоценному металлу
Этот новаторский подход предлагает не просто извлечение ценнейшего технеция из отработанного ядерного топлива. Он прокладывает путь к получению рутения (Ru) — драгоценного металла платиновой группы! Уникальность в том, что сам технеций будет служить ключевым сырьём для его синтеза посредством ядерных реакций. Рутений, востребованный в современной электронике как никогда прежде, приобретал всё большую ценность из-за своей природной редкости. Это открывает поистине уникальные возможности для ресурсной независимости.
Путь к совершенству и внедрению
Прямо сейчас научные группы активно оптимизируют технологию, подбирая новые составы электролитов для электроосаждения. Цель — достичь высочайшего качества металлических покрытий из технеция. Это важный шаг для повышения эффективности всего процесса. Уверенность ученых в успехе настолько велика, что следующим этапом станет оформление патента на эту многообещающую технологию, открывающую доступ к драгоценному рутению!
Иллюстрация: Изображения головного мозга при болезни Альцгеймера, полученные с помощью изотопа технеция (Tc-99m)
Источник: scientificrussia.ru
