Российские ученые из РХТУ имени Д.И. Менделеева вместе с коллегами из других институтов нашли простой и дешевый метод синтеза технеция — дорогого и очень востребованного металла, который практически не встречается в природе. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Electroanalytical Chemistry.
Технеций — это радиоактивный элемент, который в большом количестве содержится в отработанном ядерном топливе. Его широко применяют в ядерной медицине как контрастную метку для диагностики внутренних органов и опухолей, но из-за сложного процесса получения он остается очень дорогим.
При этом для визуализации тканей нужен не простой технеций, а его особый, метастабильный изотоп с периодом полураспада всего шесть часов. Поэтому его получают прямо в клиниках с помощью портативных ядерных генераторов, в которых потоком нейтронов бомбардируются молибденовые мишени.
Российские химики предложили извлекать металл из отработанного ядерного топлива при помощи электрического тока, пропускаемого через растворы технеция.
“У технеция есть множество степеней окисления, и в смеси, получающейся после облучения молибденовой мишени, он преимущественно находится в своей высшей степени окисления +7. А выделять его лучше всего уже в виде металла со степенью окисления 0 — так с ним дальше можно будет делать что угодно”, — приводятся в пресс-релизе РХТУ слова первого автора работы, профессора Виталия Кузнецова.
Прежде всего исследователям нужно было установить, возможно ли в принципе электроосаждение металлического технеция. Для этого они взяли пертехнетат калия — соль KTcO4, в которой технеций имеет степень окисления +7, и опустили в ее раствор платиновые электроды, на которые подавали напряжение до 1,6 вольт.
Из обычного водного раствора получить металлический технеций невозможно: во время электролиза на поверхности электродов образуется пленка оксидов технеция, которая не проводит электрический ток и блокирует его дальнейшее восстановление до металла. Поэтому ученые подобрали другой электролит — вместо чистой воды использовали концентрированные растворы ацетатов, в которых поддерживался постоянный рН и нежелательные процессы были минимизированы.
В такой среде авторы смогли восстановить технеций до степени окисления 0 и осадить его в виде пленок на электроды. Правда рентгеновская спектроскопия показала, что технеций в этих пленках находится не в металлическом, а аморфном состоянии.
“Химия и тем более электрохимия технеция исследована еще очень плохо и было важно показать, что вообще существует принципиальная возможность получения полного электровосстановления технеция, пускай и с осаждением частично аморфного, а не полностью металлического покрытия”, — комментирует Кузнецов.
Ученые отмечают, что пока они работали не с реальным источником технеция — отработанным ядерным топливом, а с модельным составом KTcO4, в котором технеций присутствует в той же самой степени окисления +7. Ту же степень окисления имеет и метастабильный изотоп 99Тс для ядерной медицины, получаемый после облучения молибденовой мишени.
Сейчас ученые отрабатывают новые составы сред для проведения электроосаждения с получением более качественных металлических покрытий технеция.
Кстати у металлического технеция есть еще одно очень интересное применение. Посредством ядерных реакций из него можно синтезировать рутений — драгоценный металл платиновой группы, который все активней используют в электронике, в то время как его запасы в земной коре чрезвычайно ограничены.
