Технеций - Technetium

Технеций,₄₃Tc

Технеций
Произношение	/тɛkˈпяʃяəm/ ​(тек-NEE-ши-м )
Внешность	блестящий серый металл
Массовое число	[97]
Технеций в периодическая таблица
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон Mn ↑ Tc ↓ Re молибден ← технеций → рутений
Атомный номер (Z)	43
Группа	группа 7
Период	период 5
Блокировать	d-блок
Категория элемента	Переходный металл
Электронная конфигурация	[Kr ] 4d5 5 с2
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 13, 2
Физические свойства
Фаза вSTP	твердый
Температура плавления	2430 K (2157 ° С, 3915 ° F)
Точка кипения	4538 К (4265 ° С, 7709 ° F)
Плотность (возлеr.t.)	11 г / см3
Теплота плавления	33.29 кДж / моль
Теплота испарения	585,2 кДж / моль
Молярная теплоемкость	24,27 Дж / (моль · К)
Давление газа (экстраполировано) п (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. вТ (K) 2727 2998 3324 3726 4234 4894
Атомные свойства
Состояния окисления	−3, −1, 0, +1,[1] +2, +3,[1] +4, +5, +6, +7 (сильно кислый окись)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,9
Энергии ионизации	1-я: 702 кДж / моль 2-я: 1470 кДж / моль 3-я: 2850 кДж / моль
Радиус атома	эмпирические: 136вечера
Ковалентный радиус	147 ± 19 часов
Спектральные линии технеция
Другие свойства
Естественное явление	от разложения
Кристальная структура	​шестиугольный плотно упакованный (ГПУ)
Скорость звука тонкий стержень	16200 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение	7,1 мкм / (м · К)[2] (вr.t.)
Теплопроводность	50,6 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление	200 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	Парамагнитный
Магнитная восприимчивость	+270.0·10−6 см3/ моль (298 К)[3]
Количество CAS	7440-26-8
История
Прогноз	Дмитрий Менделеев (1871)
Открытие и первая изоляция	Эмилио Сегре и Карло Перье (1937)
Главный изотопы технеция
Изотоп Изобилие Период полураспада (т1/2) Режим распада Продукт 95 кв.м.Tc син 61 дн ε 95Пн γ – ЭТО 95Tc 96Tc син 4,3 дня ε 96Пн γ – 97Tc син 4.21×106 у ε 97Пн 97 кв.м.Tc син 91 дн ЭТО 97Tc 98Tc син 4.2×106 у β− 98RU γ – 99Tc след 2.111×105 у β− 99RU 99мTc син 6.01 ч ЭТО 99Tc γ –
Категория: Технеций Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Технеций это химический элемент с символ Tc и атомный номер 43. Это самый легкий элемент, все изотопы которого радиоактивный, ни один из которых не стабильный кроме полностью ионизированного состояния ⁹⁷Tc.^[4] Практически весь доступный технеций производится в виде синтетический элемент. Технеций, встречающийся в природе, является спонтанным продукт деления в урановая руда и торий руда, наиболее распространенный источник или продукт захват нейтронов в молибден руды. Серебристо-серый, кристаллический переходный металл лежит между марганец и рутений в группа 7 из периодическая таблица, а его химические свойства являются промежуточными между свойствами обоих соседних элементов. Наиболее распространенный изотоп природного происхождения - это ⁹⁹Тс, только в следах.

Многие свойства технеция были предсказаны Дмитрий Менделеев до того, как это было обнаружено. Менделеев заметил пробел в своей периодической таблице и дал неоткрытому элементу предварительное название экаманганец (Эм). В 1937 году технеций (в частности, технеций-97 изотоп) стал первым произведенным преимущественно искусственным элементом, отсюда и его название (от греч. τεχνητός, что означает «Ремесло или искусство», + -ium ).

Один недолговечный гамма-луч -излучающий ядерный изомер, технеций-99m, используется в ядерная медицина для самых разных тестов, например, для диагностики рака костей. Основное состояние нуклид технеций-99 используется как свободный от гамма-излучения источник бета-частицы. Долгожитель изотопы технеция производимые в промышленных масштабах являются побочными продуктами деление из уран-235 в ядерные реакторы и извлекаются из стержни ядерного топлива. Потому что ни один изотоп технеция не имеет период полураспада более 4,21 миллиона лет (технеций-97 ), обнаружение в 1952 г. технеция в красные гиганты помог доказать, что звезды могут производить более тяжелые элементы.

История

Искать элемент 43

С 1860-х по 1871 год ранние формы периодической таблицы, предложенные Дмитрий Менделеев содержал разрыв между молибден (элемент 42) и рутений (элемент 44). В 1871 году Менделеев предсказал, что этот недостающий элемент займет пустое место ниже. марганец и имеют аналогичные химические свойства. Менделеев дал ему временное название экаманганец (из эка-, то санскрит слово для один) потому что предсказанный элемент был на одну позицию ниже известного элемента марганца.^[5]

Ранние ошибочные определения

Многие ранние исследователи, как до, так и после публикации таблицы Менделеева, стремились первыми открыть и назвать недостающий элемент. Его расположение в таблице предполагает, что его будет легче найти, чем другие неоткрытые элементы.

Невоспроизводимые результаты

Periodisches System der Elemente (1904–1945, ныне Гданьский технологический университет ): недостаток элементов: 84 полоний Po (хотя обнаружен еще в 1898 г. Мария Склодовская-Кюри ), 85 астатин At (1940, в Беркли), 87 франций Fr (1939, во Франции), 93 нептуний Np (1940, в Беркли) и другие актиниды и лантаноиды. Старые символы для: 18 аргона Ar (здесь: A), 43 технеция Tc (Ma, masurium, 1925, отклонено как ошибка и окончательно подтверждено в 1937 году, Палермо), 54 ксенона Xe (X), 86 радона, Rn (Em, эманация)

Немецкие химики Уолтер Ноддак, Отто Берг, и Ида Таке сообщил об открытии элементов 75 и 43 в 1925 году и назвал элемент 43 мазурий (после Мазурия на востоке Пруссия, Сейчас в Польша, регион происхождения семьи Уолтера Ноддака).^[8] Группа обстреляла колумбит с лучом электроны и выведенный элемент 43 присутствовал, исследуя рентгеновский снимок выброс спектрограммы.^[9] В длина волны производимого рентгеновского излучения связано с атомным номером формула полученный Генри Мозли в 1913 году. Команда утверждала, что обнаружила слабый рентгеновский сигнал на длине волны, создаваемой элементом 43. Более поздние экспериментаторы не смогли повторить открытие, и многие годы это было отклонено как ошибка.^[10][11] Тем не менее, в 1933 году в серии статей об открытии элементов упоминалось имя мазурий для элемента 43.^{[12][примечание 1]} Обнаружила ли команда 1925 года элемент 43, все еще обсуждается.^[13]

Официальное открытие и более поздняя история

В открытие элемента 43 было окончательно подтверждено в эксперименте 1937 г. Университет Палермо на Сицилии Карло Перье и Эмилио Сегре.^[14] В середине 1936 года Сегре впервые посетил Соединенные Штаты. Колумбийский университет в Нью-Йорке, а затем Национальная лаборатория Лоуренса Беркли В Калифорнии. Он убедил циклотрон изобретатель Эрнест Лоуренс позволить ему забрать утилизированные части циклотрона, которые стали радиоактивный. Лоуренс отправил ему молибден фольга, бывшая частью дефлектора в циклотроне.^[15]

Сегре обратился к своему коллеге Перье, чтобы попытаться доказать с помощью сравнительной химии, что активность молибдена действительно связана с элементом с атомным номером 43. В 1937 году им удалось изолировать изотопы технеций-95m и технеций-97.^[16][17] Должностные лица Университета Палермо хотели, чтобы они назвали свое открытие "Panormium", после латинский имя для Палермо, Панормус. В 1947 г.^[16] элемент 43 был назван в честь Греческий слово τεχνητός, что означает «искусственный», поскольку это был первый элемент, созданный искусственно.^[6][8] Сегре вернулся в Беркли и встретил Гленн Т. Сиборг. Они изолировали метастабильный изотоп технеций-99m, который ежегодно используется примерно в десяти миллионах медицинских диагностических процедур.^[18]

В 1952 году астроном Пол В. Меррилл в Калифорнии обнаружили спектральная подпись технеция (в частности длины волн из 403,1нм, 423,8 нм, 426,2 нм и 429,7 нм) в свете от S-образный красные гиганты.^[19] Звезды были близки к концу своей жизни, но были богаты короткоживущим элементом, что указывало на то, что он производился в звездах с помощью ядерные реакции. Эти данные подтвердили гипотезу о том, что более тяжелые элементы являются продуктом нуклеосинтез в звездах.^[17] Совсем недавно такие наблюдения показали, что элементы образованы захват нейтронов в s-процесс.^[20]

После этого открытия было много поисков природных источников технеция в земных материалах. В 1962 году технеций-99 был выделен и идентифицирован в уран от Бельгийское Конго в очень малых количествах (около 0,2 нг / кг),^[20] откуда он берет свое начало как спонтанное деление продукт уран-238. В Окло естественный ядерный реактор деления содержит доказательства того, что значительные количества технеция-99 были произведены и с тех пор распались на рутений-99.^[20]

Характеристики

Физические свойства

Технеций - серебристо-серый радиоактивный металл с внешним видом похожим на платина, обычно получают в виде серого порошка.^[21] В Кристальная структура чистого металла шестиугольник плотно упакованный. Атомарный технеций имеет характерную эмиссионные линии в длины волн из 363,3нм, 403,1 нм, 426,2 нм, 429,7 нм и 485,3 нм.^[22]

Металлическая форма слегка парамагнитный, имея в виду его магнитные диполи согласовать с внешним магнитные поля, но примет случайную ориентацию после удаления поля.^[23] Чистый, металлический, монокристаллический технеций становится сверхпроводник II типа при температуре ниже 7,46K.^{[заметка 2][24]} Ниже этой температуры технеций имеет очень высокую глубина магнитного проникновения, больше любого другого элемента, кроме ниобий.^[25]

Химические свойства

Технеций находится в седьмая группа периодической таблицы, между рений и марганец. Как и было предсказано периодический закон, его химические свойства находятся между этими двумя элементами. Из этих двух технеций больше похож на рений, особенно по его химической инертности и склонности к образованию ковалентные связи.^[26] В отличие от марганца, технеций не образует легко катионы (ионы с чистым положительным зарядом). Технеций экспонирует девять состояния окисления от −1 до +7, причем наиболее распространенными являются +4, +5 и +7.^[27] Технеций растворяется в царская водка, азотная кислота, и концентрированный серная кислота, но не растворяется в соляная кислота любой концентрации.^[21]

Металлический технеций медленно тускнеет во влажном воздухе^[27] а в виде порошка горит в кислород.

Технеций может катализировать разрушение гидразин к азотная кислота, и это свойство связано с множеством валентностей.^[28] Это вызвало проблему отделения плутония от урана в переработка ядерного топлива, где гидразин используется в качестве защитного восстановителя для сохранения плутония в трехвалентном, а не в более стабильном четырехвалентном состоянии. Проблема усугублялась взаимно усиленной экстракцией технеция и циркония растворителями на предыдущем этапе.^[29] и требовала модификации процесса.

Соединения

Пертехнетат и производные

Пертехнетат - одна из наиболее доступных форм технеция. Это структурно связано с перманганат.

Наиболее распространенной и легко доступной формой технеция является пертехнетат натрия, Na [TcO₄]. Большая часть этого материала образуется в результате радиоактивного распада из [⁹⁹МоО₄]²⁻:^[30][31]

[⁹⁹МоО₄]²⁻ → [⁹⁹TcO₄]⁻ + γ

Пертехнетат (тетроксидотехнетат) TcO⁻
₄ ведет себя аналогично перхлорату, оба из которых являются четырехгранный. В отличие от перманганат (MnO⁻
₄), это лишь слабый окислитель.

Связанный с пертехнетатом гептоксид. Это бледно-желтое летучее твердое вещество образуется в результате окисления металла Tc и связанных с ним прекурсоров:

4 Тс + 7 О₂ → 2 Тс₂О₇

Это очень редкий пример молекулярного оксида металла, другие примеры OsO₄ и RuO₄. Он принимает центросимметричный структура с двумя типами связей Tc-O с длинами связей 167 и 184 пм.^[32]

Гептоксид технеция гидролизуется до пертехнетат и пертехнетовая кислота, в зависимости от pH:^[33]

^[34]

Tc₂О₇ + 2 ОН⁻ → 2 TcO₄⁻ + H₂О

Tc₂О₇ + H₂O → 2 HTcO₄

HTcO₄ сильная кислота. В концентрированном серная кислота, [TcO₄]⁻ переходит в октаэдрическую форму TcO₃(ОХ₂O)₂, сопряженное основание гипотетической тройкикомплекс AQUO [TcO₃(ЧАС₂O)₃]⁺.^[35]

Другие производные халькогенидов

Технеций образует диоксид,^[36] дисульфид, диселенид, и дителлурид. Неопределенный Tc₂S₇ формы при лечении pertechnate с сероводородом. Термически разлагается на дисульфид и элементарную серу.^[37] Аналогичным образом диоксид может быть получен путем снижения Tc.₂О₇.

В отличие от рения, триоксид технеция не выделен. Однако TcO₃ был идентифицирован в газовой фазе с использованием масс-спектрометрии.^[38]

Простые гидридные и галогенидные комплексы

Технеций образует простой комплекс TcH²⁻
₉. Калийная соль изоструктурный с ReH²⁻
₉.^[39]

Известны следующие бинарные (содержащие всего два элемента) галогениды технеция: TcF₆, TcF₅, TcCl₄, TcBr₄, TcBr₃, α-TcCl₃, β-TcCl₃, TcI₃, α-TcCl₂, и β-TcCl₂. В состояния окисления варьируются от Tc (VI) до Tc (II). Галогениды технеция имеют различные типы структур, такие как молекулярные октаэдрические комплексы, протяженные цепи, слоистые листы и металлические кластеры, расположенные в трехмерной сети.^[40][41] Эти соединения получают путем объединения металла и галогена или менее прямыми реакциями.

TcCl₄ получают хлорированием металла Tc или Tc₂О₇ При нагревании TcCl₄ дает соответствующие хлориды Tc (III) и Tc (II).^[41]

TcCl₄ → α-TcCl₃ + 1/2 Cl₂

TcCl₃ → β-TcCl₂ + 1/2 Cl₂

TcCl₄ образует цепочечные структуры, подобные поведению некоторых других тетрахлоридов металлов.

Структура TcCl₄ состоит из бесконечных зигзагообразных цепочек TcCl с общими ребрами₆ октаэдры. Изоморфен тетрахлоридам переходных металлов цирконий, гафний, и платина.^[41]

Два полиморфа трихлорид технеция существуют, α- и β-TcCl₃. Полиморф α также обозначается как Tc₃Cl₉. Он принимает конфациальный биоктаэдрическая структура.^[42] Его получают путем обработки хлорацетата Tc₂(O₂CCH₃)₄Cl₂ с HCl. Нравиться Re₃Cl₉, структура α-полиморфа состоит из треугольников с короткими расстояниями M-M. β-TcCl₃ имеет октаэдрические центры Tc, которые организованы попарно, что также видно для трихлорид молибдена. TcBr₃ не принимает структуру ни одной трихлоридной фазы. Вместо этого он имеет структуру трибромид молибдена, состоящий из цепочек конфациальных октаэдров с чередующимися короткими и длинными контактами Tc — Tc. TcI₃ имеет ту же структуру, что и высокотемпературная фаза TiI₃ с цепочками конфасиальных октаэдров с равными контактами Tc — Tc.^[41]

Известно несколько анионных галогенидов технеция. Бинарные тетрагалогениды можно превратить в гексагалогениды [TcX₆]²⁻ (X = F, Cl, Br, I), которые принимают октаэдрическая молекулярная геометрия.^[20] Более восстановленные галогениды образуют анионные кластеры со связями Tc – Tc. Аналогичная ситуация и для родственных элементов Mo, W, Re. Эти кластеры обладают ядерностью Tc₄, Tc₆, Tc₈, а Tc₁₃. Более стабильный Tc₆ и Tc₈ кластеры имеют форму призмы, где вертикальные пары атомов Tc соединены тройными связями, а плоские атомы - одинарными. Каждый атом технеция образует шесть связей, а оставшиеся валентные электроны могут быть насыщены одной осевой и двумя мостиковый лиганд атомы галогена, такие как хлор или же бром.^[43]

Координационные и металлоорганические комплексы

Технеций (99mTc) сестамиби («Кардиолит») широко используется для визуализации сердца.

Технеций образует множество координационные комплексы с органическими лигандами. Многие из них были хорошо изучены в связи с их актуальностью ядерная медицина.^[44]

Технеций образует различные соединения со связями Tc – C, то есть комплексы технеция. Заметными представителями этого класса являются комплексы с CO, ареновыми и циклопентадиенильными лигандами.^[45] Бинарный карбонил Tc₂(CO)₁₀ представляет собой белое летучее твердое вещество.^[46] В этой молекуле два атома технеция связаны друг с другом; каждый атом окружен октаэдры пяти карбонильных лигандов. Длина связи между атомами технеция 303 пм,^[47][48] значительно больше, чем расстояние между двумя атомами в металлическом технеции (272 пм). Похожий карбонилы образуются технецием сородичи, марганец и рений.^[49] Интерес к технеорганическим соединениям также был мотивирован их применением в ядерная медицина.^[45] В отличие от карбонилов других металлов, Tc образует акво-карбонильные комплексы, среди которых выделяется [Tc (CO)₃(ЧАС₂O)₃]⁺.^[45]

Изотопы

Технеций, с атомный номер Z = 43, это элемент с наименьшим номером в периодической таблице, для которого все изотопы радиоактивный. Второй по весу исключительно радиоактивный элемент, прометий, имеет атомный номер 61.^[27] Атомные ядра с нечетным числом протоны менее стабильны, чем с четными числами, даже если общее количество нуклоны (протоны + нейтроны ) даже,^[50] и элементы с нечетными номерами имеют меньше стабильных изотопы.

Самый стабильный радиоактивные изотопы технеций-97 с период полураспада 4,21 миллиона лет, технеций-98 - 4,2 миллиона лет и технеций-99 - 211100 лет.^[51] Тридцать других радиоизотопов были охарактеризованы как массовые числа от 85 до 118.^[52] У большинства из них период полураспада составляет менее часа, за исключением технеция-93 (2,73 часа), технеция-94 (4,88 часа), технеция-95 (20 часов) и технеция-96 (4,3 дня).^[53]

Главная режим распада для изотопов легче технеция-98 (⁹⁸Tc) есть захват электронов, производя молибден (Z = 42).^[52] Для технеция-98 и более тяжелых изотопов первичной модой является бета-излучение (выброс электрон или же позитрон ), производя рутений (Z = 44), за исключением того, что технеций-100 может распадаться как за счет бета-излучения, так и за счет захвата электронов.^[52][54]

Технеций также имеет многочисленные ядерные изомеры, которые являются изотопами с одним или несколькими в восторге нуклоны. Технеций-97m (^{97 кв.м.}Tc; "м" означает метастабильность ) является наиболее стабильным с периодом полураспада 91 день и энергия возбуждения 0,0965 МэВ.^[53] Далее следуют технеций-95m (61 день, 0,03 МэВ) и технеций-99m (6,01 часа, 0,142 МэВ).^[53] Технеций-99m излучает только гамма излучение и распадается на технеций-99.^[53]

Технеций-99 (⁹⁹Tc) является основным продуктом деления урана-235 (²³⁵U), что делает его наиболее распространенным и наиболее доступным изотопом технеция. Один грамм технеция-99 дает 6,2 × 10⁸ распадов в секунду (иными словами, специфическая деятельность из ⁹⁹Tc составляет 0,62 ГсБк /грамм).^[23]

Возникновение и производство

Технеций встречается в естественных условиях на Земле. корка в минутных концентрациях около 0,003 частей на триллион. Технеций настолько редок, потому что период полураспада из ⁹⁷Tc и ⁹⁸Tc всего 4,2 миллиона лет. Таких периодов прошло более тысячи с момента образования земной шар, поэтому вероятность выживания даже одного атома изначальный технеций фактически равен нулю. Однако небольшие количества существуют как спонтанные продукты деления в урановые руды. Килограмм урана содержит примерно 1 нанограмм (10⁻⁹ г) технеция.^[17][55][56] Немного красный гигант звезды со спектральными классами S-, M- и N содержат спектральную линию поглощения, указывающую на присутствие технеция.^[21][57] Эти красные гиганты неофициально известны как звезды технеция.

Отходы деления

В отличие от редких природных явлений, большие количества технеция-99 производятся каждый год из стержни отработанного ядерного топлива, которые содержат различные продукты деления. Деление грамма уран-235 в ядерные реакторы дает 27 мг технеция-99, давая технеций a выход продуктов деления 6,1%.^[23] Другой делящийся изотопы производят аналогичный выход технеция, например 4,9% от уран-233 и 6,21% от плутоний-239.^[58] Приблизительно 49000 тБк (78 метрических тонн ) технеция производилось в ядерных реакторах в период с 1983 по 1994 год, что на сегодняшний день является доминирующим источником земного технеция.^[59][60] Только часть продукции используется в коммерческих целях.^{[заметка 3]}

Технеций-99 производится ядерное деление как урана-235, так и плутония-239. Поэтому он присутствует в радиоактивные отходы и в радиоактивные осадки из бомба деления взрывы. Его распад, измеренный в беккерели на количество отработавшего топлива, является основным источником радиоактивности ядерных отходов после примерно 10⁴ до 10⁶ лет после создания ядерных отходов.^[59] С 1945 по 1994 год оценивается в 160 тБк (около 250 кг) технеция-99 было выброшено в окружающую среду во время атмосферного ядерные испытания.^[59][61] Количество технеция-99, выброшенного в окружающую среду из ядерных реакторов до 1986 г., составляет порядка 1000 ТБк (около 1600 кг), в основном за счет переработка ядерного топлива; большая часть этого была сброшена в море. С тех пор методы переработки снизили выбросы, но с 2005 г. первичный выброс технеция-99 в окружающую среду осуществляется Селлафилд завода, который сбросил около 550 ТБк (около 900 кг) в период 1995–1999 гг. ирландское море.^[60] Начиная с 2000 года, объем был ограничен постановлением до 90 ТБк (около 140 кг) в год.^[62] Сброс технеция в море привел к загрязнению некоторых морепродуктов незначительными количествами этого элемента. Например, Европейский лобстер и рыба с запада Камбрия содержат около 1 Бк / кг технеция.^{[63][64][примечание 4]}

Продукт деления для коммерческого использования

В метастабильный изотоп технеций-99m непрерывно производится в виде продукт деления от деления урана или плутоний в ядерные реакторы:

${displaystyle {ce {^ {238} _ {92} U -> [{ce {sf}}] ^ {137} _ {53} I + ^ {99} _ {39} Y + 2 ^ {1} _ {0} n}}}$

${displaystyle {ce {^ {99} _ {39} Y -> [eta ^ -] [1.47, {ce {s}}] ^ {99} _ {40} Zr -> [eta ^ -] [2.1, {ce {s}}] ^ {99} _ {41} Nb -> [eta ^ -] [15.0, {ce {s}}] ^ {99} _ {42} Mo -> [eta ^ -] [ 65.94, {ce {h}}] ^ {99} _ {43} Tc -> [eta ^ -] [211,100, {ce {y}}] ^ {99} _ {44} Ru}}}$

Поскольку отработанное топливо выдерживается в течение нескольких лет перед переработкой, весь молибден-99 и технеций-99m разлагается к тому времени, когда продукты деления отделяются от основных компонентов. актиниды в обычных ядерная переработка. Жидкость, оставшаяся после плутоний-урановой экстракции (PUREX ) содержит высокую концентрацию технеция в виде TcO⁻
₄ но почти все это технеций-99, а не технеций-99m.^[65]

Подавляющее большинство технеция-99m, используемого в медицинских целях, производится путем облучения специальных высокообогащенный уран мишени в реакторе, извлечение молибдена-99 из мишеней на перерабатывающих предприятиях,^[31] и извлечение в диагностическом центре технеция-99m, образующегося при распаде молибдена-99.^[66][67] Молибден-99 в виде молибдата МоО²⁻
₄ является адсорбированный на кислый оксид алюминия (Al
₂О
₃) в защищенный колоночный хроматограф внутри генератор технеция-99m («Корова с технецием», также иногда называемая «молибденовой коровой»). Молибден-99 имеет период полураспада 67 часов, поэтому постоянно производится короткоживущий технеций-99m (период полураспада: 6 часов), который возникает в результате его распада.^[17] Растворимый пертехнетат TcO⁻
₄ затем может быть химически извлечен элюирование используя физиологический раствор. Недостатком этого процесса является то, что он требует мишеней, содержащих уран-235, которые подлежат мерам безопасности делящихся материалов.^[68][69]

Первый неэкранированный генератор технеция-99m, 1958 год. A Tc-99m. пертехнетат раствор элюируется из Mo-99 молибдат связанный с хроматографическим субстратом

Почти две трети мировых поставок приходится на два реактора; то Национальный исследовательский универсальный реактор в Лаборатории Чок-Ривер в Онтарио, Канада, и Реактор с сильным магнитным потоком в Группа ядерных исследований и консультирования в Петтене, Нидерланды. Все основные реакторы, производящие технеций-99m, были построены в 1960-х годах и близки к конец жизни. Два новых канадца Многоцелевой эксперимент по прикладной физике на решетке реакторы, спланированные и построенные для производства 200% потребности в технеции-99m, освободили всех других производителей от строительства собственных реакторов. С отменой уже испытанных реакторов в 2008 году, будущие поставки технеция-99m стали проблематичными.^[70]

Утилизация отходов

Длительный период полураспада технеция-99 и его способность образовывать анионный виды создают серьезную проблему для долгосрочного захоронение радиоактивных отходов. Многие из процессов, предназначенных для удаления продуктов деления на перерабатывающих заводах, направлены на катионный такие виды, как цезий (например., цезий-137 ) и стронций (например., стронций-90 ). Следовательно, пертехнетат ускользает через эти процессы. Текущие варианты утилизации благоприятствуют захоронение в континентальной, геологически стабильной породе. Основная опасность такой практики заключается в вероятности контакта отходов с водой, которая может привести к вымыванию радиоактивного загрязнения в окружающую среду. Анионный пертехнетат и йодид имеют тенденцию не адсорбироваться на поверхности минералов и могут быть смыты. По сравнению плутоний, уран, и цезий имеют свойство связываться с частицами почвы. Технеций может быть иммобилизован в некоторых средах, таких как микробная активность в донных отложениях озер,^[71] и химия окружающей среды технеция - область активных исследований.^[72]

Альтернативный метод утилизации, трансмутация, была продемонстрирована на ЦЕРН для технеция-99. В этом процессе технеций (технеций-99 в качестве металлической мишени) бомбардируется нейтроны с образованием короткоживущего технеция-100 (период полураспада = 16 секунд), который распадается бета-распадом до рутений -100. Если целью является извлечение годного к употреблению рутения, необходима исключительно чистая мишень технеция; если небольшие следы второстепенные актиниды Такие как америций и кюрий присутствуют в мишени, они, вероятно, будут делиться и образовывать больше продукты деления которые увеличивают радиоактивность облучаемой мишени. Образование рутения-106 (период полураспада 374 дня) из «свежего деления», вероятно, увеличит активность конечного металлического рутения, для чего потребуется более длительное время охлаждения после облучения, прежде чем рутений можно будет использовать.^[73]

Фактическое выделение технеция-99 из отработавшего ядерного топлива - длительный процесс. В течение переработка топлива, он входит в состав жидких высокорадиоактивных отходов. Через несколько лет радиоактивность снижается до уровня, при котором становится возможным извлечение долгоживущих изотопов, в том числе технеция-99. Серия химических процессов дает металлический технеций-99 высокой чистоты.^[74]

Активация нейтронов

Молибден-99, который распадается с образованием технеция-99m, может быть образован нейтронная активация молибдена-98.^[75] При необходимости другие изотопы технеция не производятся в значительных количествах путем деления, а производятся нейтронным облучением исходных изотопов (например, технеций-97 можно получить путем нейтронного облучения рутений-96 ).^[76]

Ускорители элементарных частиц

Возможность получения технеция-99m с помощью бомбардировки протонами с энергией 22 МэВ мишени из молибдена-100 в медицинских циклотронах по реакции ¹⁰⁰Мо (p, 2n)^{99 м}Tc был продемонстрирован в 1971 году.^[77] Недавний дефицит медицинского технеция-99m возродил интерес к его производству путем бомбардировки протонами мишеней из молибдена-100, обогащенных изотопами (> 99,5%).^[78][79] Изучаются другие методы получения молибдена-99 из молибдена-100 с помощью (n, 2n) или (γ, n) реакций в ускорителях частиц.^[80][81][82]

Приложения

Ядерная медицина и биология

Технеций сцинтиграфия шеи Болезнь Грейвса пациент

Технеций-99m ("m" означает, что это метастабильный ядерный изомер) используется в радиоактивном изотопе медицинские анализы. Например, Технеций-99m - это радиоактивный индикатор что медицинское оборудование для визуализации отслеживает человеческое тело.^[17][78] Он хорошо подходит для этой роли, поскольку излучает легко обнаруживаемые 140кэВ гамма излучение, а его период полураспада составляет 6,01 часа (это означает, что около 94% его распадается до технеция-99 за 24 часа).^[23] Химический состав технеция позволяет ему связываться с различными биохимическими соединениями, каждое из которых определяет, как он метаболизируется и откладывается в организме, и этот единственный изотоп может использоваться для множества диагностических тестов. Более 50 обычных радиофармпрепараты на основе технеция-99m для визуализации и функциональных исследований мозг, сердечная мышца, щитовидная железа, легкие, печень, желчный пузырь, почки, скелет, кровь, и опухоли.^[83]

Долгоживущий изотоп технеций-95m с периодом полураспада 61 день используется в качестве радиоактивный индикатор изучать перемещение технеция в окружающей среде, а также в системах растений и животных.^[84]

Промышленное и химическое

Технеций-99 почти полностью распадается за счет бета-распада, испуская бета-частицы с неизменно низкими энергиями и без сопутствующих гамма-лучей. Более того, его длительный период полураспада означает, что это излучение очень медленно уменьшается со временем. Его также можно извлечь из радиоактивных отходов с высокой химической и изотопной чистотой. По этим причинам это Национальный институт стандартов и технологий (NIST) стандартный бета-излучатель, который используется для калибровки оборудования.^[85] Технеций-99 также был предложен для оптоэлектронных устройств и наноразмер ядерные батареи.^[86]

Нравиться рений и палладий, технеций может служить катализатор. В таких процессах, как дегидрирование из изопропиловый спирт, это гораздо более эффективный катализатор, чем рений или палладий. Однако его радиоактивность является серьезной проблемой для безопасных каталитических применений.^[87]

Когда сталь погружают в воду, добавляется небольшая концентрация (55промилле ) пертехнетата калия (VII) в воду защищает стали от коррозии, даже при повышении температуры до 250 ° C (523 K).^[88] По этой причине пертехнетат использовался в качестве анодного коррозия ингибитор для стали, хотя радиоактивность технеция создает проблемы, которые ограничивают его применение автономными системами.^[89] Хотя (например) CrO²⁻
₄ также может препятствовать коррозии, для этого требуется концентрация в десять раз выше. В одном эксперименте образец углеродистой стали выдерживали в водном растворе пертехнетата в течение 20 лет, и он все еще не подвергся коррозии.^[88] Механизм, с помощью которого пертехнетат предотвращает коррозию, до конца не изучен, но, по-видимому, включает обратимое образование тонкого поверхностного слоя (пассивация ). Согласно одной теории, пертехнетат вступает в реакцию со стальной поверхностью с образованием слоя технеция. диоксид что предотвращает дальнейшую коррозию; тот же эффект объясняет, как порошок железа можно использовать для удаления пертехнетата из воды. Эффект быстро исчезает, если концентрация пертехнетата падает ниже минимальной концентрации или если добавляется слишком высокая концентрация других ионов.^[90]

Как уже отмечалось, радиоактивная природа технеция (3 МБк / л при требуемых концентрациях) делает эту защиту от коррозии непрактичной практически во всех ситуациях. Тем не менее, защита от коррозии пертехнетат-ионами была предложена (но не принята) для использования в реакторы с кипящей водой.^[90]

Меры предосторожности

Технеций не играет естественной биологической роли и обычно не содержится в организме человека.^[21] Технеций производится в больших количествах в результате ядерного деления и распространяется легче, чем многие радионуклиды. По-видимому, он имеет низкую химическую токсичность. Например, у крыс, которые принимали до 15 мкг технеция-99 на грамм пищи в течение нескольких недель, не было обнаружено значительных изменений формулы крови, веса тела и органов, а также потребления пищи.^[91] Радиологическая токсичность технеция (на единицу массы) зависит от соединения, типа излучения для рассматриваемого изотопа и периода полураспада изотопа.^[92]

Со всеми изотопами технеция необходимо обращаться осторожно. Самый распространенный изотоп, технеций-99, является слабым бета-излучателем; такое излучение задерживают стенки лабораторной посуды. Основная опасность при работе с технецием - вдыхание пыли; такой радиоактивное загрязнение в легких может представлять значительный риск рака. Для большинства работ осторожное обращение в вытяжной шкаф достаточно, и бардачок не нужен.^[93]

Примечания

Рекомендации

Библиография

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

• Технеций в Периодическая таблица видео (Ноттингемский университет)