Технеций-99 ( 99 Tc ) — изотоп технеция , который распадается с периодом полураспада 211 000 лет до стабильного рутения-99 , испуская бета-частицы , но не гамма-лучи. Это наиболее значимый долгоживущий продукт деления урана, производящий наибольшую долю от общего количества долгоживущих радиационных выбросов ядерных отходов . Выход продуктов деления технеция-99 составляет 6,0507% для деления урана-235 тепловыми нейтронами .
МетастабильныйТехнеций-99m ( 99m Tc) — короткоживущий (период полураспада около 6 часов) ядерный изомер , используемый в ядерной медицине , производится из молибдена-99. Он распадается путем изомерного перехода в технеций-99, что является желательной характеристикой, поскольку очень длительный период полураспада и тип распада технеция-99 налагают на организм лишь незначительную дополнительную радиационную нагрузку.
Слабое бета-излучение останавливается стенками лабораторной посуды. Мягкие рентгеновские лучи испускаются, когда бета-частицы останавливаются, но пока тело находится на расстоянии более 30 см, они не должны представлять проблемы. Основная опасность при работе с технецием — вдыхание пыли; такое радиоактивное загрязнение легких может представлять значительный риск рака. [ необходима цитата ]
Благодаря высокому выходу при делении, относительно длительному периоду полураспада и мобильности в окружающей среде технеций-99 является одним из наиболее значимых компонентов ядерных отходов. Измеряемый в беккерелях на количество отработанного топлива, он является основным производителем радиации в период от 10 4 до 10 6 лет после создания ядерных отходов. [2] Следующим самым короткоживущим продуктом деления является самарий-151 с периодом полураспада 90 лет, хотя ряд актинидов, полученных путем захвата нейтронов, имеют периоды полураспада в промежуточном диапазоне.
По оценкам, 160 ТБк (около 250 кг) технеция-99 было выброшено в окружающую среду до 1994 года в результате атмосферных ядерных испытаний. [2] Количество технеция-99 от гражданской ядерной энергетики, выброшенное в окружающую среду до 1986 года, оценивается в порядка 1000 ТБк (около 1600 кг), в основном устаревшими методами переработки ядерного топлива ; большая часть этого была сброшена в море. В последние годы методы переработки были улучшены для сокращения выбросов, но по состоянию на 2005 год [обновлять]основной выброс технеция-99 в окружающую среду произошел с завода в Селлафилде , который выделил в Ирландское море примерно 550 ТБк (около 900 кг) с 1995 по 1999 год . С 2000 года это количество было ограничено нормативами до 90 ТБк (около 140 кг) в год. [3]
Длительный период полураспада технеция-99 и его способность образовывать анионные виды делают его (наряду с 129 I ) серьезной проблемой при рассмотрении долгосрочного захоронения высокоактивных радиоактивных отходов . [ требуется ссылка ] Многие из процессов, разработанных для удаления продуктов деления из среднеактивных технологических потоков на заводах по переработке, предназначены для удаления катионных видов, таких как цезий (например, 137 Cs , 134 Cs ) и стронций (например, 90 Sr ). Следовательно, пертехнетат улетучивается через эти процессы обработки. Текущие варианты захоронения предпочитают захоронение в геологически стабильных породах. Основная опасность при таком курсе заключается в том, что отходы, вероятно, вступят в контакт с водой, которая может выщелачивать радиоактивное загрязнение в окружающую среду. Естественная катионообменная способность почв имеет тенденцию иммобилизовать катионы плутония , урана и цезия . Однако емкость анионного обмена обычно намного меньше, поэтому минералы с меньшей вероятностью адсорбируют анионы пертехнетата и иодида , оставляя их подвижными в почве. По этой причине химия окружающей среды технеция является активной областью исследований .
Для разделения технеция-99 было предложено несколько методов, включая: кристаллизацию, [4] [5] экстракцию жидкость-жидкостью, [6] [7] [8] методы молекулярного распознавания, [9] улетучивание и другие.
В 2012 году исследователи из Университета Нотр-Дам представили кристаллическое соединение Notre Dame Thorium Borate-1 (NDTB-1). Его можно адаптировать для безопасного поглощения радиоактивных ионов из потоков ядерных отходов. После захвата радиоактивные ионы можно обменять на более заряженные виды аналогичного размера, перерабатывая материал для повторного использования. Результаты лабораторных исследований с использованием кристаллов NDTB-1 позволили удалить приблизительно 96 процентов технеция-99. [10] [11]
Альтернативный метод утилизации, трансмутация , был продемонстрирован в ЦЕРНе для технеция-99. Этот процесс трансмутации бомбардирует технеций (99
Tc (в качестве металлической мишени) с нейтронами , образуя короткоживущие100
Tc (период полураспада 16 секунд), который распадается путем бета-распада на стабильный рутений (100
Ru ). Учитывая относительно высокую рыночную стоимость рутения [12] и особенно нежелательные свойства технеция, этот тип ядерной трансмутации представляется особенно многообещающим.