Радиоактивный технеций способен распространяться с водой и десятилетиями оставаться проблемой для территорий бывших ядерных предприятий. Исследователи Манчестерского университета предложили два способа удерживать этот элемент внутри минералов. В одном из лабораторных экспериментов из загрязнённого раствора удалось удалить более 99% технеция-99, одновременно переводя его в менее подвижную форму.
Результаты двух исследований, опубликованных в научном журнале Environmental Science & Technology, представил Манчестерский университет. Разработки предназначены для решения двух связанных, но разных задач: обработки жидких радиоактивных отходов и ограничения распространения загрязнения в подземных водах.
Технеций-99 образуется при работе с ядерным топливом и его переработке. Это долгоживущий радиоактивный изотоп, который при определённых химических условиях легко переходит в растворимую форму и может перемещаться вместе с водой. Именно поэтому его трудно надолго изолировать на территориях старых ядерных объектов.
Первый метод основан на выращивании минерала прямо в растворе с загрязнителем. Учёные использовали слоистые двойные гидроксиды — синтезируемые материалы с упорядоченной кристаллической структурой. Во время образования минерала технеций не просто задерживался на его поверхности: он химически преобразовывался и включался непосредственно в структуру твёрдого вещества. В лабораторных условиях этот процесс позволил вывести из раствора более 99% технеция, в том числе при повышенных концентрациях загрязнителя.
Почему это важно? Обычный сбор загрязнения из воды не решает всей проблемы, если захваченный радионуклид затем вновь легко растворяется. Здесь исследователи стремятся получить устойчивую твёрдую форму отходов, из которой технецию будет сложнее попасть обратно в окружающую среду. Рентгеновские исследования на британском источнике синхротронного излучения Diamond Light Source подтвердили, что элемент оказался внутри слоёв минерала. По сообщению исследовательской группы, это первое прямое свидетельство такого механизма включения технеция в данный тип материала.
Второе направление связано с очисткой уже загрязнённых земель и подземных вод. Для него учёные позаимствовали идею из ядерной медицины. В диагностике костей вещество под названием метилендифосфоновая кислота (MDP) помогает связывать короткоживущий радиоизотоп технеция-99m с минералом гидроксиапатитом — основным неорганическим компонентом костной ткани.
Исследователи адаптировали этот механизм для долгоживущего технеция-99. Специальное соединение позволило связать химически восстановленный технеций с гидроксиапатитом и удержать его в минеральной фазе. В лабораторных испытаниях гидроксиапатит удалил до 99% комплекса технеция с MDP из раствора. Дополнительные опыты с движущейся подземной водой показали работоспособность подхода в условиях, приближённых к реальному распространению загрязнения.
Ещё один результат касается микроорганизмов. В экспериментах исследователи показали, что микробы могут участвовать в образовании соединения технеция с MDP, обеспечивая необходимое восстановление элемента. Это создаёт предпосылки для будущих способов очистки загрязнённого грунта непосредственно на месте — без обязательного извлечения всего объёма грунтовых вод.
До внедрения новых методов в промышленном масштабе потребуется проверить долговременную устойчивость получаемых материалов, поведение технеция при изменении состава воды и надёжность процесса на реальных отходах. Кроме того, связанный радионуклид не перестаёт быть радиоактивным: минеральную массу всё равно необходимо безопасно хранить и утилизировать. Разработки предлагают способ ограничить миграцию загрязнения, а не уничтожить радиоактивность.
