Найдены бактерии, которые останавливают коррозию радиоактивного металла технеция
Ученые Института физической химии и электрохимии имени Фрумкина Российской академии наук провели исследование, позволяющее по-новому взглянуть на перспективы использования радиоактивного элемента технеция. Результаты опубликованы в журнале Biofoulimg.
Трансурановый элемент технеций образуется в ядерных реакторах в основном в форме изотопа 99Tc. Немного технеция находится в земной коре как результат распада урана и тория. Технеций — слаборадиоактивный элемент с периодом полураспада от нескольких секунд до 4 миллионов лет в зависимости от изотопа.
Наиболее распространенный изотоп технеций-99 имеет период полураспада в 200 000 лет. Выделив бета-частицу, атом технеция превращается в атом благородного металла рутения. К сожалению, ждать образования товарного количества рутения нужно слишком долго. Поэтому до сих пор отходы технеция вместе с другим радиоактивным шлаком утилизировали в общих могильниках. Альтернатива — трансмутация технеция в рутений в ядерном реакторе, но это не оправдано экономически.
Ученые института Фрумкина вспомнили об идее советских химиков, которые еще на заре атомной эры в 50-х годах XX века предлагали использовать слаборадиоактивный технеций как материал для изготовления контейнеров для захоронения значительно более опасных ядерных отходов, например, окиси нептуния. Технеций в таком случае экранирует излучение нептуния, а от бета-лучей технеция окружающих защищает обычный стальной контейнер. При этом его стенки можно делать в разы тоньше, что существенно экономит средства и уменьшает объем захоронения.
Эксперименты по созданию радиоактивной «матрешки» приостановили в середине 80-х годов, поскольку не удалось найти средство затормозить естественную коррозию технеция. Она вызывалась, в том числе, так называемым биообрастанием. На металле с течением времени образовывались бактериальные колонии. Продукты их жизнедеятельности проникали в кристаллическую решетку металла и разрушали ее. Разумеется, процесс это не быстрый, но с учетом двухсоттысячелетнего периода полураспада неизбежно наступил бы момент, когда контейнер из технеция перестал бы сдерживать рвущееся на волю излучение его агрессивной начинки.
Следует отметить, что слабое бета-излучение технеция сдерживает биообрастание, но полностью его не отменяет. Бактериям удается приспособиться к умеренной радиации с помощью специфического полисахаридного матрикс-барьера, экранирующего бета-лучи.
В ходе экспериментов с различными микроорганизмами, посеянными на специально изготовленную фольгу из технеция, ученые обнаружили, что бактерии Shewanella xiamenensis не просто обжились на радиоактивном металле, но и смогли встроить его атомы в свой метаболизм. В результате на фольге образовалась бактериальная пленка, толщина которой зависела от рельефа поверхности. На ровных местах колонии были тоньше, выпуклые учаcтки и впадины бактерии-радиолюбители заселяли активнее.
Самое удивительное ученых ждало впереди. Через полгода наблюдений выяснилось, что слой из минеральных отложений и все-таки иногда погибавших от радиации бактериальных клеток образовал на поверхности металла непреодолимую для окислителей пленку. В результате фольга из технеция оказалась надежно защищена от коррозии.
О промышленных перспективах производства контейнеров из подвергшегося биообрастанию технеция говорить пока рано. Однако уже в который раз ученые столкнулись с ситуацией, когда старые идеи начинают играть новыми красками спустя десятилетия.
Соавтор исследования сотрудник ИФХЭ РАН кандидат химических наук Михаил Волков говорит: «Пусть технеций служит на благо, а не как радиоактивный отход. Это прекрасный конструкционный материал, правда, радиоактивный. Нигде в мире не налажено производство изделий из металлического технеция. Эту работу можно позиционировать как первое применение технециевых изделий».
Сейчас технеций находит применение лишь в ядерной медицине как источник мягкого бета-излучения. Чаще всего с помощью препаратов на основе технеция исследуют желудок и щитовидную железу. Но на медицинские цели уходит ничтожное количество металла. Между тем на всех атомных электростанциях мира ежегодно производится 10 тонн технеция, который потом просто закапывают в землю.
Недавно ученые впервые описали геометрию квантов.
