Заседания проходили в ИФХЭ РАН и Центральном доме учёных. Симпозиум проводился под эгидой Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Российской академии наук, Межведомственного научного совета по радиохимии при президиуме Российской академии наук, Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, а также РХТУ им. Д.И. Менделеева и ИФХЭ РАН.
Со-председатели Симпозиума: заведующий лабораторией химии технеция ИФХЭ РАН, доктор химических наук Константин Эдуардович Герман и профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе РХТУ им. Д.И. Менделеева, доктор технических наук Ирина Дмитриевна Трошкина. Почётные председатели – заместитель Президента РАН, академик РАН Евгений Николаевич Каблов и вице-президент РАН, академик РАН, профессор РАН Степан Николаевич Калмыков.
На Симпозиуме работали четыре секции: «Фундаментальная физика и химия технеция и рения», «Технеций в ядерном топливном цикле и в биосфере. Аналитическая химия технеция», «Рений. Геология. Металлургия», «Технеций и рений в ядерной медицине». Участники прослушали 32 устных доклада; 23 доклада были представлены в постерной секции. Доклады были посвящены геологии и металлургии рения; теоретическим и экспериментальным задачам, связанным с выделением рения и технеция; соединениям рения и технеция в разных степенях окисления; биосовместимости рения и технеция и их применению в радиомедицине; переработке отработанного ядерного топлива.
РЕНИЙ И ТЕХНЕЦИЙ – ПОЧЕМУ ОНИ ВАЖНЫ?
Рений и технеций – элементы из подгруппы марганца. Технеций имеет атомный номер 43, а рений – 75. Эти элементы относятся к переходным металлам: в них электроны заполняют внутренние электронные оболочки, в то время как на внешней оболочке находятся два s-электрона. Поэтому они занимают промежуточное положение: s-оболочка заполнена, а p-оболочки ещё не начали заполняться. Особенностью переходных металлов является их высокая химическая активность.
Рений считается последним открытым стабильным элементом, а технеций, не имеющий стабильных изотопов, – первым искусственно созданным элементом. Рений – незаменимый компонент тугоплавких сплавов для авиационной и космической промышленности, а также катализатор для производства бензина с высоким октановым числом. Технеций, в свою очередь, представляет собой опасный радиоактивный отход, образующийся при распаде урана в атомных реакторах, который необходимо выделять и захоранивать. Рений является редким элементом, который не образует собственных месторождений и встречается лишь в качестве примесей в месторождениях молибдена (Сорском, Агаскырском, Мало-Ойногорском), вольфрамомолибдена (Коклановском), медно-порфировых (Михеевском, Аг-Сукском) и урановых руд (Брикетно-Желтухинском), а также в фумарольных газах (вулкан Кудрявый на острове Итуруп).
Природное содержание технеция, попавшего на Землю из космического протооблака, сейчас практически отсутствует. Весь технеций, присутствующий на Земле, попал в окружающую среду в результате ядерных испытаний и сбросов отработанного ядерного топлива.
Изучение рения связано преимущественно с возможностями его выделения из породы, отвалов или промышленных отходов. Изучение технеция большей частью связано с его поведением при переработке облученного ядерного топлива. Химически активный технеций может взаимодействовать с веществами в реакционном котле, значительно изменяя ход реакций, например, при выделении плутония. Из-за высокой растворимости пертехнетата технеций слабо иммобилизуется в почвах, донных отложениях и инженерных барьерах безопасности. Таким образом, перед учеными стоят две задачи: нейтрализовать химически активный технеций в реакциях выделения плутония и актинидов, а также перевести его в малорастворимое состояние для иммобилизации.
Рений и технеций также находят применение в ядерной медицине: технеций используется как метка, а рений – для облучения органов электронами. В связи с этим активно изучается их комплексообразование с биологически активными веществами.
Рений часто рассматривается как химический аналог технеция, и для упрощения экспериментов, которые требуют соблюдения мер безопасности при работе с радиоактивными материалами, исследования зачастую проводятся на рении. Однако все больше учёных подчеркивают, что рений и технеций по-разному участвуют в химических реакциях. Лаборатории, занимающиеся изучением технеция, неизменно сравнивают его с рениевым аналогом и приходят к выводу, что комплексные соединения технеция ведут себя иначе.
Профессор Ирина Дмитриевна Трошкина отметила на симпозиуме: «Возможно, следует рекомендовать МАГАТЭ отказаться в определенных объектах от моделирования химического поведения технеция с помощью рения».
ДОКЛАДЫ СОТРУДНИКОВ ИФХЭ РАН НА СИМПОЗИУМЕ
Из сотрудников ИФХЭ РАН устные доклады представили Антон Петрович Новиков, Михаил Александрович Волков, Алексей Владимирович Сафонов и Константин Эдуардвич Герман.
Научный сотрудник лаборатории анализа радиоактивных материалов ИФХЭ РАН Антон Петрович Новиков первым в России начал исследовать комплексные соединения d-металлов методом сфер Хиршфельда. Сферы Хиршфельда позволяют оценить вклад в межмолекулярные взаимодействия от различных атомов и групп атомов. В докладе «Влияние нековалентных взаимодействий на формирование кристаллических структур соединений рения и технеция» Антон Петрович рассказал о влиянии слабых нековалентных взаимодействий на упаковку атомов в кристаллической решетке и на температурные зависимости фазовых переходов. В перренатах, в которых зарегистрированы анион-анионные межмолекулярные взаимодействия, фазовые переходы происходят при более высокой температуре. По его словам, нековалентные межмолекулярные взаимодействия могут быть критически важными для предсказания поведения технеция в процессах переработки отработанного ядерного топлива и биологических процессах.
Антон Петрович Новиков изложил предложенную им совместно с ведущим научным сотрудником лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН, доктором химических наук Михаилом Александрович Волковым, классификацию анион-анионных взаимодействий (классификация Новикова-Волкова).
«Атом рения тяжелый, – отметил он, – поэтому анион-анионные взаимодействия у тетраанионов рения образуются часто». Классификация Новикова-Волкова позволяет предсказывать новые типы взаимодействий и целенаправленно их искать.
В докладе «Новая химия технеция» Михаил Александрович Волков отметил, что у технеция девять степеней окисления, не считая дробных, что обещает богатую и интересную химию. «Технеций наиболее устойчив в степени окисления (+7). Непредсказуемое поведение технеция в реакционном котле долгое время препятствовало полноценной переработке отработанного ядерного топлива. Спустя 88 лет после открытия технеция его химические свойства ещё не до конца поняты».
За последние 7 лет научная группа под руководством Михаила Александровича Волкова синтезировала новые соединения рения и технеция, расшифровала их кристаллическую структуру и изучила свойства в широком диапазоне температур. Были сформулированы принципы синтеза полиоксометаллатов рения и технеция. Первыми из этого класса соединений были детально описаны кристаллические структуры двух анионов – Re₄O₁₅²⁻ и Н₂Re₃O₁₂¹⁻. Выяснилось, что растворы концентрированной технециевой кислоты (в концентрациях более 10 моль) при отсутствии светового облучения находятся в динамическом равновесии 2HTcO₄ ⇄ Tc₂O₇ + H₂O, и в них постоянно образуются димеры и олигомеры.
Также было показано, что восстановительные процессы в растворах технециевой кислоты с концентрациями более 5 моль сопровождаются олигомеризацией и чувствительны к световому излучению. «Технециевая кислота фотоактивна, – заметил Михаил Александрович. – Концентрированные растворы демонстрируют более интересные свойства. Можно сказать, что чем меньше воды, тем интереснее химия».
Михаил Александрович Волков рассказал о разработанном им методе восстановления технеция из пертехнетата аммония до металлического состояния с помощью водорода. Процесс происходит при низких температурах и не связан с авторадиолизом. Также группа разработала селективный метод синтеза карбида технеция из пертехнетатов с помощью метана при температурах менее 1000 градусов.
В докладе «Производство технециевых мишеней» Константин Эдуардович Герман, заведующий лабораторией химии технеция ИФХЭ РАН, доктор химических наук, рассказал о многолетнем проекте по созданию технециевых мишеней для помещения в ядерный реактор для трансмутации в стабильный рутений. Он отметил, что только атомная энергетика способна обеспечить человечество нужным количеством энергии, особенно с учетом «прожорливости» серверов и средств искусственного интеллекта, которые уже стали неотъемлемой частью нашей жизни. Однако в ядерных реакторах образуется большое количество радиоактивных веществ, которые затем требуют консервации и охлаждения в течение миллионов лет.
«Захоронение радиоактивных веществ – это перекладывание решения проблемы на наших потомков, потому что инженерные барьеры не могут быть устойчивыми в геологическом масштабе времени, – сказал Константин Эдуардович. – Единственный радикальный способ решения проблемы радиоактивных отходов – трансмутация до стабильных элементов».
Исследования трансмутации – превращения отхода ядерного цикла технеция в благородный металл рутений – начались в ИФХЭ РАН в 1999 году по инициативе доктора химических наук Владимира Фёдоровича Перетрухина. Технециевая мишень помещалась в каналы атомного реактора в Димитровграде, где за 1–2 года проходила трансмутация технеция в рутений.
В итоге образовался сплав технеция с рутением. Учёным удалось добиться 65 % конверсии, при этом оптимальной считается уже 50 % конверсия – и это наш результат, лучший из достигнутых в мире.
Мишени для трансмутации изготавливались из технециевой фольги или из дисков переплавленного монокристалла. Большой научный интерес представляют более современные мишени из карбидов технеция Tc₆C, диоксидов технеция TcO₂, дисульфидов технеция TcS₂ и их смесей. «При трансмутации никакие опасные радиоактивные отходы – ни долгоживущие, ни тепловыделяющие – из реактора не выходят, – подчеркнул Константин Эдуардович Герман. – Россия – первая страна, которая приступила к экспериментам по трансмутации».
Ведущий научный сотрудник лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН, доктор химических наук Алексей Владимирович Сафонов, в докладе «Радиоэкология и биогеотехнология технеция» рассказал, что некоторые бактерии способны восстанавливать технеций в ходе клеточного дыхания.
В результате последовательных трансформаций образуется малорастворимый диоксид технеция в степени окисления (+4). На этом открытии основаны природоподобные технологии очистки подземных вод. Нагнетаемые в водоносный горизонт дешевые растворимые питательные вещества (отходы пищевых производств) стимулируют развитие аборигенных микроорганизмов, которые включают технеций в свой жизненный цикл и восстанавливают его до малорастворимого осадка.
«На сегодняшний день сотрудники группы радиоэкологии и биогеотехнологии лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН пять раз успешно провели полевые испытания этого метода на различных предприятиях ядерного топливного цикла. Удалось очистить более 600 кубометров подземных водоносных горизонтов. В ходе работ были выделены уникальные культуры микроорганизмов, устойчивые к экстремальным концентрациям нитратов и тяжелых металлов и обладающие высокой радиорезистентностью», – рассказал Алексей Владимирович Сафонов.
Симпозиум прошёл при финансовой поддержке образовательной программы «Приоритет-2030» (МИРЭА), Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, Российского научного фонда и Фонда перспективных исследований.
Источник: 12-й международный симпозиум «Технеций и рений – наука и применение»
В других источниках:
Сетевое издание Коммерсантъ. Наука 11/12/2025
