XII международный симпозиум «Технеций и рений — наука и использование» прошёл в Москве

В конце 2025 года состоялось важное для металлургии и ядерной энергетики событие — XII международный симпозиум «Технеций и рений — наука и применение», посвящённый 100-летию со дня открытия рения.

Заседания проходили в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук и Московском доме учёных. Симпозиум проводился под эгидой Министерства высшего образования и науки Российской Федерации, Менделеевского химического общества и Российского научного фонда. Со-председатели Симпозиума: заведующий лабораторией химии технеция ИФХЭ РАН доктор химических наук Константин Герман и профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе РХТУ им. Д.И. Менделеева доктор технических наук Ирина Трошкина. Почётные председатели — заместитель Президента РАН академик РАН Евгений Каблов и вице-президент РАН академик РАН Степан Калмыков.

Выступает академик РАН Евгений Каблов

На симпозиуме работали четыре секции: «Фундаментальные физические и химические свойства технеция и рения», «Технеций в ядерном топливном цикле. Аналитическая химия технеция», «Технеций и рений в ядерной медицине». Участники заслушали 32 устных доклада; ещё 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. Это так называемые переходные металлы: в них электроны заполняют внутренние электронные оболочки, а на внешней находятся два s-электрона. Поэтому эти элементы занимают как бы промежуточное место: s-оболочка заполнена, а p-оболочки еще и не начали заполняться. Особенность переходных металлов — большая и очень интересная химическая активность.

Рений — последний из открытых стабильных элементов, а технеций, не имеющий стабильных изотопов, — первый искусственно созданный элемент. Рений — незаменимый компонент тугоплавких сплавов для авиационной и космической промышленности и катализатор для производства бензина с высоким октановым числом. Технеций — опасный радиоактивный отход, образующийся при распаде урана в атомном реакторе, который нужно выделять и захоранивать.

Открытие симпозиума в ИФХЭ РАН. Выступает сопредседатель Симпозиума доктор химических наук Константин Герман. Слева за столом: сопредседатель Симпозиума доктор технических наук Ирина Трошкина

Рений — редкий элемент, не образующий собственных месторождений и встречающийся в качестве примесей в месторождениях молибденовых (Сорском, Агаскырском, Мало-Ойногорском), вольфрамомолибденовых (Коклановском), медно-порфировых (Михеевском, Аг-Сукском) и урановых руд (Брикетно-Желтухинском), в фумарольных газах (вулкан Кудрявый на острове Итуруп).

Природного технеция, попавшего на Землю из космического протооблака, на нашей планете уже не осталось. Весь технеций, присутствующий на Земле, попал в окружающую среду при ядерных испытаниях и сбросах отработанного ядерного топлива. Изучение рения связано в первую очередь 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 взаимодействует с веществами в реакционном котле и способен кардинально менять ход реакций (например, по выделению плутония). По причине высокой растворимости пертехнетата технеций слабо иммобилизуется в почвах, донных отложениях и инженерных барьерах безопасности. Таким образом, технеций ставит перед учёными две задачи: нейтрализовать химически активный технеций в реакциях выделения плутония и актинидов и перевести технеций в малорастворимое состояние для его иммобилизации.

Книга «Металлургия рения» (авторы А.А. Палант, И.Д. Трошкина, A.M. Чекмарёв) и кусок рений-содержащей породы с острова Итуруп

Рений и технеций также применяются в ядерной медицине: технеций как метка, а рений для облучения органа электронами, поэтому активно изучается их комплексообразование с биологически активными веществами.

Рений часто считается химическим аналогом технеция и, чтобы не осложнять эксперименты предосторожностями, необходимыми при работе с радиоактивным материалом, их часто проводят на рении. Однако учёные всё чаще и чаще говорят, что рений и технеций по-разному принимают участие в химических реакциях. Лаборатории, изучающие технеций, непременно сравнивают его с рениевым аналогом — и убеждаются, что комплексное соединение технеция ведёт себя по-другому. Профессор Ирина Трошкина отметила на симпозиуме, что, возможно, следует рекомендовать МАГАТЭ отказаться от моделирования химического поведения технеция с помощью рения в определённых процессах.

Доклады сотрудников ИФХЭ РАН на симпозиуме

Из сотрудников ИФХЭ РАН устные доклады сделали Антон Новиков, Михаил Волков, Алексей Сафонов и Константин Герман.

Научный сотрудник лаборатории анализа радиоактивных материалов ИФХЭ РАН Антон 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 Новиков 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 Новиков рассказал о предложенной им совместно с ведущим научным сотрудником лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН кандидатом химических наук Михаилом Волковым классификации анион-анионных взаимодействий (классификация Новикова-Волкова). «Атом рения тяжёлый, — 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 Волков рассказал, 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 семь лет научная группа под руководством Михаила 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 — Re₄O₁₅^(-2) и Н₂Re₃O₁₂^(-1). 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 Волков. — Концентрированные растворы демонстрируют более интересные свойства. Можно сказать, что, чем меньше воды, тем интереснее химия».

Михаил Волков рассказ 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.

Участники симпозиума в Московском доме учёных

В докладе «Производство технециевых мишений» Константин Герман рассказал о многолетнем проекте по созданию технециевых мишений 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 Герман. — 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 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. Ученым удалось добиться 65 % конверсии, при этом оптимальным является уже 50 % конверсия — и это наш результат, лучший из достигнутых в мире.

Мишени для трансмутации изготавливались из технециевой фольги или из дисков из 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 Герман. — Россия — первая страна, которая приступила к экспериментам по трансмутации».

Ведущий научный сотрудник лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН доктор химических наук Алексей Сафонов в докладе «Радиоэкология и биогеотехнология технеция» рассказал, что некоторые бактерии способны восстанавливать технеция в ходе клеточного дыхания. Тогда 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.

Текст: Ольга Макарова.
Источник: ИФХЭ РАН.