новости бизнеса
работа для химиков
химические выставки
электронный справочник
авторефераты
форум химиков
контакты
Энциклопедия автохимии
|
новости науки новости бизнеса работа для химиков химические выставки |
каталог ресурсов электронный справочник авторефераты форум химиков |
о нас контакты Энциклопедия автохимии |
|
|
| поиск |
новости химии от 12/10/2026Радиохимия из отходов: как ORNL извлекает фермий, эйнштейний и берклий из побочных продуктов производства 252Cf Радиохимия из отходов: как из побочных продуктов получают редчайшие изотопыФермий был открыт в 1952 году в продуктах термоядерного взрыва. С тех пор прошло более семидесяти лет, но этот элемент остаётся одним из наименее изученных в периодической таблице. Причина не в отсутствии интереса со стороны учёных, а в банальной нехватке материала: фермий получают пикограммами, и исследователи физически не могут работать с достаточным количеством атомов для полноценных экспериментов. Именно поэтому работа, выполненная в Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL), имеет значение далеко за пределами прикладной радиохимии. Исследователи разработали методы извлечения 257Fm, 253/254Es и 249Bk из отходов производства 252Cf — с рекордной чистотой и выходом. То, что десятилетиями считалось радиоактивным мусором, становится сырьём для фундаментальной науки. 252Cf как источник редчайших изотоповORNL остаётся единственным производителем 252Cf в западном полушарии. Этот изотоп — мощный источник нейтронов, используемый для запуска ядерных реакторов, каротажа нефтяных скважин, анализа угля и цемента, а также в системах портовой безопасности. Спрос на него растёт: федеральные программы США предусматривают строительство десяти новых крупных реакторов к 2030 году, а малые модульные реакторы также нуждаются в калифорнии-252 для запуска. Производство 252Cf — это многостадийный процесс. Мишени из кюрия облучаются в высокопоточном изотопном реакторе HFIR в течение четырёх-шести месяцев, после чего следуют месяцы химической переработки в горячих камерах Радиохимического инженерного центра. В ходе этого процесса образуются не только целевой калифорний, но и другие актиниды — включая берклий, эйнштейний и фермий. Раньше эти изотопы просто шли в отходы. Теперь их извлекают. Количества, о которых идёт речь, трудно вообразить. Одна кампания по производству 252Cf даёт миллиграммы 249Bk, микрограммы 253/254Es и пикограммы 257Fm. Для сравнения: если миллиграмм — это вес песчинки, то микрограмм — микроскопическая пылинка, а пикограмм — вес ДНК одной клетки. «Для тех количеств, которые мы производим, вы не должны видеть ничего невооружённым глазом, — говорит Кристиан Селис-Баррос, радиохимик ORNL, возглавляющий проект. — Вот насколько это чисто». Фермий: элемент, который почти невозможно увидетьФермий — сотый элемент периодической таблицы, названный в честь Энрико Ферми. Он был обнаружен в 1952 году в обломках первого термоядерного взрыва «Иви Майк» на атолле Эниветок. Исследователи из Беркли просеяли тонны радиоактивного коралла и нашли около 200 атомов нового элемента. С тех пор фермий остаётся самым тяжёлым элементом, который может быть получен нейтронной бомбардировкой лёгких элементов, и последним, который можно приготовить в макроскопических количествах. Наиболее долгоживущий изотоп 257Fm имеет период полураспада 100,5 суток. Этого достаточно для химических экспериментов, но недостаточно для накопления запасов. Фермий не имеет применений за пределами фундаментальных исследований. Именно поэтому работа ORNL так важна: она снимает материальное ограничение с целого направления науки. В ходе последней кампании Селис-Баррос заменил смолу в разделительной колонке, чтобы улучшить отделение эйнштейния-253/254 от 257Fm. «В предыдущих кампаниях не было интереса к разделению эйнштейния и фермия друг от друга», — пояснил он. Финальный материал достиг чистоты 99,93%. Это означает, что исследователи впервые получат доступ к фермию в форме, пригодной для прецизионных экспериментов. Берклий и эйнштейний: от мутного жёлтого к чистому зелёному249Bk — ключевой материал для синтеза сверхтяжёлых элементов. Именно мишень из 249Bk, облучённая ионами 48Ca на циклотроне в Дубне, позволила в 2010 году получить теннессин — 117-й элемент периодической таблицы. ORNL производил эту мишень; в общей сложности в открытии участвовали два американских и два российских национальных лаборатории. Усовершенствование процесса очистки берклия дало визуально драматичный результат. Селис-Баррос добавил дополнительную стадию колоночной хроматографии, которая удерживает 249Bk и пропускает примеси. Мутный желтоватый раствор превратился в чистое кристаллическое зелёное твёрдое вещество. «Не нужно быть химиком, чтобы понять: одно красивое, а другое — нет», — прокомментировал исследователь. Для эйнштейния-253/254 Селис-Баррос использовал колонки того же типа, что и для берклия, но оптимизировал условия для максимального отделения от 252Cf. К концу кампании выход эйнштейния составил 95% за один прогон колонки — значительно больше, чем в прошлые кампании. «Было приятно увидеть это в конце кампании», — сказал он. Этот успех даст команде фору на следующую кампанию в 2027 году. Инфраструктура как научный инструментДоступ к редким изотопам — это не только вопрос химии разделения. Это вопрос наличия уникальных установок. ORNL располагает высокопоточным изотопным реактором HFIR — одним из двух реакторов в мире с достаточным потоком нейтронов для облучения кюриевых мишеней. Остановка кампании по производству калифорния-252 означала бы остановку поставок берклия-249, эйнштейния и фермия для всей мировой науки. Производство 252Cf требует участия около 75 сотрудников на всех этапах — от изготовления мишеней до финальной очистки. Кампании проводятся раз в два года: период полураспада 252Cf составляет 2,6 года, и более частые кампании экономически нецелесообразны. Это означает, что каждый цикл должен быть максимально эффективным. Оптимизация процессов разделения, выполненная Селис-Барросом, сокращает время работы в горячих камерах и снижает дозовые нагрузки на персонал. Параллельно в ORNL ведётся работа по ускорению самого производства 252Cf. Радиохимик Летиция Дельмо разработала новый процесс экстракции, который заменяет традиционное снижение кислотности раствора (занимавшее около недели) использованием нейтрального лиганда, работающего в сильнокислой среде. Новый метод метки статьи: короткоживущие вещества, неорганическая химия, радиохимия и химия высоких энергий, строение атомного ядра, химическая технология
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||