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如何通过简单的铁来处理高浓度锝同位素污染

固废处理 放射性同位素
发布:2020-11-18 16:01:06    

每年数以百万计的医学成像程序都依赖放射性锝。其放射性同位素之一迅速衰变,可用作核医学中的示踪材料。但是另一个锝-99的寿命很长,对环境构成威胁,并且可能对健康造成威胁。

锝可在冷战期间的核反应堆废料中和在处理铀以制造核武器的场所中找到,例如华盛顿州的汉福德基地。锝的最普遍形式是高锝酸盐,是水溶性的,具有在土壤和地下水中扩散的高潜力。

但是现在,太平洋西北国家实验室(PNNL),佛罗里达国际大学和伊利诺伊理工大学的研究人员更加接近于了解如何通过简单的铁来处理高浓度的锝-99,而这种铁价格便宜且容易获得。

该团队最近完成了一项实验,在与铁颗粒接触一个月后,几乎从所有溶液中除去了99.8%的锝。这是由于铁在称为还原去除的化学过程中氧化或失去电子而发生的。

PNNL的环境科学家Daria Boglaienko说:“我们只是让他们彼此接触。” “这就是这项研究的不同之处。我们没有控制任何参数,例如酸度,温度或氧气含量。我们只是让反应自发地进行,就像这两种化合物相互接触时自然发生的那样。”

该小组继续使用PNNL放射化学加工实验室和两个美国能源部(DOE)科学办公室用户设施办公室(EMSL), PNNL的环境分子科学实验室和Advanced Photon的先进仪器,以原子级分析反应产物。

先前的研究是在受控的厌氧条件下或锝含量较低的情况下观察到的反应。但是,这项研究是第一个显示在含氧量高的好氧条件下该反应如何自发发生的方法,并且首次了解了如何将锝掺入铁矿晶格中。

研究人员在《自然研究》杂志的《通讯化学》中透露,在同时进行铁氧化和矿化的过程中,锝集群会部分掺入铁矿物质(如磁铁矿)中。这与自然系统中预期的合并机制相同。

具有清洁潜力

底部的铁颗粒在PNNL中的锝溶液中反应。产生的悬浮微粒是新形成的铁矿物质,这些铁矿物质在其晶格结构中掺入了锝。(照片由Daria Boglaienko提供|西北太平洋国家实验室)

“这个实验中,将自然引进铁,被称为零价铁发生的条件下进行的事实,有在地下或核废料处理系统的环境清理工作产生积极的影响,”通讯作者说塔蒂亚娜Levitskaia,一PNNL的化学家。

研究人员还发现,锝的存在会减缓金属铁的氧化及其从三水铁矿到磁铁矿的最终转变。较慢的过程使锝有时间掺入磁铁矿中。

一旦锝留在晶体结构中,锝就不会再氧化回其更具流动性的高锝酸盐形式,而是长期隔离,从而将释放回地下水或地下环境的风险降至最低。

研究团队将继续使用零价铁。他们已经测试了其在汉福德分离和隔离锝的能力,清理过程将涉及玻璃化或将废液变成玻璃,以确保长期安全存储。锝的一部分可能无法完全掺入玻璃中,并最终形成二次废物流。零价铁可能有效去除这些二次废物中的锝。

这项研究得到了美国能源部环境管理办公室及其少数民族服务机构合作计划的支持。它是美国能源部锝管理项目的一部分。

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