테크네튬

Technetium
테크네튬, Tc
Technetium-sample-cropped.jpg
테크네튬
발음/tɛkˈniːʃ(i)əm/ (tek-NEE-sh(ee-)əm)
외관반짝이는 회색 금속
질량수[97]
주기율표의 테크네튬
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
Mn
↑
TC
↓
레
몰리브덴 ← 테크네튬 → 루테늄
원자번호 (Z)43
그룹7그룹
기간5주기
블록 d-블록
전자 구성[Kr] 4d5 5s2
셸당 전자2, 8, 18, 13, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점2430K(2157°C, 3915°F)
비등점4538K(4265°C, 7709°F)
밀도 (근처 )11g/cm3
융해열33.29 kJ/mol
기화열585.2 kJ/mol
어금니열용량24.27 J/(몰·K)
증기압 (추출)
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 2727 2998 3324 3726 4234 4894
원자성
산화 상태-3, -1, 0,[1] +1, +2, +3, +4,[1] +5, +6, +7(강산성 산화물)
전기성폴링 척도: 1.9
이온화 에너지
  • 1차: 702 kJ/mol
  • 2위: 1470kJ/몰
  • 3차: 2850 kJ/mol
원자 반지름경험적: 136pm
공동 반지름147±7시
Color lines in a spectral range
테크네튬의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생쇠퇴하여
결정구조 육각형 근위축(hcp)
Hexagonal close packed crystal structure for technetium
음속 얇은 막대기16,200m/초(20°C)
열팽창7.1 µm/(m³K)([2]에서)
열전도도50.6 W/(m³K)
전기저항도200 NΩ⋅m(20°C)
자기순서파라마그네틱
어금니 자기 감수성+270.0×10cm−63/mol(298K)[3]
CAS 번호7440-26-8
역사
예측드미트리 멘델레예프(1871)
검색 및 첫 번째 격리에밀리오 세그레와 카를로 페리에 (1937년)
테크네튬의 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
95mTC 동음이의 61 d ε 95모
γ –
IT 95TC
96TC 동음이의 4.3 d ε 96모
γ –
97TC 동음이의 4.21×106 y ε 97모
97mTC 동음이의 91 d IT 97TC
98TC 동음이의 4.2×106 y β− 98루
γ –
99TC 자취를 감추다 2.164×105 y β− 99루
99mTC 동음이의 6.01 h IT 99TC
γ –
범주:테크네튬
참고 문헌

테크네튬은 Tc 기호와 원자 번호 43을 가진 화학 원소다.그것은 동위원소가 모두 방사성인 가장 가벼운 원소다.이용 가능한 거의 모든 테크네튬은 합성 원소로 생산된다.자연적으로 발생하는 테크네튬은 우라늄 광석과 토륨 광석에 있는 자발적 핵분열 생성물이며, 가장 흔한 근원 또는 몰리브덴 광석에 있는 중성자 포획의 산물이다.은회색의 결정 전환 금속은 주기율표 7그룹에서 망간과 레늄 사이에 놓여 있으며, 그 화학적 성질은 두 인접 원소의 화학적 특성 사이에 중간이다.자연적으로 발생하는 가장 일반적인 동위원소는 Tc이며, 추적만 가능하다.

테크네튬의 많은 성질은 드미트리 멘델레예프에 의해 발견되기 전에 예견된 것이었다.멘델레예프는 주기율표의 틈새를 알아차리고 미발견 원소에게 에카망간(Em)이라는 잠정적 이름을 부여했다.1937년, 테크네튬(특히 테크네튬-97 동위원소)은 최초로 인공 원소가 되었고, 따라서 그 이름(그리스어 ηςνης, "craft", "art" 또는 "인공" + -ium"을 의미한다)이 생성되었다.

단명 감마선 방출 핵 이성질체 1종인 테크네튬-99m는 골암 진단과 같은 다양한 검사를 위해 핵의학에서 사용된다.핵종 테크네튬-99의 접지 상태는 베타 입자의 감마선이 없는 선원으로 사용된다.상업적으로 생산된 장수 테크네튬 동위원소는 원자로에서 우라늄-235가 핵분열되면서 생긴 부산물로 핵연료봉에서 추출된다.테크네튬의 최장수 동위원소라도 비교적 짧은 반감기(421만년)를 갖고 있기 때문에 1952년 적색 거인에서 테크네튬을 검출한 것이 별들이 더 무거운 원소를 생산할 수 있다는 것을 입증하는 데 도움이 됐다.

역사

요소 검색 43

1860년대부터 1871년까지 드미트리 멘델레예프가 제안한 초기 형태의 주기율표에는 몰리브덴(원소 42)과 루테늄(원소 44)의 간격이 들어 있었다.1871년 멘델레예프는 이 없어진 원소가 망간 아래의 빈자리를 차지하고 화학적 성질이 비슷할 것이라고 예측했다.멘델레예프는 에카망간(eka-, one의 산스크리트어)이라는 잠정적인 이름을 붙였는데, 이는 예측된 원소가 알려진 원소망간에서 한 자리 아래였기 때문이다.[4]

초기 오식

주기율표가 발표되기 전과 후에 많은 초기 연구자들은 사라진 원소를 가장 먼저 발견하고 이름을 붙이기를 열망했다.표에서 그것의 위치는 발견되지 않은 다른 요소들보다 찾기 쉬워야 한다는 것을 암시했다.

연도 청구인 제안명 실재재료
1828 고트프리트오산 폴리늄 이리듐
1846 R. 헤르만 일메니움 니오비움탄탈룸합금
1847 하인리히 로즈 펠로피움[5] 니오비움탄탈룸합금
1877 세르게이 콘 다비움 이리듐-로듐-철합금
1896 프로스퍼 바리에르 루키움 이트리움
1908 오가와 마사타카 니포늄 알 수 없는 드비망간이었던[6] 레니움

재생산 불가능한 결과

Periodisches System der Elemente (1904–1945, now at the Gdańsk University of Technology): lack of elements: 84 polonium Po (though discovered as early as in 1898 by Maria Sklodowska-Curie), 85 astatine At (1940, in Berkeley), 87 francium Fr (1939, in France), 93 neptunium Np (1940, in Berkeley) and other actinides and lanthanides.이전 기호: 아르곤 아르(여기: A), 테크네튬 Tc(Ma, masurium), 제논 Xe 54개(X), 라돈 86개(Em, 방출)

독일의 화학자 월터 노닥, 오토 버그, 아이다 타케는 1925년 원소 75와 43의 발견을 보고하고 원소 이름을 43 마수륨(프로이센 동부의 마수리아 이후, 현재 폴란드에서는 월터 노닥의 가족이 발원한 지역)이라고 명명했다.[7]이 그룹은 콜럼바이트에 전자 광선을 퍼부었고 추론된 43 원소는 X선 방출 분광기를 검사하여 존재했다.[8]생성된 X선의 파장은 1913년 헨리 모슬리가 도출한 공식에 의해 원자 번호와 관련이 있다.연구팀은 소자 43이 만들어내는 파장에서 희미한 X선 신호를 감지한다고 주장했다.이후 실험자들은 이 발견을 복제할 수 없었고, 수년 동안 오류로 치부되었다.[9][10]그럼에도 1933년 원소 발견에 관한 일련의 기사들은 원소 43의 마수륨이라는 이름을 인용했다.[11][a]1925년 팀이 43원소를 실제로 발견했는지는 여전히 논의되고 있다.[12]

공식 발견 및 이후 역사

43 원소의 발견은 1937년 시칠리아 팔레르모 대학에서 카를로 페리에와 에밀리오 세그리에의 실험에서 마침내 확인되었다.[13]1936년 중반, 세그레는 미국, 최초의 뉴욕 컬럼비아 대학, 그 다음으로는 캘리포니아의 로렌스 버클리 국립 연구소를 방문했다.그는 사이클로트론 발명가 어니스트 로렌스를 설득하여 방사능이 된 버려진 사이클로트론 부품을 회수하도록 했다.로렌스는 사이클로트론에서 디플렉터의 일부였던 몰리브덴 호일을 그에게 우편으로 보냈다.[14]

세그레는 동료 페리에에게 비교 화학작용을 통해 몰리브덴 활동이 실로 원자번호 43을 가진 원소로부터 왔다는 것을 증명하려고 했다.1937년 동위원소 테크네튬-95m와 테크네튬-97을 분리하는 데 성공했다.[15][16]팔레르모 대학 관계자들은 파노르모스의 라틴어 이름인 팔레르모(Palermo)의 이름을 따서 파노르미움(Panormium)이라고 명명하기를 원했다.1947년[15] 원소 43은 인공적으로 만들어진 최초의 원소였기 때문에 '인공'이라는 뜻의 그리스어 wordεννν의 이름을 따서 명명되었다.[5][7]세그레는 버클리로 돌아와 글렌 T를 만났다. 씨보그.그들은 현재 연간 약 1,000만 건의 의료 진단 절차에 사용되고 있는 측정 가능한 동위원소 테크네튬-99m를 분리했다.[17]

1952년 캘리포니아의 천문학자 폴 W. 메릴은 테크네튬(특히 파장 403.1nm, 423.8nm, 426.2nm, 429.7nm)의 스펙트럼 시그니처를 S형 적색 거성에서 발광했다.[18]별들은 수명이 다했지만 단명 원소가 풍부했는데, 이는 핵반응에 의해 별에서 생산되고 있음을 나타낸다.그 증거는 무거운 원소가 별에서 핵합성의 산물이라는 가설을 뒷받침했다.[16]보다 최근에, 그러한 관찰은 원소가 s-공정에서 중성자 포획에 의해 형성된다는 증거를 제공했다.[19]

그 발견 이후, 지상 물질에서 테크네튬의 자연 공급원에 대한 많은 검색이 있었다.1962년 테크네튬-99는 벨기에 콩고로부터 극히 소량(약 0.2ng/kg)으로 격리되어 피치블렌드에서 확인되었으며,[19] 여기서 우라늄-238의 자발적 핵분열 생성물로 발원한다.옥로 자연 핵분열 원자로는 상당한 양의 테크네튬-99가 생산되었고 그 이후 루테늄-99로 부패했다는 증거를 포함하고 있다.[19]

특성.

물리적 성질

테크네튬은 백금과 비슷한 외모를 가진 은회색의 방사성 금속으로, 일반적으로 회색 가루로 얻어진다.[20]벌크 퓨어 메탈의 결정 구조는 육각형으로 촘촘하게 포장되어 있다.나노디자이너스 순수 금속의 결정 구조는 입방체다.나노디스페르스 테크네튬은 NMR 스펙트럼이 분할되지 않은 반면, 육각형 벌크 테크네튬은 9개 위성에서 Tc-99-NMR 스펙트럼이 분할된다.[20][21]원자 테크네튬은 363.3nm, 403.1nm, 426.2nm, 429.7nm, 485.3nm의 파장에 특성 있는 방출선을 가지고 있다.[22]

금속 형태는 약간 파라마그네틱으로, 자석 쌍극이 외부 자기장과 일치하지만, 일단 그 장이 제거되면 임의의 방향을 가정하게 된다.[23]순수, 금속, 단결정 테크네튬은 7.46K 이하의 온도에서 II형 초전도체가 된다.[24][b] 이 온도보다 낮은 온도에서 테크네튬은 니오비움을 제외한 어떤 원소보다도 높은 자기 침투 깊이를 가진다.[25]

화학적 특성

테크네튬은 레늄과 망간 사이의 주기율표의 일곱 번째 그룹에 위치한다.주기적인 법칙에 의해 예측된 바와 같이, 그것의 화학적 성질은 그 두 원소 사이에 있다.둘 중 테크네튬은 특히 화학적 불활성성과 공밸런트 결합을 형성하는 경향에서 레늄과 더 흡사하다.[26]이는 란타니드 수축으로 인해 기간 4보다 기간 6에서 기간 5 원소가 서로 더 닮는 경향과 일치한다.망간과는 달리 테크네튬은 쉽게 양이온(순양전하를 가진 이온)을 형성하지 않는다.테크네튬은 -1부터 +7까지 9가지 산화 상태를 보이며 +4, +5, +7이 가장 흔하다.[27]테크네튬은 아쿠아 리지아, 질산, 농축 황산에 용해되지만 어떤 농도에서도 염산에 용해되지 않는다.[20]

금속 테크네튬은 습한 공기 속에서[27] 천천히 변색되고 분말 형태에서는 산소가 연소한다.

테크네튬은 질산에 의한 히드라진 파괴를 촉진시킬 수 있으며, 이 성질은 용기의 다양성 때문이다.[28]이로 인해 핵연료 처리에서 우라늄과 플루토늄의 분리에 문제가 발생했는데, 여기서 하이드라진은 플루토늄을 보다 안정적인 사분율 상태가 아닌 3가치로 유지하기 위한 보호 환원제로 사용된다.이전 단계에서 테크네튬과 지르코늄의 상호 강화된 용매 추출로 문제가 악화되었고, 공정 [29]수정이 필요했다.

화합물

과테크네이트 및 파생상품

주요 기사:페르테크네테이트
Pertechnetate는 가장 이용 가능한 테크네튬의 형태 중 하나이다.그것은 구조적으로 과망간산염과 관련이 있다.

쉽게 접근할 수 있는 테크네튬의 가장 보편적인 형태는 과테크네이트 나트륨, Na[TcO4]이다.이 물질의 대부분은 99[MoO4]2−[30][31]에서 발생하는 방사성 붕괴에 의해 생성된다.

[99MoO4]2− → 99m[TcO4−]− + e

과테크네이트(테트로크시도테네이트)TcO는−
4 과염소산염과 유사하게 작용하는데, 둘 다 사면체다.과망간산염(MnO−
4)과 달리 약한 산화제일 뿐이다.

과테크네이트와 관련된 것은 헥토산화 테크네튬이다.이 연황색, 휘발성 고체는 Tc 금속 및 관련 전구체의 산화에 의해 생성된다.

4 Tc + 7 O2 → 2 Tc2O7

분자 금속 산화물의 매우 드문 예인데, 다른 예로는 OsO와4 RuO가4 있다.167pm, 184pm의 본드 길이를 갖는 Tc-O 본드 2종류의 중심대칭 구조를 채택한다.[32]

테크네튬 헵타산화물은 pH에 따라 과테크네이트 및 과테크네틱산으로 가수 분해된다.[33][34]

Tc2O7 + 2 OH− → 2 TcO4− + H2O
TcO27 + HO2 → 2 HTCO4

HTCO는4 강한 산이다.농축 황산에서 [TcO4]−는 가상의 트리오 복합체[TcO3(HO2)]3+[35]의 결합 기반인 28각형 TcO3(OH2)로 변환된다.

기타 chalcogenide 파생상품

테크네튬은 이산화,[36] 이황화, 이델화, 디텔루라이드를 형성한다.황화수소로 과기정을 치료할 때 TcS가27 잘못 정의된다.그것은 열적으로 이황화물과 원소 유황으로 분해된다.[37]마찬가지로 이산화물은 TcO의27 감소에 의해 생성될 수 있다.

레늄의 경우와 달리 테크네튬을 위해 삼산화물이 격리되지 않았다.단, 질량분광법을 이용한 가스상에서는 TcO가3 확인되었다.[38]

간단한 하이드라이드 및 할로겐화 복합체

테크네튬은 단순 복합 TcH를2−
9 형성한다.칼륨 소금은 ReH와2−
9 함께 등축된다.[39]

TcCl은4 여러 다른 금속 사트라클로로이드의 거동과 유사하게 체인 같은 구조를 형성한다.

테크네튬 할로겐화물은 TcF6, TcF5, TcCl4, TcBr4, TcBr3, α-TcCl3, β-TcCl3, TcI3, α-TcCl2, β-TcCl2 등 2진수(원소만 포함)로 알려져 있다.산화 상태는 Tc(VI)부터 Tc(II)까지 다양하다.테크네튬 할로겐화물은 분자 옥타헤드 복합체, 확장 체인, 층층 시트, 3차원 네트워크로 배열된 금속 클러스터 등 다양한 구조 유형을 보인다.[40][41]이 화합물들은 금속과 할로겐을 결합하거나 덜 직접적인 반응에 의해 생성된다.

TcCl은4 가열 시 Tc metal 또는 TcO의27 염소화를 통해 얻을 수 있으며, TcCl은4 해당 Tc(III)와 Tc(III) 염화물을 제공한다.[41]

TcCl4 → α-TcCl3 + 1/2Cl2
TcCl3 → β-TcCl2 + 1/2Cl2

TcCl의4 구조는 엣지 공유 TcCl6 옥타헤드라의 무한 지그재그 체인으로 구성되어 있다.지르코늄, 하프늄, 백금의 금속 테트라클로라이드를 전이하는 것은 이형이다.[41]

다양한 산화 상태의 테크네튬(Tc-99)의 클로로 함유 조정 복합체:Tc(III), Tc(IV), Tc(V), Tc(VI)가 대표적이다.

technetium trichloride의 두 폴리모프, α-와 β-TcCl이3 존재한다.α 폴리모프도 TcCl로39 표기된다.그것은 혼혈 생물학적 골격 구조를 채택한다.[42]클로로아세트산염 Tc2(OCH23)4Cl을2 HCl로 처리하여 준비한다.ReCl과39 마찬가지로 α-폴리모프 구조는 M-M 거리가 짧은 삼각형으로 구성된다.β-TcCl은3 몰리브덴 트리클로라이드에서도 볼 수 있듯이 쌍으로 구성된 팔면체 Tc 센터를 특징으로 한다.TcBr은3 어느 한쪽의 삼염화상 구조를 채택하지 않는다.대신에 그것은 짧고 긴 Tc-Tc 접점이 번갈아 있는 혼혈 옥타헤드라 체인으로 구성된 몰리브덴 트리브로미드 구조를 가지고 있다.TcI는3 Tc-Tc 접점이 동일한 혼혈 옥타헤드라의 체인을 특징으로 하는 TiI의3 고온 위상과 동일한 구조를 가지고 있다.[41]

몇몇 음이온 테크네튬 할로겐화물이 알려져 있다.이항 사트라할라이드는 팔면체 분자 기하를 채택하는 육면체[TcX6]2− (X = F, Cl, Br, I)로 변환할 수 있다.[19]더 감소된 할로겐화물은 Tc-Tc 결합을 가진 음이온 클러스터를 형성한다.Mo, W, Re의 관련 요소도 상황은 비슷하다.이러한 클러스터는 핵성 Tc4, Tc6, Tc8 및 Tc를13 가지고 있다.Tc와6 Tc8 클러스터가 안정적일수록 Tc 원자의 수직 쌍이 삼중 결합으로 연결되고 평면 원자는 단일 결합으로 연결되는 프리즘 모양이 형성된다.테크네튬 원자는 모두 6개의 결합을 이루며, 나머지 발란스 전자는 염소나 브로민 같은 1개의 축방향과 2개의 브리징 리간드 할로겐 원자에 의해 포화 상태가 될 수 있다.[43]

조정 및 조직측정 복합체

테크네튬(99mTc) 세스타미비("Cardiolite")는 심장의 영상촬영에 널리 사용된다.

테크네티움은 유기농 리간드로 다양한 조정 콤플렉스를 형성한다.많은 사람들이 핵의학과 관련이 있기 때문에 잘 조사되어 왔다.[44]

테크네튬은 Tc-C 결합, 즉 오르가노테크네튬 복합체와 함께 다양한 화합물을 형성한다.이 세분류의 저명한 구성원은 CO, arene, cyclopentadienyl ligands가 있는 단지들이다.[45]바이너리 카보닐 Tc2(CO)10는 흰색 휘발성 고체다.[46]이 분자에서는 두 개의 테크네튬 원자가 서로 결합되어 있다; 각각의 원자는 다섯 개의 카보닐 리간드로 된 옥타헤드라에 둘러싸여 있다.테크네튬 원자의 결합 길이인 303 pm은 금속 테크네튬에서 두 원자 사이의 거리(272 pm)보다 상당히 크다.[47][48]비슷한 카보닐은 테크네튬의 착향료, 망간, 레늄에 의해 형성된다.[49]오르가노테크네튬 화합물에 대한 관심도 핵의학 응용에 의해 동기부여가 되었다.[45]다른 금속 카보닐의 경우 Tc는 아쿠오 카르보닐 복합체를 형성하며 [Tc(CO)(3HO2)]3+[45]가 두드러진다.

동위 원소

주요 기사:테크네튬 동위 원소

테크네튬(Technetium)은 원자 번호 Z = 43으로 모든 동위원소가 방사성인 주기율표에서 가장 낮은 번호의 원소다.두 번째로 가벼운 독점 방사성 원소인 프로메튬은 원자 번호 61을 가지고 있다.[27]양성자 수가 홀수인 원자핵은 총 핵수(프로톤+중성자)가 짝수인 경우에도 짝수인 원자핵보다 안정성이 떨어지고 [50]홀수인 원소는 안정 동위원소가 적다.

가장 안정적인 방사성 동위원소는 반감기가 421만년인 테크네튬-97, 420만년인 테크네튬-98, 211,100년인 테크네튬-99이다.[51]30개의 다른 방사성 동위원소는 85에서 118까지의 질량을 가진 것이 특징이다.[52]이들 중 대부분은 1시간 미만의 반감기를 가지고 있으며, 예외는 테크네튬-93(2.73시간), 테크네튬-94(4.88시간), 테크네튬-95(20시간), 테크네튬-96(4.3일)이다.[53]

테크네튬-98(98Tc)보다 가벼운 동위원소의 1차 붕괴 모드는 전자 포획으로 몰리브덴(Z = 42)을 생성한다.[52]테크네튬-98 이상 동위원소의 경우 1차 모드는 베타 방출(전자 또는 양전자의 방출)으로 루테늄(Z = 44)을 생성하지만, 테크네튬-100은 베타 방출과 전자 포획에 의해 모두 붕괴할 수 있다는 점을 예외로 한다.[52][54]

테크네튬은 또한 한 개 이상의 흥분핵을 가진 동위 원소인 수많은 핵 이소머를 가지고 있다.테크네튬-97m(97mTc; "m"은 전이성을 나타냄)이 가장 안정적이며, 반감기는 91일, 흥분 에너지는 0.0965 MeV이다.[53]이어 테크네튬-95m(61일, 0.03MeV), 테크네튬-99m(6.01시간, 0.142MeV) 순이다.[53]테크네튬-99m는 감마선만 방출하고 테크네튬-99로 해독한다.[53]

테크네튬-99(99Tc)는 우라늄-235(235U) 핵분열의 주요 산물로, 테크네튬의 동위원소가 가장 흔하고 쉽게 구할 수 있다.테크네튬-99 1g은 초당 6.2×108 분해(Tc의 특정 활성도는 0.62GBq/g)를 발생시킨다.[23]

발생 및 생산

테크네튬은 1조당 약 0.003ppm의 미세한 농도로 지구의 지각에서 자연적으로 발생한다.테크네튬은 tc와 tc의 반감기가 420만 년밖에 되지 않기 때문에 매우 드물다.그런 기간들 중 천 개 이상이 지구가 형성된 이후 경과하였기 때문에 원시 테크네튬의 원자 하나라도 생존할 확률은 사실상 0이다.그러나 소량은 우라늄 광석에 자연분열 생성물로 존재한다.1킬로그램의 우라늄은 10조 개의 테크네튬 원자에 해당하는 1나노그램(10g−9)으로 추정된다.[16][55][56]스펙트럼 타입 S-, M-, N의 일부 적색 거성 항성은 테크네튬의 존재를 나타내는 스펙트럼 흡수선을 포함한다.[20][57]이 붉은 거인들은 비공식적으로 테크네튬 스타로 알려져 있다.

핵분열 폐기물 생성물

드물게 자연적으로 발생하는 것과 대조적으로, 테크네튬-99는 다양한 핵분열 생성물을 포함하고 있는 사용후 핵연료봉에서 매년 대량 생산된다.원자로에서 우라늄-235 1g의 핵분열은 27mg의 테크네튬-99를 생산해 테크네튬은 6.1%[23]의 핵분열 생성물을 산출한다.다른 핵분열 동위원소는 우라늄-233에서 4.9%, 플루토늄-239에서 6.21% 등 유사한 테크네튬 수확량을 생산한다.[58]1983년과 1994년 사이에 원자로에서 약 4만 9천 TBq(78 미터 톤)의 테크네튬이 생산되었는데, 이는 지상 테크네튬의 지배적인 원천이다.[59][60]생산의 극히 일부만이 상업적으로 사용된다.[c]

테크네튬-99는 우라늄-235와 플루토늄-239의 핵분열에 의해 생성된다.그러므로 그것은 방사성 폐기물과 핵분열 폭탄 폭발의 핵 낙진에 존재한다.사용후 핵연료의 양당 베크렐로 측정한 붕괴는 핵폐기물 생성 후 약 1010년이46 지난 후 핵폐기물 방사능의 주요 원인이 되고 있다.[59]1945년부터 1994년까지 약 160TBq(약 250kg)의 테크네튬-99가 대기 중 환경에 방출되었다.[59][61]1986년까지 환경에 방출된 원자로에서 나오는 테크네튬-99의 양은 주로 핵연료 재처리에 의해 1000TBq (약 1600 kg) 정도인데, 이 중 대부분은 바다로 방출되었다.그 이후로 재처리 방법은 배출량을 줄였지만, 2005년 현재 환경에 테크네튬-99를 1차적으로 방출하는 것은 1995년부터 1999년까지 약 550TBq(약 900kg)를 아일랜드 해역에 방출한 셀라필드 공장에 의해서이다.[60]2000년부터 그 양은 규정에 의해 연간 90TBq(약 140kg)로 제한되었다.[62]테크네튬이 바다로 유출되면서 이 원소의 양이 극히 적은 일부 해산물이 오염되었다.예를 들어, 서컴브리아에서 온 유럽의 바닷가재와 물고기는 테크네튬이 약 1 Bq/kg 함유되어 있다.[63][64][d]

상업용 핵분열 생성물

측정 가능한 동위원소 테크네튬-99m는 원자로에서 우라늄이나 플루토늄의 핵분열로부터 핵분열 생성물로 연속적으로 생성된다.

사용한 연료는 재처리 전에 몇 년 동안 대기할 수 있기 때문에 기존의 핵 재처리 과정에서 핵분열 생성물이 주요 활성제와 분리될 때쯤이면 모든 몰리브덴-99와 테크네튬-99m가 부패한다.플루토늄-우라늄 추출(PUREX) 후 남은 액체는 TcO로−
4 높은 농도의 테크네튬을 함유하고 있지만 이 중 거의가 테크네튬-99m가 아닌 테크네튬-99이다.[66]

의료 작업에 사용되는 테크네튬-99m의 대부분은 원자로 내 전용 고농축 우라늄 표적을 조사하여 재처리 시설의 표적에서 몰리브덴-99를 추출하고 [31]몰리브덴-99가 붕괴될 때 생산된 테크네튬-99m를 진단 센터에서 회수함으로써 생산된다.[67][68]몰리브데넘 99 형태의 몰리브데넘 99는2−
4 테크네튬-99m 발전기 내부의 차폐된 컬럼 크로마토그래프("테크놀로지움 소")에서 산성 알루미나(AlO
2
3)에 흡착되며, 종종 "몰리브데넘 소"라고도 불린다.몰리브덴-99는 반감기가 67시간이라 붕괴에 따른 단명 테크네튬-99m(반감기: 6시간)가 끊임없이 생산되고 있다.[16]용해성 과테크네이트 TcO는−
4 식염수를 사용하여 용출에 의해 화학적으로 추출될 수 있다.이 과정의 단점은 핵분열물질의 보안 예방조치의 대상이 되는 우라늄-235를 함유한 목표물을 요구한다는 점이다.[69][70]

1958년 최초의 테크네튬-99m 발전기.Tc-99m pertechnetate 용액은 크로마토그래픽 기질에 부착된 Mo-99 molybdate에서 용출되고 있다.

전 세계 공급의 거의 3분의 2가 두 개의 원자로에서 나온다; 캐나다 온타리오에 있는 칠크 리버 연구소의 국가 연구 범용 원자로와 네덜란드 페텐에 있는 핵 연구 및 자문 그룹의 고 플럭스 원자로.테크네튬-99m를 생산하는 주요 원자로는 모두 1960년대에 건설돼 수명이 다했다.두 개의 새로운 캐나다 다목적 응용물리학 격자 실험 원자로는 테크네튬-99m 수요의 200%를 생산하기 위해 계획되고 건설되어 다른 모든 생산자들이 그들만의 원자로를 짓지 못하게 했다.이미 2008년 실험한 원자로가 취소되면서 향후 테크네튬-99m 공급에 문제가 생겼다.[71]

폐기물 처리

테크네튬-99의 긴 반감기와 음이온 종을 형성할 수 있는 잠재력은 방사성 폐기물의 장기적 처리에 대한 주요 우려를 낳고 있다.재처리 공장에서 핵분열 생성물을 제거하기 위해 설계된 많은 공정은 세슘(예: 세슘-137)과 스트론튬(예: 스트론튬-90)과 같은 양이온 종을 목표로 한다.그러므로 기술자는 그 과정을 통해 탈출한다.현재 처리 방법은 대륙, 지질학적으로 안정된 암석에 매장하는 것을 선호한다.그러한 관행에 따른 일차적인 위험은 폐기물이 물과 접촉하여 방사능 오염을 환경으로 유입시킬 수 있는 가능성이다.음이온과 요오드화물은 광물의 표면에 흡착하지 않는 경향이 있으며, 씻겨내려가기 쉽다.그에 비해 플루토늄, 우라늄, 세슘은 토양 입자와 결합하는 경향이 있다.테크네튬은 호수 바닥 퇴적물에서의 미생물 활동과 같은 일부 환경에 의해 고정될 수 있으며,[72] 테크네튬의 환경 화학은 활발한 연구의 영역이다.[73]

테크네튬-99의 경우 CERN에서 대체 폐기 방법인 투과법이 입증되었다.이 과정에서 테크네튬(technetium-99를 금속 표적으로 하여)을 중성자로 폭격하여 베타 붕괴로 분해하여 안정된 루테늄-100으로 분해하는 단명 테크네튬-100(반감기 = 16초)을 형성한다.사용 가능한 루테늄의 회수가 목표라면 극히 순수한 테크네튬 목표가 필요하다; 만약 아메리슘과 큐륨과 같은 경미한 활성제의 작은 흔적이 목표물에 존재한다면, 그들은 핵분열을 겪을 가능성이 높고 조사 대상의 방사능을 증가시키는 더 많은 핵분열 생성물을 형성할 것이다.'신선한 핵분열'에서 나오는 루테늄-106 (반감기 374일)의 형성은 최종 루테늄 금속의 활성을 증가시킬 가능성이 높기 때문에, 루테늄을 사용할 수 있으려면 조사 후 더 긴 냉각 시간이 필요할 것이다.[74]

테크네튬-99와 사용후핵연료의 실제 분리는 긴 과정이다.연료 재처리 과정에서 고방사성 폐액의 성분으로 나온다.몇 년을 앉아 있으면 테크네튬-99를 포함한 장수 동위원소 추출이 실현 가능한 수준으로 방사능이 감소한다.일련의 화학 공정은 높은 순도의 테크네튬-99 금속을 생산한다.[75]

중성자 활성화

테크네튬-99m로 분해되는 몰리브덴-99는 몰리브덴-98의 중성자 활성화에 의해 형성될 수 있다.[76]필요한 경우 다른 테크네튬 동위원소는 핵분열로 상당량 생산되는 것이 아니라 모 동위원소의 중성자 조사에 의해 제조된다(예를 들어 테크네튬-97은 루테늄-96의 중성자 조사에 의해 만들어질 수 있다).[77]

입자 가속기

Mo(p,2n)99mTc의 반응에 따라 의료용 사이클로트론에서 몰리브덴-100 표적의 22-MeV-프로톤 폭격으로 테크네튬-99m 생산의 실현 가능성이 1971년에 입증되었다.[78]최근 의료기술-99m의 부족은 동위원소 농축 (>99.5%) 몰리브덴-100 표적에 대한 양성자 폭격으로 생산에 대한 관심을 다시 불러일으켰다.[79][80]입자 가속기에서 몰리브덴-100 또는 (n, 2n) 또는 (n) 반응을 통해 몰리브덴-99를 획득하기 위한 다른 기법이 조사되고 있다.[81][82][83]

적용들

핵의학과 생물학

주요 기사:테크네튬-99m
Upper image: two drop-like features merged at their bottoms; they have a yellow centre and a red rim on a black background. Caption: Graves' Disease Tc-Uptake 16%. Lower image: red dots on black background. Caption: 250 Gy (30mCi) + Prednison.
그레이브스병 환자의 목의 테크네튬

테크네튬-99m("m"은 이것이 전이 가능한 핵 이성질체임을 나타낸다)는 방사성 동위원소 의료 시험에 사용된다.예를 들어 테크네튬-99m는 의료 영상 장비가 인체에서 추적하는 방사성 추적기다.[16][79]쉽게 검출할 수 있는 140 keV 감마선을 방출하고, 반감기는 6.01시간(24시간 안에 약 94%가 테크네튬-99로 소멸됨)[23]이기 때문에 역할에 잘 맞는다.테크네튬의 화학작용은 그것을 다양한 생화학적 화합물에 결합시킬 수 있게 해주는데, 각각의 화학성분들은 그것이 신진대사되어 체내에 축적되는 방법을 결정하는데, 이 단일 동위원소는 다수의 진단 테스트에 사용될 수 있다.50개 이상의 일반 방사선 의약품이 뇌, 심장근육, 갑상선, 폐, 간, 담낭, 신장, 골격, 혈액, 종양의 영상 및 기능 연구를 위한 테크네튬-99m를 기반으로 하고 있다.[84]

수명이 긴 동위원소인 테크네튬-95m 반감기가 61일인 이 동위원소는 환경과 식물과 동물 시스템에서 테크네튬의 움직임을 연구하기 위한 방사성 추적기로 사용된다.[85]

공업 및 화학

테크네튬-99는 베타 붕괴에 의해 거의 전적으로 분해되며, 일관된 낮은 에너지와 수반되는 감마선이 없는 베타 입자를 방출한다.게다가, 그것의 긴 반감기는 이 방출이 시간이 지날수록 매우 천천히 감소한다는 것을 의미한다.그것은 또한 방사성 폐기물에서 높은 화학적, 동위원소 순도로 추출될 수 있다.이러한 이유로 국립표준기술원(NIST) 표준 베타 이미터로서 장비 교정에 사용된다.[86]광전자 소자와 나노 크기의 핵 배터리를 위한 테크네튬-99도 제안되었다.[87]

레늄이나 팔라듐처럼 테크네튬도 촉매 역할을 할 수 있다.이소프로필 알코올의 탈수소화와 같은 과정에서는 레늄이나 팔라듐보다 훨씬 효과적인 촉매다.그러나 방사능은 안전한 촉매 적용의 주요 문제다.[88]

강철을 물에 담글 때는 250°C(523K)로 온도를 올려도 물에 약간의 농도(55ppm)를 더하면 부식으로부터 강철을 보호한다.[89]이러한 이유로, 테크네튬의 방사능은 이 적용을 자급식 시스템으로 제한하는 문제를 내포하고 있지만, 과테크네이트가 강철의 양극 부식 억제제로 사용되어 왔다.[90](예를 들어) CrO도2−
4 부식을 억제할 수 있지만, 10배 이상의 농도를 필요로 한다.한 실험에서, 탄소강 표본은 20년 동안 과기술 수용액에 보관되었고 여전히 무관절제되었다.[89]기술적으로 부식을 방지하는 메커니즘은 잘 이해되지 않지만 얇은 표면 층의 가역적 형성을 수반하는 것 같다.한 이론은 과기술이 강철 표면과 반응하여 더 이상의 부식을 방지하는 이산화 테크네튬 층을 형성한다는 것이다; 같은 효과가 어떻게 철분 가루를 물에서 제거하는데 사용할 수 있는지를 설명해준다.과테크네이트 농도가 최소농도 이하로 떨어지거나 다른 이온의 농도가 너무 높으면 효과가 빠르게 사라진다.[91]

전술한 바와 같이 테크네튬(필요한 농도에서 3 MBq/L)의 방사능 특성 때문에 거의 모든 상황에서 이 부식 방지가 실용적이지 않다.그럼에도 불구하고, 끓는 물 원자로에서 사용하기 위해 과기술 이온에 의한 부식 방지가 제안되었다(그러나 채택되지는 않았다).[91]

주의사항

테크네티움은 자연적인 생물학적 역할을 하지 않으며 보통 인체에서는 발견되지 않는다.[20]테크네튬은 핵분열에 의해 양적으로 생성되며, 많은 방사성핵종보다 더 쉽게 확산된다.화학 독성이 낮은 것으로 보인다.예를 들어, 몇 주 동안 그램 당 최대 15µg의 테크네튬-99를 섭취한 쥐에 대해 혈액식, 신체 및 장기 무게, 식품 소비량의 유의미한 변화는 감지되지 않았다.[92]체내에서 테크네튬은 수용성이 높고 빠르게 배설되는 안정적인 TcO−
4 이온으로 빠르게 전환된다.테크네튬의 방사선 독성(질량 단위당)은 화합물, 해당 동위원소에 대한 방사선 유형, 동위원소의 반감기의 함수다.[93]

테크네튬 동위 원소는 모두 주의 깊게 취급해야 한다.가장 흔한 동위원소인 테크네튬-99는 약한 베타 방출체다; 그러한 방사선은 실험실 유리제품의 벽에 의해 정지된다.테크네튬으로 작업할 때 주된 위험은 먼지를 흡입하는 것이다. 폐의 그러한 방사능 오염은 상당한 암 위험을 초래할 수 있다.대부분의 작업에서는 흄 후드에서의 세심한 취급만으로도 충분하며, 글로브 박스는 필요하지 않다.[94]

메모들

  1. ^ 1998년에 존 T.국립표준기술연구소의 암스트롱은 1925년 실험의 "컴퓨터 시뮬레이션"을 실시했고, 노닥 팀이 보고한 것과 상당히 가까운 결과를 얻었다."NIST에서 개발된 X선 방출 스펙트럼 생성 알고리즘을 사용하여, 나는 NIST에서 개발한 X선 방출 스펙트럼 생성 알고리즘을 사용하여 Noddacks의 잔류물 구성에 대한 Van Assche의 초기 추정치에 예상할 수 있는 X선 스펙트럼을 시뮬레이션했다.첫 번째 결과는 발표된 주파수에 놀라울 정도로 근접했다!그 후 몇 년 동안 우리는 그들의 분석 방법의 재구성을 개선했고 보다 정교한 시뮬레이션을 수행했다.시뮬레이션된 스펙트럼과 보고된 스펙트럼 사이의 합치는 더욱 개선됐다.우리의 주파수 생산에 필요한 43원소 양의 계산은 데이브 커티스와 로스 알라모스의 동료들이 1999년에 발표한 우라늄 광석의 천연 테크네튬 풍부성의 직접 측정과 상당히 유사하다.우리는 노닥의 데이터에 대해 그들이 핵분열 "마수륨"을 실제로 발견했다는 것 외에 다른 그럴듯한 설명은 찾을 수 없다.[9]
  2. ^ 불규칙한 결정과 미량 불순물은 99.9% 순수 테크네튬 분말을 위해 이 전환 온도를 11.2K로 상승시킨다.[24]
  3. ^ 2005년 현재, 오크리지 국립 실험실 허가증을 소지한 사람들은 과테크네이트 암모늄 형태의 테크네튬-99를 이용할 수 있다.[20]
  4. ^ 클로스트리디움 속 혐기성 포자 형성 박테리아는 Tc(VII)를 Tc(IV)로 줄일 수 있다.클로스트리디아 박테리아는 철분, 망간, 우라늄을 감소시키는 역할을 하며, 따라서 토양과 퇴적물의 용해성에 영향을 미친다.테크네튬을 감소시키는 그들의 능력은 산업 폐기물 및 기타 지표 밑 환경에서 테크네튬 이동성의 큰 부분을 결정할 수 있다.[65]

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참고 문헌 목록

추가 읽기

외부 링크