В Институте физической химии и электрохимии РАН обнаружили бактерию, которая способна дышать технецием — первым искусственно синтезированным радиоактивным элементом.
Фото: Предоставлено лабораторией химии технеция ИФХЭ РАН
Фото: Предоставлено лабораторией химии технеция ИФХЭ РАН
Сотрудники группы радиоэкологии и биогеотехнологии лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН в ходе изучения микробных сообществ в загрязненных радионуклидами подземных водах обнаружили и выделили в чистую культуру бактерию Shewanella xiamenensis DCB 2–1, которая способна крайне интенсивно использовать пертехнетат (соль технециевой кислоты) в качестве окислителя в процессе анаэробного дыхания.
Способность микроорганизмов использовать переменновалентные металлы в качестве акцепторов электронов в процессе анаэробного дыхания изучена в подробностях. Среди таких металлов — железо, ванадий, хром, марганец, уран и др. Технеций также относится к переменновалентным металлам. В окислительно-восстановительных реакциях, происходящих при анаэробном дыхании микроорганизма, технеций в составе пертехнетата (валентность +7) принимает электроны и восстанавливается до диоксида (валентность +4).
Обнаруженный штамм Shewanella xiamenensis DCB 2–1 способен обитать в растворе, содержащем до 0,01М технеция с активностью до 106 Бк/л (что сопоставимо с радиоактивными отходами среднего уровня активности), при этом процесс восстановления пертехнетата до диоксида технеция занимает несколько суток. В результате восстановления выпадает коричневый малорастворимый осадок гидратированных форм диоксида технеция, а в случае добавления в среду сульфат-ионов происходит образование черного осадка, содержащего смесь сульфидов железа и технеция.
В обоих случаях образование биогенных технецийсодержащих осадков весьма перспективно для иммобилизации технеция в окружающей среде. На данный момент в группе радиоэкологии и биогеотехнологии лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН ведутся работы по созданию биогеохимического барьера для иммобилизации технеция в подземных водах с использованием биопрепаратов, содержащих штамм Shewanella xiamenensis DCB 2–1. Изучение генома данного штамма позволило выявить большое количество генов, ответственных за устойчивость к тяжелым металлам, что дает возможность выращивать культуру в отходах гальванических производств, содержащих медь, цинк и другие металлы. С использованием данного штамма, иммобилизованного в виде биопленки на цеолите, проведены исследования возможности очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы.
Технеций — 43-й элемент таблицы Менделеева, находится в седьмой группе между молибденом и рутением. Долгое время технеций не могли обнаружить в природе, и место 43-го элемента пустовало. Безрезультатность поиска технеция в природе обусловлена отсутствием у него стабильных изотопов. Природный технеций (изотоп 99Tс) с периодом полураспада около 200 тыс. лет является продуктом самопроизвольного деления урановой и ториевой руды или продуктом захвата нейтронов в молибденовых рудах, поэтому находится в крайне незначительных концентрациях.
В середине XX века технеций был искусственно синтезирован из молибденовой мишени в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в США и стал, по сути, первым искусственно полученным элементом.
В России первые весовые количества технеция (около 60 мг) были выделены В. И. Спицыным и А. Ф. Кузиной в 1957 году в ИФХ АН СССР (ныне ИФХЭ РАН) из молибдена, облученного на реакторе ИТФ АН СССР.
Почти весь имеющийся на Земле технеций имеет искусственное происхождение как продукт деления урана-235 и других делящихся ядер в ядерных реакторах всех типов. Его содержание в отходах АЭС зависит от типа ядерного топлива и может достигать 6%. Суммарное накопление технеция во всех действующих на Земле реакторах за год превышает 10 тонн.
Как продукт облученного ядерного топлива технеций создает немало проблем при обращении с отходами. Помимо значительного периода полураспада (200 тыс. лет) физико-химические свойства технеция — высокая растворимость его соединений в окислительных условиях, низкая сорбция на основных минералах грунтов, летучесть некоторых соединений — ставят его в первую группу радиологического риска. Существует высокий риск миграции технеция в экосистемах при захоронении радиоактивных отходов или в случае радиационных аварий.
Одним из методов захоронения технеция является его цементирование с образованием устойчивых к хранению матриц. Для этого технеций необходимо связать в форме нерастворимого соединения — например, диоксида. Один из способов такого связывания предлагает бактерия Shewanella xiamenensis.