Chaque année, des millions de procédures d'imagerie médicale reposent sur le technétium radioactif. L'un de ses radio-isotopes se désintègre rapidement et est utile comme matériau traceur en médecine nucléaire. Mais un autre, technétium-99, est de très longue durée, présente un risque pour l'environnement, et constitue une menace potentielle pour la santé.

Le technétium peut être trouvé dans les déchets des réacteurs nucléaires et sur les sites qui ont traité de l'uranium pour des armes nucléaires pendant la guerre froide, comme le site de Hanford dans l'État de Washington. La forme la plus répandue de technétium, appelée pertechnétate, est soluble dans l'eau et a un potentiel élevé de propagation dans le sol et les eaux souterraines.

Mais maintenant, chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Université internationale de Floride, et l'Illinois Institute of Technology sont plus près de comprendre comment des concentrations élevées de technétium-99 peuvent être traitées par du fer simple, ce qui est peu coûteux et facilement disponible.

L'équipe a récemment terminé des expériences dans lesquelles presque tout - 99,8 % - du technétium a été retiré d'une solution liquide après un mois de contact avec des particules de fer. Cela se produit lorsque le fer s'oxyde ou perd des électrons dans un processus chimique appelé élimination réductrice.

"Nous les laissons juste s'asseoir en contact les uns avec les autres, " a déclaré Daria Boglaienko, un scientifique de l'environnement au PNNL. "C'est ce qui est différent dans cette étude. Nous n'avons contrôlé aucun paramètre comme l'acidité ou la température ou la teneur en oxygène. Nous avons juste laissé la réaction se dérouler spontanément, comme ce serait le cas dans la nature si ces deux composés entraient en contact l'un avec l'autre."

L'équipe a ensuite analysé les produits de réaction à l'échelle atomique avec des instruments sophistiqués au laboratoire de traitement radiochimique du PNNL et dans deux installations d'utilisateurs du bureau des sciences du département américain de l'Énergie (DOE) - EMSL, le Laboratoire des Sciences Moléculaires de l'Environnement du PNNL, et la source de photons avancée, situé au Laboratoire National d'Argonne.

Des études antérieures ont observé cette réaction dans des conditions anaérobies contrôlées et/ou avec des charges relativement faibles de technétium. Mais cette étude est la première à montrer comment la réaction se produit spontanément dans des conditions aérobies avec de fortes concentrations de technétium, et comprendre comment le technétium s'incorpore dans le réseau minéral de fer.

Des chercheurs ont révélé dans Chimie des communications que les amas de technétium s'intègrent partiellement dans les minéraux de fer, comme la magnétite, pendant l'oxydation et la minéralisation simultanées du fer. C'est le même mécanisme d'incorporation qui serait attendu dans un système naturel.

Potentiel de nettoyage

"Le fait que cette expérience ait été menée dans des conditions qui se produiraient spontanément avec l'introduction de fer, connu sous le nom de fer zéro valent, a des implications positives pour les efforts de nettoyage de l'environnement dans les systèmes de traitement souterrain ou des déchets nucléaires, " a déclaré l'auteur correspondant Tatiana Levitskaia, un chimiste au PNNL.

Les chercheurs ont également découvert que la présence de technétium ralentit l'oxydation du fer métallique et sa transformation ultime de ferrihydrite en magnétite. Le processus plus lent donne au technétium le temps de s'incorporer à la magnétite.

Une fois logé dans la structure cristalline, le technétium ne se réoxyde pas en sa forme plus mobile de pertechnétate - il est plutôt séquestré à long terme, qui minimise le risque de rejet dans les eaux souterraines ou l'environnement souterrain.

L'équipe de recherche continue de travailler avec le fer zéro valent. Ils ont testé sa capacité à séparer et séquestrer le technétium à Hanford, où le nettoyage impliquera la vitrification - ou la transformation des déchets liquides en verre - pour un stockage sûr à long terme. Une partie du technétium peut ne pas s'intégrer complètement dans le verre et se retrouver dans un flux secondaire de déchets. Le fer à valence zéro peut être efficace pour éliminer le technétium de ces déchets secondaires.