gas Naural
El tecnecio, que tiene el símbolo químico Tc, es el elemento 43a en la tabla periódica. Todos sus isótopos conocidos son radiactivos. Un isótopo - uno que en realidad es bastante difícil de obtener - 98Tc, tiene una vida media de 4,2 millones de años, y sigue siendo demasiado corto para haber sobrevivido a los 4,5 mil millones de años desde la acreción de la tierra desde el material expulsado supernovas de la que se formó. Es poco probable que haya incluso 100 gramos de la misma en todo el planeta. Cualquiera que existe ha sido fabricado por la humanidad con grandes gastos en los aceleradores, o los obtenidos en los reactores nucleares en los rendimientos de minúsculas. El isótopo más conocido y más fácilmente disponible es 99Tc, que es un importante producto de fisión cuando un elemento de actínidos tales como uranio o plutonio o curio se somete a un evento de fisión, ya sea espontáneamente o como resultado de ser alcanzado por un neutrón como en un reactor nuclear. En general, se considera como un "elemento sintético", y fue, de hecho, el primer elemento que se descubrió, en 1937. Esedicho, porque el uranio es un elemento relativamente común en la corteza terrestre, tan común como el estaño, y porque el uranio ha sido continuamente sometidos a la fisión espontánea desde la formación de la tierra, ahora se entiende que el tecnecio no ocurrir de forma natural, aunque en concentraciones que son tan baja que hace que su detección extremadamente difícil y su aislamiento de fuentes naturales casi imposible.
Los océanos de la Tierra, por ejemplo, contener - limitados sólo por la solubilidad marginal de uranio en el agua - cerca de 5 millones de toneladas de uranio. La vida media del isótopo más común del uranio, 238U, es 4.468 millones de años, por coincidencia casi iguales a la edad de la tierra. La desintegración nuclear del uranio - que al igual que el tecnecio solamente tiene isótopos radiactivos - por lo general se desintegra por emisión α, pero mucho más raramente también experimenta la fisión espontánea. El, a diferencia de su desintegración α mucho más corta vida media, es de unos 8 mil billones de años, lo que significa que la constante de desintegración (= ln (2) / t ½) para la fisión espontánea es de 2.8 X 10-24 seg-1. A partir de esta información, se puede calcular que cerca de 30 billones de dólares átomos de fisión del uranio cada segundo en los océanos de la Tierra. El rendimiento de fisión de isótopos más ligeros para la fisión espontánea del uranio-238 se da al y se puede encontrar mediante la suma de los rendimientos de fisión de la especie predominante con número de masa 99 formada directamente por fisión, 99Rb, 99Sr, 99Y, 99Zr, 99Nb, y99Mo, cada uno sobre la formación de descomposición por la desintegración β- en el siguiente miembro de la serie de desintegración. La suma de estos rendimientos sugiere que 6,154% del tiempo, un núcleo con número de masa 99 se forma en estas circunstancias. (Véase la Figura 1 a continuación) Con la excepción de 99Mo, que tiene una vida media de aproximadamente 64 horas, ninguno de estos isótopos altamente radiactivos tiene una vida media superior a 2 minutos, y todos ellos decaen rápidamente en última instancia para dar 99Tc que tiene una vida media de 211,100 años. Por lo tanto 99Tc representa un "cuello de botella decaimiento," si se quiere, antes de desintegrarse en sí el isótopo estable de rutenio 99Ru. A partir de la constante de desintegración de 99Tc, que es 1,04 X 10 a 13 seg-1, se puede calcular que la cantidad de estado estacionario de 99Tc - la cantidad de 99Tc que puede acumularse antes de que se desintegra exactamente a la misma velocidad a la que se forma - en los océanos de la tierra resultante de la desintegración espontánea natural del uranio solvatado es alrededor de 3,4 kilogramos, distribuidos en todos los océanos en todo el mundo.
Figura 1: Distribución La fisión Rendimiento para la fisión espontánea de 238U.
En realidad, la cantidad de 99 Tc que se encuentra en los océanos de hoy es mucho mayor que 3,4 kg, debido a las pruebas de armas nucleares al aire libre histórico y debido a las operaciones de reprocesamiento de combustible nuclear llevada a cabo en La Haya en Francia y en Sellafield, en el Reino Unido, donde, históricamente tecnecio en su forma aniónica TcO4-1 fue dispuesto por el vertido en el océano.
Si usted piensa que este histórico de dumping de este radioisótopo en Sellafield y La Haya fue trágica, estoy de acuerdo contigo, pero es muy posible que que sus razones para pensar así que son muy diferentes de mis razones para pensar así.
Independientemente de lo que cabe esperar que sería la percepción común yo diría que el riesgo para la salud humana (o para que los peces materia) de tecnecio Sellafield / La Haya es extraordinariamente - incluso infinitamente - pequeña, como se puede ver cuando uno reconoce que 99Mo es a menudo fabricada en aceleradores para fines médicos, con el fin de proporcionar una fuente de 99mTc, un isómero nuclear de 99Tc (a la que 99mTc decae con un 6 horas de vida media) de manera que la gente puede comer tecnecio (o ser inyectado con el mismo) para uso médico imaginación y fines de tratamiento médico, y el isótopo es considerado como el "caballo de batalla" de la medicina nuclear. La cantidad de tecnecio que se podía obtener por comer 100 de toneladas métricas de pescado del Atlántico Norte - o beber toneladas de agua de mar - es eclipsada por la cantidad que podría comer durante una prueba médica típica o tratamiento, probablemente eclipsada por la radioactividad en un plátano típico. Dudo mucho que alguien ha muerto en cualquier lugar porque han ingeridos Sellafield o La Hayatecnecio. Si estoy equivocado, y alguien ha muerto de Sellafield o La Haya tecnecio no hay manera de que el número de muertes asociadas con tecnecio se acerca ni de lejos, dentro de los seis o siete órdenes de magnitud, el número de muertes que se habría causado si un combustibles fósiles se había utilizado para generar la misma energía eléctrica que se ha generado mediante el proceso por el cual las formas de tecnecio, ya que las plantas de combustibles fósiles causan problemas de salud y muerte - a gran escala - siempre que operan, con o sin tratamiento de residuos combustibles fósiles peligroso , con o sin acontecimientos accidentales.
No, la razón que encuentro la práctica del dumping tecnecio ser trágico es que se me ocurre - y puedo hacer un caso similar para "combustible nuclear usado" casi todos los elemento radiactivo o no radiactivo que se encuentra en esa maravillosa mezcolanza llamada o menos precisión "residuos nucleares de alta actividad" - que el tecnecio es potencialmente un material muy, muy, muy, muy útil.
La idea de que el tecnecio bien podría ser útil, posiblemente, incluso esencial, no es una idea nueva, ni tampoco se originan conmigo. Un viejo libro resulta que tengo en mi biblioteca personal - a partir de una serie sobre la química analítica de los elementos preparados por los científicos soviéticos y traducidos al Inglés por científicos1 israelí - contiene el texto siguiente:
Da la casualidad que en los cuarenta años desde que esta observación fue traducido al Inglés, la humanidad ha acumulado grandes cantidades de tecnecio, una estimación aproximada de mi parte, estima que la cantidad debe ser aproximadamente del orden de 100 TM de las cosas, sobre todo en suspensión en las matrices de combustible nuclear usado.
Siempre estoy interesado en la química de este elemento maravilloso, y cada vez que la casualidad de que el escaneo de las páginas de título de una revista científica o monografía, mi ojo siempre se dirige a un título en el que se menciona. Si llega el caso, hoy en día la literatura científica relacionada con tecnecio está dominado ya sea por artículos sobre la geoquímica del elemento, principalmente su química aniónica en la forma de la solubles TcO41 de iones de agua, a menudo en equilibrio con el compuesto insoluble tCO2, o acerca de la la química médica nuclear de tecnecio, que representa, en este momento, la única aplicación tecnológica común que el elemento disfruta.
El interés en la geoquímica es, por supuesto, en relación con el interés en la búsqueda sigue siendo absurdo desechar el elemento para la eternidad, o peor, para destruir de plano a través de la transmutación, a pesar de sus efectos sobre la salud son triviales en comparación con la búsqueda menos urgentes de la humanidad para disponer de, por ejemplo, de nuevo, los contaminantes del aire o, para el caso, materia fecal, cada uno de los cuales es responsable, a diferencia de tecnecio, para muchos millones de muertes cada año.
Además de documentos sobre la geoquímica o la química medicinal de tecnecio, es mucho más raro encontrar documentos sobre la metalurgia del elemento, en particular, las propiedades de las aleaciones y compuestos. En la medida en que el metal tecnecio y sus aleaciones se tratan en absoluto, por lo general es la única aleación de tecnecio / rutenio que se analiza en el contexto de la transmutación de tecnecio a través del bombardeo con neutrones - en que segundo, aunque elemento valioso. Cuando 99Tc captura un neutrón en un reactor nuclear, se convierte en 100TC, que tiene una segunda vida media 15 y se desintegra en 100Ru, un establo isótopo natural de rutenio: Por lo tanto cualquier metal tecnecio en un flujo de neutrones automáticamente se transformará en una rutenio aleación. A pesar de rutenio es un metal valioso por derecho propio, creo que es una idea mala suerte de intento de convertir deliberadamente tecnecio en ella. Por un lado, sólo hay siete metales - son tantalio, tungsteno, renio, molibdeno, niobio,rutenio y osmio - y ocho elementos si se incluye de carbono, que tiene un punto de fusión más alto que el tecnecio. (El punto de tecnecio de fusión es 2430 grados Kelvin). Aunque rutenio tiene un punto de fusión más alto, sino que también tiene una química diferente, en particular con respecto al oxígeno que lo hacen menos que ideal, en determinadas circunstancias, y en cualquier caso, un montón de rutenio está disponible en los combustibles nucleares usados incluso sin la transmutación de tecnecio en ella.
Renio, para centrarse en uno de tales elementos de fusión más alto en la lista, es extremadamente raro. El renio es tan raro que era el último elemento estable en la tabla periódica que hay que descubrir, esto en 1923 por Ida Noddack, quien también afirmó haber descubierto Cogener de renio, tecnecio, que llamó "masurio." (A pesar de la afirmación de masurio era larga descontados, en los últimos años, hay algunas personas que afirman que Noddack de hecho aislar tecnecio resultante de la fisión espontánea del uranio que se encuentra en las rocas - que probablemente nunca sabremos - pero su descubrimiento no ambigua de renio solo la define como un brillante químico. )
A pesar de su rareza y muy alto costo, renio es ahora considerado como un material industrial estratégico de gran importancia debido a su uso en la preparación de lo que se conoce como "superaleaciones" - aleaciones metálicas que presentan una alta resistencia a temperaturas muy altas, aleaciones refractarias. (Estas aleaciones también, dependiendo de su diseño, puede mostrar muy alta resistencia al ataque químico.) Todos los motores a reacción del mundo, así como las turbinas en muchas plantas de energía - especialmente las que se encuentran en las denominadas centrales de "ciclo combinado" - utilizar superaleaciones, incluyendo algunos que contienen cantidades significativas de renio. No es exagerado decir que el papel de superaleaciones es de suma importancia para casi cualquier dirección intento grandes mejoras escala en la eficiencia energética y la sostenibilidad. Superaleaciones también se utilizan en las naves espaciales y, potencialmente, podrían ser de utilidad en ciertas clases de reactores nucleares, la humanidad debe entrar en razón y completamente abrazar esa forma de energía, incluso si se trataprobablemente demasiado tarde para hacerlo.
El metal de base para casi todas las superaleaciones es el níquel, que tiene un punto de fusión significativamente menor que cualquiera de tecnecio o renio, y el propósito de poner otros elementos - muchos elementos están involucrados - en estas aleaciones es la mejora de las propiedades de níquel puro para optimizar su uso en aplicaciones específicas, en particular los implican condiciones extremas de temperatura, la química y el desgaste mecánico.
Me centraré en el uso actual de renio en superaleaciones comerciales y experimentales actuales, ya que resulta, la química de renio y tecnecio, así como sus propiedades metalúrgicas son muy similares: Químicamente son congéneres. Ellos son tan similares, de hecho, que si tecnecio había isótopos de larga vida suficiente para formar minerales, renio casi siempre sería una impureza en ellos, como es el caso de minerales de niobio y tántalo, de circonio y hafnio, y de tungsteno y molibdeno.
(Un hecho poco apreciado es que uno de los triunfos industriales del proyecto Manhattan, además de la separación de isótopos de uranio y la escala de Glenn Seaborg de la separación de plutonio a partir de uranio y de productos de fisión de una escala de picogramos a una escala de kilogramos, fue desarrollar un proceso industrial para separar zirconio de hafnio Aunque zirconio y hafnio son casi idénticos en un producto químico y el sentido metalúrgico, hafnio tiene propiedades muy diferentes nucleares que zirconio y envenena las reacciones nucleares en cadena:.. hasta el día de hafnio zirconio libre es un material nuclear importante)
De todos modos, sobre las superaleaciones de renio que contiene: las propiedades de algunos superaleaciones - no todos, pero muchos, de los que contienen renio - derivar de su ser policristalino, de la falta de homogeneidad está teniendo escala atómica. Una propiedad atómica importante que ha cojinete de la naturaleza de estas faltas de homogeneidad es realmente el tamaño de los átomos que participan en la formación de una estructura, específicamente el radio atómico de los átomos en The Crystals implicadas, en este caso metálico crystals.2
La química y la física de los metales se explica por su posición en la tabla periódica. Por tanto, es digno de mención que, debido a un efecto, un capricho, en la tabla periódica relativa a los efectos de la mecánica cuántica en lo que se denominan "elementos f" que se conoce como la "contracción de los lantánidos," el radio atómico de tecnecio (136 horas) no es muy diferente de su renio Cogener (137 horas) a pesar de renio es casi dos veces más masivo. Esto se traduce, dentro de ciertos límites, con la expectativa de que en muchos casos renio y tecnecio podrían ser casi intercambiables, que uno puede sustituir uno por otro sin mucho sacrificio en la utilidad de los materiales. Este hecho, argumento, hace que la política actual en todo el mundo en el tratamiento de las existencias de tecnecio, la política de tratar de deshacerse de él, para ponerlo fuera de nuestra vista - algo dudosa en mi opinión.
¿Porque?
Permítanme desarrollar un poco en lo impurezas renio en superaleaciones hacer: El papel más importante que desempeña el renio en superaleaciones es proporcionar resistance.3 fluencia resistencia a la fluencia ¿Cuál es? Los metales tienen, como la mayoría de la gente sabe por experiencia, la propiedad de retener su forma bajo tensión, y lo que es más, si se deforme o doblado por una fuerza, la propiedad de volver a su forma original una vez que se retira la fuerza aplicada, es decir, el comportamiento de la primavera. Decimos que obedecen la ley de Hooke. En algunas circunstancias, dependiendo del metal o aleación, sin embargo esta propiedad no se observa y los resultados de fuerza en un cambio permanente de la forma o estructura: esto se llama a la fluencia. Uno podría observar fluencia si uno ha comprado sillas de metal barato en Walmart y hace que el error de invitar a una persona obesa, yo, por ejemplo, para sentarse en ellas, con lo cual las sillas piernas están dobladas permanentemente o incluso roto. (Otro ejemplo familiar de fluencia es una abolladura en un metal.)
En las turbinas, las fuerzas centrípetas que superaleaciones debe ejercer en grandes masiva - y calientes - turbinas para evitar que se separen son enormes, lo que significa que de acuerdo con la primera ley de Newton, enormes tensiones son, a su vez, ejercen sobre ellos. Además de los requisitos que las turbinas de ser eficiente, impone restricciones considerables sobre las tolerancias mecánicas espaciales permitida a los mismos. A partir de estas consideraciones, vemos que la fluencia no es sólo deseable, es inaceptable. Estos dispositivos muy caros, idealmente diseñados para funcionar a altas velocidades de rotación y las temperaturas para las fracciones apreciables - o, potencialmente, incluso números apreciables - de siglos podría fallar espectacularmente si fluencia les causa a alargarse radialmente tanto como para chocar con sus carcasas y auto- destruir. Por otra parte, las turbinas a menudo tienen recubrimientos muy finos cerámicos de barrera térmica que permiten aún más altas temperaturas de punto de fusión de la aleación real que se emplea: cerámica Ser, y por lo tanto siendomás frágil que el metal que protegen las barreras térmicas se pueden romper, romper o de otra manera fallar si se deforma su base de metal a los que están unidos. Por estas razones, un gran número de superaleaciones de renio que contiene se han desarrollado experimentalmente o comercialmente. Algunos ejemplos incluyen públicamente divulgado CM-186LC, CMSX-3, CMSX-4, CMSX-681, RR-2072, TMS-82, UM-F13 y TRW por la NASA.
Todo esto es maravilloso, excepto que, como he señalado, renio es un elemento muy raro. En la medida en que somos capaces de hacer frente a las urgentes que nuestra infraestructura energética existente amenaza inaceptable no sólo la civilización pero quizás mucho más, es muy claro, al menos para mí, la accesibilidad de los materiales de alta tecnología, tales como superaleaciones son de importancia crítica en cualquier esfuerzo para hacer que la energía limpia. Sin embargo, la producción mundial de renio asciende a sólo el 50 TM por año, y la oferta es ciertamente sujeto al agotamiento - el único lugar conocido donde se renuevan los suministros, esto en una escala de unas pocas decenas de kilogramos por año, es un volcán en las Kuriles de Rusia que arroja un mineral renio que es desconocida en otras partes del mundo. Las estimaciones de que las reservas mundiales de cantidad de renio a alrededor de 2.500 toneladas, un suministro cincuenta por años, suponiendo que la humanidad no hace más que quejarse sobre el cambio climático, probablemente una buena apuesta, aunque no una satisfactoria. En contraste,el suministro de tecnecio, como el producto de la fisión de elementos actínidos, es teóricamente mucho mayor.
¿Cuánto más grande?
Mi posición es que la energía nuclear representa la forma de energía que tiene los posibles costes externos más bajos para cualquier forma de energía capaz de ser ampliado a un nivel de potencia de 100 de exajulios por año. Como eventos como Chernobyl y Fukushima demuestran, la energía nuclear no está libre de riesgos, sino un medio siglo de práctica industrial a gran escala muestra que es un riesgo mínimo, que en un mundo racional sería suficiente. En los círculos nucleares, mucho ruido se hace sobre el ciclo del torio. No tengo nada contra el ciclo del torio en sí, sino el fin de la energía nuclear para ser capaz de proporcionar energía a este nivel durante milenios - a causa de la geoquímica del uranio en lugar de torio - el ciclo del uranio / plutonio usando neutrones rápidos se requerirá , ya que el uranio recuperable puede llegar a ser inagotable. En la discusión que sigue voy a suponer que el 238 U / 239Pu (rápido) ciclo del combustible nuclear.
Por el acceso a la que se puede aprender que el rendimiento de fisión de isótopos que se acumulan para dar 99 Tc es, de 2 MeV (rápido) de neutrones irradia 239Pu, es de 6.12%. Hay límites físicos - como se discutió anteriormente para los de origen natural tecnecio oceánica - a la cantidad de un isótopo radiactivo se puede acumular antes de que alcance un punto en el que se va desgastando como la misma velocidad que se está formando, la velocidad de formación en el nuclear caso del reactor se depende de la potencia total producida por la energía nuclear. Supongamos que la humanidad fue capaz de estabilizar su consumo anual de energía en 500 exajulios por año, un poco menos de lo que ahora utiliza de todas las fuentes de energía combinados. Se puede demostrar mediante la resolución de una forma de la - simplificada para tener en cuenta el hecho de que para la mayor parte de su tecnecio vida no sería en presencia de un flujo de neutrones después de haber sido retirado de combustible nuclear - que por un mundo impulsado por 500 exajoules de la energía nuclear por año - que la cantidad máxima de tecnecio quepodrían acumularse es del orden de 50 millones de toneladas, se acercó asintóticamente pero que se necesitaría casi un millón de años de funcionamiento continuo - a sólo unos 6400 años para llegar a un millón de toneladas - de las centrales nucleares que operan en este nivel de potencia para hacerlo. Durante los primeros cientos de años, las acumulaciones ocurrirían a un ritmo de un poco menos de 158 toneladas por año, tres veces mayor que la oferta anual actual de renio, si bien sin estar sujeto al agotamiento cuando los minerales se agotaron.
Por otra parte, el tecnecio tiene la ventaja de ser más ligero que el renio, aumentando aún más su utilidad ya que esto tendería a reducir los requerimientos de energía de las turbinas en el que se utiliza, y la diferencia de peso atómico requeriría masas más pequeñas que se añade a las aleaciones.
Se podría objetar, por supuesto, que cualquier tecnecio que contiene superaleaciones sería forzosamente ser radiactivo, y esto es cierto, pero los efectos en la salud a la humanidad de esa radiactividad, ya que en las centrales eléctricas de turbinas para su uso en sistemas de muy alta temperatura - precisamente aquellas que exhiben las eficiencias termodinámicas más altos - también están forzosamente aislados del medio ambiente.
Cómo radiactivo que podría ser?
En los cálculos cuyos resultados informaré aquí, voy a hablar de una clase de 4º generación de superaleaciones que estaban en fase de desarrollo en 2006 en la Universidad de Michigan4 por el Dr. Q.Feng - que ahora trabaja en el Laboratorio Estatal Clave de Metales y Materiales Avanzados en Beijing - y compañeros de trabajo. He elegido estas aleaciones - desarrollado para tener una mayor liquidus (más alto punto de fusión) propiedades, así como una mayor resistencia a la deformación - porque contienen, además de renio, cantidades considerables de rutenio, también un producto de la fisión, en el que el tecnecio decae lentamente, aunque de trivial cantidades en vidas humanas ordinarias. Discuto estas aleaciones particulares para informativa, representantes, únicamente fines. He importado la tabla 1 de la referencia 4 - que enumera la composición de 22 superaleaciones, que van por ciento entre 3,9 y 7,5 peso de renio - en Excel con el fin de hacer algunos cálculos que reflejan las cantidades de tecnecio que se requeriría para sustituir el renio que contienen.La conversión por ciento en peso en fracción molar, la sustitución de tecnecio, y luego reconvertir de nuevo en porcentajes en peso, las nuevas aleaciones teóricas contendrían entre el 1,3% y el 2,6% de tecnecio. La masa - y por lo tanto sus densidades ya se espera que el volumen varíe poco de los análogos de renio, debido a la contracción de los lantánidos se discutió anteriormente - variarían de un 2,5% menos que el 5,0% menos que los análogos de renio, que no puede sonar como mucho hasta se tiene en cuenta el consumo de energía de una turbina girando durante medio siglo o más. He calculado la actividad específica por kg para el tecnecio que contiene aleaciones: Se extienden de 224 milicurios (mCi) a 445 mCi por kg. Dado que la aleación - que contiene una gran variedad de elementos pesados - sería auto-blindaje, y teniendo en cuenta las viviendas y otras estructuras y materiales también se blindar esta radiactividad es casi seguro trivial desde el punto de vista del riesgo de salud, a menos que uno fuera a comer kilogramosde superaleaciones, algo que no confío en nadie se inspiró para hacer. Por otra parte lo que sea tecnecio estaba contenida en estas aleaciones serían monitoreados no como residuos, sino como una pieza valiosa e importante de la infraestructura, habría un nuevo impulso a la vigilancia continua del comportamiento ambiental de las aleaciones.
Además de la ventaja de peso, hay otras maneras de que tecnecio superaleaciones podrían ser superiores a las aleaciones de renio. En el diseño de superaleaciones, un parámetro importante implica interacciones sutiles con oxígeno. Una de las primeras cosas por descubrir sobre el tecnecio es que el elemento tiene notables propiedades como inhibidor de la corrosión del acero en el agua oxigenada, en forma de pertecnato. Aunque no estoy seguro de si el mecanismo químico que explica esta propiedad es conocida, es muy posible que también podría funcionar con otros metales, el níquel, por ejemplo. Aunque superaleaciones son generalmente resistentes al ataque químico, parece posible que el tecnecio puede ofrecer mejoras adicionales, y tiempos de vida más largos para las superaleaciones de tecnecio que contiene a diferencia de los análogos de renio.
¿Cuánto podría tecnecio costo?
El "mineral" para el tecnecio está, por supuesto, utiliza combustible nuclear. La cantidad de tecnecio generado en un reactor nuclear es una función de muchos parámetros de la tecnología nuclear. La composición de inicio del combustible, el grado de enriquecimiento isotópico, el diseño del reactor, el grado de combustión (la cantidad de energía extraída del combustible antes de que se retira del reactor), los espectros de neutrones, el ciclo de combustible, etc . La inmensa mayoría de los recursos de combustibles nucleares usados disponibles en la actualidad se ha generado utilizando reactores térmicos burning235U en el arranque y cantidades más pequeñas de 239Pu que se formaron durante las operaciones. Sin embargo, para los fines de ilustración, voy a utilizar algunos datos representativos como se calcula en un libro de texto sobre física de los reactores, 5 según los cálculos del ORIGEN código grado de combustión, con el tiempo suficiente refrigeración, 180 días para el combustible térmica y 30 días para el reproductor rápido combustible de reactor para permitir que esencialmente todo el 99Mo acumulada a la descomposición para formar 99Tc. El valor fraccionario para la exsugiere que el factor de concentración es de 1.94 X 10-3 y 8,4 X 10-4for este último.
Recientemente en relación algo escrito inédito que estaba haciendo en el tema de la viabilidad, la tecnología y la economía de la captura de dióxido de carbono del aire, estaba leyendo un artículo de Casa, Herzog et al en PNAS6a la que, en el contexto de la dilución de dióxido de carbono en el aire intenta una estimación del coste de la eliminación - y el vertido - que, recurrió al concepto de un "Sherwood Terreno", el primer adelantado por el gran ingeniero químico Thomas Sherwood en 1959.6b la versión utilizada por la casa y Herzog, reproducida de otra fuente, 6c está aquí:
Figura 2: Una versión moderna de un Plot6a Sherwood, c
Apelación a esta gráfica sugiere que el costo de tecnecio debe ser algo del orden de $ 50 / kg. Dicho esto, el gráfico también sugiere que el costo de plutonio debe estar entre $ 5 / kg y 10 $ / kg ya que está presente en su "mineral" - también se utiliza combustible nuclear - está presente en aproximadamente el 1% (10-2). Las cifras que he visto sugieren que el precio del plutonio es unos pocos cientos de veces mayor, aproximadamente $ 1000 / kg.
¿Lo que da?
Si uno mira a plot6b original del Sherwood uno reconocerán que tiene una geometría diferente que la producida aquí. Al igual que todas las leyes económicas, a diferencia de la mayoría de las leyes físicas, sea cual sea la función de la trama Sherwood representa - un gráfico log / log y de este modo exponencial de la forma - es difusa y no teórico sino determinante. El precio de renio ha oscilado en los últimos tiempos, según el USGS, entre $ 3.400 y $ 4.300 por kilogramo, pero el precio no refleja simplemente la demanda o proceso, pero el hecho de que el elemento está disponible como un producto secundario de la extracción de cobre y molibdeno industrias. Esto ayuda a reducir su costo debido a que algunos de aislamiento se deriva a la obtención de otros, de hecho principal, productos. Obviamente la tecnología de proceso también juega un papel en el costo de los materiales, y mejoras durante la edad de oro de la química han hecho de forma continua materiales disponibles que no estaban disponibles antes. Química Industrial aislamiento de plutonio se basa en décadas de 1950 y 1960La tecnología - la tecnología de extracción por solventes Purex - y el requisito artificial que las tecnologías nucleares cumplen con las normas que ninguna otra tecnología de energía puede satisfacer - que nadie en cualquier parte de la cara Tierra riesgo de ningún tipo, para la eternidad, de su práctica - ha impulsado, junto con el miedo del público y la ignorancia expresa como NIMBY, artificialmente altos costes de eliminación de los supuestos productos de desecho "". En este clima social, siempre será imposible construir algo así como Yucca Mountain, que era probablemente una mala idea en cualquier caso, por razones que no tienen nada que ver con el riesgo o la salud.
Desde la década de 1950 muchas ideas brillantes de actínidos y la química de los lantánidos - lantánidos también son importantes productos de fisión - han surgido especialmente en lo que se convirtieron en los lantánidos materiales estratégicos críticos en su propio derecho. Argumento - reconociendo que esta idea no es todavía la corriente principal - que no hay tal cosa como "residuos nucleares", ya que puedo hacer argumentos muy parecido a éste para tecnecio para casi todos los demás constituyentes de combustible nuclear usado. Con esta reconocida, con materiales modernos, disolvente, otra sustancia química y las ciencias robóticas en mente, creo que el precio real de plutonio y tecnecio podría acercarse a los valores sugeridos por la trama de Sherwood, eliminando de este modo, una vez más en un mundo racional, el requisito de cualquier energía minera relacionada - la extracción de carbón, yacimientos de gas, campos de petróleo y las reservas aún, dado que ya extraído, el uranio y el torio minera - durante muchos siglos por venir.
Esto no quiere decir que yo creo que esto es lo que va a pasar, pero sólo que se trata de lo que podría haber sido posible si no fuera ya demasiado tarde. (Lo que yo creo que va a pasar es que, como fue el caso en la mayor parte de la historia humana, es que el miedo y la ignorancia prevalecerán y que, literalmente y figurativamente estrangular hasta la muerte a los residuos peligrosos combustibles fósiles.)
Lo que sea.
Entonces, ¿qué se sabe acerca de las aleaciones de tecnecio y sus propiedades? No tanto como uno podría esperar. Gran parte del trabajo de ellos tuvo lugar en la década de 1950 y 1960. Tecnecio, con su relativamente alto punto de transición de superconductividad se estudió en aleaciones de niobio con dispositivos para la construcción como la RM, RMN, etc, pero otras opciones fueron exploradas y desarrolladas. tecnecio adiciones al tungsteno en gran medida a mejorar la maquinabilidad y la ductilidad de ese elemento. aleaciones de hierro y circonio se han explorado como "formas de desecho" o como objetivos para los dispositivos de transmutación, pero personalmente aprobar de ninguna de ellas. En un mundo más inteligente, sabríamos mucho más sobre la aleación de este elemento notable y otras propiedades químicas.
Otros usos para el elemento, además de como un componente de superaleación se sugieren.
La evolución de la ciencia de los materiales ha dado lugar al desarrollo de muchos compuestos intermetálicos interesantes, carburos entre ellos: Una He estado estudiando recientemente es el compuesto notable Ti3SiC2 y sus análogos de hafnio y circonio, conocidas como fases MAX. Es posible que los carburos de tecnecio pueden ser superiores a incluso estos materiales notables. Recientemente, los científicos chinos han escrito dos artículos sobre las propiedades teóricas de carburo de tecnecio. 7,8 Estos documentos se basan en el análisis computacional - un enfoque cada vez más importante para el diseño de materiales. Tanto predecir que ciertas estructuras de carburo de tecnecio (y su análogo de renio) son termodinámicamente estables, y que no sólo son extremadamente duro, acercándose y tal vez incluso superior a la dureza del diamante, y lo que es más, a diferencia de diamante puro, tienen propiedades metálicas, incluyendo pero no limitado a la capacidad para conducir la electricidad. Es fácil imaginar circunstancias en las que éstospropiedades podrían ser extremadamente útil, por ejemplo en el mecanizado de materiales de la fase MAX, o en la construcción de ciertos tipos de electrodos diseñados para ser estable para su uso en flúor / fluoruro de base u otros tipos de sistemas químicos extremas, donde uno esperaría un silicio fase MAX basado oxide. Es una cuestión abierta, en cierta medida, ya sea TCC se ha sintetizado, de ser así, no ha sido inequívocamente characterized.9
Esto sugiere muchas aplicaciones potenciales de interés para la tecnología de la energía, especialmente en el campo de la tecnología nuclear y la conversión de la energía nuclear en energía química para uso residencial o industrial.
En lo personal, estoy feliz en cierta medida sobre todo el tramado que ha durado - aunque gran parte de ella se deriva del temor, la ignorancia y la atención selectiva - sobre la sobre la cuestión de "¿qué hacemos con" ... (así se llama) ... "residuos nucleares." el tramado no ha lugar a la pérdida de la vida misma que la falta de atención a los residuos peligrosos combustibles fósiles ha causado; es difícil argumentar que los llamados "residuos nucleares" nunca ha matado a nadie en este país o en muchos otros países: A pesar de mucha retórica en sentido contrario, el almacenamiento de combustible nuclear usado ha demostrado ser muy segura durante más de medio siglo. Una de las cosas a cabo por dicho tramado ha supuesto la preservación del tecnecio, el tecnecio que podría haber dado lugar a la destrucción de este recurso potencialmente muy valiosa, tenía la mentalidad vertedero de residuos desafortunado ha permitido que prevalezca.
Referencias y Notas:
1. Lavrukhina y Pozdniakov, "La Química Analítica de tecnecio, prometio, astato y francio" Traducido por R Kondor, Ann Arbor-Humphrey Science Publishers (1970) pp 7-8
2. Geddes, León, Huang, Superaleaciones, de aleación y de rendimiento, Derechos de Autor 2010ASM Internacionales, pp 123-124
3. Ibid. Véanse las páginas 80-81 para una discusión sobre el papel o renio en el rendimiento de superaleación.
4. P. Feng, L. J. Carroll, y T. M., Pollock Metallurg.Mat.Trans.A.37A.1949-1962 (2006).
5. William Stacy, Física de Reactores Nucleares, (2001) John Wiley and Sons, Nueva York. Los datos se toman de la tabla 6.8, página 225. Los datos se da como Curie (Ci) por tonelada, y se ha convertido en masa mediante el cálculo de la actividad específica de 99 Tc.
6. (a) Kurt House, Antonio C. Baclig, Manya Ranjan, Ernst A. van Nierop, Jennifer Wilcox, y Howard J. Herzog (b) Thomas K. Sherwood, transferencia de masa entre las fases, 35ª Conferencia Anual Premio Priestly, Pennsylvania State University, (1959). (C) Un Grübler (1998) Tecnología y Cambio Global (Cambridge University Press, Cambridge, (Reino Unido).
7. Wang, Physica.Status.Solidi. Cartas rápidos Research, vol 2, Nº 3, 126-128 (2008) "Ultraincompressible y carburo de tecnecio dura y carburo de renio: primeros principios de predicción"
8. Liang, Li, Zhang Guo y, Physical Review B 79, 024 111 (2009).
9. Por un informe de la síntesis de TCC ver Berens y Rheinhart, The Journal of Physical Chemistry, 83 (15) pp 2051-2053 (1979).
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