/// Росатом // ТВЭЛ / ПО «ЭХЗ»
Температура:  2.6 °C
Давление:  746 мм рт.ст.
МЭД:  9.3 мкР/ч
Отн. влажность:  86 %
Ветер:  Ю, 0.3 м/с
15.05.2021 (01:40)

Вы здесь

Изотопы молибдена

Природный молибден состоит из семи изотопов: 92Мо (молибден-92), 94Мо (молибден-94), 95Мо (молибден-95), 96Мо (молибден-96), 97Мо (молибден-92), 98Мо (молибден-98) и 100Мо (молибден-100). Шесть из них стабильны, 100Мо слаборадиоактивен (период полураспада 8,5×1018 лет, что в миллиард раз больше возраста Вселенной).

Из искусственных изотопов самым стабильным является 93Мо, с периодом полураспада 4 тысячи лет, период полураспада остальных изотопов не превышает 3 суток.

ИЗОТОП ПРИРОДНОЕ
СОДЕРЖАНИЕ, %
СТЕПЕНЬ
ОБОГАЩЕНИЯ, %
ХИМИЧЕСКИЕ
ФОРМЫ
92Mo 14,649 99,90 металл (Mo)

оксид (MoO3)
фторид (MoF6)

94Mo 9,187 99,50
95Mo 15,873
96Mo 16,673
97Mo 9,582
98Mo 24,292
100Mo 9,744 99,90

Основные сферы использования: научные исследования, медицина.

По данным открытых источников
ИЗОТОП ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
92Mo - использование в нейтронографических исследованиях для определения амплитуды когерентного рассеяния; изучение реакций перезарядки и т. п.;
- поиск дипольного диэлектрического момента нейтрона
94Mo - ядерно-физические исследования
95Mo - поиск дипольного диэлектрического момента нейтрона;
- обедненный 95Mo предложен для использования в конструкционных элементах UMo -топлива исследовательских (высоко поточных) реакторов;
- получение радиоизотопа 97Ru (рутений-97)
96Mo - ядерно-физические исследования;
- получение радиоизотопов 96Тс (технеций-96) и 95mTc (технеций-95m) для медицины
97Mo - ядерно-физические исследования
98Mo - получение радиоизотопов 99mТс (технеций-99m) для использования в медицине (диагностика заболеваний мозга, печени, почек, лёгких, желчного пузыря, лимфатических узлов, различного рода опухолей)
100Mo - исследование двойного β-распада (глобальный научный эксперимент международной коллаборации AMoRE)

► К таблице выпускаемых изотопов



Подробнее о получении технеция-99

Изотоп 98Mo является родительским изотопом для 99mТс, получившего широкое распространение в медицинской диагностике. Очень короткое время жизни 99mТс вынуждает получать его непосредственно на месте проведения медицинской процедуры. Для этого используются так называемые генераторы технеция — установки с особым образом подготовленным препаратом 98Mo, из которого химическим способом извлекают образовавшийся 99mТс. Сегодня рынок медицинского технеция исчисляется десятками миллионов процедур и миллиардами долларов в год.



Подробнее об эксперименте AMoRE

Материал из газеты «Импульс-ЭХЗ» (№ 11 от 24.03.2016)

ВСЕ, ЧТО ВЫ ХОТЕЛИ УЗНАТЬ ОБ ИЗОТОПЕ МОЛИБДЕН-100, НО СТЕСНЯЛИСЬ СПРОСИТЬ

Европейская наука только к концу XIX века смогла понять, в чем секрет средневековых японских мечей — их крепость, острота и одновременно гибкость объяснялись тем, что сталь легендарных самурайских катан содержала примеси молибдена. Целенаправленное применение молибдена в XX веке открыло новую страницу в металлургии легированных сталей.

А в XXI веке, возможно, именно молибден поможет ученым понять природу загадочного нейтрино, и тогда человечество перевернет еще одну страницу в книге знаний о фундаментальных законах Вселенной.

ЧАСТИЦА-ПРИЗРАК

Из более чем шести десятков элементарных частиц, описанных физиками-теоретиками в так называемой Стандартной модели строения и взаимодействия частиц материи, нейтрино, пожалуй, можно отнести к самым загадочным и малоизученным. Существование нейтрино предсказал швейцарский физик-теоретик Вольфганг Паули, чтобы «спасти» законы сохранения энергии, импульса и его момента при β-распаде. В отличие от α-частиц и γ-излучения, β-частицы, вылетающие при распаде одинаковых ядер, обладают различной энергией. Паули в начале декабря 1930 года выдвинул гипотезу, согласно которой в процессе β-распада из ядра вместе с электроном вылетает ускользающая от наблюдений нейтральная частица, которая уносит с собой недостающую часть энергии и момента импульса. В то время были известны всего три элементарные частицы: протон, электрон и фотон. Нейтрон еще не был открыт и Паули предложил назвать гипотетическую частицу «нейтроном». Самому Паули гипотеза показалась настолько дерзкой, что он вместо публикации научной статьи изложил ее в полушутливом письме-обращении к участникам конференции по радиоактивности, проходившей в Тюбингене (Германия). Письмо начиналось фразой «Уважаемые радиоактивные дамы и господа!», но сам Паули предпочел бал в Цюрихе.

Смелую гипотезу Паули поддержал профессор римского университета Энрико Ферми. На ее основе он разработал стройную математическую теорию бета-распада, которую опубликовал в 1934 году. К этому времени Джеймс Чедвик уже открыл нейтрон, и Ферми переименовал «нейтрон» Паули на итальянский манер в «нейтрино», что означает «нейтрончик». Как образно выразилась писательница Кристина Саттон в книге «Космический корабль нейтрино», «если письмо Паули, адресованное „радиоактивным дамам и господам“, можно сравнить с зачатием нейтрино, то статья Ферми возвестила о рождении новой частицы». Однако сохранялась ключевая проблема: никто понятия не имел, как обнаружить эту неуловимую малышку.

Многие известные ученые искали способ отловить призрачные нейтрино. Многие сомневались, возможно ли это вообще. Два немецких физика — Ханс Бете и Рудольф Пайерлс — после теоретического анализа пришли к выводу, что вероятность поглощения нейтрино атомом ничтожна и наблюдать нейтрино «практически невозможно». Сам Паули поспорил на бутылку шампанского, что никому не удастся экспериментально обнаружить нейтрино. Возможно, он сомневался в реальности той частицы-призрака, которую сам же и придумал.

Только через четверть века, в 1956 году, эксперимент на ядерном реакторе в Южной Каролине доказал существование нейтрино. Позднее оказалось, что у нейтрино несколько разновидностей — в зависимости от ядерных реакций, в которых частицы образуются: электронный, мюонный и тау-нейтрино.

Различные виды нейтрино могут преобразовываться друг в друга — это так называемые нейтринные осцилляции. Впервые идею осцилляций нейтрино высказал Бруно Понтекорво, который в 1950 году эмигрировал с Запада в СССР. В 2015 году Нобелевская премия по физике присуждена Такааки Кадзита и Артуру Макдональду «за открытие нейтринных осцилляций, показывающих, что нейтрино имеют массу». Ранее в Стандартной модели считалось, что нейтрино массы покоя не имеет. Теперь факт наличия массы установлен. Но какова ее величина?

И таких вопросов в отношении свойств нейтрино еще много. К примеру, ­основоположник квантовой физики британец Поль Дирак, предсказавший существование античастиц, полагал, что должна существовать частица «антинейтрино», отличающаяся по свойствам от нейтрино. Итальянский физик Этторе Майорана, напротив, считал, что нейтрино и антинейтрино — это одна и та же частица. Для ответа на этот вопрос ученые пытаются обнаружить двойной β-распад без образования нейтрино. Регистрация безнейтринного двойного β-распада будет однозначно свидетельствовать о майорановской природе нейтрино.

Двойной бета-распад (2β(2ν)-распад) — радиоактивный распад атомного ядра, который сопровождается увеличением заряда ядра на две единицы и испусканием двух электронов (они же β-частицы). При этом, как считается, в полет отправляются еще и два нейтрино (ν). Но есть предположение, что нейтрино имеет майорановскую природу (то есть одновременно выступает и как антинейтрино), и тогда при распаде два нейтрино взаимно уничтожают друг друга. Потому он и безнейтринный, и обозначается 2β(0ν)-распад.

ПОИСК НЕВИДИМКИ

Итак, в тот момент, когда ученые пришли к выводу, что масса нейтрино не равна нулю, рычаг для серьезного научного переосмысления физической картины микромира был получен. Осталось найти точку опоры — «поймать» самую многочисленную во всем космосе после фотона элементарную частицу и снять вопросы, которые она вызывает.

Но вот парадокс: нейтрино повсюду, однако пока неуловим. Даже обычный двойной бета-распад — очень редкое событие (период полураспада — порядка 1020 лет), насчитывает всего несколько десятков достоверных наблюдений. А безнейтринный двойной бета-распад, который, как оценивает теория, случается в тысячи раз (!) реже, вообще никто еще ни разу не наблюдал. Первому, кто зарегистрирует 2β(0ν)-распад, Нобелевская премия обеспечена — это будет крупным открытием в физике нейтрино и следующим важным шагом в понимании фундаментальных свойств материи.

В настоящее время в мире уже действует около десятка крупных подземных детекторов, предназначенных для поиска безнейтринного двойного бета-распада — с использованием различных изотопов. И еще несколько сооружается.

Коллаборация AMoRE (Advanced Mo based Rare process Experiment), объединяющая 91 ученого из 21 научных институтов восьми стран, в том числе 18 исследователей из России, сделала ставку на молибден-100. Этот изотоп по энергии, выделяющейся при безнейтринном распаде, входит в тройку рекордсменов (после 48Ca и 150Nd) среди всех изотопов-кандидатов. Чем больше энергия, тем легче обеспечить его «поимку» такой хитрой ловушкой, как сцинтилляционный детектор (о нем чуть позже). И еще один нюанс — молибден-100 может быть произведен центрифужным методом (!) в количестве десятков и даже сотен килограммов. Именно столько необходимо для проведения эксперимента, который будет продолжаться несколько лет. «Охотникам» на «редкого зверя» — 2β(0ν)-распад — потребуется завидное терпение.

ИСКАТЬ ТАМ, ГДЕ ГЛУБЖЕ

Непосредственно эксперимент научной группы AMoRE, лидирующее место в которой занимают физики Республики Корея, будет проходить на территории этой страны, в подземной лаборатории. Южнокорейские ученые для проведения двух глобальных научных экспериментов — по поиску темной материи (проект KIMS) и безнейтринного двойного бета-распада (AMoRE) — решили воспользоваться горными выработками, созданными при строительстве в горах недалеко от города Янъян (YangYang) гидроаккумулирующей электростанции.

Чтобы попасть в лабораторию, нужно преодолеть двухкилометровый тоннель, ведущий внутрь скального массива. 700-метровая «крышка» горных пород над лабораторией снизит фон от вторичных нейтронов и космического излучения — ведь стоит задача свести любые возможные воздействия на микроуровне к нулю.

Идея эксперимента в следующем: в криогенную камеру — сверхнизкие температуры также снижают погрешности наблюдений и измерений — будет помещена целая батарея сцинтилляционных детекторов, изготовленных из кристаллов молибдата кальция. Да непростого, а высокообогащенного. Молибден в нем будет представлен, как уже сказано, только изотопом 100Mo, а кальций — только изотопом 40Ca.

Почему 40Са? Потому что его много, в природном кальции этого изотопа почти 97%. Но обогащать кальцием-40 необходимо, чтобы максимально снизить в детекторе содержание изотопа 48Ca, которого в природе всего 0,187%. Дело в том, что изотоп 48Ca тоже дает двойной бета-распад. Чтобы избежать «конкуренции» между 48Ca и 100 Мо и не «целиться одним ружьем в двух зайцев», кальций для эксперимента желательно максимально обеднить кальцием-48 (приемлемое содержание — менее 0,001 %!).

А теперь чуть подробнее о сцинтилляционном детекторе. Сцинтиллятором называют вещество, обладающее способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения (гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т. д.). Кристалл молибдата кальция как раз и является таким сцинтиллятором, то есть если сквозь него пролетит электрон, в толще кристалла возникнет микровспышка, которую зарегистрирует подключенная к детектору умная электроника. Вот тут-то и есть главная хитрость: поскольку в самом детекторе есть атомы 100Mo, способные распадаться, то эти события, если они случатся, будут зарегистрированы самим же детектором. Такая схема называется «источник ≡ детектор».

Вот теперь понятны все ухищрения с защитой от внешних воздействий и с обогащением кальция и молибдена: ученые должны быть уверены, что микровспышка в детекторе — результат распада единственного в поле эксперимента источника бета-частиц, 100Mo, а значит, аппаратура регистрирует именно 2β(0ν)-распад.

В настоящий момент коллаборация AMoRE рассматривает модель детектора с использованием цилиндрических кристаллов 40Ca100MoO4 диаметром 50 мм и высотой 50 мм, массой около 300 г. Каждый кристалл помещается в индивидуальный медный крепеж с покрытыми тефлоном фосфорно-бронзовыми держателями. На поверхность кристалла наносится золотая пленка, толщиной 200 нанометров, которая золотыми проводами соединяется с чувствительным сенсором. Сцинтилляционный сигнал снимается с помощью такого же сенсора, соединенного с пластиной на основе кремния или германия.

НИКТО, КРОМЕ НАС

Сейчас идет подготовка к эксперименту — сложная, многоэтапная, причем каждый этап требует своих исследований, инженерных решений, тщательной проверки методик наблюдения, регистрации, измерений. Важнейший этап подготовки — создание источника (он же детектор). По условиям эксперимента для него, как мы помним, нужны изотопночистые кальций и молибден. Коллаборация AMoRE знает, где их взять. В России.

Сегодня единственное место в мире, где можно наработать нужное количество молибдена-100 — промплощадка ЭХЗ.

Более 20 лет специалисты производственно-технологической службы разделительного производства ЭХЗ, цеха по производству изотопов, центральной заводской лаборатории работают с технологией комплексного получения изотопов молибдена на газовых центрифугах. Опытные работы по освоению процесса разделения изотопа 100Мо и его аналитического сопровождения начаты в 1990-х годах. Затем шла непрерывная оптимизация и совершенствование технологии с учетом возможностей производства и все возрастающих требований научных коллабораций, выступавших в качестве конечных заказчиков молибдена-100.

В результате Электрохимический завод в настоящее время — единственное предприятие в мире, способное осуществить полный технологический цикл получения изотопов молибдена: от изготовления рабочего вещества и проведения процессов разделения в газовых центрифугах до получения товарной формы изотопной продукции и аттестации ее в собственной аналитической лаборатории.

НО ЭТО ЕЩЕ НЕ ВСЕ!

Итак, молибден, обогащенный по изотопу 100Mo до уровня > 96 %, делает АО «ПО «Электрохимический завод», поставляя его в виде порошка оксида молибдена 100MoO3.

Карбонат кальция 40CaCO3, обогащенный по изотопу 40Ca (99,964–99,988%) и обед­ненный по изотопу 48Ca (0,001%), производит еще одно предприятие Росатома — ФГУП «Комбинат «Электрохимприбор» (г. Лесной) — методом электромагнитной сепарации. Более того, специалисты ЭХП разработали и успешно применяют технологию глубокой очистки соединений кальция СаСО3 и Ca(HCOO)2 от «вредных» для хода эксперимента примесей. Кальций-40 тоже нигде, кроме России, сегодня не сделают. Аналогичное американское предприятие — знаменитый обогатительный завод Y-12 в Ок-Ридже, нарабатывавший уран для бомбы, сброшенной на Хиросиму, в настоящее время закрыт.

Чтобы убедиться, что изотопная продукция ЭХЗ и ЭХП полностью соответствует условиям эксперимента, ее образцы прошли гамма-спектрометрические испытания в Баксанской нейтринной обсерватории — экспериментальной базе Института ядерных исследований Российской академии наук. Эксперты AMoRE, убедившись в том, что заданные параметры полностью выдержаны, дали добро на дальнейшее использование российских изотопов.

Но это еще не все! Есть еще несколько поводов для гордости. Синтез шихты (смеси исходных материалов) молибдата кальция 40Ca100МоO4 с дополнительной очисткой от примесей (как при подготовке, так и в процессе синтеза) проводит московское ЗАО ­«НЕОХИМ». И там же, в Москве, на предприятии ОАО «Фомос-Материалс» из полученной шихты выращивают монокристаллы молибдата кальция.

Сравнение свойств сцинтилляционных элементов, полученных с помощью российских специалистов и технологий на российских предприятиях, с образцами, которые были сделаны в самой Республике Корее в 2003 году и тремя годами позже на Украине, убедило экспертов AMoRE — марка «Сделано в России» дает все шансы на успех эксперимента.

Поставки молибдена-100 в интересах коллаборации AMoRE рассчитаны на несколько лет. Килограммы продукции обернутся сотнями тысяч долларов экспортной выручки. Но для АО «ПО «Электрохимический завод» наработка молибдена-100 — не только прибыльный бизнес. Собственная технология, дающая на выходе продукт высочайшей изотопной чистоты, — это еще и наглядная демонстрация уникальных возможностей российских газовых центрифуг и технологического лидерства ЭХЗ в сфере производства изотопной продукции. А участие предприятий и организаций Росатома в обеспечении глобального научного проекта высокотехнологичными материалами, укрепляет международный престиж Госкорпорации «Росатом», всей отечественной атомной отрасли.

Дмитрий КАДОЧНИКОВ, Геннадий СКОРЫНИН, по открытым материалам Интернет

При подготовке текста использовались: кандидатская диссертация научного сотрудника НИЦ «Курчатовский институт» ­Н. Д. Ханбекова «Изучение свойств монокристаллов 40Ca100MoO4 и изготовленных на их основе cцинтилляционных элементов криогенного детектора для поиска безнейтринного двойного бета-распада изотопа 100Mo»; статьи сотрудника ГНЦ «Институт теоретической и экспериментальной физики», доктора физ.-мат. ­наук А. С. Барабаша в журналах УФН (№ 5, 2014 г.) и «Природа (№ 11, 2011 г.); технический отчет о ­реализации проекта AMoRE (декабрь 2015 г.) и другие материалы.

 

По вопросам приобретения обращаться к специалистам отдела продаж:
Варлакова Мария Владимировна
Тел. +7 (39169) 9-49-11
Добровольский Алексей Владимирович
Тел. +7 (39169) 9-49-03
Рябченко Оксана Сергеевна
Тел. +7 (39169) 9-31-73

Эл. почта: market.ecp@rosatom.ru, market@ecp.ru