Le technétium, de symbole Tc et de numéro atomique 43, est un élément chimique radioactif de couleur gris métallique. Il est rarement présent dans la nature et se présente comme le plus léger des éléments découverts par création artificielle. Il s’agit d’un métal de transition dont les propriétés chimiques se situent entre celles du rhénium et du manganèse. Son nom provient du grec τεχνητός / tekhnêtós qui signifie « artificiel ». En 1937, l’isotope technétium 97 (97Tc) est le premier élément produit artificiellement. Il est important de souligner que le technétium ne possède pas d’isotope stable. En effet, aucun de ses isotopes n’a une demi-vie supérieure à 4,2 millions d’années.
Avant sa découverte, Dmitri Mendeleïev remarqua une absence dans sa classification et anticipa certaines de ses caractéristiques. Il le nomma « ekamanganèse ». Le technétium est principalement extrait du cycle du combustible nucléaire sur Terre, issu de la fission de l’uranium 235 dans les réacteurs nucléaires. Cependant, sa découverte dans les géantes rouges en 1952 a démontré que les étoiles sont capables de produire des éléments massifs grâce à la nucléosynthèse stellaire.
Le technétium est présent en quantités infimes sur Terre, résultant soit de la fission spontanée d’un alliage d’uranium, soit de la capture d’un neutron dans un alliage de molybdène. Il est utilisé dans divers domaines, notamment en médecine nucléaire où le technétium 99m (99mTc), un isotope à courte demi-vie qui émet des rayons γ, intervient dans divers diagnostics. En revanche, l’isotope 99Tc possède une durée de vie plus longue et est utilisé comme source de particules β. Le pertechnétate (TcO4−), quant à lui, est couramment utilisé pour protéger les aciers doux contre la corrosion anodique dans les systèmes de refroidissement fermés.
La place vide entre le molybdène et le ruthénium dans la table périodique a longtemps été un mystère pour les chercheurs. La découverte de cet élément manquant était un objectif ambitieux pour de nombreux scientifiques, puisque sa position dans le tableau périodique suggérait qu’il serait moins difficile à trouver que d’autres éléments méconnus.
En 1828, la présence supposée d’un nouvel élément, nommé polonium, a été signalée dans un alliage de platine. Cependant, il s’est avéré plus tard que ce dernier était en fait de l’iridium impur. De même, en 1846, la découverte de l’ilménium a été rapportée, mais des analyses ultérieures ont révélé qu’il s’agissait en fait du niobium impur. Cette erreur a également été commise en 1844 avec la pseudo-découverte par Heinrich Rose du pélopium. Il avait prédit que l’eka-manganèse (Em), un élément inconnu à l’époque, présenterait des propriétés comparables à celles du manganèse.
Le mausolée de Mendeleïev à Saint-Pétersbourg comporte un tableau périodique qui présente l’ilménium. Cette substance appartient à la septième période et a un numéro atomique de 187 dont le symbole est Jl.
En 1877, le chimiste russe Serge Kern a prétendu avoir découvert un nouvel élément dans un alliage métallique qu’il nomma « davyum » en hommage à Sir Humphry Davy, un célèbre chimiste anglais. Cependant, cette découverte fut invalidée, car il s’agissait en réalité d’un mélange de fer, et de rhodium d’iridium. En 1896, un autre candidat, le lucium, a été proposé, mais a finalement été identifié comme étant de l’yttrium. En 1908, le chimiste japonais Masataka Ogawa a affirmé avoir découvert des preuves de l’existence de l’élément 43 dans un minerai de thorianite. Il l’a nommé nipponium, en référence au Japon. Des analyses plus poussées ont néanmoins révélé que les plaques photographiques d’Ogawa contenaient du rhénium, mais pas l’élément 43.
En 1925, Walter Noddack, Ida Tacke et Otto Berg ont annoncé la découverte d’un nouvel élément, baptisé masurium. Ce nom a été choisi en référence à la région de Mazurie, en Pologne, d’où vient la famille de Noddack. Ils ont utilisé une méthode de bombardement d’électrons sur de la ferrocolumbite pour détecter sa présence. Ensuite, ils ont analysé le spectre au rayon X pour confirmer leur découverte. Cependant, ils n’ont pas réussi à reproduire leurs résultats expérimentaux.
La découverte du technétium a été finalement attribuée à Emilio Segrè et Carlo Perrier en 1937 lorsqu’ils ont réussi à isoler les isotopes 95 et 97.
En 1998, John T. Armstrong du National Institute of Standards and Technology (NIST) a simulé numériquement l’expérience de 1925. Les résultats obtenus ont été similaires à ceux de l’équipe Noddack, suggérant que la découverte du technétium aurait bien été réalisée à cette époque. Cette hypothèse est renforcée par les mesures de la présence naturelle du technétium effectuées par David Curtis au Los Alamos National Laboratory. Toutefois, les résultats expérimentaux de Noddack concernant la découverte de l’élément 43 n’ont jamais été reproduits avec succès. Par conséquent, l’authenticité de cette découverte demeure un sujet de débat.
En 1937, l’université de Palerme en Sicile a confirmé la découverte de l’élément 43, suite à une expérience menée par Carlo Perrier et Emilio Segrè. Durant l’été de 1936, Segrè s’est rendu aux États-Unis pour visiter le Laboratoire national Lawrence-Berkeley. Sur place, il réussit à convaincre Ernest Orlando Lawrence, l’inventeur du cyclotron, de lui fournir des produits radioactifs issus de cet appareil.
Le 17 décembre 1936, Lawrence a envoyé une feuille de molybdène à Segrè et Perrier. Celle-ci avait été utilisée comme déflecteur dans le cyclotron. Le 30 janvier 1937, ils ont commencé leurs recherches pour découvrir un nouvel élément. Segré a dressé une liste des expériences de chimie menées par Perrier pour prouver que l’activité du molybdène était en fait celle de l’élément Z = 43. Celui-ci n’existe pas dans la nature, puisqu’il est instable et se désintègre par radioactivité. Malgré des difficultés importantes, ils ont réussi à isoler trois produits ayant des périodes de décroissance de 90, 80 et 50 jours qui se sont finalement transformés en deux isotopes, 95Tc et 97Tc. Ils ont été nommés technétium par Perrier et Segrè.
Les scientifiques ont proposé plusieurs appellations pour nommer ce nouvel élément chimique. Certains ont suggéré les noms panormium en référence à l’université de Palerme, ou trinacrium en référence à la Sicile. Cependant, les chercheurs ont finalement opté pour le mot grec « tekhnêtos », signifiant artificiel. Ce choix était plus approprié, puisqu’il s’agissait du premier élément chimique découvert artificiellement. De retour à Berkeley, Segrè a collaboré avec Glenn T. Seaborg. Ensemble, ils ont isolé l’isotope technétium 99m, de nos jours utilisé annuellement dans dix millions de diagnostics médicaux
En 1953, l’astronome californien Paul W. Merrill a identifié la signature spectrale du technétium en observant des raies à 403,1 nm, 423,8 nm, 426,8 nm et 429,7 nm dans les géantes rouges de type S. Ces étoiles massives en phase terminale sont riches en éléments à courte durée de vie, témoignant de la présence de réactions nucléaires qui les produisent. Cette preuve a renforcé la théorie spéculative selon laquelle les étoiles sont des sites de nucléosynthèse produisant des éléments chimiques massifs. Des découvertes récentes ont confirmé la formation des éléments par l’absorption de neutrons dans les processus s.
Suite à cette découverte, des études ont été menées pour détecter la présence de technétium à l’état naturel sur Terre. En 1962, B. T. Kenna et P. K. Kuroda ont isolé et identifié du technétium 99 dans de la pechblende au Congo belge, mais en quantité faible (approximativement 0,2 ng/kg). Cette substance est générée par la fission spontanée de l’uranium 238. Des recherches ont également démontré que le réacteur nucléaire naturel d’Oklo a produit une grande quantité de technétium 99 qui s’est ensuite transformé en ruthénium 99 par désintégration. De plus, des observations récentes ont validé la création de ces éléments par la capture de neutrons lors des processus de fusion nucléaire.
Le technétium est un métal radioactif qui ne possède aucun isotope stable. Il s’agit du métal le plus léger à présenter cette propriété. Il est également l’un des deux seuls éléments chimiques parmi les 82 premiers connus à être exclusivement radioactif, l’autre étant le prométhium.
Il est principalement généré par des réactions nucléaires et se diffuse plus rapidement que d’autres radioisotopes. Sa toxicité chimique est relativement faible, mais sa toxicité radiologique dépend de l’isotope, de sa nature, de sa radiation et de sa demi-vie. Bien que la compréhension de la toxicité du technétium soit cruciale, les études expérimentales sont actuellement limitées
La manipulation des isotopes du technétium doit être réalisée avec une grande prudence. L’isotope le plus répandu, le technétium 99, émet notamment des radiations β à faible intensité qui peuvent être arrêtées par les vitres de protection du laboratoire.
Lorsque des électrons sont arrêtés, ils émettent un rayonnement continu de freinage qui produit des rayons X de faible intensité. Cependant, il ne présente aucun danger pour le corps humain si la distance entre celui-ci et les vitres est supérieure à 30 centimètres. L’inhalation de particules radioactives constitue le risque majeur lors de la manipulation du technétium. Cette exposition peut entraîner une contamination radioactive des poumons et accroître significativement le risque de cancer. Néanmoins, la plupart des travaux peuvent être effectués en toute sécurité sous une hotte. Par conséquent, l’utilisation d’une boîte à gants n’est pas nécessaire.
Le technétium possède des isotopes stables tels que :
Vingt-deux autres isotopes ont été identifiés avec une masse atomique variant de 87,933 u pour le 88Tc à 112,931 u pour le 113Tc. La plupart ont une demi-vie inférieure à 1 heure, à l’exception :
Le technétium présente plusieurs états métastables, dont le plus stable est le 97mTc, avec une demi-vie de 90,1 jours et une énergie de désintégration de 0,097 MeV. Il est suivi de près par le 95mTc avec une demi-vie de 61 jours et une énergie de désintégration de 0,038 MeV. Vient ensuite le 99mTc avec une demi-vie de 6,01 heures et une énergie de désintégration de 0,1405 MeV. Il est important de noter que le 99mTc se caractérise par l’émission exclusive de rayons gamma lors de sa transformation en 99Tc.
Les isotopes ayant une masse atomique inférieure à celle du technétium 98 se désintègrent par capture électronique produisant du molybdène. En revanche, les isotopes ayant une masse atomique supérieure se désintègrent exclusivement par émission bêta produisant du ruthénium à l’exception du technétium 100 qui peut subir à la fois une capture électronique et une émission bêta.
Le technétium 99 (99Tc) est l’isotope prédominant du technétium. Sa radioactivité est de 6,2×108 désintégrations par seconde par gramme de matière (0,62 GBq/g).
Le technétium et le prométhium sont des substances inhabituelles qui ne possèdent pas d’isotopes stables.
En se basant sur le modèle de la goutte liquide pour décrire les noyaux atomiques, la formule semi-empirique de Weizsäcker permet d’évaluer l’énergie de liaison nucléaire. Elle postule l’existence d’une zone de stabilité bêta où un nucléide n’est pas sujet à une désintégration bêta. Au-dessus de cette zone, les nucléides subissent une désintégration radioactive qui se traduit par l’émission d’un électron ou d’un positron, ou encore par la capture d’un électron les amenant à se déplacer vers le centre de la vallée.
La conversion d’un nucléide d’une masse A en un nucléide d’une masse A+1 ou A-1 peut être effectuée par une simple capture électronique ou une seule émission bêta à condition que le produit final ait une énergie de liaison nucléaire plus faible et que la différence d’énergie soit suffisante pour permettre la désintégration radioactive. Pour une parabole unique, il n’existe qu’un seul isotope stable associé : celui qui possède l’énergie de liaison nucléaire maximale.
Le graphique de l’énergie de liaison nucléaire en fonction du numéro atomique pour un nombre pair de nucléons A présente une irrégularité sous forme de deux paraboles distinctes pour les numéros atomiques pairs et impairs. Cette différence est due à la stabilité accrue des isotopes ayant un nombre pair de protons et de neutrons par rapport à ceux ayant un nombre impair de nucléons.
Il est rare de trouver des noyaux stables avec un nombre impair de neutrons et de protons dans le contexte de deux paraboles, notamment lorsque le nombre de nucléons est pair. Cependant, il existe quatre noyaux légers qui présentent cette particularité : 2H, 6Li, 10B et 14N. Dans ces cas, il est impossible d’avoir des isotopes stables avec un nombre pair de neutrons et de protons.
Le technétium est caractérisé par une vallée de stabilité bêta centrée sur 98 nucléons. Toutefois, il existe déjà un nucléide stable de molybdène (Z = 42) ou de ruthénium (Z = 44) pour chaque nombre de nucléons compris entre 95 et 102. Pourtant, le technétium ne possède qu’un seul isotope stable, en raison de son nombre impair de protons qui ne permet la stabilité qu’avec un nombre impair de neutrons optimisant ainsi l’énergie de liaison nucléaire. Cependant, des isotopes stables de molybdène ou de ruthénium ont déjà été découverts. Ils ont le même nombre de masse que chacun des isotopes « stables » possibles du technétium. Ainsi, ils ont tendance à se transformer en isotopes stables en émettant des particules bêta ou en capturant des électrons. Cette transformation implique le changement d’un neutron en proton ou vice versa.
Le technétium se trouve entre le rhénium et le manganèse dans la classification périodique. Il possède des caractéristiques qui se situent entre celles de ces deux éléments. On le trouve rarement sur terre, puisqu’il ne dispose pas d’un isotope stable ou ayant une durée de vie significative. Il n’a aucun rôle biologique et n’est pas présent dans le corps humain ni dans tout autre organisme vivant. De plus, il présente une faible toxicité chimique.
Le corps simple est un métal gris argenté qui ressemble au platine. En général, il se présente sous forme de poudre grise.
Sa structure cristalline varie selon sa forme physique. Le métal pur en vrac adopte une structure hexagonale compacte. Quant au technétium nanodispersé, il présente une structure cristalline cubique. Cette différence se reflète également dans leurs propriétés spectroscopiques distinctes. Le spectre Tc-99-NMR du technétium massif hexagonal présente neuf satellites alors que le technétium nanodispersé ne présente pas de division de spectre RMN. Par ailleurs, la forme métallique du technétium est sensible à l’oxydation et peut se ternir graduellement en présence d’air humide. Ses oxydes les plus courants sont le TcO2 et Tc2O7.
Lorsqu’il se présente sous forme de poudre grise, ce métal peut s’enflammer en présence de dioxygène. Il peut être dissous dans l’eau régale, l’acide nitrique et l’acide sulfurique concentré. En revanche, il est insoluble dans l’acide chlorhydrique. Son spectre présente des raies spectrales distinctives à des longueurs d’onde de 363, 403, 410, 426, 430 et 485 nm. Le technétium peut former plusieurs agrégats atomiques, notamment Tc4, Tc6, Tc8 et Tc13. Les formes les plus stables sont Tc6 et Tc8. Ils ont une structure prismatique avec des liaisons triples reliant les couples verticaux d’atomes de technétium et des liaisons simples reliant les atomes plans. Par ailleurs, il a une propriété paramagnétique caractérisée par une susceptibilité molaire de χ=3,35 × 10−9 m3 mol−1. Sa structure cristalline est de type hexagonal compact.
Le technétium pur monocristallin est un matériau supraconducteur de type II avec une température de transition de 7,46 K. Toutefois, en présence de cristaux irréguliers et d’impuretés, la température peut atteindre 11,2 K pour une poudre pure à 99,9 %. Il est le deuxième matériau le plus performant en termes de profondeur de pénétration magnétique, juste après le niobium, lorsque la température est inférieure à ce seuil.
Le technétium possède une gamme d’états d’oxydation allant de -1 à +7. En présence d’oxydants, le technétium VII se manifeste sous forme d’ion pertechnétate TcO4−.
L’isotope le plus stable du technétium a une période radioactive courte, représentant seulement un millième de l’âge de la Terre. Il n’y a actuellement aucune trace de technétium primordial dans l’environnement naturel, mais une infime quantité de technétium secondaire peut être détectée. Elle résulte de la désintégration nucléaire récente d’éléments radioactifs plus massifs, tels que ceux présents dans les minerais d’uranium.
Depuis sa découverte, de nombreuses recherches ont été menées pour identifier les sources naturelles terrestres. En 1962, les chercheurs B.T. Kenna et P.T. Kuroda ont découvert la présence de technétium 99 en faible quantité dans l’uraninite africaine. Cette substance est générée par la fission spontanée de l’uranium 238. En 1999, le chercheur David Curtis du Laboratoire national de Los Alamos a évalué que la quantité de technétium présente dans un kilogramme d’uranium est d’environ 1 nanogramme (10−9g).
Dans le spectre de certaines étoiles de type géantes rouges dans l’espace, on peut observer une raie d’absorption qui indique la présence de technétium. Cette découverte prouve que les éléments lourds sont produits dans les étoiles par nucléosynthèse.
Le technétium 99 est une substance rare dans la nature, mais sa production annuelle est importante en tant que sous-produit de la fission du combustible nucléaire. Lorsqu’un gramme d’uranium 235 subit la fission dans un réacteur nucléaire, il produit 27 mg de 99Tc, soit un taux de production de 6,1 %. D’autres éléments fissiles tels que l’uranium 233 et le plutonium 239 présentent des taux de production similaires, respectivement de 4,9 % et de 6,21 %. Ils peuvent être utilisés pour produire du combustible nucléaire.
Selon les estimations, la production de technétium dans les réacteurs nucléaires a atteint environ 49 000 térabecquerels (TBq), soit 78 tonnes, jusqu’en 1994. Cette production représente sa principale source sur Terre. Toutefois, seule une infime partie du technétium est utilisée à des fins commerciales. Son coût d’achat en 2016 était d’environ 100 dollars par gramme, soit une baisse considérable par rapport aux 2 800 dollars par gramme enregistrés en 1960. Il coûte toutefois plus cher que le platine qui n’a jamais été à plus de 72,40 dollars par gramme.
Il se trouve dans les résidus radioactifs issus de la fragmentation de l’uranium 235 et du plutonium 239 ainsi que lors d’une explosion nucléaire. Le technétium produit artificiellement est présent en quantité bien supérieure à celui présent naturellement dans l’environnement. Cette production provient des essais nucléaires effectués dans l’atmosphère ainsi que du traitement et de la gestion des déchets nucléaires.
Le technétium 99 est considéré comme l’un des éléments les plus problématiques des déchets nucléaires en raison de sa forte radioactivité, de sa longue demi-vie et de sa volatilité. En effet, sa décroissance, mesurée en becquerels par unité de combustible usé, prédomine dans une plage de temps allant de 104 à 106 ans après la formation des déchets.
En 1994, des essais nucléaires en atmosphère ont libéré environ 250 kg de technétium 99 dans l’environnement, soit une quantité estimée à 160 TBq. En 1986, une grande quantité de cet élément, équivalente à approximativement 1 000 TBq (1 600 kg), a été produite par les réacteurs nucléaires. Cette substance a été libérée dans l’environnement principalement lors du traitement du combustible usé, avec des rejets dans la mer.
Ces dernières années, les avancées techniques dans le traitement des déchets radioactifs ont permis de minimiser les rejets de technétium 99 dans le milieu naturel. En 2005, le site de Sellafield était sa principale source de rejet dans l’environnement. Entre 1995 et 1999, approximativement 550 TBq (900 kg) ont été déversés dans la mer d’Irlande. Depuis les années 2000, une réglementation a été mise en place pour limiter les émissions à 90 TBq (140 kg) par an.
Les bactéries anaérobies sporulantes appartenant au genre Clostridium sont capables de réduire le technétium (Tc) de l’état Tc(VII) à Tc(IV). Cette capacité joue un rôle clé dans sa mobilité dans les déchets industriels et les environnements souterrains. Les clostridia peuvent également réduire le fer, le manganèse et l’uranium. Elles modifient ainsi leur solubilité dans les sols et les sédiments.
À l’instar de l’iode 129I, le technétium 99 présente des défis considérables pour la gestion à long terme des déchets radioactifs en raison de sa longue durée de vie et de sa tendance à former des espèces anioniques. De plus, de nombreux procédés utilisés dans les usines de retraitement pour éliminer les produits de fission visent à enlever les espèces cationiques telles que le césium 137Cs ou strontium 90Sr. Ainsi, il est impossible d’éliminer les ions pertechnétate à l’aide de ces procédés de retraitement.
Les options de traitement pour les déchets radioactifs se concentrent sur l’enfouissement en profondeur dans des couches géologiques. Cependant, cette méthode comporte un risque élevé de contamination de l’environnement en cas de contact avec l’eau. En effet, les anions pertechnétate et les ions iodure ont une faible capacité d’absorption sur les surfaces minérales. Ils sont donc plus susceptibles de se propager dans le milieu naturel.
Le technétium se distingue par sa faible affinité avec les particules du sol, contrairement à d’autres éléments tels que le plutonium, le césium et l’uranium. C’est la raison pour laquelle sa chimie environnementale suscite l’intérêt de la communauté scientifique.
Au sein du CERN, une méthode alternative pour l’élimination du technétium 99 a été démontrée avec succès. Il s’agit de la transmutation nucléaire. Elle consiste à bombarder une cible métallique de technétium 99 avec des neutrons afin de produire du 100Tc. Cette substance radioactive a une durée de vie de 16 secondes et se désintègre rapidement en ruthénium (100Ru) par radioactivité bêta.
Pour obtenir du ruthénium utilisable, il est nécessaire d’avoir une cible de technétium extrêmement pure, sans traces d’actinides mineurs tels que l’américium et le curium. En effet, ces substances peuvent subir une fission et créer des produits de fission qui augmentent la radioactivité de la cible irradiée. Lors de la fresh fission, la formation de 106Ru qui a une demi-vie de 374 jours peut augmenter l’activité du ruthénium métallique obtenu, nécessitant un temps de refroidissement prolongé après l’irradiation.
La production de technétium 99 à partir de combustible nucléaire usé est un processus complexe et chronophage. Ce radioisotope se trouve dans les déchets liquides hautement radioactifs. Après une période de plusieurs années, l’extraction des isotopes à longue durée de vie, tels que le technétium 99, peut être envisagée lorsque la radioactivité a suffisamment décru. Des procédés d’extraction chimique sont ensuite utilisés pour obtenir du technétium métallique de haute pureté, le séparant ainsi chimiquement du combustible appauvri provenant des réacteurs.
Le réacteur national de recherche universel des Laboratoires nucléaires de Chalk River, en Ontario, au Canada, est responsable de deux tiers de la production mondiale de 99Tc.
L’isotope 99mTc est un élément métastable généré à partir de la fission de l’uranium ou du plutonium dans les réacteurs nucléaires. Dans la gestion classique des déchets nucléaires, le combustible usé est entreposé pendant une longue période avant d’être retraité. Cette approche garantit que tous les isotopes radioactifs, tels que le 99Mo et le 99mTc, se soient décomposés avant d’être séparés des actinides majeurs. Le concentré de raffinement PUREX contient une quantité importante de technétium qui se trouve sous forme de TcO4−. Cependant, il s’agit majoritairement de l’isotope 99Tc.
La production de 99mTc en médecine repose principalement sur la production de 99Mo par activation neutronique de 98Mo. Le 99Mo a une demi-vie de 67 heures qui entraîne la production continue de 99mTc d’une demi-vie de 6 heures par sa désintégration.
Dans les établissements hospitaliers, le technétium est extrait d’une solution grâce à un procédé chimique impliquant l’utilisation d’un générateur de technétium 99m. Ce dispositif est également connu sous le nom de « vache à technétium » ou de « molybdène cow ». Le générateur standard est composé d’une colonne en alumine qui renferme du molybdène 98.
Étant donné que l’alumine a une faible section efficace pour les neutrons, il est facile d’irradier la colonne avec des neutrons pour produire du molybdène 99 radioactif.
L’irradiation de l’uranium enrichi est une méthode alternative pour produire du 99Mo. Toutefois, pour extraire le molybdène des autres éléments de fission, il est nécessaire d’utiliser un procédé chimique complexe qui n’est pas requis dans la première méthode.
Les autres isotopes du technétium ne sont pas produits en quantité significative par fission. Au besoin, ils sont créés par l’irradiation de neutrons sur des isotopes préexistants. Par exemple, le 97Tc peut être produit en irradiant le 96Ru.
L’isotope du technétium 99m présente un grand intérêt dans le domaine médical pour ses émissions radioactives lors de sa désintégration. Leur longueur d’onde est similaire à celle des rayons X utilisés en radiographie conventionnelle. Cette caractéristique assure une profondeur de pénétration appropriée tout en limitant les dommages causés par les photons gamma.
En raison de sa courte demi-vie, l’isotope Tc-99m est rapidement éliminé du corps avant de subir une nouvelle désintégration. Une propriété renforcée par la demi-vie plus longue de son isotope fils, le Tc-99. Ceci permet de procéder à un diagnostic nucléaire en administrant une faible dose de radiation, mesurée en sievert, dans l’organisme.
Par ailleurs, l’isotope radioactif 99mTc est fréquemment utilisé comme marqueur en imagerie médicale nucléaire pour plusieurs raisons. Tout d’abord, sa demi-vie de six heures est suffisamment longue pour permettre une observation adéquate des processus physiologiques, tout en étant assez courte pour éviter une irradiation excessive. Ensuite, l’énergie du photon gamma émis (140,5 keV) est optimale pour traverser les tissus vivants tout en étant facilement détectable. Il est possible d’optimiser l’absorption de cette énergie en utilisant un cristal d’iodure de sodium d’une épaisseur de 10 à 15 mm. Enfin, lors de la désintégration, une quantité élevée de photons gamma, de l’ordre 88,5 photons pour 100 désintégrations, est émise. Cette faible émission de particules non pénétrantes réduit l’absorption d’énergie par les tissus vivants.
De plus, ce radioisotope est largement accessible dans les établissements hospitaliers grâce à un petit générateur de technétium de la taille d’une batterie de voiture. Le générateur renferme une colonne d’alumine sur laquelle est adsorbé du molybdène 99 radioactif. Le molybdène subit un processus de désintégration qui conduit à la formation de 99mTc. Ce dernier est récupéré par élution de la colonne dans une solution physiologique telle que le sérum physiologique, sous forme de pertechnétate de sodium (Na+ TcO4−). Le générateur est utilisé pour extraire une solution, appelée éluat, contenant une activité requise pour la préparation des produits utilisés en médecine nucléaire.
Le 99mTc est utilisé pour la cartographie de la distribution de différentes molécules biologiques dans le corps humain en utilisant des dispositifs de détection de radioactivité appelés gamma-caméras. Il trouve également son utilité dans la localisation du ganglion sentinelle, notamment dans le traitement chirurgical du cancer du sein.
En outre, on l’utilise sous forme de technétium-méthoxyisobutylisonitrile (Tc-MIBI) pour le marquage et la scintigraphie tomographique des cellules du muscle cardiaque. Cette méthode permet de déceler la présence de tissus myocardiques non irrigués. La ventriculographie l’utilise sous forme de pertechnétate de sodium pour marquer les globules rouges. L’objectif consiste à évaluer la fonction cardiaque en mesurant des paramètres tels que le volume d’éjection et la fraction d’éjection. En outre, le technétium combiné à la molécule vectrice HDP ou le HMDP constitue l’élément de base dans la scintigraphie osseuse.
La molécule synthétique HMPAO, également connue sous le nom d’hexa-méthyl-propylène-amine-oxime, peut être marquée par cet isotope radioactif. Lorsqu’il est injecté par voie intraveineuse, l’HMPAO se lie au cerveau de manière proportionnelle au débit sanguin cérébral. Ainsi, il est possible d’estimer le débit sanguin dans différentes zones du cerveau en mesurant la quantité de la molécule qui y est fixée.
Le technétium 99 subit une désintégration radioactive β qui se traduit par l’émission de particules β de faible énergie, sans toutefois produire de rayons γ. Sa longue demi-vie garantit une diminution lente de son taux d’émission au fil du temps. De plus, il est possible de l’extraire avec une pureté chimique et isotopique élevée à partir de déchets radioactifs. En raison de ses propriétés, il est fréquemment choisi comme source d’émission de particules β pour la calibration des équipements du NIST.
Il trouve également des applications en optoélectronique ainsi que dans la conception de batteries nucléaires de taille nanométrique. En tant que catalyseur, il s’avère efficace pour certaines réactions, notamment la déshydrogénation de l’alcool isopropylique, surpassant même le palladium et le rhénium. Toutefois, sa radioactivité se présente comme un obstacle majeur à son utilisation.
Dans certains cas, une faible concentration (5×10−5 mol/L) d’ion pertechnétate dans l’eau peut jouer un rôle d’agent protecteur contre la corrosion de l’acier et du fer. Des observations ont démontré qu’un échantillon immergé dans une solution de pertechnétate peut demeurer intact pendant une période de 20 ans sans être affecté par la corrosion. En comparaison, l’ion chromate CrO42− peut avoir un effet inhibiteur sur la corrosion, mais cela nécessite des concentrations dix fois plus élevées. Ainsi, le pertechnétate a été suggéré comme un inhibiteur potentiel de la corrosion anodique.
Le mode d’action du pertechnétate dans la prévention de la corrosion n’est pas entièrement élucidé, mais il est probablement dû à la formation d’une fine couche à la surface de l’échantillon qui se développe de manière réversible.
Selon une hypothèse, le pertechnétate réagit avec l’acier pour former une couche de dioxyde de technétium à sa surface, prévenant ainsi la corrosion. Cette propriété est également utile pour le retirer de l’eau en utilisant du charbon actif ou de la poudre de fer dans le processus de filtrage. Cependant, la présence d’autres ions en concentration élevée peut compromettre l’efficacité du pertechnétate. De plus, une concentration adéquate doit être maintenue pour que l’effet perdure.
