Separátor novej generácie získa vzácne stabilné izotopy z ťažších prvkov
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 29. 5. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
S cieľom zabezpečiť sebestačnosť USA v oblasti vzácnych exotických prvkov vyvinulo Národné laboratórium Oak Ridge (ORNL) elektromagnetický separátor izotopov (ElectroMagnetic Isotope Separator - EMIS) najnovšej generácie na získavanie stabilných izotopov z celej periodickej tabuľky.
Počas druhej svetovej vojny vedci pracujúci na projekte Manhattan, ktorého cieľom bolo vyvinúť prvú atómovú bombu na svete pre spojencov, potrebovali spôsob, ako oddeliť štiepny izotop uránu 235 od neštiepneho izotopu uránu 238. S v podstate neobmedzenými zdrojmi, okrem času, vyskúšali niekoľko rôznych techník, z ktorých jedna bola odvodeninou cyklotrónu s názvom cyklotrón Kalifornskej univerzity (calutron).
Tento calutron fungoval tak, že v plynných atómoch vyvolal elektrický náboj a potom ich urýchlil v elektrickom poli. Tieto zrýchľujúce sa atómy sú potom vychýlené magnetickým poľom. Chytré je, že čím je atóm ťažší, tým menej sa vychýli. V prípade uránu sa atómy U²⁸ atómy U²⁵ vychýlia menej ako atómy U²⁵, čím sa oddelia.
Hoci sa od tejto metódy výroby štiepneho uránu po vojne vo veľkej miere upustilo v prospech iných metód, princíp vyvinulo ORNL na výrobu stabilných izotopov. To znamená čisté vzorky špecifických izotopov, ktoré sú úplne nerádioaktívne. Tie sa používajú v širokej škále aplikácií, vrátane vodného a pôdneho hospodárstva, environmentálnych štúdií, hodnotenia výživy a forenzných analýz.
ORNL však v roku 1998 odstavilo svoj calutron z Manhattanskej éry, čím sa USA stali závislé od zahraničných zdrojov týchto ťažko vyrobiteľných izotopov, aby doplnili klesajúce domáce zásoby. Prvý z nich vyrobil v roku 2018 500 miligramov vzácneho izotopu ruténia-96, ktorý nebol dostupný nikde na svete.
Najnovšie jednotky EMIS-3 tretej generácie dnes dokážu prekonať staré calutrony, ktoré boli trochu prefíkané. Mali totiž problém rozlíšiť rozdiel medzi izotopmi, ktoré mali blízko seba hmotnosť, a niekedy dokázali oddeliť len každý druhý izotop v postupnosti. To znamenalo, že izotopy sa museli spracovávať a prepracovávať v dávkach, aby sa dosiahla správna separácia.
Nové zariadenia sú v tomto smere oveľa lepšie a dokážu spracovať prvky na ťažšom konci periodickej tabuľky, ako je ytterbium-176, ktoré sa používa v nukleárnej medicíne a rádiológii. Ostatné izotopy ytterbia sa používajú aj v kvantových počítačoch.
Okrem toho EMIS-3 dokáže separovať rôzne izotopy súčasne, pretože každá jednotka EMIS môže pracovať samostatne, namiesto toho, aby sa musela postupne pripájať k sebe, aby sa vykonala práca. Taktiež sa dajú prekonfigurovať za niekoľko týždňov na rozdiel od plynových odstredivých separátorov izotopov (GCIS), ktoré na prekonfigurovanie potrebujú roky.
Nové zariadenie EMIS je vo výstavbe a jeho uvedenie do prevádzky sa očakáva do roku 2030.
