Электромагнитный сепаратор изотопов, который продолжает совершенствоваться

15 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Национальной лабораторией Ок-Риджа

Электромагнитный сепаратор изотопов Окриджской национальной лаборатории (ORNL), или EMIS, вошел в историю в 2018 году, когда он произвел 500 миллиграммов редкого изотопа рутения-96, недоступного больше нигде в мире.

А технология EMIS продолжает улучшаться, говорит Брайан Эгл, возглавляющий отдел исследований, разработок и производства стабильных изотопов Отдела науки и техники по обогащению.

«По сути, он способен разделить всю таблицу Менделеева», — сказал он.

В EMIS элементы переводятся в газообразную форму и заряжаются положительно, затем подвергаются магнитному полю, которое разделяет их по массе. Каждый изотоп, имеющий разный вес, проходит через поле под немного разным радиусом, что позволяет собирать разные изотопы отдельно.

Технология была разработана, чтобы заполнить пробел, образовавшийся после закрытия в 1998 году калютронной установки времен Манхэттенского проекта на Y-12, которая производила ныне сокращающиеся запасы стабильных изотопов в США. Разработка EMIS призвана снизить зависимость США от иностранных поставщиков редких, труднопроизводимых стабильных изотопов. Теперь EMIS может соответствовать или превосходить качество изотопов, производимых на калютронах.

Эгле пришел в ORNL в 2010 году, чтобы работать над первым поколением EMIS, которое до сих пор используется в лаборатории. С тех пор он работал над EMIS второго и третьего поколения — каждое из них лучше предыдущего, сказал он.

В то время как первоначальная система EMIS могла разделять изотопы любого элемента с приличным разрешением, машина третьего поколения оптимизирована для разделения элементов в более тяжелом конце таблицы Менделеева, таких как иттербий, чей изотоп Yb-176 используется в ядерной медицине и радиографии.

Более того, он может разделить все изотопы иттербия одновременно, тогда как калютроны прошли серию разделений и смогли уловить только все остальные изотопы — четные или нечетные.

Другие изотопы иттербия, например, используются в квантовой памяти, сказал Эгл. ЭМИС-3 может производить их все. Это важно, поскольку определенные изотопы, применение которых ранее не было известно, могут иметь решающее значение в будущем.

«Вещи, которые не были целевым изотопом 40 лет назад и которые есть у нас в запасах, могут внезапно стать основой для будущей науки», — сказал Эгл. «Мы абсолютно никогда не выбрасываем изотопы, если можем».

В отличие от калютронов, ЭМИС автоматизированы, поэтому ожидается, что связанные с этим затраты на рабочую силу будут ниже. И хотя калютроны были связаны вместе, каждый EMIS может работать независимо, поэтому одновременно можно производить несколько изотопов — например, медицинский изотоп наряду с изотопом национальной безопасности, таким как никель-63, используемый для обнаружения взрывчатых веществ в аэропортах.

«По усмотрению Министерства энергетики мы могли бы иметь три машины, работающие на иттербии, три — на никеле и одну — на небольшом количестве редкого изотопа, необходимого для исследований», — сказал Эгл. «Все это независимые машины, которые могут одновременно выполнять независимые миссии на одном и том же объекте».

EMIS занимает видное место в планах Центра по производству и исследованию стабильных изотопов (SIPRC), нового объекта, который сейчас строится и, как ожидается, будет введен в эксплуатацию к 2030 году. Его гибкость делает его идеальным дополнением к газообразным центрифужным сепараторам изотопов, или GCIS, лаборатории. развивается для нескольких изотопов. Самодостаточный GCIS, который также будет использоваться в SIPRC, сможет производить большие объемы изотопов по низкой цене. Но переход GCIS с одного изотопа на другой — это процесс, который может занять годы, тогда как EMIS может переключиться с производства одного изотопа на другой за считанные недели.