دانشمندان آمریکایی توانستند یک دستگاه جداکننده ایزوتوپ الکترومغناطیسی(EMIS) به نام کالوترون را برای جداسازی ایزوتوپ های پایدار از سایر عناصر در جدول تناوبی توسعه دهند.
به گزارش تکناک، در طول جنگ جهانی دوم، دانشمندانی که روی پروژه منهتن برای توسعه اولین بمب اتمی جهان برای متحدان کار میکردند، به راهی برای جدا کردن ایزوتوپ شکافتپذیر اورانیوم-235 از ایزوتوپ غیرشکافتپذیر اورانیوم-238 نیاز داشتند. آنها با منابعی که اساساً نامحدود بودند به جز زمان، چندین تکنیک مختلف را امتحان کردند که یکی از آنها مشتقی از سیکلوترون به نام سیکلوترون دانشگاه کالیفرنیا (کالوترون) بود.
کالوترون با القای بار الکتریکی در اتم های گاز و سپس شتاب دادن به آنها در یک میدان الکتریکی کار می کرد.سپس این اتمهای پرسرعت توسط یک میدان مغناطیسی منحرف میشوند. نکته هوشمندانه این است که هرچه اتم سنگینتر باشد، کمتر منحرف میشود. در مورد اورانیوم، اتمهای U²³⁸ کمتر از اتمهای U²³⁵ منحرف میشوند و با این روش از هم جدا میشوند.
اگرچه این روش تولید اورانیوم شکافت پذیر تا حد زیادی به نفع روش های دیگر پس از جنگ کنار گذاشته شد، اما این اصل توسط آزمایشگاه ملیOak Ridge (ORNL) برای تولید ایزوتوپ های پایدار توسعه یافت. یعنی نمونه های خالص ایزوتوپ های خاص که کاملاً غیر رادیواکتیو هستند. اینها در طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله مدیریت آب و خاک، مطالعات زیست محیطی، ارزیابی تغذیه و پزشکی قانونی استفاده می شوند.
با این حال، ORNL کالوترون دوران منهتن خود را در سال 1998 تعطیل کرد و ایالات متحده را برای تولید این ایزوتوپهای سخت به منابع خارجی وابسته کرد تا ذخیره داخلی رو به کاهش را دوباره پر کنند. اولین مورد 500 میلی گرم ایزوتوپ کمیاب روتنیوم-96 در سال 2018 بود که در هیچ جای دنیا در دسترس نیست.
امروز، جدیدترین نسل سوم واحدهای EMIS-3 در Oak Ridge میتوانند از کالوترونهای قدیمی که کمی سختگیر بودند، بهتر عمل کنند. آنها در حل تفاوت بین ایزوتوپ هایی که از نظر جرم نزدیک به هم بودند و گاهی اوقات فقط می توانستند هر ایزوتوپ دیگر را در یک دنباله جدا کنند، مشکل داشتند. این بدان معناست که ایزوتوپ ها باید به صورت دسته ای پردازش شوند تا جداسازی مناسب حاصل شود.
تجهیزات جدید در این کار بسیار بهتر هستند و میتوانند عناصری را در انتهای سنگینتر جدول تناوبی مانند ایتربیوم-176 که در پزشکی هستهای و رادیولوژی استفاده میشود، کنترل کنند. سایر ایزوتوپ های ایتربیوم در محاسبات کوانتومی نیز استفاده می شوند.
علاوه بر این، EMIS-3 میتواند ایزوتوپهای مختلف را به طور همزمان جدا کند، زیرا هر واحد EMIS میتواند بهجای اینکه برای انجام کار به ترتیب به یکدیگر متصل شوند، بهطور مستقل عمل کند. آنها همچنین می توانند در چند هفته دوباره پیکربندی شوند و این برخلاف جداکننده های ایزوتوپ سانتریفیوژ گازی (GCIS) است که سال ها طول می کشد.
تاسیسات جدید EMIS در حال ساخت است و انتظار می رود تا سال 2030 به بهره برداری برسد.
برایان اگل، رئیس بخش تحقیقات، توسعه و تولید ایزوتوپ پایدار در بخش علوم و مهندسی غنیسازی Oak Ridge، گفت: نکته خوب در مورد EMIS-3 این است که یک پلتفرم بسیار محکم برای توسعه بیشتر است. به علاوه بسیار ماژولار است و این باعث طراحی انعطافپذیر میشود. وقتی به کل جدول تناوبی نگاه می کنید، انعطاف پذیری بسیار مهم است. اگر ما نیاز به اضافه کردن کنترلهای مهندسی و ایمنی اضافی برای سمیتها یا خطرات مختلف داشته باشیم، این کار به راحتی انجام میشود.
