Новости

May 08, 2023

Следующий

Чтобы сделать Соединенные Штаты самодостаточными в редких экзотических элементах, Ок-Ридж

Чтобы обеспечить самообеспеченность Соединенных Штатов редкими экзотическими элементами, Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL) разработала электромагнитный сепаратор изотопов последнего поколения (EMIS) для сбора стабильных изотопов по всей таблице Менделеева.

Во время Второй мировой войны учёным, работавшим над тем, что впоследствии стало Манхэттенским проектом по разработке первой в мире атомной бомбы для союзников, нужен был способ отделения делящегося изотопа урана-235 от неделящегося изотопа урана-238. Имея практически неограниченные ресурсы, за исключением времени, они опробовали несколько различных методов, одним из которых была модификация циклотрона, названная циклотроном Калифорнийского университета (калютроном).

Калутрон работал, индуцируя электрический заряд в атомах газа, а затем ускоряя их в электрическом поле. Эти ускоряющиеся атомы затем отклоняются магнитным полем. Хитрость заключается в том, что чем тяжелее атом, тем меньше он отклоняется. В случае урана атомы U²³⁸ атомы U²³⁵ отклоняются меньше, чем атомы U²³⁵, разделяя их.

Хотя после войны от этого метода производства делящегося урана в значительной степени отказались в пользу других методов, ORNL разработала этот принцип для производства стабильных изотопов. То есть чистые образцы конкретных изотопов, совершенно нерадиоактивные. Они используются в самых разных областях, включая управление водными и почвенными ресурсами, экологические исследования, оценку питания и судебно-медицинскую экспертизу.

Однако в 1998 году ORNL закрыла свой калютрон эпохи Манхэттена, что сделало США зависимыми от иностранных источников этих труднопроизводимых изотопов для пополнения сокращающихся внутренних запасов. Первый из них в 2018 году произвел 500 миллиграммов редкого изотопа рутения-96, которого не было нигде в мире.

Сегодня новейшие установки ЭМИС-3 третьего поколения в Ок-Ридже могут превзойти старые калютроны, которые были немного привередливы. У них были проблемы с определением разницы между изотопами, которые были близки по массе и иногда могли разделить только все остальные изотопы в последовательности. Это означало, что изотопы приходилось обрабатывать и перерабатывать партиями, чтобы добиться надлежащего разделения.

Новые машины намного лучше справляются с этой задачей и могут работать с элементами из более тяжелого конца таблицы Менделеева, такими как иттербий-176, который используется в ядерной медицине и радиологии. Другие изотопы иттербия также используются в квантовых вычислениях.

Кроме того, EMIS-3 может разделять различные изотопы одновременно, поскольку каждый блок EMIS может работать независимо, вместо того, чтобы последовательно подключаться друг к другу для выполнения работы. Их также можно переконфигурировать за несколько недель, в отличие от газообразных центрифужных сепараторов изотопов (GCIS), на которые уходят годы.

Новый объект EMIS находится в стадии строительства и, как ожидается, будет введен в эксплуатацию к 2030 году.

«Хорошая особенность EMIS-3 заключается в том, что это очень надежная платформа для дальнейшего развития», - сказал Брайан Эгл, руководитель отдела исследований, разработок и производства стабильных изотопов Ок-Риджского научно-технического отдела. «Он чрезвычайно модульный, и это дает конструкции большую гибкость. Когда вы смотрите на всю таблицу Менделеева, гибкость очень важна. Если нам нужно добавить дополнительные меры безопасности для различных токсичностей или опасностей, это легко сделать». "

Источник: ОРНЛ