Чтобы сделать Соединенные Штаты самодостаточными редкими экзотическими элементами, Окриджская национальная лаборатория (ORNL) разработала электромагнитный сепаратор изотопов последнего поколения (EMIS) для сбора стабильных изотопов по всей таблице Менделеева.
Во время Второй мировой войны ученым, работавшим над тем, что впоследствии стало Манхэттенским проектом по разработке первой в мире атомной бомбы для союзников, требовался 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 было производное от циклотрона, названное циклотроном Калифорнийского университета (калутрон).
Калутрон работал, индуцируя электрический заряд в атомах газа, а затем ускоряя их в электрическом поле. Затем эти ускоряющиеся атомы отклоняются магнитным полем. Хитрость заключается в том, что чем тяжелее атом, тем меньше он отклоняется. В случае урана атомы U²³⁵ отклоняются меньше, чем атомы U²³⁸, разделяя их.
Центр производства и исследований стабильных изотопов СШАORNL
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, которые совершенно не радиоактивны. Они используются в самых разных областях, включая управление водными ресурсами и почвой, экологические исследования, оценку питания и судебную экспертизу.
Однако в 1998 году ORNL закрыла свой калутрон манхэттенской эпохи, что сделало США зависимыми от иностранных источников этих трудно производимых изотопов для пополнения истощающихся внутренних запасов. На первом из них в 2018 году было произведено 500 миллиграммов редкого изотопа рутения-96, которого не было нигде в мире.
Сегодня новейшие 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 каждый другой изотоп в последовательности. Это означало, что изотопы должны были обрабатываться и повторно обрабатываться партиями для достижения надлежащего разделения.
В 2018 году ЭМИС ОРНЛ произвела 500 миллиграммов редкого изотопа рутения-96ОРНЛ
Новые машины намного лучше справляются с этим и могут обрабатывать элементы с более тяжелым концом таблицы Менделеева, такие как иттербий-176, который используется в ядерной медицине и радиологии. Другие изотопы иттербия также используются в квантовых вычислениях.
Кроме того, ЭМИС-3 может одновременно разделять разные изотопы, поскольку каждый блок ЭМИС может работать независимо, вместо того, чтобы последовательно подключаться друг к другу для получения проделанная работа. Их также можно переконфигурировать за несколько недель, в отличие от газовых центрифужных сепараторов изотопов (GCIS), на которые уходят годы.
В настоящее время строится новая установка EMIS, которая, как ожидается, будет введена в эксплуатацию к 2030 году.
