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May 20, 2023

계속해서 발전하는 전자기동위원소 분리기

2023년 5월 15일 이 기사

2023년 5월 15일

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오크리지 국립연구소

오크리지 국립연구소(ORNL)의 전자기 동위원소 분리기(EMIS)는 2018년 세계 어느 곳에서도 구할 수 없는 희귀 동위원소 루테늄-96 500mg을 생산해 역사를 만들었습니다.

농축 과학 및 엔지니어링 부서의 안정 동위원소 연구, 개발 및 생산 부서를 이끄는 Brian Egle은 EMIS 기술이 계속해서 발전하고 있다고 말했습니다.

"그것은 본질적으로 전체 주기율표를 분리할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.

EMIS에서는 요소가 가스 형태로 전환되어 양전하로 충전된 다음 자기장을 통과하여 질량별로 분리됩니다. 서로 다른 무게를 가진 각 동위원소는 약간 다른 반경으로 필드를 통과하여 이동하므로 서로 다른 동위원소를 별도로 수집할 수 있습니다.

이 기술은 1998년 맨해튼 프로젝트 시절 Y-12의 캘루트론 시설이 폐쇄되면서 생긴 공백을 메우기 위해 개발되었으며, 현재는 줄어들고 있는 미국의 안정 동위원소 비축량을 생산하고 있습니다. EMIS 개발은 희귀하고 생산이 어려운 안정 동위원소에 대한 미국의 해외 공급업체 의존도를 줄이기 위한 것입니다. 이제 EMIS는 캘루트론에서 생산되는 동위원소의 품질과 같거나 이를 능가할 수 있습니다.

Egle은 2010년에 ORNL에 와서 여전히 연구실에서 사용되고 있는 1세대 EMIS를 연구했습니다. 그 이후 그는 2세대와 3세대 EMIS에 대해 연구했는데, 각각은 이전 세대보다 더 뛰어났다고 그는 말했습니다.

원래 EMIS는 적절한 해상도로 모든 원소의 동위원소를 분리할 수 있었지만, 3세대 기계는 핵의학 및 방사선 촬영에 사용되는 동위원소 Yb-176인 이테르븀과 같은 주기율표의 더 무거운 원소를 분리하는 데 최적화되어 있습니다.

더욱이 이테르븀의 모든 동위원소를 동시에 분리할 수 있는 반면, 캘루트론은 일련의 분리를 거쳐 짝수 또는 홀수 등 다른 모든 동위원소만 포착할 수 있었습니다.

예를 들어, 이테르븀의 다른 동위원소는 양자 메모리에 사용된다고 Egle은 말했습니다. EMIS-3는 이들 모두를 생산할 수 있습니다. 이전에 용도가 알려지지 않은 특정 동위원소가 미래에는 중요할 수 있기 때문에 이는 중요합니다.

Egle은 "40년 전에는 우리가 목록에 가지고 있던 목표 동위원소가 아니었던 것들이 갑자기 미래 과학을 가능하게 하는 원동력이 될 수 있습니다"라고 말했습니다. "우리는 도울 수만 있다면 어떤 동위원소도 절대 버리지 않습니다."

캘루트론과 달리 EMIS는 자동화되어 있어 관련 인건비가 더 낮을 것으로 예상된다. 칼루트론은 서로 연결되어 있지만 각 EMIS는 독립적으로 작동할 수 있으므로 여러 동위원소를 동시에 생산할 수 있습니다. 예를 들어 공항에서 폭발물을 탐지하는 데 사용되는 니켈-63과 같은 국가 보안 동위원소와 함께 의료용 동위원소를 생성할 수 있습니다.

"DOE의 재량에 따라 우리는 이테르븀을 실행하는 기계 3대, 니켈을 실행하는 기계 3개, 연구에 필요한 소량의 희귀 동위원소를 실행하는 기계 1개를 가질 수 있습니다"라고 Egle은 말했습니다. "모두 같은 시설에서 동시에 독립적인 임무를 수행할 수 있는 독립적인 기계입니다."

EMIS는 현재 건설 중이며 2030년까지 운영될 것으로 예상되는 새로운 시설인 안정 동위원소 생산 및 연구 센터(SIPRC)에 대한 계획에서 두드러지게 특징입니다. 그 유연성으로 인해 실험실인 기체 원심분리기 동위원소 분리기(GCIS)를 완벽하게 보완할 수 있습니다. 다중 동위원소에 대한 개발이 진행 중입니다. SIPRC에도 사용될 자급자족형 GCIS는 저렴한 비용으로 대량의 동위원소를 생산할 수 있습니다. 그러나 GCIS를 한 동위원소에서 다른 동위원소로 바꾸는 데는 수년이 걸릴 수 있는 과정인 반면, EMIS는 몇 주 안에 한 동위원소를 다른 동위원소로 전환할 수 있습니다.