소식

May 08, 2023

다음

미국이 희귀한 이국적인 요소를 자급자족할 수 있도록 하기 위해 오크리지(Oak Ridge)

미국이 희귀한 이국적인 원소를 자급자족할 수 있도록 하기 위해 오크리지 국립연구소(ORNL)는 주기율표 전체에서 안정한 동위원소를 수확할 수 있는 최신 세대 전자기 동위원소 분리기(EMIS)를 개발했습니다.

제2차 세계대전 동안 연합군을 위한 세계 최초의 원자폭탄을 개발하기 위한 맨해튼 프로젝트를 진행하던 과학자들은 핵분열성 동위원소인 우라늄-235와 비핵분열성 동위원소인 우라늄-238을 분리하는 방법이 필요했습니다. 시간을 제외하면 본질적으로 무제한의 자원을 사용하여 그들은 여러 가지 다른 기술을 시도했는데, 그 중 하나는 캘리포니아 대학교 사이클로트론(칼루트론)이라고 불리는 사이클로트론의 파생이었습니다.

칼루트론은 기체 원자에 전하를 유도한 다음 전기장에서 가속하는 방식으로 작동했습니다. 이렇게 빠르게 움직이는 원자는 자기장에 의해 편향됩니다. 영리한 점은 원자가 무거울수록 편향이 적다는 것입니다. 우라늄의 경우, U²³⁸ 원자 U²³⁵ 원자는 U²³⁵ 원자보다 덜 편향되어 분리됩니다.

핵분열성 우라늄을 생산하는 이 방법은 전쟁 후 다른 방법을 선호하여 대부분 포기되었지만 ORNL은 안정 동위원소를 생산하기 위해 이 원리를 개발했습니다. 즉, 완전히 비방사성인 특정 동위원소의 순수 샘플입니다. 이는 수질 및 토양 관리, 환경 연구, 영양 평가 및 법의학을 포함한 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

그러나 ORNL은 1998년 맨해튼 시대의 캘루트론을 폐쇄했고, 이로 인해 미국은 감소하는 국내 공급량을 보충하기 위해 생산하기 어려운 동위원소를 외국 공급원에 의존하게 되었습니다. 이들 중 첫 번째는 2018년에 세계 어디에서도 구할 수 없는 희귀 동위원소 루테늄-96 500mg을 생산했습니다.

오늘날 Oak Ridge의 최신 3세대 EMIS-3 장치는 약간 까다로웠던 기존 칼루트론보다 성능이 뛰어납니다. 그들은 질량이 서로 가깝고 때로는 순서대로 다른 모든 동위원소만 분리할 수 있는 동위원소 간의 차이를 해결하는 데 어려움을 겪었습니다. 이는 적절한 분리를 달성하기 위해 동위원소를 일괄 처리하고 재처리해야 함을 의미합니다.

새로운 기계는 이 분야에서 훨씬 뛰어나며 핵의학 및 방사선학에 사용되는 이터븀-176과 같이 주기율표의 더 무거운 원소를 처리할 수 있습니다. 다른 이테르븀 동위원소도 양자 컴퓨팅에 사용됩니다.

또한 EMIS-3는 작업을 완료하기 위해 순서대로 서로 연결할 필요 없이 각 EMIS 장치가 독립적으로 작동할 수 있기 때문에 서로 다른 동위원소를 동시에 분리할 수 있습니다. 수년이 걸리는 기체 원심분리기 동위원소 분리기(GCIS)와 달리 몇 주 안에 재구성할 수도 있습니다.

새로운 EMIS 시설이 건설 중이며 2030년까지 운영될 것으로 예상됩니다.

Oak Ridge 농축 과학 및 엔지니어링 부서의 안정 동위원소 연구, 개발 및 생산 부문 책임자인 Brian Egle은 "EMIS-3의 좋은 점은 추가 개발을 위한 매우 견고한 플랫폼이라는 것입니다."라고 말했습니다. "매우 모듈식이어서 설계에 많은 유연성을 제공합니다. 전체 주기율표를 볼 때 유연성은 매우 중요합니다. 다양한 독성이나 위험에 대해 추가적인 안전 엔지니어링 제어를 추가해야 하는 경우 쉽게 수행할 수 있습니다. "

출처: ORNL