Um separador de isótopos eletromagnéticos que continua a melhorar

15 de maio de 2023

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pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge

O separador de isótopos eletromagnéticos do Oak Ridge National Laboratory (ORNL), ou EMIS, fez história em 2018 quando produziu 500 miligramas do raro isótopo rutênio-96, indisponível em qualquer outro lugar do mundo.

E a tecnologia EMIS continua melhorando, disse Brian Egle, que chefia a Seção de Pesquisa, Desenvolvimento e Produção de Isótopos Estáveis ​​da Divisão de Ciência e Engenharia de Enriquecimento.

"É capaz de, essencialmente, separar toda a tabela periódica", disse ele.

Em um EMIS, os elementos são colocados na forma de gás e eletricamente carregados positivamente, depois submetidos a um campo magnético, que os separa por massa. Cada isótopo, tendo um peso diferente, percorre o campo em um raio ligeiramente diferente, permitindo que os diferentes isótopos sejam coletados separadamente.

A tecnologia foi desenvolvida para preencher uma lacuna deixada pelo fechamento em 1998 da instalação calutron da era do Projeto Manhattan em Y-12, que produziu o estoque de isótopos estáveis ​​dos EUA, agora cada vez menor. O desenvolvimento do EMIS visa reduzir a dependência dos EUA de fornecedores estrangeiros para isótopos estáveis ​​raros e difíceis de produzir. EMIS agora pode igualar ou exceder a qualidade dos isótopos produzidos nos calutrons.

Egle veio para o ORNL em 2010 para trabalhar na primeira geração do EMIS, ainda em uso no laboratório. Desde então, ele trabalhou em EMIS de segunda e terceira geração - cada um melhor que o anterior, disse ele.

Embora o EMIS original pudesse separar isótopos de qualquer elemento em resolução decente, a máquina de terceira geração é otimizada para separar elementos na extremidade mais pesada da tabela periódica, como o itérbio, cujo isótopo Yb-176 é usado em medicina nuclear e radiografia.

Além disso, ele pode separar todos os isótopos de itérbio simultaneamente, enquanto os calutrons passaram por uma série de separações e conseguiram capturar apenas isótopos alternados — números pares ou ímpares.

Outros isótopos de itérbio, por exemplo, são usados ​​na memória quântica, disse Egle. O EMIS-3 pode produzir todos eles. Isso é importante porque determinados isótopos sem uso previamente conhecido podem ser cruciais no futuro.

“Coisas que não eram o isótopo alvo 40 anos atrás que temos em estoque podem, de repente, se tornar o facilitador da ciência futura”, disse Egle. "Nós absolutamente nunca jogamos nenhum isótopo fora se pudermos evitar."

Ao contrário dos calutrons, os EMIS são automatizados, portanto, espera-se que o custo de mão de obra associado seja menor. E embora os calutrons estivessem ligados, cada EMIS pode funcionar independentemente, de modo que vários isótopos podem ser produzidos ao mesmo tempo – por exemplo, um isótopo médico ao lado de um isótopo de segurança nacional, como o níquel-63, usado para detectar explosivos em aeroportos.

"A critério do DOE, poderíamos ter três máquinas rodando itérbio, três rodando níquel e uma rodando uma pequena quantidade de um isótopo raro necessário para a pesquisa", disse Egle. "São todas máquinas independentes que podem realizar missões independentes na mesma instalação simultaneamente."

O EMIS aparece com destaque nos planos para o Centro de Pesquisa e Produção de Isótopos Estáveis, ou SIPRC, uma nova instalação em construção agora e que deverá estar operacional em 2030. Sua flexibilidade o torna um complemento perfeito para os separadores de isótopos centrífugos gasosos, ou GCIS, o laboratório está desenvolvendo para vários isótopos. O GCIS autossuficiente, que também será usado no SIPRC, pode produzir grandes volumes de isótopos a baixo custo. Mas mudar o GCIS de um isótopo para outro é um processo que pode levar anos, enquanto o EMIS pode passar da produção de um isótopo para outro em questão de semanas.