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Para tornar os Estados Unidos auto-suficientes em elementos exóticos raros, o Oak Ridge National Laboratory (ORNL) desenvolveu um separador eletromagnético de isótopos (EMIS) de última geração para coletar isótopos estáveis ​​em toda a tabela periódica.

Durante a Segunda Guerra Mundial, os cientistas que trabalhavam no que se tornou o Projeto Manhattan para desenvolver a primeira bomba atômica do mundo para os aliados precisavam de uma maneira de separar o isótopo físsil urânio-235 do isótopo não físsil urânio-238. Com o que eram recursos essencialmente ilimitados, exceto pelo tempo, eles tentaram várias técnicas diferentes, uma das quais era uma derivação do ciclotron chamado ciclotron da Universidade da Califórnia (calutron).

O calutron funcionava induzindo uma carga elétrica em átomos gasosos e depois acelerando-os em um campo elétrico. Esses átomos em alta velocidade são então desviados por um campo magnético. A parte inteligente é que quanto mais pesado é o átomo, menos ele é desviado. No caso do urânio, os átomos U²³⁸ Os átomos U²³⁵ desviam-se menos que os átomos U²³⁵, separando-os.

Embora esse método de produção de urânio físsil tenha sido amplamente abandonado em favor de outros métodos após a guerra, o princípio foi desenvolvido pelo ORNL para produzir isótopos estáveis. Ou seja, amostras puras de isótopos específicos que são completamente não radioativos. Eles são usados ​​em uma ampla variedade de aplicações, incluindo gerenciamento de água e solo, estudos ambientais, avaliação nutricional e forense.

No entanto, o ORNL fechou seu calutron da era de Manhattan em 1998, tornando os EUA dependentes de fontes estrangeiras para esses isótopos difíceis de produzir para reabastecer os suprimentos domésticos cada vez menores. O primeiro deles produziu 500 miligramas do raro isótopo rutênio-96 em 2018, indisponível em qualquer lugar do mundo.

Hoje, as últimas unidades EMIS-3 de terceira geração em Oak Ridge podem superar os antigos calutrons, que eram um pouco exigentes. Eles tiveram problemas para resolver a diferença entre os isótopos que estavam próximos em massa e às vezes só conseguiam separar todos os outros isótopos em uma sequência. Isso significava que os isótopos tinham que ser processados ​​e reprocessados ​​em lotes para obter a separação adequada.

As novas máquinas são muito melhores nisso e podem lidar com elementos da extremidade mais pesada da tabela periódica, como o itérbio-176, usado em medicina nuclear e radiologia. Outros isótopos de itérbio também são usados ​​na computação quântica.

Além disso, o EMIS-3 pode separar diferentes isótopos simultaneamente porque cada unidade EMIS pode operar independentemente, em vez de precisar ser conectada uma à outra em sequência para realizar o trabalho. Eles também podem ser reconfigurados em semanas, ao contrário dos separadores de isótopos centrífugos gasosos (GCIS) que levam anos.

Uma nova instalação EMIS está em construção e deverá estar operacional até 2030.

"O bom do EMIS-3 é que ele é uma plataforma muito sólida para desenvolvimento futuro", disse Brian Egle, chefe da Seção de Pesquisa, Desenvolvimento e Produção de Isótopos Estáveis ​​da Divisão de Ciência e Engenharia de Enriquecimento de Oak Ridge. "É extremamente modular e isso dá ao projeto muita flexibilidade. Quando você está olhando para toda a tabela periódica, a flexibilidade é muito importante. Se precisarmos adicionar controles adicionais de engenharia de segurança para diferentes toxicidades ou perigos, isso será feito facilmente. "

Fonte: ORNL