ORNL produjo 500 miligramos del raro isótopo, rutenio-96, que no estaba disponible en ninguna parte del mundo. Crédito:Laboratorio Nacional de Oak Ridge
Un pequeño frasco de polvo gris producido en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía es la columna vertebral de un nuevo experimento para estudiar los intensos campos magnéticos creados en las colisiones nucleares.
El nuevo experimento del Colisionador de iones pesados relativista del Laboratorio Nacional de Brookhaven, acaba de terminar, Rompió núcleos de rutenio-96 para comprender mejor una forma de materia presente al comienzo del universo y, por lo tanto, avanzar en la comprensión de la física nuclear fundamental.
El experimento requirió 500 miligramos del isótopo raro, rutenio-96, que no estaba disponible en ninguna parte del mundo. El esfuerzo de producción de ORNL requirió cuatro meses de producción las 24 horas después de años de investigación y desarrollo para producir el material. El metal rutenio en sí es uno de los elementos más raros de la tierra y el isótopo particular requerido por Brookhaven constituye menos del cinco por ciento de los suministros naturales. Para que el experimento de física tenga éxito, la porción de rutenio-96 en la muestra de prueba tuvo que aumentarse a más del 92 por ciento, incitar a los investigadores a utilizar métodos de enriquecimiento desarrollados recientemente.
"La campaña representa la primera producción sostenida de rutenio enriquecido en los Estados Unidos desde 1983, "dijo David Dean, Director Asociado de Laboratorio de la Dirección de Ciencias Físicas de la ORNL. "Hasta donde sabemos, el suministro mundial de Ru-96 se había agotado antes de esta campaña".
La reserva estadounidense de isótopos estables se ha reducido desde que los calutrones de la era del Proyecto Manhattan ubicados en el Complejo de Seguridad Nacional Y-12 dejaron de operar en 1998. y el inventario de algunos isótopos se ha agotado por completo. El programa de isótopos del DOE, administrado por la Oficina de Física Nuclear dentro de la Oficina de Ciencias del DOE, financió ORNL para restablecer las capacidades nacionales para el enriquecimiento de isótopos estables. Los isótopos estables se utilizan en medicina, aplicaciones industriales y de seguridad nacional.
Un equipo de investigadores de ORNL, incluido Brian Egle (en la foto), desarrolló un sistema separador de isótopos electromagnéticos que se utilizó para producir rutenio-96. Crédito:Laboratorio Nacional de Oak Ridge
"Hay isótopos estables enriquecidos que escasean o simplemente no están disponibles, y no queremos depender de otros países para producirlos, "dijo Alan Tatum, Gerente de producción de isótopos estables de ORNL. En este caso, ninguna otra opción de producción estaba disponible en ningún lugar del mundo.
Una de las tecnologías que desarrolló ORNL es un separador de isótopos electromagnético, o EMIS, ubicada en la planta de prototipos de isótopos estables enriquecidos del laboratorio, que inició operaciones el año pasado. El sistema EMIS opera vaporizando un elemento como el rutenio en la fase gaseosa, convertir las moléculas en un haz de iones, y luego canalizar el haz a través de imanes para separar los diferentes isótopos.
"Cuando transportas un haz de partículas cargadas a través de un imán, dobla la viga en un radio diferente dependiendo de la masa, "Dijo Tatum." Cada isótopo tiene una masa diferente y, por lo tanto, se acumulará en un bolsillo diferente ".
Una vez que los isótopos se depositan en los bolsillos, se raspan y procesan químicamente para garantizar que la pureza del material cumpla con las especificaciones necesarias. Para cumplir con la fecha límite de Brookhaven, El personal de ORNL entró en un modo de producción 24 horas al día, 7 días a la semana, llevando a cabo este minucioso proceso en turnos continuos durante cuatro meses.
El sistema EMIS es teóricamente capaz de manejar casi cualquier elemento de la tabla periódica, pero las propiedades químicas únicas del rutenio lo convierten en uno de los materiales más difíciles de manipular. Comparado con otros metales preciosos, por ejemplo, el rutenio tiene un punto de fusión y ebullición extremadamente alto.
El sistema de separador de isótopos electromagnéticos funciona vaporizando un elemento como el rutenio en la fase gaseosa, convertir las moléculas en un haz de iones, y luego canalizar el haz a través de imanes para separar los diferentes isótopos. Crédito:Laboratorio Nacional de Oak Ridge
"Por eso estamos aquí. Si es fácil, otras personas lo hacen. Si es dificil nosotros lo hacemos, "dijo Kevin Hart, distinguido científico y director del programa de isótopos ORNL.
Brian Egle, ingeniero principal de diseño de EMIS, señala que la aparente simplicidad del proceso oculta sus desafíos.
"El proceso es muy simple:las partículas cargadas que se mueven a través de un campo magnético se separarán, eso es lo más básico posible, "Dijo." El diablo está en los detalles. Se realizaron muchas investigaciones para lograr que todo saliera bien. Vaporizar la materia prima, ionizado acelerado, y todos los sistemas de alto voltaje y vacío para trabajar, todo al mismo tiempo, es muy difícil."
El equipo ahora está investigando formas de aumentar la intensidad del haz y mantener corrientes de haz consistentes, lo que aumentará la eficiencia y la confiabilidad general del sistema EMIS. Su ventaja, dice Tatum, radica en las décadas de experiencia de ORNL en el campo de los isótopos, así como experiencia en física, Gestión de instalaciones químicas y científicas.
"ORNL tiene una larga trayectoria en la producción e investigación y desarrollo de isótopos, ", Dijo Tatum." El laboratorio tiene una sólida tradición en la producción de isótopos para el Programa de Isótopos del DOE a fin de satisfacer las necesidades de isótopos de la nación ".
