Kemikere introducerer ny metode til adskillelse af isotoper

At adskille forskellige versioner af elementer - isotoper - er en ulidelig vanskelig opgave:De adskiller sig kun med en eller to ekstra neutroner, en uendelig stor forskel i masse. Men forskere fra University of Chicago meddelte 23. oktober, at de har tilføjet en helt ny måde at gøre det på.

I et papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , et hold ledet af prof. Steven J. Sibener beskriver en måde at adskille isotoper af neon ved hjælp af en gasstråle rettet mod en præcist mønstret siliciumwafer, som afspejler de forskellige isotoper i lidt forskellige vinkler. Metoden kunne en dag være en billigere og mere energieffektiv måde at adskille isotoper til medicin, elektronik og andre applikationer.

De få neutroners forskel i en isotop kan gøre en verden til forskel for dens anvendelighed. I dag, de mest almindelige isotoper af interesse er uran til atomkraft og en konstellation af radioisotoper til medicinske behandlinger, men berigelse er også i stigende grad af interesse i elektronikverdenen. I særdeleshed, isotopisk rent silicium gør meget mere effektive transistorer til chips, og rummer et betydeligt løfte for kvanteberegning.

Men vanskeligheden ved opgaven - nuværende kommercielle metoder involverer generelt lasere eller bombarderer et element med elektroner, indtil det ioniserer, og ofte flere gentagne runder for at få tallene højere - har begrænset dens almindelige brug.

Sibeners hold startede i stedet med en supersonisk stråle af neon, hvor alle atomer er blevet accelereret til den samme høje hastighed. Strålen smækker ind i en krystallinsk overflade, hvis atomer er anbragt i den helt rigtige gitterdannelse, så indgående atomer slynges af i lidt forskellige vinkler afhængigt af deres isotopiske sammensætning.

"Man kan tænke på det som at adskille de forskellige lysfarver til en regnbue ved hjælp af et prisme, " sagde Sibener, Carl William Eisendrath Distinguished Service Professor i kemi og James Franck Institute.

Metoden kunne bruges til lettere elementer på det periodiske system, op til ca. atommasse 40, såvel som små molekyler, sagde kandidatstuderende Kevin Nihill og postdoktor Jacob Graham, co-første forfattere på papiret.

De bemærkede også, at isotoperne hopper af overfladen med lidt forskellige hastigheder, hvilket tyder på, at metoden kunne forstærkes for at give højere niveauer af berigelse og oprensning ved hjælp af hastighedsadskillelse.

"Dette er en vidunderlig og meget præcis demonstrationsundersøgelse, og vi er meget tilfredse med resultaterne, "Sibener sagde." Det har været en fornøjelse at løbe ned til laboratoriet hver dag for at se, hvad der er sket. Vi glæder os meget til at planlægge de næste trin i dette projekt for at udforske andre atomer og molekyler. "