Atskirti įvairių cheminių elementų skirtingus izotopus – labai sudėtinga užduotis, nes skirtingi to paties elemento izotopai praktiškai nesiskiria cheminėmis savybėmis, jie skiriasi tik atominiu svoriu – vienu ar dviem papildomais neutronais atomo branduolyje.
Tačiau Čikagos universiteto mokslininkai paskelbė, kad sukūrė naują būdą izotopams atskirti.
Žurnale „Physical Review Letters“ publikuotame straipsnyje prof. Steveno J. Sibreno (Steven J. Sibener) vadovaujama mokslininkų grupė aprašo būdą atskirti neono izotopus, šių atomų dujų srautą dideliu greičiu nukreipiant į silicio plokštelę, kuri atspindi skirtingus izotopus šiek tiek skirtingais kampais. Toks metodas galėtų būti daug pigesnis izotopams, reikalingiems medicinai, elektronikai, chemijai ir kitoms sritims, gaminti.
Kelių neutronų skirtumas izotopuose paverčia juos ypač vertinga medžiaga. Tarp plačiausiai paplitusių izotopų pritaikymų – urano izotopai, naudojami kaip branduolinių elektrinių kuras ar radioaktyvieji izotopai vėžiniams susirgimams gydyti.
Izotopai vis plačiau naudojami ir elektronikoje. Pavyzdžiui, iš izotopiškai švaraus silicio galima pagaminti žymiai efektyvesnius tranzistorius lustuose.
Tačiau komerciniai izotopų išgavimo metodai yra sudėtingi ir reikalaujantys daug energijos – dažniausiai medžiaga švitinama elektronų pluošteliu ar lazeriu, kol jonizuojasi, ir tada atomai atskiriami elektriniu lauku. Paprastai reikia šį procesą kartoti keliolika kartų, kol gaunama reikiama izotopo koncentracija. Tai gerokai apriboja izotopų panaudojimą, nes ši medžiaga tampa labai brangia.
Prof. Sibenerio komanda neono dujų pluoštelį, lekiantį viršgarsiniu greičiu, nukreipė į specialiai sukurtą silicio plokštelės kristalinį paviršių, nuo kurio neono atomai atšoko kiek skirtingais kampais, priklausomai nuo jų atomų svorio – skirtingo izotopų skaičiaus atomuose.
„Tai gana panašu į tai, kaip šviesa išskaidoma į skirtingas spalvas stikline prizme“, – teigia tyrimo autoriai. Jų teigimu, šis metodas gali būti taikomas lengvesniems periodinės lentelės elementams, turintiems atominę masė maždaug iki 40, taip pat mažoms molekulėms.
Tyrėjai taip pat pažymėjo, kad izotopai atšoka nuo paviršiaus šiek tiek kitokiu greičiu, o tai rodo, kad metodą būtų galima dar patobulinti, atskiriant atomus ne tik pagal atspindžio kampą, bet ir pagal jų greitį.
Kevin J. Nihill et al. Separation of Isotopes in Space and Time by Gas-Surface Atomic Diffraction, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.176001
Chemists introduce novel method to separate isotopes
Daugiau:
Grafenas – efektyvus vandenilio izotopų filtras
Pirmasis branduolinis sprogimas padėjo patikrinti vieną iš Mėnulio susidarymo teorijų
Metalo būsenos vandenilis gali tapti amžiaus atradimu
VU fizikai atrado naują būdą sąveikai tarp atomų tirti