下一代电磁同位素分离器可以从较重的元素中获取稀有的稳定同位素

为了使美国在稀有的外来元素方面自给自足，橡树岭国家实验室(ORNL)开发了最新一代的电磁同位素分离器(EMIS)，以收获整个周期表的稳定同位素。在第二次世界大战期间，致力于为盟国开发世界上第一颗原子弹的曼哈顿项目的科学家们需要一种方法来分离裂变同位素铀235和非裂变同位素铀238。在除了时间之外基本上没有任何资源的情况下，他们尝试了几种不同的技术，其中一种是回旋加速器的衍生产品，称为加利福尼亚大学回旋加速器(calutron)。

回旋加速器的工作原理是在气态原子中诱发电荷，然后在电场中对其进行加速。然后这些加速的原子被一个磁场所偏转。聪明之处在于，原子越重，它被偏转的程度就越小。就铀而言，U²³⁵原子的偏转程度低于U²³⁸原子，将它们分离出来。

尽管这种生产裂变铀的方法在战后基本上被放弃，转而采用其他方法，但ORNL还是开发了生产稳定同位素的原理。也就是说，特定同位素的纯样品是完全没有放射性的。这些被广泛用于各种应用，包括水和土壤管理、环境研究、营养评估和法医学。

然而，ORNL在1998年关闭了其曼哈顿时代的卡鲁特仪，使得美国依赖外国来源的这些难以生产的同位素来补充日益减少的国内供应。其中第一个在2018年生产了500毫克的稀有同位素钌-96，这是世界上任何地方都没有的。

今天，橡树岭最新的第三代EMIS-3装置的性能超过了老式的Calutrons，而后者有点不稳定。它们难以解决质量相近的同位素之间的差异，有时只能分离出一个序列中的每一个其他同位素。这意味着同位素必须分批进行处理和再处理，以实现适当的分离。新机器在这方面要好得多，可以处理周期表中较重的元素，如用于核医学和放射学的镱-176。其他镱的同位素也被用于量子计算。

此外，EMIS-3可以同时分离不同的同位素，因为每个EMIS单元可以独立运行，而不是需要依次连接到一起才能完成工作。它们还可以在几周内重新配置，而气体离心机同位素分离器(GCIS)则需要几年时间。

橡树岭浓缩科学和工程部稳定同位素研究、开发和生产部门负责人Brian Egle说："EMIS-3的好处是它是一个非常坚实的平台，可以进一步发展。它是极其模块化的，这使设计具有很大的灵活性。当你关注整个周期表时，灵活性是非常重要的。如果我们需要为不同的毒性或危险性增加额外的安全工程控制，这很容易做到。"