Ученые разработали новый дешевый и эффективный метод выделения изотопов

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые под руководством Юань Яна, доцента кафедры материаловедения Колумбийского инженерного института продемонстрировали новую методику выделения изотопов.

Высокие ставки

Кислород — важнейший компонент позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), которую используют онкологи для поиска опухолей. Но не всякий кислород может быть использован. Большинство атомов кислорода имеют восемь нейтронов, но примерно один из 500 атомов имеет десять нейтронов. Эти дополнительные нейтроны необходимы для работы ПЭТ-сканеров.

Проблема

Выделение чуть более тяжелых атомов кислорода обходится очень дорого. Кубометр обычной воды (H2O) из крана стоит менее 2 долларов. Когда легкие атомы кислорода (и водорода) удаляются, оставшиеся тяжелые атомы кислорода стоят около 30 000 долларов.

Прорыв

Исследователи из Колумбийского университета придумали, как выделять более тяжелые или более легкие атомы — так называемые изотопы — путем растворения целевого элемента и солей в воде, а затем прокручивания этого раствора в центрифуге. Этот способ более эффективен, дешев и прост в масштабировании, чем современные методы, в которых также используются токсичные химические вещества, не требующиеся для нового метода.

Более широкое применение

Чистые изотопы чрезвычайно полезны — и чрезвычайно ценны. Ежегодно десятки миллионов людей во всем мире проходят медицинские тесты, для которых требуется трудноизвлекаемый изотоп 100-молибден. Изотоп кальция Ca-48 настолько редок и востребован, что один его грамм сегодня стоит 500 000 долларов. А если ядерный синтез станет жизнеспособным источником энергии, то для удовлетворения мировых энергетических потребностей потребуются тысячи тонн изотопа лития.

Заглядывая в будущее

После сотрудничества с Columbia Technology Ventures для патентования новой технологии исследователи обратились к нескольким компаниям с предложением о создании прототипов и разработке установки для начала выделения изотопов. С помощью вычислительного моделирования они нашли несколько инновационных методов, позволяющих еще больше повысить эффективность метода.

Узнать подробнее

Результаты исследования описаны в статье, опубликованной 12 июля в журнале Science Advances.

13.07.2023