Менее дорогой отечественный источник стабильных изотопов мог бы обеспечить продолжение текущих применений, одновременно открывая возможности для новых медицинских методов лечения и фундаментальных научных исследований.Химические элементы часто существуют в природе в виде смеси различных вариантов, называемых изотопами. Чтобы быть полезным в большинстве приложений, один изотоп должен быть обогащен или отделен от остальных.
Сочетание факторов привело к надвигающейся нехватке некоторых из самых дорогих, но полезных стабильных изотопов в мире.В прошлом году Счетная палата правительства опубликовала отчет, в котором предупреждает, что вскоре может возникнуть нехватка лития-7, критически важного компонента многих ядерных энергетических реакторов. Производство лития-7 было запрещено в США из-за экологических проблем, и неясно, будут ли существующие источники в Китае и России продолжать удовлетворять мировой спрос.
Одним из основных источников молибдена-99, необходимого для медицинской визуализации при десятках миллионов операций на сердце, почек и груди каждый год, является стареющий ядерный реактор в Канаде, который, как ожидается, прекратит работу в 2016 году. Другие ценные изотопы производятся компанией Cold Машины эпохи войны, известные как калютроны, работающие в России. Их чрезвычайный возраст, высокие эксплуатационные расходы и концентрация в регионах еще больше угрожают мировым поставкам.
«Изотопы являются одними из самых дорогих товаров на Земле, — говорит Марк Райзен, профессор физики Техасского университета в Колледже естественных наук Остина и автор исследования. «Одна унция стабильного изотопа, для отделения которого нужен калютрон, может стоить около 3 миллионов долларов. Это примерно в 2000 раз дороже золота.
И это сдерживает некоторые медицинские методы лечения».В отличие от калютрона, который требует огромного количества энергии для поддержания магнитного поля с помощью электромагнитов, новый метод обогащения стабильных изотопов, называемый MAGIS (магнитно-активируемое и управляемое разделение изотопов), требует мало энергии из-за использования маломощных лазеров и постоянные магниты. Он также имеет меньший потенциал воздействия на окружающую среду, чем химический процесс, используемый при производстве лития-7, который был связан с загрязнением ртутью.Исследователи говорят, что ядерная медицина могла бы извлечь выгоду из нового метода.
Многие стабильные изотопы являются предшественниками короткоживущих радиоизотопов, используемых в медицинской визуализации, лечении рака и диагностике питания.Новый метод также может укрепить нашу национальную безопасность. Исследователи использовали этот метод для обогащения лития-7, необходимого для работы большинства ядерных реакторов.
США зависят от поставок лития-7 из России и Китая, и перебой в работе может вызвать остановку реакторов. Другие изотопы могут быть использованы для обнаружения опасных ядерных материалов, прибывающих в порты США.
Соавторами Райзена по статье являются Том Мазур, доктор философии. студент в университете; и Брюс Клаппауф, разработчик программного обеспечения в Enthought и бывший старший научный сотрудник UT Austin.Теперь главная цель Райзена — вывести эту технологию из лаборатории в мир. На изобретение MAGIS был выдан патент США, который принадлежит Техасскому университету в Остине, изобретателями которых являются Райзен и Клаппауф.
Райзен планирует создать некоммерческий фонд для лицензирования технологии.«Я считаю, что это меняет мир таким образом, который уникален среди всех проектов, которые я делал.
И я искренне к этому отношусь с энтузиазмом», — сказал Райзен. «Есть много потенциальных применений изотопов, о которых мы еще даже не знаем. Но они были сдержаны, потому что цена была слишком высока или они были недоступны. Это будет одна из задач фонда — исследовать и разрабатывать изотопы на благо человечества ».Некоторые критики выразили обеспокоенность по поводу того, что террористы или государства-изгои могут использовать MAGIS для обогащения урана для создания ядерного оружия.
Райзен считает, что эти опасения необоснованны, учитывая уникальные химические характеристики урана.Просмотрите анимацию устройства MAGIS в действии и узнайте больше о том, как оно работает, здесь: https://www.youtube.com/watch?v=zIRi-7AxFAM.