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即將問世~高貴不貴的同位素

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由Mark Raizen、Tom Mazur和Bruce Klappauf發展的同位素分離法:MAGIS。

在科學研究與醫療技術上,常常會需要使用同位素,像是核能、醫療照影和癌症治療等等,至今,同位素的價格受限於生產方法與環保考量而居高不下,形成醫療和科學研究上莫大的阻力,不過這樣的情形可望在近年內得到改善!

同位素是指同一原子序的原子(質子數相同),彼此具有不同的中子數,造成它們在物理性質上有所差異(化學性質幾乎相同)。由於自然界中同一元素的同位素是共存的,所以要在科學或是醫療用途上使用特定同位素,都要事先經過純化分離,才能達到運作所需的純度。往往,同位素的分離方法成本過高(有些來自核反應爐的副產品),且對於環境的傷害尚無法估計,使得目前不論是在價格面或是生產端,整個世界的同位素供應鏈都面臨著嚴峻的考驗。

去年美國審計責任署(Government Accountability Office, GAO)公佈一份報告,警告同位素鋰-7的供應即將面臨短缺(其生產因環境因素考量而被美國禁止),由於鋰-7在核能發電上是一不可或缺的要素,此一短缺將造成美國國內的能源問題,同時,中國與俄羅斯是目前美國鋰-7的主要來源,其壟斷的形式亦會造成國防上的擔憂;其他的同位素缺貨案例還包括了鉬-99(用於醫療照影),鉬-99的生產主要是來自於加拿大一台逐漸老舊的核反應爐,該反應爐預計於2016年停止運轉。綜合這些因素,許多常用的同位素在市場上價格不斐,甚至以傳統的電磁型同位素分離器要獲得一盎司的穩定同位素,其消耗的成本將近是黃金的2000倍!

德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)的Mark Raizen教授團隊本月在Nature Physics期刊上發表的結果[1]有望解決此一燃眉之急。他們發展了一套新的同位素分離方法:MAGIS。有別於以往電磁型同位素分離器需要大量能源來維持電磁鐵磁場,新方法是使用低能雷射和永久磁場來分離同位素:如以下影片所示,未分離的同位素會先被氣化然後送入儀器,在儀器內的激發區,透過低能雷射的照射,欲分離的同位素會被選擇性磁化,當被磁化的同位素和未被磁化的其他元素一起進到接下來固定磁場形成的篩選通道,只有被磁化的那些同位素能夠與磁場相斥而順利通過,完成篩選。此新方法大大減少了能量成本,同時,MAGIS也降低了傳統製造鋰-7時可能產生汞污染的風險。

目前此ㄧ方法已登記為專利,若能成功量產化,將可以對世界醫療與科學研究體系造成巨大的改變。「許多同位素研究和應用仍是我們尚未了解的,過去我們被其高價格所箝制而舉足不前,但現在,新技術將可幫助我們發展並研究同位素,進一步造福人群」Mark Raizen說道。

不過,對於MAGIS,也有人抱持著反面的態度。他們質疑當同位素的生產變得更加平價,是否有可能轉變為恐怖份子利用的武器,形成核武攻擊的威脅? (延伸閱讀:The benifits and risk of laser isotope seperation

 

參考資料:

  1. Demonstration of magnetically activated and guided isotope separation, T. R. Mazur, B. Klappauf, M. G. Raizen, Nature Physics, DOI: 10.1038/nphys3013

資料來源:Improved method for isotope enrichment could secure a vital global commodity PHYS.ORG [June 29, 2014]

關於作者

昱夫

PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。