橡樹嶺國家實驗室高通率同位素反應(yīng)堆制造提純同位素锿254的方

1

標(biāo)題：橡樹嶺國家實驗室高通率同位素反應(yīng)堆制造提純同位素锿254的方法

摘要：

1952年，太平洋南部伊魯吉拉伯島進行的氫彈實驗過程中，為化學(xué)元素周期表添加了新的元素：锿。

該元素并不存在于自然界，非常不穩(wěn)定，難以獲取保存，數(shù)量極少，長期以來未獲得很好的研究。

锿的所有同位素半衰期都很短，所以一切原始的锿核素，也就是在地球形成時可能存在的锿，至今都已全部衰變。

勞倫斯·伯克利國家實驗室化學(xué)家凱瑟琳·謝爾德（Katherine Shield）于2021年2月4日說，

該實驗室、洛斯·阿拉莫斯國家實驗室、喬治城大學(xué)組成研究小組，已經(jīng)通過實驗室合成的方法，成功獲得了同位素锿254。該該小組的實驗報告已經(jīng)于2021年2月刊發(fā)于《自然》雜志。

該小組用于制造同位素锿254的設(shè)備是，橡樹嶺國家實驗室的高通量同位素反應(yīng)堆。

該反應(yīng)堆在制造同位素锎252的過程中，獲得了同位素锿254。

同位素锎252具有很多商業(yè)用途。

凱瑟琳說，從此以后，人類無需通過氫彈爆炸的方式，就可以在實驗室通過人工合成的方式獲得同位素锿254。

截止2021年2月，橡樹嶺國家實驗室的高通率同位素反應(yīng)堆是全世界唯二能夠制造同位素锎252、同位素锿254的設(shè)備。另一個是，俄羅斯季米特洛夫格勒核反應(yīng)器研究所（NIIAR）的SM-2環(huán)流反應(yīng)器。

該實驗室擁有高通量中子源。

研究小組在制造過程中，通過中子源轟擊，獲得了一大堆各種元素的混合物。更為可貴的是，該實驗室具備提純技術(shù)，能夠?qū)⑺枰脑貜幕旌衔镏刑峒兂鰜怼?/p>

但純度及數(shù)量達到一定程度是，就可以進行X吸收光譜儀分子鍵大小測量的工作。

凱瑟琳等人在實驗中發(fā)現(xiàn)，同位素锎252、同位素锿254很容易相互污染。還好橡樹嶺實驗室有非常好的提純技術(shù)?？上P瑟琳沒有詳細介紹。以下我查詢得到的提純方法：

1、反應(yīng)器輻射法產(chǎn)物將會混有各種錒系元素的同位素，以及核裂變產(chǎn)生的鑭系元素。

2、在高溫高壓下重復(fù)進行正離子交換，

3、再進行色譜法。

4、在核反應(yīng)器中產(chǎn)生的最穩(wěn)定的锿同位素253Es會衰變?yōu)?49Bk，249Bk半衰期只有20天，锫能夠輕易地氧化成為+4態(tài)的固體，并從溶液中沉淀出來；其他的錒系元素，包括锿，則會在溶液中保持其+3氧化態(tài)。[69]

5、使用正離子交換樹脂柱，并注入含有90%水及10%乙醇的氫氯酸飽和溶液，作為洗提劑。

6、使用負離子交換層析法，所用的洗提劑是濃度為6 M的氫氯酸。

7、以經(jīng)銨鹽處理過的正離子交換樹脂柱（Dowex-50交換柱）來分離含有99、100及101號元素的分析層。

8、根據(jù)洗提位置隨時間的變化，就可以辨認這幾個元素，可用的洗提劑包括α-羥基異丁酸溶液（α-HIB）。

目前的制備及提純技術(shù)是200納克，下一步將提高至1000納克。

我認為，個別元素的成功合成并不值得特別敬佩，值得敬佩的是高通量中子源、以及非常厲害的提純技術(shù)。

本次實驗中的高通量同位素反應(yīng)堆，位于田納西州橡樹嶺，運行功率為85 MW，是美方最高通量反應(yīng)堆的中子源之一，它提供了世界上任何研究堆中最高的穩(wěn)態(tài)中子通量之一。能夠產(chǎn)生熱中子和冷中子，并用于研究物理，化學(xué)，材料科學(xué)，工程和生物學(xué)。

該技術(shù)意味著，該實驗室要什么就可以造什么，造什么就可以提純什么，提純之后就可以有各種用途，包括商業(yè)及軍事。

同位素锎252可以放置在特制的施源器，將中子源送入或腫瘤內(nèi)進入腔內(nèi)、管內(nèi)或組織間照射放射反應(yīng)能輕而易舉的徹底殺死癌細胞，特別是子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等。

2019年，土耳其反走私和有組織犯罪部門在阿塔圖爾克森林公園辦理的一起犯罪案件中，經(jīng)司法鑒定認為，锎252的價格是每毫克1千萬美元。

锿-254曾用于校準(zhǔn)勘測者5號月球登陸器上的化學(xué)分析光譜儀。

其實我對核物理懂得不多，凱瑟琳的聯(lián)系方式如下，愛學(xué)習(xí)的可以自己聯(lián)系：

70A-2216, Lawrence Berkeley National Lab

kshield（at）berkeley（dot）edu

電話是five one zero - four eight six - six two nine six

凱瑟琳的基本情況是：

2015年畢業(yè)于塔夫茨大學(xué)，獲得化學(xué)物理學(xué)學(xué)士學(xué)位和政治學(xué)學(xué)士學(xué)位。

2016年，在核創(chuàng)新聯(lián)盟工作，負責(zé)研究核監(jiān)管政策

2016年秋季學(xué)期，開就讀于加利福尼亞大學(xué)伯克利分校

2017年秋季學(xué)期，進入麗貝卡·阿伯格（Rebecca Abergel）研究小組

凱瑟琳擔(dān)任的職務(wù)有：伯克利科學(xué)政策小組成員、國家科學(xué)政策網(wǎng)絡(luò)西部中心聯(lián)合主席

凱瑟琳的研究方向是：放射化學(xué)，包括溶液熱力學(xué)、柱分離、稀有元素氧化態(tài)穩(wěn)定化，重點是醫(yī)學(xué)同位素。

凱瑟琳的老師是麗貝卡·阿伯格

麗貝卡是加利福尼亞大學(xué)伯克利分校核工程系副教授、勞倫斯·伯克利國家實驗室化學(xué)科學(xué)處重元素化學(xué)組組長。

麗貝卡領(lǐng)導(dǎo)的研究小組工作范圍包括：核化學(xué)、放射化學(xué)、光子物理學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、醫(yī)療物理學(xué)、藥理學(xué)、分子及細胞生物學(xué)、重元素對生物系統(tǒng)的影響、重金屬元素毒理學(xué)、核元素對環(huán)境的影響及其治理、涉核疾病的治療、重金屬引發(fā)疾病的治療藥品研發(fā)。

麗貝卡是個好人，很多科學(xué)家是研發(fā)用于戰(zhàn)爭的核技術(shù)，麗貝卡是研發(fā)用于救人的核技術(shù)。

麗貝卡聯(lián)系方式 abergel（at）berkeley（dot）edu

結(jié)尾部分：

摘要： #

橡樹嶺國家實驗室高通率同位素反應(yīng)堆制造提純同位素锿254的方法

作者：朱川