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激光同位素分离技术

更新时间:2012-6-5 9:18:52
      
       一项能快速且有效地将核电站和核医学领域内使用的放射性同位素分离开来的技术是很多物理学家们孜孜以求的“圣杯”。但是,同位素分离技术也是制造核武器的关键技术,因而也面临着被不法分子滥用于非法制造武器的风险。
 
  天然铀矿石内大部分是铀-238,但是其无法维持产生爆炸所需要的失控连锁反应。另外,容易裂变的铀-235在铀矿石内的含量仅为0.7%。当铀-235的比例达到3%至5%时,才能为核反应堆制造燃料。而要制造出一枚炸弹,铀-235的含量必须要超过90%才行。因为不同同位素的化学性质基本上一样,将两种同位素分离开来一直是大规模研制核武器的主要壁垒之一。目前最先进的技术是让数千个离心机串联在一起,但这一方法会占用很多空间,耗费很多电力和时间,也需要精密加工的零件。
 
  激光器或许更有效。不同铀核质量的细微差别会改变其电子壳层的能级。经过精确调谐的激光器能激发出同想要的同位素有关的能级,而且,与其他技术结合在一起,可将铀-235从其他元素中挑选出来。这项研究能快速且秘密地进行。早在2004年,韩国科学家们就已使用激光器,在几周内将少量铀-235丰富到接近武器的纯度。这项研究一直没有被发现,直到研究进行了几年后才被国际核查机构知悉。
 
  现在,随着便宜且能被很好调谐的激光器的问世,对全球的物理学家们来说,激光同位素分离变得更加容易。比如,美国德克萨斯大学奥斯汀分校的马克•雷曾正研究使用激光器分离出在医学领域非常重要的同位素,比如钙-48、镍-64等,钙-48主要用于骨病症的诊断中;镍-64则是一种极富潜力的癌症治疗试剂。雷曾表示,全球都急需医学同位素,“人们的生活将依靠发现新的同位素来源。”
 
  雷曾的技术非常简单易懂:精确调谐的激光器将所需要的同位素内的电子推到更高能的状态,以暂时改变原子的磁矩。从这个意义上来说,所有需要被挑选出来的同位素都拥有大而稳定的磁矩。

      雷曾表示,他也非常清楚,整天与激光器和各种同位素打交道可能会给他的身体健康带来不少隐患。但他认为,这种可能性微乎其微,因为他们的技术非常安全。
 
  不过,也有人认为,从事和激光器打交道的工作还是小心为妙。美国华盛顿特区乔治敦大学公共科学兴趣项目的联合负责人弗朗西斯·斯雷克就指出:“我认为与激光器打交道的风险很高。”斯雷克曾经公开反对用激光同位素分离方法制造核燃料的商业化,他希望科学家们对此进行更公开而严苛的讨论,因为很多从事原子和分子光学研究的物理学家们与雷曾的观点一致。他说:“我认为应该暂时停止此类研究,而且需要对其进行深刻的反思。”
 
  物理学可以造福人类社会,这一想法让雷曾激动不已,他也在继续他的研究。他说:“不能因为存在风险就停止研究,如果你不做,总会有其他人做。”他的第一个与锂等光原子有关的研究结论将于几个月后出炉。
 
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