橡树岭国家实验室(ORNL)的电磁同位素分离器(EMIS)在2018年创造了历史，当时它生产了500毫克稀有同位素钌96，这在世界其他任何地方都无法获得。

EMIS技术不断进步，浓缩科学与工程部稳定同位素研究、开发和生产部负责人BrianEgle说。

“从本质上讲，它能够分离整个元素周期表，”他说。

在EMIS中，元素以气体形式存在并带正电，然后通过磁场，按质量将它们分开。每种同位素具有不同的重量，以略微不同的半径穿过场，从而可以分别收集不同的同位素。

该技术的开发是为了填补1998年关闭Y-12曼哈顿计划时代的calutron设施留下的空白，该设施生产了现在正在减少的美国稳定同位素库存。EMIS的开发旨在减少美国对外国供应商在稀有、难以生产的稳定同位素方面的依赖。EMIS现在可以达到或超过calutrons产生的同位素的质量。

Egle于2010年来到ORNL，从事第一代EMIS的工作，该系统仍在实验室中使用。他说，此后他一直在研究第二代和第三代EMIS——每一个都比上一个更好。

虽然最初的EMIS可以以相当高的分辨率分离任何元素的同位素，但第三代机器针对分离元素周期表较重端的元素进行了优化，例如镱，其同位素Yb-176用于核医学和射线照相术。

此外，它可以同时分离镱的所有同位素，而calutrons经过一系列分离后只能捕获所有其他同位素——偶数或奇数。

例如，镱的其他同位素用于量子存储器，Egle说。EMIS-3可以生产所有这些。这很重要，因为以前未知用途的特定同位素在未来可能至关重要。

Egle说：“40年前我们库存中不是目标同位素的东西可以突然成为未来科学的推动者。”“如果可以的话，我们绝对不会丢弃任何同位素。”

2018年，ORNL的EMIS生产了500毫克稀有同位素钌96，这在世界其他任何地方都无法获得。图片来源：ORNL/美国能源部

与calutron不同，EMIS是自动化的，因此相关的劳动力成本预计会更低。虽然calutron连接在一起，但每个EMIS都可以独立运行，因此可以同时生产多种同位素——例如，医用同位素与国家安全同位素(如镍63)一起用于检测机场的爆炸物。

“根据DOE的判断，我们可以让三台机器运行镱，三台运行镍，一台运行研究所需的少量稀有同位素，”Egle说。“它们都是独立的机器，可以同时在同一设施中执行独立的任务。”

EMIS在稳定同位素生产和研究中心(SIPRC)的计划中占有重要地位，这是一个正在建设中的新设施，预计将在2030年投入运营。它的灵活性使其成为实验室气体离心同位素分离器(GCIS)的完美补充正在开发多种同位素。自给自足的GCIS也将用于SIPRC，可以低成本生产大量同位素。但是，将GCIS从一种同位素转变为另一种同位素的过程可能需要数年时间，而EMIS可以在几周内从一种同位素转变为另一种同位素。

“EMIS填补了一个精品、利基市场：以非常高的浓度从毫克到克的规模，具有高度的灵活性，我们可以相对快速地切换整个元素周期表，”Egle说。

Egle说，EMIS-3的开发进展顺利，因为有充足的资金——包括专门为其生产改造的设施——以及因为ORNL在开发前两代产品的过程中不断壮大的专业知识和熟练劳动力。

“我们不只是从一本书中复制这个，”他说。“这是我们已经建立的知识和可以提升到下一个级别的知识库，无论下一个级别是什么。”

该实验室还与供应商建立了关系，为EMIS-3生产ORNL设计的组件。Egle说，这项技术的零件来自附近布朗特县的一家小型家族电子公司，远至新西兰的一家电磁铁工厂。供应商将完全集成的模块发送到ORNL以组装成整机。

“EMIS-3的好处在于它是一个非常可靠的进一步开发平台，”Egle说。“它是高度模块化的，这为设计提供了很大的灵活性。当你查看整个元素周期表时，灵活性非常重要。如果我们需要为不同的毒性或危害添加额外的安全工程控制，那很容易做到。“

Egle对未来几代EMIS的潜力感到兴奋——就此而言，对ORNL的稳定同位素计划总体而言。

“稳定同位素计划绝对令人着迷;它使许多不同的事情成为可能，”他说。“你开始工作时会说，‘我想从事治疗癌症、基础科学、国家安全……的工作吗?’”在稳定同位素计划中，您几乎可以在一天的时间里接触到这一切。您可以在我们的员工身上看到这一点。人们会说，“哇，你们对自己所做的事情感到非常兴奋。”很容易对这样的任务空间感到兴奋。”

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