Het scheiden van verschillende versies van elementen - isotopen - is een ondraaglijk moeilijke taak:ze verschillen slechts met een of twee extra neutronen, een oneindig klein verschil in massa. Maar onderzoekers van de Universiteit van Chicago hebben op 23 oktober aangekondigd dat ze een geheel nieuwe manier hebben toegevoegd om dit te doen.

In een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , een team onder leiding van prof. Steven J. Sibener beschrijft een manier om isotopen van neon te scheiden met behulp van een gasstraal gericht op een siliciumwafel met een nauwkeurig patroon, die de verschillende isotopen onder enigszins verschillende hoeken weerspiegelt. De methode zou ooit een goedkopere en energiezuinigere manier kunnen zijn om isotopen voor medicijnen te scheiden, elektronica en andere toepassingen.

Het verschil van de paar neutronen in een isotoop kan een wereld van verschil maken voor het nut ervan. Vandaag, de meest voorkomende isotopen van belang zijn uranium voor kernenergie en een constellatie van radio-isotopen voor medische behandelingen, maar ook in de elektronicawereld staat verrijking steeds meer in de belangstelling. Vooral, isotopisch zuiver silicium maakt veel efficiëntere transistors voor chips, en houdt een belangrijke belofte in voor quantum computing.

Maar de moeilijkheid van de taak - de huidige commerciële methoden omvatten over het algemeen lasers of het bombarderen van een element met elektronen totdat het ioniseert, en vaak meerdere herhaalde rondes om de cijfers hoger te krijgen - heeft het algemene gebruik ervan beperkt.

Sibeners team begon in plaats daarvan met een supersonische straal neon, waarin alle atomen zijn versneld tot dezelfde hoge snelheid. De bundel botst op een kristallijn oppervlak waarvan de atomen in precies de juiste roosterformatie zijn gerangschikt, zodat binnenkomende atomen onder enigszins verschillende hoeken worden weggeslingerd, afhankelijk van hun isotopensamenstelling.

"Je kunt erover nadenken als het scheiden van de verschillende kleuren licht in een regenboog met behulp van een prisma, " zei Sibener, de Carl William Eisendrath Distinguished Service Professor of Chemistry en het James Franck Institute.

De methode kan worden gebruikt voor lichtere elementen in het periodiek systeem, tot ongeveer atomaire massa 40, evenals kleine moleculen, zeiden afgestudeerde student Kevin Nihill en postdoctoraal geleerde Jacob Graham, co-eerste auteurs op het papier.

Ze merkten ook op dat de isotopen met enigszins verschillende snelheden van het oppervlak afkaatsen, wat suggereert dat de methode zou kunnen worden verbeterd om hogere niveaus van verrijking en zuivering op te leveren met behulp van snelheidsscheiding.

"Dit is een prachtige en zeer nauwkeurige demonstratiestudie, en we zijn erg blij met het resultaat, " zei Sibener. "Het was een genot om elke dag naar het lab te rennen om te zien wat er is gebeurd. We kijken er erg naar uit om de volgende stappen in dit project te plannen om andere atomen en moleculen te verkennen."