بررسی عوامل موثر در جداسازی و تصفیه شیمیایی ایزوتوپ‏های آهن به روش الکترومغناطیسی

تولید (غنی سازی) ایزوتوپ ها به روش جدا کننده الکترومغناطیسی از روش هایی است که می‏توان ایزوتوپ هایی با درجه خلوص بسیار بالا تولید کرد. تنها دستگاه موجود در کشور که بتواند غنی سازی ایزوتوپ های آهن را به روش الکترومغناطیسی انجام دهد در پژوهشکده کشاورزی، پزشکی و صنعتی کرج نصب شده است. تاکنون جداسازی ایزوتوپ های آهن توسط این دستگاه انجام نشده و پارامترهای مربوط به جداسازی با این روش تعیین نشده اند. البته برای عناصر دیگری نظیر روی، نیکل، استرانسیم، مولیبدن، لیتیم و ... غنی سازی ایزوتوپی انجام شده که محصولات آنها در مراکز مربوط به تولید رادیوداروها و صنایع بکار گرفته شده اند. اساس کار در این روش بدین صورت است که ماده اولیه در بوته چشمه یونی بارگذاری و توسط کوره حرارت داده می شود تا از حالت جامد به بخار تبدیل شود، بخار ماده در محفظه قوس الکتریکی چشمه یونی به وسیله کاتد داغ تحت بمباران الکترونی قرار می گیرد و به روش برخورد الکترونی یونیزه می شود، یون‏ها تحت تأثیر میدان الکتریکی با یک انرژی ثابت از چشمه یونی به صورت یک دسته پرتو یونی خارج می شوند، دسته پرتوها بعد از خروج از چشمه یونی در یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار می گیرند و با توجه به جرمشان مسیر دایره ای با شعاع متفاوت را طی می کنند و وقتی به کلکتور در قسمت دیگر تانک خلاء می رسند ایزوتوپ ها از هم تفکیک می شوند، در کلکتور پاکت هایی برای هر ایزوتوپ نصب می شود تا هر ایزوتوپ در داخل پاکت مربوطه جمع آوری شود، بعد از جمع آوری ایزوتوپ ها در پایان یک دوره کاری، ایزوتوپ ها به وسیله فرایند شیمیائی از پاکت ها استخراج و در مراحل بعدی عملیات حذف ناخالصی های عنصری از ایزوتوپ مورد نظر با استفاده از روش های شیمیایی نظیر الکترولیز، رزین های مبادله کننده یونی و غیره انجام می شود. محصول نهایی معمولا به فرم اکسید ایزوتوپ مورد نظر تهیه می شود. تعیین غنای ایزوتوپی محصول به وسیله طیف سنج جرمی (ms) و تعیین خلوص شیمیایی به وسیله طیف سنج نشری (icp-aes) انجام می شود. به عنوان مثال، 54feکه در نمونه های طبیعی دارای فراوانی ایزوتوپی تقریبی 8/5 درصد می باشد، توسط دستگاه جداکننده الکترومغناطیسی به غنای بالاتر از 97 درصد رسانده می شود. این میزان غنا موجب می شود که به‏توان از محصولات این روش در طیف وسیعی در زمینه های مختلف استفاده نمود. زیرا افزایش خلوص ایزوتوپی و عنصری موجب می شود که محصولات بدست آمده از این ایزوتوپ‏ها کمترین آلودگی را داشته باشند. علاوه بر کاربرد ایزوتوپ‏های آهن در تولید رادیوداروها می توان به کاربردهای دیگر ایزوتوپ‏های آهن در علوم زیستی، تغذیه و ... اشاره نمود. با توجه به نیازهای موجود و عدم دسترسی محققان کشور به ایزوتوپ های غنی شده آهن، این پروژه می تواند قدم اولیه ای برای تولید انبوه آن در آینده باشد. به منظور تاکید بیشتر بر ضرورت انجام چنین پروژه‏هایی، کاربردهایی از ایزوتوپ‏های آهن در ذیل به اختصار آمده است. ایزوتوپ‏های پایدار آهن کاربرد فراوانی از جمله در ردیابی سیکل‏های ژئوشیمی و بیولوژی، مطالعه زیست دسترسی آهن در رژیم غذایی زنان باردار و کودکان، مطالعه میزان جذب آهن در نان‏های حاوی آرد غنی شده، برای تولید رادیوایزوتوپ آهن- 55 در پزشکی هسته‏ای دارند. آهن 57 دارای اسپین اتمی (2/1-) است به‏همین دلیل، این ایزوتوپ در شیمی و بیوشیمی به‏عنوان یک ایزوتوپ اسپینی دارای کاربرد است.