电磁型同位素分离器
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电磁型同位素分离器(英文:Calutron) 是一种同位素质谱仪,其最初的设计和使用是为了分离铀的同位素, 由美国物理学家欧内斯特·劳伦斯在曼哈顿计划期间根据他早前发明的回旋加速器研发而成。[1][2][3]该仪器的英文名字“Calutron”来源于加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)以及回旋加速器(Cyclotron),以纪念它的发明地也就是劳伦斯所在的加州大学伯克利分校。[1][2][3]
曼哈顿计划期间,电磁型同位素分离器被“克林顿工程师工程”所采用,在美国田纳西州橡树岭的Y-12工厂内被用于大规模铀浓缩。1945年8月6日被美军投放于日本广岛市的“小男孩原子弹”就使用了这些浓缩铀。[1][2][3]第二次世界大战后,铀的浓缩不再使用电磁分离法,而是采用一种更为复杂、高效的气态扩散法。 虽然二战结束时,多数曼哈顿计划期间使用过的电磁型同位素分离器被拆毁,但有一些仍得以保存下来,用于生产天然元素的高纯度同位素浓缩样本以及用于军事、科学和医疗。
电磁型同位素分离器是一种扇形质谱仪,可以将样本电离,得到的离子经过电场加速、磁场偏移方向,最终碰撞金属板,并产生强度可衡量的电流。 由于不同同位素的离子, 电荷相同但质量不同,较重的同位素在磁场方向偏移较小,就导致不同质量的粒子束分别打击在金属板的不同位置。同位素的质量可根据磁场强度及同位素电荷计算得出。第二次世界大战期间,这一原则被运用于研发电磁型同位素分离器,以通过铀的不同同位素之间细微的质量差来大量提炼高纯度的铀-235。