下一代电磁同位素分离器可以从较重的元素中获取稀有的稳定同位素

下一代电磁同位素分离器可以从较重的元素中获取稀有的稳定同位素回旋加速器的工作原理是在气态原子中诱发电荷，然后在电场中对其进行加速。然后这些加速的原子被一个磁场所偏转。聪明之处在于，原子越重，它被偏转的程度就越小。就铀而言，U²³⁵原子的偏转程度低于U²³⁸原子，将它们分离出来。美国稳定同位素生产和研究中心尽管这种生产裂变铀的方法在战后基本上被放弃，转而采用其他方法，但ORNL还是开发了生产稳定同位素的原理。也就是说，特定同位素的纯样品是完全没有放射性的。这些被广泛用于各种应用，包括水和土壤管理、环境研究、营养评估和法医学。然而，ORNL在1998年关闭了其曼哈顿时代的卡鲁特仪，使得美国依赖外国来源的这些难以生产的同位素来补充日益减少的国内供应。其中第一个在2018年生产了500毫克的稀有同位素钌-96，这是世界上任何地方都没有的。今天，橡树岭最新的第三代EMIS-3装置的性能超过了老式的Calutrons，而后者有点不稳定。它们难以解决质量相近的同位素之间的差异，有时只能分离出一个序列中的每一个其他同位素。这意味着同位素必须分批进行处理和再处理，以实现适当的分离。新机器在这方面要好得多，可以处理周期表中较重的元素，如用于核医学和放射学的镱-176。其他镱的同位素也被用于量子计算。2018年，ORNL的EMIS生产了500毫克的稀有同位素钌-96此外，EMIS-3可以同时分离不同的同位素，因为每个EMIS单元可以独立运行，而不是需要依次连接到一起才能完成工作。它们还可以在几周内重新配置，而气体离心机同位素分离器（GCIS）则需要几年时间。一个新的EMIS设施正在建设中，预计将于2030年投入使用。橡树岭浓缩科学和工程部稳定同位素研究、开发和生产部门负责人BrianEgle说："EMIS-3的好处是它是一个非常坚实的平台，可以进一步发展。它是极其模块化的，这使设计具有很大的灵活性。当你关注整个周期表时，灵活性是非常重要的。如果我们需要为不同的毒性或危险性增加额外的安全工程控制，这很容易做到。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361131.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361131.htm

突破性研究利用地质工具检测癌症的独特原子特征

突破性研究利用地质工具检测癌症的独特原子特征由科罗拉多大学博尔德分校地球化学家阿什利-马洛尼（AshleyMaloney）领导的研究小组将于本周在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表其研究成果。地质科学系副研究员马洛尼说："这项研究为医学增添了一个全新的层面，让我们有机会在原子水平上观察癌症。"她解释说，在自然界中，氢主要有两种，即同位素。一些氢原子（称为氘）稍重，而另一些氢原子（通常只称为氢）稍轻。在地球上，氢原子的数量比氘原子的数量多出约6420比1。几十年来，许多领域的科学家利用这些原子的自然分布来揭示地球历史的线索。例如，气候科学家通过研究南极洲冰层中的氢原子来推断地球在几十万年前的冷热程度。在这项新研究中，马洛尼和她的同事想知道，这些微小的原子能否为复杂生物体的生活提供一些线索呢？为了找出答案，研究小组在实验室中培养了酵母和小鼠肝细胞，然后分析了它们的氢原子。研究小组发现，生长速度非常快的细胞（如癌细胞）所含的氢原子和氘原子的比例大不相同。这就好比癌症在犯罪现场的门把手上留下了指纹。这项研究仍处于早期阶段，研究小组还不确定这种信号会不会在真正的癌症患者体内出现。但这项研究的共同作者、地质科学助理教授塞巴斯蒂安-科普夫（SebastianKopf）说，这种信号的潜力可能很大。科普夫说："如果能在早期发现癌症，病患的生存几率就会大大提高。如果这种同位素信号足够强，就可以通过血液化验之类的方法检测到它，那就会给出一个重要的提示，告诉你有什么不对劲。"这项研究围绕一个多年来一直吸引着癌症研究人员的概念展开：新陈代谢。在正常情况下，酵母和动物等生物的细胞通过一种叫做呼吸的过程产生能量，在这个过程中，它们吸收氧气，释放二氧化碳。但这并不是获得高糖分的唯一途径。例如，面包酵母（Saccharomycescerevisiae）的菌落可以通过发酵产生能量，在发酵过程中，生物体在没有氧气的帮助下分解糖分并产生酒精。这也是酿造啤酒的过程。科普夫说："在人体中，如果运动员的运动量超过了有氧极限，他们的肌肉也会开始发酵，而这并不使用氧气。这能让你快速增强能量"。事实证明，许多癌细胞也通过类似的策略来令其加速生长。长期以来，科学家们一直在寻找更多的方法来追踪癌细胞中的这些代谢变化。作为普林斯顿大学哈里-赫斯博士后研究员领导这项新研究的马洛尼和她的导师张新宁提出了一个想法：追踪氢。如今，马洛尼管理着科罗拉多大学博尔德分校的地球系统稳定同位素实验室，该实验室是校内20多个核心设施之一。作为一名研究生，她探索了热带岛屿藻类中的氢原子。她目前的工作灵感来自一个不太可能的来源：她的父亲，一位皮肤科医生。马洛尼说："他经常从人们身上提取皮肤癌细胞。我想知道这些细胞的新陈代谢与生长在它们旁边的细胞有什么不同。"要理解这个问题，首先要知道氢是如何进入细胞的。在某些情况下，这些原子来自一种难以发音但却至关重要的酶，即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酯（NADPH）。NADPH在细胞中发挥着许多作用，其中包括收集氢原子，然后在制造脂肪酸的过程中将氢原子传递给其他分子，脂肪酸是生命的重要组成部分。然而，NADPH并不总是从同一个氢池中汲取氢气。由张新宁领导并以细菌为重点的先前研究表明，根据细胞中其他酶的工作情况，NADPH有时可能更多或更少地使用不同的氢同位素。这就提出了一个问题：如果癌症重塑了细胞的新陈代谢，那么它是否也会改变NADPH获取氢的方式，最终改变细胞的原子构成？为了找出答案，研究人员在普林斯顿大学和科罗拉多大学博尔德分校的实验室里设置了装满蓬勃生长的酵母菌群的罐子。另外，普林斯顿大学的生物学家用健康和癌变的小鼠肝细胞菌落进行了一项实验。然后，研究人员从细胞中提取脂肪酸，并使用一种名为质谱仪的仪器来确定其中氢原子的比例。结果显示，与癌细胞相似的发酵酵母细胞所含的氘原子平均比正常酵母细胞少大约50%，这是一个惊人的变化。癌细胞也表现出类似的氘短缺现象，但并不严重。张是这项研究的资深作者，也是普林斯顿大学地球科学助理教授，她希望研究结果有朝一日能帮助像她一样的家庭。"不幸的是，癌症和其他疾病是许多人生活中的一大主题。看到阿什利的数据是一个特殊而深刻的时刻，"张说。"这意味着一种用于追踪地球健康的工具也可能被用于追踪生命体的健康和疾病，希望有一天能用于人类。我生长在一个饱受癌症困扰的家庭，我希望看到这一领域不断扩大。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429881.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429881.htm

日本、韩国科学家联手发现未知铀同位素 半衰期超短

日本、韩国科学家联手发现未知铀同位素半衰期超短在最新研究中，日本高能加速器研究机构（KEK）的科学家们填补了这一知识空白，他们确定了19种此类同位素的质量，其中包括全新的铀-241。团队在KEK同位素分离系统设施上开展了最新实验。他们将一束铀-238原子核加速靶入一个铂-198原子核的旋转标靶内，这一过程使多个质子和中子在铀束核和铂靶核之间转移，形成了多个同位素，他们随后使用飞行时间质谱仪确定了这些同位素的质量。研究人员表示，最新研究中使用的技术能帮助他们更好地理解与重元素相关的原子核的形状，有望修改现有建造核电站和核武器的模型，以及描述恒星爆炸行为的理论，最新方法还有助发现更多的新同位素。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353467.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353467.htm

冠状病毒感染的治疗又有突破 科学家找到了让病原体失去活性的基础

冠状病毒感染的治疗又有突破科学家找到了让病原体失去活性的基础"我们的研究集中在一个著名的化合物上，即Salen。我们试图评估这种化合物对引起COVID-19疾病的SARS-CoV-2的一系列蛋白质的潜在活性。乌拉尔联邦大学有机合成实验室的研究工程师达米尔-萨芬说："我们发现，Salen可以与所研究的蛋白质发生潜在的相互作用，而对保护病毒不被破坏的非结构性蛋白质nsp14获得了最佳结果。"据科学家称，Salen，也就是照片中的物质的合成相对简单且成本低廉。资料来源：乌拉尔联邦大学/DamirSafinSalen是一类配位化学和均相催化中常用的螯合配体。Salen这个名字是由水杨醛（salicylaldehyde）和乙二胺（ethylenediamine，en）组合而成的。这种配体是淡黄色云母状固体，可溶于极性有机溶剂。水杨酸及其衍生物是广泛的实际应用中的关键配体。这是一种有机物质，具有协调某些金属的能力，并使它们在各种氧化状态下保持稳定。Salen衍生物的金属复合物也被用作催化剂。在Salen中科学家发现了两个羟基的"流体"氢原子，这些氢原子中的每一个都有能力移动到一个氮原子上，因此改变分子的形状，这个过程被称为同位素化，参与者是同位素或同位素形式。"我们已经探索了各种同位素Salen与SARS-CoV-2蛋白的潜在相互作用，以确定所研究的分子在与蛋白相互作用的有效性方面最受欢迎的同位素形式。当然，我们的研究只是了解Salen如何用于对抗COVID-19的第一步，还有很多东西有待探索。然而，我们获得的结果激发了某种乐观情绪，"DamirSafin补充说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335355.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335355.htm

揭开摩擦的秘密 突破性研究揭示分子在表面上的行为

揭开摩擦的秘密突破性研究揭示分子在表面上的行为准确把握物体之间的精确接触条件是一项长期挑战，而最近扫描探针显微镜技术的进步使这一壮举成为可能。然而，即使取得了这些技术突破，动态摩擦力--维持分子运动所需的力--的复杂性仍然难以捉摸。科学家们可以通过移动表面上的单个分子来测量静摩擦力，但对动态摩擦力的测量和理论理解仍有待全面揭开。图1：原子层面的动态摩擦。(A)一氧化碳分子在铜表面被金属尖端操纵的示意图。(B)针尖在铜表面水平移动时CO分子吸附状态的变化。针尖与CO之间的相互作用能以不同的线条表示：CO在顶点（黑色曲线）、桥点（红色曲线）和邻近顶点（蓝色曲线）上的吸附状态。随着针尖的移动，CO的实际吸附状态沿着实线变化。不同吸附位点之间的转换（绿色交叉）是了解动态摩擦复杂性的关键。资料来源：美国物理学会突破性研究现在，来自日本金泽大学、西班牙多诺斯蒂亚国际物理中心和德国雷根斯堡大学的合作团队在《物理评论快报》和《物理评论B》上发表文章，报告了他们深入研究这一难题的突破性研究。他们使用原子力显微镜仔细研究了一氧化碳(CO)分子在单晶铜表面上的操控。在abinitio计算的支持下，他们的研究结果揭示了以下问题：-一氧化碳分子如何相对于显微镜尖端和表面定位。-显微镜尖端引起的分子运动、能量消耗以及静摩擦和动摩擦力之间的关系。这项研究因其对摩擦过程的清晰认识而脱颖而出。它不仅为一个研究已久的现象提供了新的见解，还为今后研究能量耗散弛豫过程铺平了道路。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395469.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395469.htm

有种电池，能让你的手机100年都不断电

有种电池，能让你的手机100年都不断电你是否也在为手机频繁充电而头疼？你是否也为心脏起搏器定期手术更换电池而烦恼？你是否知道深海探测无人潜水器要如何才能更长久地工作？你知道火星车为了延长续航使用了一种特殊的电池吗？作者：中子科学国际研究院监制：中国科普博览2021年，登陆火星的好奇号探测器使用了一台多用途放射性同位素温差同位素电池(MMRTG)，这种电池可以很好地解决以上的问题，今天就带你了解这种神奇的电池——同位素电池。一、什么是同位素，同位素能干什么?同位素是指原子核内质子数(原子序数)相同但中子数不同的同一元素。比如我们生活中常见的氢元素有就三种同位素，分别是氕(H)、氘(D，重氢)、氚(T，超重氢)，它们之间互为同位素，是同一元素的不同核素。氕、氘、氚原子结构示意图（图片来源：作者手绘）其中有一些元素非常不稳定，能自发地发射粒子或射线，释放一定的能量从而变成另一种元素稳定的原子，这种元素就是放射性同位素。放射性同位素发射射线的过程就是同位素衰变的过程，放射性核素的数目衰变到原有的一半所需的时间就是放射性同位素的半衰期。例如，238Pu的半衰期是87.7年，也就是说，一颗238Pu放射源在放了87.7年后只有一半的钚-238衰变掉了。除了在国防科技中的作用，在我们日常生产生活中，许多同位素也发挥着重要的作用，例如在食品生产中，可以利用同位素60Co产生伽马射线来对食物进行辐照灭菌；在医疗临床方面，已经建立了百余种同位素治疗的方法，可以对一些癌细胞实现靶向辐射进而阻碍其在病人体内继续扩散；在能源领域，利用核反应堆来提供电力。除了上述应用之外，还可以利用238Pu等同位素衰变时的热能制造同位素温差电池以及利用63Ni衰变时释放的辐射粒子来制造辐射伏特效应同位素电池。二、同位素电池长啥样？这里我们着重介绍下应用较为成熟的两种电池：同位素温差电池和辐射伏特效应同位素电池。同位素温差电池（RTG）是利用热电材料的塞贝克效应将同位素的衰变热直接转换成电能的发电装置。RTG由三个部分组成，从内到外分别是同位素热源、热电转换器件、散热外壳。同位素热源发出的热能使热电材料两端产生温差，从而利用热电材料的塞贝克效应产生电流，而特殊材料制成的外壳既可以隔绝辐射，又可以把未被利用的热能释放出去。同位素温差电池典型结构（图片来源：凤麟核团队）辐射伏特效应同位素电池由放射源、半导体换能器件、电极、外壳等结构组成，其工作原理是放射源与半导体材料发生相互作用时，通过电离激发作用产生电子空穴对，然后在半导体内建电场的作用下这些产生的电子空穴对被电极分离收集，进而实现了将放射源的衰变能转换为电能。三、同位素电池可以干什么？同位素电池具有结构紧凑、可靠性高、寿命长（可以连续供能数十年）、不受环境影响、无需维护等共同优势，因此可以在一些需要长期免维护或者环境复杂难以充电的场景，做到一劳永逸，直到退役。同位素...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309081.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309081.htm