WEGSCHIETENDE ATOMEN GESCHEIDEN DOOR LASERPULSEN

Natuurkundigen van de universiteit van Michigan hebben een wel heel aparte techniek ontwikkeld om atomen te sorteren. Normaal gesproken zijn daar ingewikkelde combinaties van magnetische en elektrische velden voor nodig, maar Gerard Mourou en zijn collega's doen niets anders dan een materiaal blootstellen aan intense laserpulsen. Daarmee schieten ze de atomen uit het oppervlak, en wanneer ze deze vervolgens een eindje verder weer opvangen, blijkt dat de zwaarste het verst zijn afgebogen, terwijl de lichtste bijna rechtdoor zijn gegaan (Physical Review Letters, 27 sept).

Het hart van de opstelling wordt gevormd door een terawatt-laser, waarmee ultrakorte lichtpulsen kunnen worden gegenereerd. De energie van één zo'n laserpuls wordt binnen een paar honderd femtoseconden gedumpt op het oppervlak en dat creëert heel extreme omstandigheden waarin exotische verschijnselen mogelijk worden. Zo blijkt er heel even een ringvormig magneetveld te worden gegenereerd, en dat is voldoende om de wegschietende atomen die een paar van hun elektronen zijn kwijtgeraakt, op grond van hun massa van elkaar te scheiden.

De belangrijkste toepassing van de techniek ligt op het gebied van de scheiding van isotopen. Elk chemisch element komt voor in een aantal uitvoeringen, die verschillen wat betreft het aantal neutronen dat zich in de kern bevindt. Sommige isotopen kunnen nuttig worden gebruikt, maar daarvoor moeten ze eerst in zuivere vorm worden verkregen. Alleen dan kunnen ze worden ingeschakeld bij het stellen van medische diagnoses (jodium-137) of als brandstof voor een kernreactor (uranium-235). Ook bij de synthese van dunne lagen voor speciale toepassingen in de micro-elektronica of in optische coatings is zuiverheid een belangrijke factor. Je kunt nu eenmaal veel mooiere kristallen maken met bolletjes die allemaal precies even groot zijn.

Een groot voordeel van de laserscheidingsmethode is dat elk materiaal zonder enige aanpassing van de opstelling kan worden behandeld. Het enige dat gedaan moet worden is een trefplaatje van het ene materiaal vervangen door een ander. Inmiddels zijn dan ook al tal van materialen `verrijkt', zoals boor, gallium, titanium, zink en koper.

Ten slotte is onlangs ook nog eens gebleken dat de traditionele manier om isotopen te scheiden, gasvormige diffusie, niet alleen een kostbaar en smerig proces is, maar ook gevaarlijk: arbeiders in twee fabrieken in Ohio en Kentucky waar kernbrandstof wordt gemaakt, blijken lange tijd te zijn blootgesteld aan radioactieve straling.