I 1921 ble den tyske fysikeren Otto Hahn ganske overrasket over sine studier av beta-forfallet av uran-X1 (som thorium-234 den gang ble kalt). Han fikk et nytt radioaktivt stoff, som han ga navnet uranium-Z. Atomvekten og de kjemiske egenskapene til det nye stoffet falt sammen med det tidligere oppdagede uran-X2 (det nå kjente navnet protactinium-234). Men halveringstiden var lengre. I 1935 oppnådde en gruppe sovjetiske fysikere ledet av Igor Kurchatov et lignende resultat med isotopen brom-80. Etter disse funnene, ble det klart at verdensfysikken ble møtt med noe uvanlig.
Dette fenomenet kalles isomerisme av atomkjerner. Det manifesterer seg i eksistensen av kjerner av elementer som er i en spent tilstand, men lever i ganske lang tid. Disse metastabile kjernene har en mye lavere sannsynlighet for overgang til en mindre opphisset tilstand, siden de er begrenset av reglene for spinn og paritet eksklusjon.
På vår tid er det allerede oppdaget flere dusin isomerer, som kan passere i tilstanden som er vanlig for et element ved hjelp av radioaktiv stråling, så vel som spontan fisjon eller utslipp av en proton; intern konvertering er også mulig.
Blant alle isomerer vakte 178m2Hf den største interessen.
Denne isomeren av hafnium har en halveringstid på drøyt 31 år, og den latente energien i overgangen til normal tilstand overstiger 300 kg i TNT-ekvivalent per kilo masse. Det vil si at hvis det er mulig å overføre 1 kg av massen av isomer hafnium, vil den brenne som 3 centners av TNT. Og dette lover allerede en anstendig militær bruk. Bomben vil vise seg å være veldig kraftig, og den kan ikke kalles kjernefysisk - det er tross alt ingen kjernefysjon, bare elementet endrer sin isomere struktur til normal.
Og forskningen begynte …
Salgsfremmende video:
I 1998 innledet Karl Collins og kolleger ved University of Texas systematisk forskning. De bestrålte et stykke av den nevnte hafnium-isomeren, hviler på et omvendt glass, med røntgenstråler med spesifiserte parametere. Isomeren ble bestrålet i flere dager, og sensitive sensorer registrerte sin respons på stråling. Deretter begynte analysen av de oppnådde resultatene.
Dr. Karl Collins i sitt laboratorium ved University of Texas.
En tid senere dukket en artikkel av Collins opp i Physical Review Letters, der han snakket om et eksperiment for å "trekke ut" energien fra en isomer overgang under påvirkning av røntgenstråler med gitte parametere. Det så ut til at det ble oppnådd en økning i gammastrålingen av isomeren, noe som indikerte en akselerasjon av overgangen til isomeren til normal uopphisset tilstand.
Hafnium bombe
Ofte er det bare et tankespill for fysikere, for militæret er en ny måte å ødelegge sin egen art. Ikke bare kunne det være mulig å få kraftige eksplosiver (et kilo 178m2Hf tilsvarer tre centners TNT), men også mesteparten av energien måtte frigjøres som gammastråling, som teoretisk gjorde det mulig å deaktivere radioelektronikken til en potensiell fiende.
Eksperimenter for å oppnå indusert gammastråling fra en prøve på Hf-178-m2.
De juridiske aspektene ved bruk av en hafnium-bombe så også veldig fristende ut: når bomber eksploderer på nukleære isomerer, er det ingen transformasjon av ett kjemisk element til et annet. Følgelig kan isomeren ikke betraktes som et atomvåpen, og som en konsekvens av den, ifølge den internasjonale avtalen, faller den ikke under forbudet.
Pentagon bevilget titalls millioner dollar til eksperimenter, og arbeidet med hafnium-bomben begynte å koke. Et stykke 178m2Hf ble bestrålet i flere militære laboratorier, men det ble ikke noe resultat. Collins overbeviste eksperimentene om at kraften i strålingen deres var utilstrekkelig for å oppnå et resultat, og at kraften stadig ble økt. Det kom til at de prøvde å bestråle isomeren ved hjelp av synkrotronen fra Brookhaven National Laboratory. Som et resultat ble energien fra den innledende bestrålingen økt hundrevis av ganger, men det var fortsatt ingen konkrete effekter.
Arbeidets sanseløshet ble tydelig selv for militæret - tross alt, selv om effekten dukker opp, kan du ikke plassere en synkrotron på forhånd på en potensiell fienders territorium. Og så tok økonomer ordet. De beregnet at produksjonen av 1 gram isomer ville koste 1,2 millioner dollar. For å forberede denne produksjonen vil det dessuten være nødt til å bruke en ryddig sum på 30 milliarder dollar.
Hafnium.
I 2004 ble finansieringen til prosjektet kraftig kuttet, og etter et par år ble det slått helt av. Collins var enig i kollegene sine konklusjoner om umuligheten av å lage en bombe basert på hafnium-isomeren, men mener at dette stoffet kan brukes til å behandle kreftpasienter.
