In 1921 ontdekte de Duitse natuurkundige O. Gann een tot nu toe onbekende isotoop van uranium, die hij onmiddellijk uranium-Z noemde. Qua atomaire massa en chemische eigenschappen verschilde het niet van de reeds bekende. De wetenschap was geïnteresseerd in de halfwaardetijd ervan - deze was iets langer dan die van andere uraniumisotopen. In 1935 waren de gebroeders Kurchatov, L. I. Rusinov en L. V. Mysovskiy verkreeg een specifieke isotoop van broom met vergelijkbare eigenschappen. Hierna was de wereldwetenschap nauw bezig met het probleem dat isomerie van atoomkernen wordt genoemd. Sindsdien zijn er enkele tientallen isomere isotopen met een relatief lange levensduur gevonden, maar nu zijn we alleen geïnteresseerd in één, namelijk 178m2Hf (de hafniumisotoop met een atomaire massa van 178 eenheden. M2 in de index stelt ons in staat om massa, maar andere andere indicatoren).
Deze isotoop van hafnium verschilt van zijn andere isomere tegenhangers met een halfwaardetijd van meer dan een jaar in de hoogste excitatie-energie - ongeveer 1,3 TJ per kilogram massa, wat ongeveer gelijk is aan de explosie van 300 kilogram TNT. Het vrijkomen van al deze massa energie vindt plaats in de vorm van gammastraling, hoewel dit proces heel, heel langzaam is. De militaire toepassing van deze hafniumisotoop is dus theoretisch mogelijk. Het was alleen nodig om het atoom of de atomen te dwingen om met een geschikte snelheid van de aangeslagen toestand naar de grondtoestand te gaan. Dan zou de vrijgekomen energie in feite elk bestaand wapen kunnen overtreffen. Theoretisch zou ik dat kunnen.
Het kwam in de praktijk in 1998. Toen richtte een groep medewerkers van de Universiteit van Texas onder leiding van Karl B. Collins het "Center for Quantum Electronics" op in een van de universiteitsgebouwen. Onder een ernstig en pretentieus teken was er een set apparatuur verplicht voor dergelijke laboratoria, bergen enthousiasme en iets dat in de verte leek op een röntgenapparaat uit een tandartspraktijk en een versterker voor een audiosysteem dat in handen viel van een boosaardig genie. Uit deze apparaten hebben de wetenschappers van het "Centrum" een opmerkelijke eenheid samengesteld die een belangrijke rol zou gaan spelen in hun onderzoek.
De versterker genereerde een elektrisch signaal met de vereiste parameters, dat in een röntgenapparaat werd omgezet in röntgenstraling. Het was gericht op een klein stukje van 178 m2Hf dat op een omgekeerd wegwerpglas lag. Om eerlijk te zijn, dit lijkt verre van hoe de allernieuwste wetenschap eruit zou moeten zien, waarnaar de groep van Collins in feite zelf verwees. Dagenlang bestraalde een röntgenapparaat het hafniumpreparaat, en de sensoren registreerden objectief alles wat ze 'voelden'. Het duurde nog enkele weken om de resultaten van het experiment te analyseren. En dus publiceert Collins in het tijdschrift Physical Review Letters een artikel over zijn experiment. Zoals er in werd gezegd, was het doel van het onderzoek om in opdracht van wetenschappers de energie van atomen te extraheren. Het experiment zelf moest de theorie van Collins bevestigen of weerleggen aangaande de mogelijkheid dat dergelijke dingen worden gedaan met behulp van röntgenstralen. Tijdens het onderzoek registreerde de meetapparatuur een toename van het niveau van gammastraling. Het was verwaarloosbaar, wat Collins er tegelijkertijd niet van weerhield een conclusie te trekken over de fundamentele mogelijkheid dat de isotoop door de mens in een toestand van versneld verval wordt gebracht. De belangrijkste conclusie van de heer Collins zag er als volgt uit: aangezien het proces van energievrijgave in een kleine mate kan worden versneld, moeten er enkele omstandigheden zijn waaronder het atoom zich sneller van energie-ordes van grootte kan ontdoen. Hoogstwaarschijnlijk, geloofde Collins, was het voldoende om het vermogen van de röntgenzender te vergroten om een explosie te veroorzaken. Tijdens het onderzoek registreerde de meetapparatuur een toename van het niveau van gammastraling. Het was verwaarloosbaar, wat Collins er tegelijkertijd niet van weerhield een conclusie te trekken over de fundamentele mogelijkheid dat de isotoop door de mens in een toestand van versneld verval wordt gebracht. De belangrijkste conclusie van de heer Collins zag er als volgt uit: aangezien het proces van energievrijgave in een kleine mate kan worden versneld, moeten er enkele omstandigheden zijn waaronder het atoom zich sneller van energie-ordes van grootte kan ontdoen. Hoogstwaarschijnlijk, geloofde Collins, was het voldoende om het vermogen van de röntgenzender te vergroten om een explosie te veroorzaken. Tijdens het onderzoek registreerde de meetapparatuur een toename van het niveau van gammastraling. Het was verwaarloosbaar, wat Collins er tegelijkertijd niet van weerhield een conclusie te trekken over de fundamentele mogelijkheid dat de isotoop door de mens in een toestand van versneld verval wordt gebracht. De belangrijkste conclusie van de heer Collins zag er als volgt uit: aangezien het proces van energievrijgave in een kleine mate kan worden versneld, moeten er enkele omstandigheden zijn waaronder het atoom zich sneller van energie-ordes van grootte kan ontdoen. Hoogstwaarschijnlijk, geloofde Collins, was het voldoende om het vermogen van de röntgenzender te vergroten om een explosie te veroorzaken. De belangrijkste conclusie van de heer Collins zag er als volgt uit: aangezien het proces van energievrijgave in een kleine mate kan worden versneld, moeten er enkele omstandigheden zijn waaronder het atoom zich sneller van energie-ordes van grootte kan ontdoen. Hoogstwaarschijnlijk, geloofde Collins, was het voldoende om het vermogen van de röntgenzender te vergroten om een explosie te veroorzaken. De belangrijkste conclusie van de heer Collins zag er als volgt uit: aangezien het proces van energievrijgave in een kleine mate kan worden versneld, moeten er enkele omstandigheden zijn waaronder het atoom zich sneller van energie-ordes van grootte kan ontdoen. Hoogstwaarschijnlijk, geloofde Collins, was het voldoende om het vermogen van de röntgenzender te vergroten om een explosie te veroorzaken.
Het is waar dat de wetenschappelijke gemeenschap van de wereld het artikel van Collins met ironie heeft gelezen. Al was het maar omdat de uitspraken te luid waren en de experimentele techniek twijfelachtig was. Niettemin probeerden, zoals gewoonlijk, een aantal laboratoria over de hele wereld het experiment van de Texanen te herhalen, maar ze faalden bijna allemaal. De toename van het stralingsniveau van het hafniumpreparaat lag binnen de gevoeligheidsfout van de instrumenten, wat niet bepaald in het voordeel van Collins 'theorie sprak. Daarom stopte de spot niet, maar werd ze zelfs geïntensiveerd. Maar al snel vergaten wetenschappers het mislukte experiment.
En het leger - nee. Ze hielden echt van het idee van een bom op nucleaire isomeren. De volgende argumenten pleitten voor een dergelijk wapen:
- energiedichtheid . Een kilo van 178m2Hf, zoals eerder vermeld, staat gelijk aan drie centen TNT. Dit betekent dat je ter grootte van een nucleaire lading een krachtigere bom kunt krijgen.
Promotie video:
- efficiëntie. De explosie is een explosie, maar het grootste deel van de hafniumenergie komt vrij in de vorm van gammastraling, die niet bang is voor vijandelijke vestingwerken, bunkers, enz. Zo kan een hafniumbom zonder veel schade zowel elektronica als vijandelijk personeel vernietigen.
- tactische kenmerken. Door het compacte formaat van een relatief krachtige bom kan hij letterlijk in een koffer worden afgeleverd. Dit is natuurlijk niet de Q-bom uit de boeken van L. Vibberly (een wonderwapen ter grootte van een voetbal dat een heel continent kan vernietigen), maar het is ook heel nuttig.
- de juridische kant. Wanneer een bom ontploft op nucleaire isomeren, is er geen transformatie van het ene chemische element in het andere. Dienovereenkomstig kunnen isomere wapens niet als nucleair worden beschouwd en vallen ze bijgevolg niet onder internationale overeenkomsten die laatstgenoemde verbieden.
Er was weinig te doen: geld toewijzen en al het nodige werk uitvoeren. Zoals ze zeggen, start en finish. DARPA heeft een regel geschreven voor hafniumbommen in haar financiële plan voor de komende jaren. Hoeveel geld uiteindelijk aan dit alles is besteed, is niet bekend. Volgens geruchten gaat het account naar tientallen miljoenen, maar het cijfer is niet officieel bekendgemaakt.
Allereerst besloten ze om het Collins-experiment opnieuw te reproduceren, maar nu onder de vleugels van het Pentagon. Aanvankelijk kreeg het Argonne National Laboratory de opdracht om zijn werk te verifiëren, maar zelfs vergelijkbare resultaten kwamen niet uit. Collins verwees echter naar het onvoldoende vermogen van röntgenstralen. Het werd verhoogd, maar opnieuw werden de verwachte resultaten niet verkregen. Collins antwoordde nog steeds, zeggen ze, het is hun eigen schuld - draai aan de aan / uit-knop. Als resultaat probeerden Argonne-wetenschappers zelfs een hafniumpreparaat te bestralen met een APS-eenheid met hoog vermogen. Onnodig te zeggen dat de resultaten weer niet waren waar de Texanen het over hadden? Desalniettemin besloot DARPA dat het project het recht op leven heeft, alleen moeten ze goed worden uitgevoerd. In de daaropvolgende jaren werden experimenten uitgevoerd in verschillende laboratoria en instituten. De apotheose was de bestraling met 178m2Hf "van" de NSLS-synchrotron van Brookhaven National Laboratory. En ook daar was, ondanks de honderden keren toename van de stralingsenergie, de gammastraling van de isotoop op zijn zachtst gezegd klein.
Tegelijk met kernfysici pakten economen ook het probleem aan. In het begin van de jaren 2000 brachten ze een voorspelling uit die klonk als een oordeel over de hele onderneming. Een gram van 178m2Hf kan niet minder dan $ 1-1,2 miljoen kosten. Bovendien moet er ongeveer 30 miljard worden geïnvesteerd in de productie van zelfs zulke verwaarloosbare hoeveelheden. Hieraan moeten de kosten voor het maken van de munitie zelf en de productie ervan worden toegevoegd. Nou, de laatste spijker in de doodskist van de hafniumbom was het feit dat zelfs als NSLS een "explosie" zou kunnen veroorzaken, het praktisch gebruik van zo'n bom uitgesloten is.
Dus, DARPA-functionarissen, enkele jaren te laat en veel publiek geld uitgeven, hebben in 2004 de financiering voor een programma om isomere wapens te bestuderen drastisch verlaagd. Ze maakten er een einde aan, maar stopten er niet mee: nog anderhalf of twee jaar was er onderzoek gaande naar het onderwerp van een "laserachtige" gammastraler die volgens hetzelfde schema werkt. Al snel werd echter ook deze richting gesloten.
In 2005 publiceerde het tijdschrift "Uspekhi fizicheskikh nauk" een artikel van E. V. Tkal, getiteld "Induced decay of the nucleaire isomeer 178m2Hf en de isomeerbom". Daarin werd de theoretische kant van het verminderen van de tijd van energie-afgifte door een isotoop in detail besproken. Kortom, dit kan alleen op drie manieren gebeuren: de interactie van straling met de kern (in dit geval vindt verval plaats via een tussenliggend niveau), de interactie van straling en de elektronenschil (de laatste brengt excitatie over naar de kern van het atoom) en een verandering in de kans op spontaan verval. Tegelijkertijd is het op het huidige en toekomstige ontwikkelingsniveau van wetenschap en technologie, zelfs met grote en superoptimistische aannames in de berekeningen, gewoon onmogelijk om een explosieve afgifte van energie te bereiken. Bovendien meent Tkalya op een aantal punten:Collins 'theorie is in strijd met moderne opvattingen over de grondslagen van kernfysica. Dit zou natuurlijk gezien kunnen worden als een soort revolutionaire doorbraak in de wetenschap, maar experimenten geven niet aanleiding tot dergelijk optimisme.
Nu is Karl B. Collins het over het algemeen eens met de conclusies van collega's, maar hij ontkent nog steeds niet dat isomeren in de praktijk worden toegepast. Zo kan gerichte gammastraling volgens hem worden gebruikt om kankerpatiënten te behandelen. En de langzame, niet-explosieve straling van energie door atomen kan de mensheid in de toekomst supercapaciteitbatterijen van enorme kracht geven.
Dit alles zal echter alleen in de toekomst zijn, dichtbij of ver weg. En dan, als wetenschappers besluiten het probleem van de praktische toepassing van nucleaire isomeren opnieuw aan te pakken. Als die werken succesvol zijn, is het mogelijk dat het glas van het Collins-experiment (nu de "Memorial Stand for Dr. K's Experiment" genoemd) dat onder glas is opgeslagen aan de Universiteit van Texas aan de Universiteit van Texas wordt verplaatst naar een groter en meer gerespecteerd museum.
Auteur: Ryabov Kirill