În 1921, fizicianul german Otto Hahn a fost destul de surprins de studiile sale asupra descompunerii beta a uraniului-X1 (cum se numea atunci toriu-234). El a primit o nouă substanță radioactivă, pe care a dat numele de uraniu-Z. Greutatea atomică și proprietățile chimice ale noii substanțe au coincis cu uraniul-X2 descoperit anterior (numele acum cunoscut al protactinium-234). Dar timpul de înjumătățire a fost mai lung. În 1935, un grup de fizicieni sovietici condus de Igor Kurchatov a obținut un rezultat similar cu izotopul brom-80. După aceste descoperiri, a devenit clar că fizica mondială se confrunta cu ceva neobișnuit.
Acest fenomen se numește izomerism al nucleelor atomice. Se manifestă prin existența nucleelor de elemente care sunt într-o stare excitată, dar care trăiesc o perioadă destul de lungă. Aceste nuclee metastabile au o probabilitate mult mai mică de tranziție către o stare mai puțin excitată, deoarece sunt constrânse de regulile de excludere a spinului și a parității.
Până la vremea noastră, au fost deja descoperite câteva zeci de izomeri, care pot trece în starea obișnuită pentru un element prin radiații radioactive, precum și fisiunea sau emisia spontană a unui proton; conversia internă este posibilă și.
Dintre izomeri, 178m2Hf au trezit cel mai mare interes.
Acest izomer hafnium are un timp de înjumătățire de puțin peste 31 de ani, iar energia latentă în tranziția sa la o stare normală depășește 300 kg în echivalent TNT pe kilogram de masă. Adică, dacă este posibil să transferați rapid 1 kg din masa hafniului izomeric, atunci acesta va arde ca 3 centenari de TNT. Și acest lucru promite deja o utilizare militară decentă. Bomba se va dovedi a fi foarte puternică și nu poate fi numită nucleară - până la urmă, nu există fisiune nucleară, doar elementul își schimbă structura izomerică la normal.
Iar cercetările au început …
Video promotional:
În 1998, Karl Collins și colegii de la Universitatea Texas s-au angajat în cercetări sistematice. Au iradiat o bucată din izomerul de hafniu menționat mai sus, sprijinit pe o sticlă inversată cu raze X cu parametri specificați. Izomerul a fost iradiat timp de câteva zile, iar senzorii sensibili și-au înregistrat răspunsul la radiații. Apoi a început analiza rezultatelor obținute.
Dr. Karl Collins în laboratorul său de la Universitatea din Texas.
Ceva mai târziu, un articol al lui Collins a apărut în Physical Review Letters, în care a vorbit despre un experiment pentru „extragerea” energiei unei tranziții izomerice sub influența razelor X cu parametrii date. Se părea că s-a obținut o creștere a radiației gamma a izomerului, ceea ce a indicat o accelerare a tranziției izomerului la starea normală neexcitată.
Bombă Hafnium
Adesea, ceea ce este doar un joc de minte pentru fizicieni, pentru militari este un nou mod de a distruge propriul gen. Nu numai că ar putea fi posibil să se obțină explozibili puternici (un kilogram de 178m2Hf este echivalent cu trei centeneri de TNT), dar, de asemenea, cea mai mare parte a energiei a trebuit să fie eliberată sub formă de radiații gamma, ceea ce teoretic a făcut posibilă dezactivarea radioelectronicii unui potențial inamic.
Experiment pentru obținerea radiației gamma induse dintr-un eșantion de Hf-178-m2.
Aspectele legale ale utilizării unei bombe cu hafnium arătau, de asemenea, foarte tentante: când bombele explodează pe izomerii nucleari, nu există nicio transformare a unui element chimic în altul. În consecință, izomerul nu poate fi considerat o armă nucleară și, în consecință, conform acordului internațional, nu intră sub interdicția.
Pentagonul a alocat zeci de milioane de dolari pentru experimente, iar lucrările la bomba cu hafnium au început să fiarbă. O bucată de 178m2Hf a fost iradiată în mai multe laboratoare militare, dar nu a fost rezultat. Collins i-a convins pe experimentatori că puterea radiației lor era insuficientă pentru a obține un rezultat, iar puterea a fost crescută constant. S-a ajuns la punctul că au încercat să iradieze izomerul folosind sincrotronul de la Brookhaven National Laboratory. Drept urmare, energia iradierii inițiale a fost crescută de sute de ori, dar încă nu a existat un efect tangibil.
Sensibilitatea lucrării a devenit evidentă chiar și pentru militari - până la urmă, chiar dacă apare efectul, nu puteți plasa din timp un sincrotron pe teritoriul unui potențial inamic. Și atunci economiștii au luat cuvântul. Ei au calculat că producția de 1 gram de izomer ar costa 1,2 milioane de dolari. Mai mult, pentru a pregăti această producție va trebui să cheltuiți o sumă ordonată de 30 de miliarde de dolari.
Hafniu.
În 2004, finanțarea proiectului a fost tăiată brusc, iar după câțiva ani, a fost complet oprită. Collins a fost de acord cu concluziile colegilor săi despre imposibilitatea creării unei bombe bazate pe izomerul hafnium, dar consideră că această substanță poate fi folosită pentru tratarea pacienților cu cancer.
