1921 blev den tyska fysikern Otto Hahn ganska förvånad över sina studier av beta-sönderfallet av uran-X1 (som thorium-234 då kallades). Han fick ett nytt radioaktivt ämne, som han gav namnet uranium-Z. Atomvikten och de kemiska egenskaperna hos den nya substansen sammanföll med det tidigare upptäckta uran-X2 (det nu kända namnet protactinium-234). Men halveringstiden var längre. 1935 erhöll en grupp sovjetiska fysiker under ledning av Igor Kurchatov ett liknande resultat med isotopen brom-80. Efter dessa upptäckter blev det tydligt att världsfysiken stod inför något ovanligt.
Detta fenomen kallas isomerism av atomkärnor. Det manifesterar sig i förekomsten av kärnor av element som är i ett upphetsat tillstånd, men lever under ganska lång tid. Dessa metastabla kärnor har en mycket lägre sannolikhet för övergång till ett mindre upphetsat tillstånd, eftersom de begränsas av reglerna för snurra och paritetsuteslutning.
Vid vår tid har flera dussin isomerer redan upptäckts, som kan passera till det tillstånd som är vanligt för ett element med hjälp av radioaktiv strålning, såväl som spontan klyvning eller utsläpp av en proton; intern omvandling är också möjlig.
Bland alla isomerer väckte 178m2Hf det största intresset.
Denna hafniumisomer har en halveringstid på drygt 31 år, och energin latent vid övergången till ett normalt tillstånd överstiger 300 kg i TNT-ekvivalent per kilogram massa. Det vill säga, om det är möjligt att snabbt överföra 1 kg av massan av isomerisk hafnium, kommer den att brinna som 3 centner av TNT. Och detta lovar redan en anständig militär användning. Bomben kommer att visa sig vara mycket kraftfull, och den kan inte kallas kärnkraft - det finns ju ingen kärnklyvning, bara elementet ändrar sin isomera struktur till normal.
Och forskningen började …
Kampanjvideo:
1998 inledde Karl Collins och kollegor vid University of Texas systematisk forskning. De bestrålade en bit av den nämnda hafniumisomeren vilande på ett inverterat glas med röntgenstrålar med specificerade parametrar. Isomeren bestrålades i flera dagar och känsliga sensorer registrerade sitt svar på strålning. Sedan började analysen av de erhållna resultaten.
Dr. Karl Collins i sitt laboratorium vid University of Texas.
En tid senare dök en artikel av Collins ut i Physical Review Letters, där han talade om ett experiment för att "extrahera" energin från en isomer övergång under påverkan av röntgenstrålar med givna parametrar. Det verkade som om en ökning av gammastrålningen för isomeren erhölls, vilket indikerade en acceleration av övergången av isomeren till det normala oupphetsade tillståndet.
Hafnium bomb
Ofta är det bara ett sinne-spel för fysiker, för militären är ett nytt sätt att förstöra sin egen typ. Inte bara kunde det vara möjligt att få kraftfulla sprängämnen (ett kilo 178m2Hf motsvarar tre centners TNT), utan också det mesta av energin måste släppas som gammastrålning, vilket teoretiskt gjorde det möjligt att inaktivera radioelektroniken för en potentiell fiende.
Experiment för att erhålla inducerad gammastrålning från ett prov av Hf-178-m2.
De rättsliga aspekterna av att använda en hafniumbombe såg också mycket frestande ut: när bomber exploderar på kärnkraftsisomerer sker ingen omvandling av ett kemiskt element till ett annat. Följaktligen kan isomeren inte betraktas som ett kärnvapen och följaktligen faller det enligt det internationella avtalet inte under förbudet.
Pentagon avsatte tiotals miljoner dollar för experiment, och arbetet med hafniumbomben började koka. En bit av 178m2Hf bestrålades i flera militära laboratorier, men det blev inget resultat. Collins övertygade experterna om att strålningens kraft var otillräcklig för att få ett resultat och att kraften ständigt ökades. Det kom till att de försökte bestråla isomeren med synkrotronen från Brookhaven National Laboratory. Som ett resultat ökade energin från den initiala bestrålningen hundratals gånger, men det fanns fortfarande ingen konkret effekt.
Arbetets meningslöshet blev tydlig även för militären - trots allt, även om effekten uppträder, kan du inte lägga en synkrotron i förväg på en potentiell fiendes territorium. Och sedan tog ekonomer ordet. De beräknade att produktionen av 1 gram isomer skulle kosta 1,2 miljoner dollar. För att förbereda denna produktion kommer dessutom att behöva spendera en snygg summa på 30 miljarder dollar.
Hafnium.
2004 minskade finansieringen för projektet kraftigt och efter några år stängdes det helt av. Collins instämde i sina kollegas slutsatser om omöjligt att skapa en bomb baserad på hafniumisomeren, men anser att detta ämne kan användas för att behandla cancerpatienter.
