1921-ben O. Gann német fizikus felfedezett egy eddig ismeretlen urán izotópot, amelyet azonnal urán-Z-nek nevez. Az atomtömeg és a kémiai tulajdonságok szempontjából nem különbözött a már ismerttől. A tudomány felemelkedése érdeklődött - kissé hosszabb volt, mint a többi urán izotópé. 1935-ben a Kurchatov testvérek, L. I. Rusinov és L. V. Mysovskiy hasonló tulajdonságokkal rendelkező bróm specifikus izotópját kapta meg. Ezután került a világ tudományába szorosan az atommagok izomerizmusának nevezett probléma. Azóta több tucat izomer izotópot találtak, amelyek élettartama viszonylag hosszú, de most csak egy iránt érdeklődünk, nevezetesen a 178m2Hf (a hafnium izotóp 178 egység atomtömegű. Az M2 az indexben lehetővé teszi a megkülönböztetést) tömeg, de egyéb mutatók is).
Ez a hafnium izotóp különbözik a többi izomer megfelelőjétől, amelynek felezési ideje több mint egy éve a legnagyobb gerjesztési energiával - körülbelül 1,3 TJ tömegkilogrammonként, ami megközelítőleg megegyezik a 300 kg TNT robbanásával. Az energia ezen teljes tömege gamma-sugárzás formájában szabadul fel, bár ez a folyamat nagyon, nagyon lassú. Ezért ennek a hafnium-izotópnak a katonai alkalmazása elvileg lehetséges. Csak azt kellett arra kényszeríteni, hogy az atom vagy atomok megfelelő sebességgel menjenek át a gerjesztett állapotból az alapállapotba. Ekkor a kibocsátott energia meghaladhatja a meglévő fegyvereket. Elméletileg tudtam.
A gyakorlatba 1998-ban került sor. Aztán egy csoport a Texasi Egyetemen, Karl B. Collins vezetésével létrehozta a "Quantum Electronics Centre" -et az egyetemi épület egyikében. Súlyos és igényes jelzés alatt az ilyen laboratóriumok számára kötelező felszerelés volt, hegyen lelkesedés és valami, ami távolról hasonlíthatott egy fogorvosi rendelőből származó röntgengépre és egy gonosz zseni kezébe került audiorendszer erősítőjére. Ezekből az eszközökből a "Központ" tudósai összeállítottak egy figyelemre méltó egységet, amelynek fontos szerepet kellett játszania kutatásában.
Az erősítő elektromos jelet generált a szükséges paraméterekkel, amelyet röntgen sugárzásgá alakítottak át egy röntgengépen. Egy apró, 178m2Hf-es darabra irányították, amely egy fordított eldobható poháron fekszik. Hogy őszinte legyek, ez messze nem néz ki az élvonalbeli tudománynak, aminek Collins csoport valójában utalt. Néhány napig egy röntgen készülék besugárzta a hafnium készítményt, és az érzékelők szenvedélytelenül rögzítették mindazt, amit „éreztek”. További néhány hétbe telt a kísérlet eredményeinek elemzése. Így Collins a Physical Review Letters folyóiratban publikál egy cikket kísérletéről. Mint azt benne mondták, a kutatás célja az atomok energiájának kinyerése volt a tudósok kérésére. Maga a kísérletnek kellett volna megerősítenie vagy megcáfolnia Collins elméletét az ilyen dolgok röntgen sugarak alkalmazásával való lehetősége kapcsán. A vizsgálat során a mérőberendezés növekedést észlelt a gamma-sugárzás szintjén. Elhanyagolható volt, ami ugyanakkor nem akadályozta meg Collins-t abban, hogy következtetést vonjon le az izotóp „ember által létrehozott” alapvető lehetőségéről, hogy az izotópot felgyorsított bomlási állapotba hozza. Collins úr fő következtetése így néz ki: mivel az energia felszabadulásának folyamata kismértékben felgyorsítható, bizonyos körülmények között szükség van arra, hogy az atom gyorsabban megszabaduljon az energia nagyságrendjétől. Collins szerint valószínűleg elegendő a röntgenkibocsátó teljesítményének egyszerű növelése robbanás kiváltásához. A vizsgálat során a mérőberendezés növekedést észlelt a gamma-sugárzás szintjén. Elhanyagolható volt, ami ugyanakkor nem akadályozta meg Collins-t abban, hogy következtetést vonjon le az izotóp „ember által létrehozott” alapvető lehetőségéről, hogy az izotópot gyorsított bomlás állapotába hozzák. Collins úr fő következtetése így néz ki: mivel az energia felszabadulásának folyamata kismértékben felgyorsítható, bizonyos körülmények között szükség van arra, hogy az atom gyorsabban megszabaduljon az energia nagyságrendjétől. Collins szerint valószínűleg elegendő a röntgenkibocsátó teljesítményének egyszerű növelése a robbanás kiváltásához. A vizsgálat során a mérőberendezés növekedést észlelt a gamma-sugárzás szintjén. Elhanyagolható volt, ami ugyanakkor nem akadályozta meg Collins-t abban, hogy következtetést vonjon le az izotóp „ember által létrehozott” alapvető lehetőségéről, hogy az izotópot gyorsított bomlás állapotába hozzák. Collins úr fő következtetése így néz ki: mivel az energia felszabadulásának folyamata kismértékben felgyorsítható, bizonyos körülmények között szükség van arra, hogy az atom gyorsabban megszabaduljon az energia nagyságrendjétől. Collins szerint valószínűleg elegendő a röntgenkibocsátó teljesítményének egyszerű növelése robbanás kiváltásához. Collins úr fő következtetése így néz ki: mivel az energia felszabadulásának folyamata kismértékben felgyorsítható, bizonyos körülmények között szükség van arra, hogy az atom gyorsabban megszabaduljon az energia nagyságrendjétől. Collins szerint valószínűleg elegendő a röntgenkibocsátó teljesítményének egyszerű növelése robbanás kiváltásához. Collins úr fő következtetése így néz ki: mivel az energia felszabadulásának folyamata kismértékben felgyorsítható, bizonyos körülmények között szükség van arra, hogy az atom gyorsabban megszabaduljon az energia nagyságrendjétől. Collins szerint valószínűleg elegendő a röntgenkibocsátó teljesítményének egyszerű növelése robbanás kiváltásához.
Igaz, a világ tudományos közössége iróniával olvasta Collins cikkét. Ha csak azért, mert az állítások túl hangosak voltak, és a kísérleti technika megkérdőjelezhető volt. Ennek ellenére, mint általában, a világ számos laboratóriuma megpróbálta megismételni a texasi kísérletet, de szinte mindegyik kudarcot vallott. A hafniumkészítményből származó sugárzás szintjének emelkedése a műszerek érzékenységi hibáján belül volt, amely nem pontosan szólt Collins elméletének. Ezért a nevetség nem állt le, hanem még fokozódott. De a tudósok hamarosan elfelejtették a sikertelen kísérletet.
És a katonaság - nem. Nagyon tetszett nekik a nukleáris izomerek bombájának gondolata. A következő érvek szóltak egy ilyen fegyver mellett:
- energia sűrűség . A 178m2Hf kilogramm, amint azt már említettük, egyenértékű a TNT három centerével. Ez azt jelenti, hogy egy nukleáris töltés méretében kaphat egy erősebb bombát.
Promóciós videó:
- hatékonyság. A robbanás robbanás, de a hafnium-energia nagy része gamma-sugárzás formájában szabadul fel, amely nem fél az ellenség erődítményeitől, bunkereiről stb. Így egy hafniumbomba nagy sebzés nélkül elpusztíthatja az elektronikát és az ellenséges személyzetet.
- taktikai jellemzők. A viszonylag nagy teljesítményű bomba kompakt mérete lehetővé teszi, hogy azt szó szerint egy bőröndben szállítsák. Ez természetesen nem a Q-bomba L. Vibberly könyveiből (egy csodafegyver olyan méretű labdarúgó-labdával, amely elpusztíthatja az egész kontinenst), de ez is nagyon hasznos dolog.
- a jogi oldal. Amikor egy bomba robban fel a nukleáris izomereken, az egyik kémiai elem nem alakul át a másikra. Ennek megfelelően az izomer fegyverek nem tekinthetők nukleárisnak, következésképpen nem tartoznak az utóbbi tiltó nemzetközi megállapodások hatálya alá.
Nem volt sok tennivaló: pénzt elkülöníteni és elvégezni az összes szükséges munkát. Mint mondják, kezdje és fejezze be. A DARPA a következő néhány évre szóló pénzügyi tervében egy sorot írt a hafniumbombák számára. Mennyi pénzt költöttek végül mindezre, nem ismert. A pletykák szerint a számla több tízmillió dollárba kerül, ám az összeget hivatalosan nem tették közzé.
Először úgy döntöttek, hogy ismét megismételik a Collins-kísérletet, de most a Pentagon szárnya alatt. Eleinte az Argonne Nemzeti Laboratóriumot megbízták munkájának ellenőrzésére, de még hasonló eredmények sem jöttek létre. Collins mindazonáltal a röntgensugár elégtelen teljesítményére utalt. Növekedett, de a várt eredményeket ismét nem sikerült elérni. Collins még mindig azt válaszolta, azt mondják, ők maguk a hibák - forgassa el a főkapcsolót. Ennek eredményeként az argonne kutatók még egy hafniumkészítményt is megpróbáltak besugárzni egy nagy teljesítményű APS egységgel. Mondanom sem kell, hogy az eredmények ismét nem azok voltak, amiről a texánok beszéltek? Ennek ellenére a DARPA úgy döntött, hogy a projektnek joga van az élethez, csak ezeknek kell jól teljesülniük. A következő néhány évben kísérleteket végeztek több laboratóriumban és intézetben. Az apoteózist az NSLS szinkrotronból származó, 178m2Hf-os besugárzással végezték a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban. És ott is, annak ellenére, hogy a sugárzási energia százszor növekedett, az izotóp gamma-sugárzása enyhén szólva kicsi volt.
A nukleáris fizikusokkal egy időben a közgazdászok is foglalkoztak a problémával. A 2000-es évek elején előrejelzést adtak ki, amely ítéletnek tűnt az egész vállalkozás számára. Egy gramm 178m2Hf nem lehet kevesebb, mint 1-1,2 millió dollár. Ezen felül mintegy 30 milliárd összeget kell befektetni még ilyen elhanyagolható mennyiségek előállításához. Ehhez hozzá kell adni maga a lőszer előállításának és előállításának költségeit. Nos, a hafnium bomba koporsójának utolsó szöge az volt, hogy még ha az NSLS „robbanást” kiválthat, az ilyen bomba gyakorlati használata nem kérdéses.
Tehát a DARPA tisztviselői, több évvel késve és sok közpénzt költve, 2004-ben drasztikusan csökkentették az izomer fegyverek tanulmányozására szolgáló program finanszírozását. Vágták, de nem állították le: újabb másfél vagy két évig kutatást folytattak egy ugyanolyan módon működő "lézerszerű" gamma-sugárzóról. Hamarosan azonban ezt az irányt is lezárták.
2005-ben az "Uspekhi fizicheskikh nauk" folyóirat közzétette az E. V. Tkal, "A 178m2Hf nukleáris izomer és az izomer bomba indukált bomlása" címmel. Ebben az izotóp által az energiakibocsátás idejének csökkentésére vonatkozó elméleti oldalt részletesen megvizsgálták. Röviden, ez csak három módon történhet: a sugárzás kölcsönhatása a maggal (ebben az esetben a pusztulás egy köztes szinttel történik), a sugárzás és az elektronhéj kölcsönhatása (ez utóbbi a gerjesztést az atommagba továbbítja) és a spontán lebomlás valószínűségének megváltozása. Ugyanakkor a tudomány és a technológia jelenlegi és jövőbeli fejlettségi szintjén, még a számítások nagy és szuperoptimistás feltételezései mellett is, egyszerűen lehetetlen elérni az energia robbanásveszélyes kibocsátását. Ezen túlmenően, Tkalya úgy véli, hogy több ponton isCollins elmélete ellentmond a modern nézeteknek a nukleáris fizika alapjairól. Természetesen ez egyfajta forradalmi áttörésnek tekinthető a tudományban, de a kísérletek nem adnak ilyen optimizmust.
Most Karl B. Collins általában egyetért a kollégák következtetéseivel, de a gyakorlati alkalmazás során még mindig nem tagadja az izomereket. Például, a véleménye szerint a irányított gamma-sugárzás felhasználható rákos betegek kezelésére. És az atomok lassú, nem robbanásveszélyes sugárzása a jövőben hatalmas energiájú szuper kapacitású akkumulátorokat adhat az emberiség számára.
Mindez azonban csak a jövőben, közeli vagy távoli lesz. És akkor, ha a tudósok úgy döntenek, hogy ismét megoldják a nukleáris izomerek gyakorlati alkalmazásának problémáját. Ha ezek a munkák sikeresek, akkor előfordulhat, hogy a Texlini Egyetemen, a Texasi Egyetemen üveg alatt tárolt Collins-kísérletből (amelyet ma Dr. K-kísérlet emlékállványának hívnak) egy nagyobb és elismertebb múzeumba szállítják.
Szerző: Ryabov Kirill