1921-ben Otto Hahn német fizikus meglepődött az urán-X1 (mint akkor a torium-234 elnevezésű béta-bomlás) tanulmányaival. Új radioaktív anyagot kapott, amelyet urán-Z névnek adott. Az új anyag atomtömege és kémiai tulajdonságai egybeestek a korábban felfedezett urán-X2-vel (a protaktinium-234 ma már ismert neve). De a felezési idő hosszabb volt. 1935-ben egy szovjet fizikusok csoportja, Igor Kurchatov vezetésével, hasonló eredményt kapott a bróm-80 izotóppal. Ezen felfedezések után világossá vált, hogy a világfizika valami szokatlan helyzettel szembesül.
Ezt a jelenséget atommagok izomerizmusának nevezik. Az elemek atommagjában létezik, amelyek izgatott állapotban vannak, de meglehetősen hosszú ideig élnek. Ezeknek a metastabil magoknak sokkal alacsonyabb a valószínűsége annak, hogy egy kevésbé izgatott állapotba kerüljenek, mivel ezeket a spin és paritáskizárás szabályai korlátozzák.
Mára korunkban már tucatnyi izomert fedeztünk fel, amelyek radioaktív sugárzás, spontán hasadás vagy protonkibocsátás révén az elem szokásos állapotába juthatnak, belső átalakulás is lehetséges.
Az összes izomer közül a 178m2Hf felkelt a legnagyobb érdeklődés.
Ennek a hafnium-izomernek a felezési ideje alig több mint 31 év, és a normál állapotba való áttéréskor látens energia meghaladja a TNT-ekvivalens / tömegkilogrammonkénti 300 kg-ot. Vagyis ha sikerül gyorsan áthozni 1 kg izomer hafnium tömegét, akkor úgy ég, mint a TNT 3 centere. És ez már tisztességes katonai felhasználást ígér. A bomba nagyon erős lesz, és nem nevezhető nukleárisnak - elvégre nincs atomhasadás, csak az elem megváltoztatja izomer szerkezetét normálra.
És megkezdődött a kutatás …
Promóciós videó:
1998-ban Karl Collins és a Texasi Egyetem kollégái szisztematikus kutatást folytattak. Megvilágítottak egy fent említett hafnium-izomer darabot egy fordított üveglapon, meghatározott paraméterekkel ellátott röntgen sugarakkal. Az izomert néhány napig besugározták, és az érzékeny szenzorok rögzítették a sugárzásra adott reakcióját. Ezután megkezdődött a kapott eredmények elemzése.
Dr. Karl Collins a texasi egyetem laboratóriumában.
Nem sokkal később, a Physical Review Letters-ben megjelenik Collins cikke, amelyben egy olyan kísérletről beszélt, amelynek célja az izomer átmenet energiájának "kinyerése" az adott paraméterekkel rendelkező röntgen hatására. Úgy tűnt, hogy megnövekedett az izomer gamma-sugárzása, ami azt jelzi, hogy felgyorsul az izomer átalakulása a normál kihasználatlan állapotba.
Hafnium bomba
Gyakran az a tény, hogy a fizikusoknak csak elmejátéka van, a katonaság számára új módszer a saját fajtájának elpusztítására. Nem csak nagy teljesítményű robbanóanyagokat lehetett beszerezni (178m2Hf kilogramm felel meg a TNT három centnerének), hanem az energia nagy részét gamma sugárzás formájában is fel kellett engedni, ami elméletileg lehetővé tette a potenciális ellenség rádióelektronikájának letiltását.
Kísérlet indukált gamma-sugárzás elérésére Hf-178-m2 mintából.
A hafniumbomba használatának jogi szempontjai is nagyon csábítónak tűntek: amikor a bombák robbannak a nukleáris izomereken, egyik kémiai elem nem alakul át a másikra. Ennek megfelelően az izomer nem tekinthető nukleáris fegyvernek, következésképpen a nemzetközi megállapodás értelmében nem tartozik a tilalom alá.
A Pentagon tízmillió dollárt különített el kísérletekre, és a hafnium-bomba munkája forrni kezdett. Egy 178m2Hf-es darabot több katonai laboratóriumban besugárztak, de ennek eredménye nem volt. Collins meggyőzte a kísérletezőket, hogy sugárzási teljesítményük nem volt elegendő az eredmény eléréséhez, és az erő folyamatosan növekedett. Arra a pontra jutott, hogy megpróbálták besugárzni az izomert a Brookhaven Nemzeti Laboratórium szinkrotronjával. Ennek eredményeként a kezdeti besugárzás energiája százszorosára nőtt, de még mindig nem volt kézzelfogható hatás.
A munka értelmetlensége még a katonaság számára is nyilvánvalóvá vált - elvégre, még ha a hatás is megjelenik, nem helyezhet előre szinkrotront egy potenciális ellenség területére. Aztán a közgazdászok vették fel a szót. Számították ki, hogy 1 gramm izomer előállítása 1,2 millió dollárba kerül. Ráadásul ennek a produkciónak a elkészítéséhez rendes összeget kell költenie 30 milliárd dollárra.
Hafnium.
2004-ben jelentősen csökkentették a projekt finanszírozását, és néhány év elteltével teljesen lerontották. Collins egyetértett kollégáinak következtetéseivel a hafnium-izomeren alapuló bomba létrehozásának lehetetlenségéről, de úgy véli, hogy ez az anyag felhasználható rákos betegek kezelésére.
