Vuonna 1921 saksalainen fyysikko Otto Hahn oli melko yllättynyt tutkimuksistaan uraani-X1: n beetahajoamisesta (kuten torium-234 nimitettiin silloin). Hän sai uuden radioaktiivisen aineen, jonka nimi oli uraani-Z. Uuden aineen atomipaino ja kemialliset ominaisuudet osuivat aiemmin löydettyyn uraani-X2: een (nykyisin tuttu nimi protaktinium-234). Mutta puoliintumisaika oli pidempi. Vuonna 1935 ryhmä Neuvostoliiton fyysikoita, joita johti Igor Kurchatov, sai samanlaisen tuloksen isotooppibromi-80: lla. Näiden löytöjen jälkeen kävi selväksi, että maailman fysiikassa oli edessään jotain epätavallista.
Tätä ilmiötä kutsutaan atomiytimien isomerismiksi. Se ilmenee elementtien ytimissä, jotka ovat innoissaan, mutta elävät melko pitkään. Näillä metastabiililla ytimillä on paljon pienempi todennäköisyys siirtyä vähemmän kiihtyneeseen tilaan, koska niitä rajoittavat spin- ja pariteettipoissäännöt.
Aikaamme mennessä on jo löydetty useita kymmeniä isomeerejä, jotka voivat siirtyä elementille tavanomaiseen tilaan radioaktiivisen säteilyn, samoin kuin spontaanin hajoamisen tai protonin säteilyn avulla, myös sisäinen muuntaminen on mahdollista.
Kaikista isomeereistä 178m2Hf herätti suurimman mielenkiinnon.
Tämän hafnium-isomeerin puoliintumisaika on hiukan yli 31 vuotta, ja normaalitilaan siirtyessään piilevä energia ylittää 300 kg TNT-ekvivalenttia painokiloa kohti. Toisin sanoen, jos on mahdollista siirtää nopeasti 1 kg isomeerisen hafniumin massaa, niin se palaa kuin 3 senttiä TNT: tä. Ja tämä lupaa jo kunnollista armeijan käyttöä. Pommista tulee erittäin voimakkaita, eikä niitä voida kutsua ydinaseiksi - loppujen lopuksi ei ole ydinfissiota, vain elementti muuttaa isomeerisen rakenteensa normaaliksi.
Ja tutkimus alkoi …
Mainosvideo:
Vuonna 1998 Karl Collins ja Texasin yliopiston kollegat aloittivat systemaattisen tutkimuksen. He säteiltivät palan edellä mainittua hafnium-isomeeriä lepääen käännettyyn lasiin röntgensäteillä, joilla on määritellyt parametrit. Isomeeria säteilytettiin useita päiviä, ja herkät anturit rekisteröivät sen vasteen säteilylle. Sitten saatujen tulosten analysointi aloitettiin.
Dr. Karl Collins Texasin yliopiston laboratoriossa.
Jonkin aikaa myöhemmin, Physical Review Letters -lehdessä ilmestyi Collinsin artikkeli, jossa hän puhui kokeesta "erottaa" isomeerisen siirtymisen energia röntgensäteiden vaikutuksen alaisena annettujen parametrien kanssa. Näytti siltä, että isomeerin gammasäteilyn lisääntyminen saatiin aikaan, mikä osoitti isomeerin siirtymisen kiihtyvyyttä normaaliin käyttämättömään tilaan.
Hafnium-pommi
Usein se, mikä on vain fyysikkojen mielipeliä, armeijalle on uusi tapa tuhota omat lajinsa. Paitsi, että voitiin saada tehokkaita räjähteitä (178m2Hf: n kilogramma vastaa kolmeen senttiä TNT: tä), myös suurin osa energiasta oli vapautettava gammasäteilynä, mikä teoriassa mahdollisti mahdollisen vihollisen radioelektroniikan käytöstä poistamisen.
Koe indusoituneen gammasäteilyn saamiseksi näytteestä Hf-178-m2.
Hafniumpommin käytön juridiset näkökohdat näyttivät myös erittäin houkuttelevilta: kun pommit räjähtää ydin-isomeereissä, kemiallinen elementti ei muutu toiseksi. Näin ollen isomeeriä ei voida pitää ydinaseena, minkä seurauksena se ei kansainvälisen sopimuksen mukaan kuulu kieltoon.
Pentagon osoitti kymmeniä miljoonia dollareita kokeiluihin, ja hafnium-pommin työ alkoi kiehua. Pala 178m2Hf säteilytettiin useissa sotilaslaboratorioissa, mutta tulosta ei ollut. Collins vakuutti kokeilijat, että heidän säteilynsä teho ei ollut riittävä tuloksen saavuttamiseen ja että tehoa kasvatettiin jatkuvasti. Se pääsi siihen pisteeseen, että he yrittivät säteilyttää isomeeria Brookhavenin kansallisen laboratorion synkrotronilla. Seurauksena alkuperäisen säteilytyksen energia kasvoi satoja kertoja, mutta silti mitään konkreettista vaikutusta ei ollut.
Teoksen turha merkitys tuli selväksi jopa armeijalle - loppujen lopuksi, vaikka vaikutus ilmenisi, et voi sijoittaa synkrotronia etukäteen potentiaalisen vihollisen alueelle. Ja sitten taloustieteilijät ottivat puheenvuoron. He laskivat, että yhden gramman isomeerin tuottaminen maksaa 1,2 miljoonaa dollaria. Lisäksi tämän tuotannon valmistelemiseksi on käytettävä siistit summat 30 miljardia dollaria.
Hafnium.
Vuonna 2004 hankkeen rahoitusta leikattiin jyrkästi, ja parin vuoden kuluttua se lopetettiin kokonaan. Collins yhtyi kollegojensa päätelmiin mahdottomuudesta luoda pommi hafnium-isomeeriin perustuen, mutta uskoo, että tätä ainetta voidaan käyttää syöpäpotilaiden hoitoon.
