През 1921 г. немският физик О. Ган открива неизвестен досега изотоп на уран, който веднага нарече уран-Z. По отношение на атомната маса и химичните свойства тя не се различава от вече известните. Науката се интересуваше от периода на полуразпад - той беше малко по-дълъг от този на други утонови изотопи. През 1935 г. братята Курчатови, Л. И. Русинов и Л. В. Mysovskiy получи специфичен изотоп на бром с подобни свойства. Именно след това световната наука беше тясно заета с проблема, наречен изомерия на атомните ядра. Оттогава са открити няколко десетки изомерни изотопи със сравнително дълъг живот, но сега се интересуваме само от един, а именно 178m2Hf (хафниевият изотоп с атомна маса от 178 единици. М2 в индекса ни позволява да различаваме маса, но други други показатели).
Този изотоп на хафний се различава от другите си изомерни колеги с полуживот повече от година по най-високата възбудима енергия - около 1,3 TJ на килограм маса, което е приблизително равно на експлозията на 300 килограма TNT. Освобождаването на цялата тази маса енергия става под формата на гама-лъчение, въпреки че този процес е много, много бавен. По този начин военното приложение на този хафниев изотоп е теоретично възможно. Необходимо беше само да се принуди атомът или атомите да преминат от възбудено състояние в основно състояние с подходяща скорост. Тогава освободената енергия може да надмине по същество всяко съществуващо оръжие. Теоретично бих могъл.
Дойде на практика през 1998 година. Тогава група служители на Тексаския университет под ръководството на Карл Б. Колинс основават "Център за квантова електроника" в една от университетските сгради. Под сериозен и претенциозен знак имаше комплект оборудване, задължително за такива лаборатории, планини от ентусиазъм и нещо, което отдалече наподобява рентгенов апарат от зъболекарски кабинет и усилвател за аудио система, попаднал в ръцете на зъл гений. От тези устройства учените от „Центъра“събраха забележителна единица, която трябваше да играе основна роля в техните изследвания.
Усилвателят генерира електрически сигнал с необходимите параметри, който се преобразува в рентгеново лъчение в рентгенов апарат. Тя беше насочена към едно мъничко парче от 178 м2 Hf, лежащо на обърната чаша за еднократна употреба. Честно казано, това изглежда далеч от това как трябва да изглежда авангардната наука, към която всъщност се отнася групата на Колинс. В продължение на няколко дни рентгеново устройство облъчваше препарата хафний и сензорите безочливо записваха всичко, което „усетиха“. Отне още няколко седмици за анализ на резултатите от експеримента. И така, Колинс в списанието Physical Review Letters публикува статия за своя експеримент. Както беше казано в него, целта на изследванията беше да извлече енергията на атомите по желание на учените. Самият експеримент е трябвало да потвърди или опровергае теорията на Колинс относно възможността такива неща да се правят с помощта на рентгенови лъчи. По време на изследването измервателното оборудване регистрира повишение на нивото на гама-лъчение. Беше пренебрежимо малко, което в същото време не попречи на Колинс да направи заключение за фундаменталната възможност за „създаден от човека“привеждане на изотопа в състояние на ускорен разпад. Основният извод на г-н Колинс изглеждаше така: тъй като процесът на освобождаване на енергия може да бъде ускорен до малка степен, трябва да има някои условия, при които атомът да се отърве от енергийните порядки по-бързо. Най-вероятно, Колинс вярваше, че е достатъчно просто да се увеличи мощността на рентгеновия излъчвател, за да предизвика експлозия. По време на изследването измервателното оборудване регистрира повишение на нивото на гама-лъчение. Беше пренебрежимо малко, което в същото време не попречи на Колинс да направи заключение за фундаменталната възможност за „създаден от човека“привеждане на изотопа в състояние на ускорен разпад. Основният извод на г-н Колинс изглеждаше така: тъй като процесът на освобождаване на енергия може да се ускори до малка степен, трябва да има някои условия, при които атомът да се отърве от енергийните порядки по-бързо. Най-вероятно, Колинс смяташе, че е достатъчно просто да се увеличи мощността на рентгеновия излъчвател, за да предизвика експлозия. По време на изследването измервателното оборудване регистрира повишение на нивото на гама-лъчение. Беше пренебрежимо малко, което в същото време не попречи на Колинс да направи заключение за фундаменталната възможност за „създаден от човека“привеждане на изотопа в състояние на ускорен разпад. Основният извод на г-н Колинс изглеждаше така: тъй като процесът на освобождаване на енергия може да се ускори до малка степен, трябва да има някои условия, при които атомът да се отърве от енергийните порядки по-бързо. Най-вероятно, Колинс смяташе, че е достатъчно просто да се увеличи мощността на рентгеновия излъчвател, за да предизвика експлозия. Основният извод на г-н Колинс изглеждаше така: тъй като процесът на освобождаване на енергия може да се ускори до малка степен, трябва да има някои условия, при които атомът да се отърве от енергийните порядки по-бързо. Най-вероятно, Колинс смяташе, че е достатъчно просто да се увеличи мощността на рентгеновия излъчвател, за да предизвика експлозия. Основният извод на г-н Колинс изглеждаше така: тъй като процесът на освобождаване на енергия може да бъде ускорен до малка степен, трябва да има някои условия, при които атомът да се отърве от енергийните порядки по-бързо. Най-вероятно, Колинс смяташе, че е достатъчно просто да се увеличи мощността на рентгеновия излъчвател, за да предизвика експлозия.
Вярно, научната общност по света прочете статията на Колинс с ирония. Дори само защото твърденията бяха твърде силни и експерименталната техника беше съмнителна. Въпреки това, както обикновено, редица лаборатории по света се опитаха да повторят експеримента на тексасите, но почти всички се провалиха. Увеличението на нивото на радиация от хафниевия препарат беше в грешката на чувствителността на инструментите, което не говори точно в полза на теорията на Колинс. Следователно подигравките не спряха, а дори се засилиха. Но скоро учените забравиха за неуспешния експеримент.
А военните - не. Много им хареса идеята за бомба върху ядрените изомери. Следните аргументи говорят в полза на такова оръжие:
- енергийна "плътност". Килограм от 178m2Hf, както вече беше споменато, е еквивалентен на три центра TNT. Това означава, че с размерите на ядрен заряд можете да получите по-мощна бомба.
Промоционално видео:
- ефективност. Експлозията е експлозия, но по-голямата част от хафниевата енергия се освобождава под формата на гама радиация, която не се страхува от вражески укрепления, бункери и др. По този начин, хафниева бомба може да унищожи както електрониката, така и вражеския персонал без големи щети.
- тактически характеристики. Компактният размер на сравнително мощна бомба ще позволи тя да бъде доставена буквално в куфар. Това, разбира се, не е Q-бомбата от книгите на Л. Vibberly (чудо-оръжие с размерите на футболна топка, което може да унищожи цял континент), но е и много полезно нещо.
- правната страна. Когато бомба избухва върху ядрени изомери, няма преобразуване на един химичен елемент в друг. Съответно изомерните оръжия не могат да се считат за ядрени и в резултат на това те не попадат в международни споразумения, забраняващи последното.
Не можеше да се направи малко: разпределете пари и извършете цялата необходима работа. Както се казва, започнете и завършете. DARPA е написала линия за хафниеви бомби във финансовия си план за следващите няколко години. Колко пари в крайна сметка бяха изразходвани за всичко това, не се знае. Според слуховете сметката излиза на десетки милиони, но цифрата не е била оповестена официално.
На първо място, те решиха да възпроизведат експеримента с Колинс за пореден път, но сега под крилото на Пентагона. Отначало Националната лаборатория на Аргон е възложена да провери работата си, но дори и подобни резултати не се появиха. Колинс обаче се позова на недостатъчната сила на рентгеновите лъчи. Той беше увеличен, но отново не бяха получени очакваните резултати. Колинс все още отговори, казват, самите те са виновни - завъртете копчето за захранване. В резултат на това учените от Argonne дори се опитаха да облъчат хафниев препарат, използвайки агрегат с висока мощност APS. Излишно е да казвам, че резултатите отново не бяха това, за което тексанците говореха? Въпреки това, DARPA решиха, че проектът има право на живот, само те трябва да бъдат добре направени. През следващите няколко години бяха проведени експерименти в няколко лаборатории и институти. Апотеозата беше облъчването със 178m2Hf "от" NSLS синхротрон в Национална лаборатория в Брукхейвен. И там, въпреки увеличението на радиационната енергия стотици пъти, гама-излъчването на изотопа беше, меко казано, малко.
Едновременно с ядрените физици, икономистите се занимаваха и с проблема. В началото на 2000-те те издадоха прогноза, която звучеше като присъда за цялото начинание. Един грам от 178m2Hf не може да струва по-малко от 1-1,2 милиона долара. В допълнение, около 30 милиарда ще трябва да бъдат инвестирани в производството на дори такива пренебрежими количества. Към това трябва да се прибавят и разходите за създаването на самото боеприпаси и неговото производство. Е, последният пирон в ковчега на хафниевата бомба беше фактът, че дори NSLS да предизвика "експлозия", практическото използване на такава бомба не е в състояние.
Така че, служители на DARPA, няколко години закъсняха и харчат много публични пари, през 2004 г. драстично намалиха финансирането на програма за изучаване на изомерно оръжие. Те го намалиха, но не го спряха: още година и половина или две се провеждаха проучвания по темата за „лазерно подобен“гама излъчвател, работещ по същата схема. Скоро обаче тази посока също беше затворена.
През 2005 г. списанието "Uspekhi fizicheskikh nauk" публикува статия на E. V. Tkal, озаглавен "Индуциран разпад на ядрения изомер 178m2Hf и изомерната бомба". В него подробно беше разгледана теоретичната страна за намаляване на времето за освобождаване на енергия чрез изотоп. Накратко, това може да се случи само по три начина: взаимодействието на радиация с ядрото (в този случай разпадът се осъществява чрез междинно ниво), взаимодействието на радиацията и електронната обвивка (последният прехвърля възбуждане към ядрото на атома) и промяна на вероятността за спонтанно разпадане. В същото време, при настоящото и бъдещото ниво на развитие на науката и технологиите, дори при големи и супер-оптимистични предположения в изчисленията, е просто невъзможно да се постигне експлозивно освобождаване на енергия. Освен това в редица точки Ткаля смята,Теорията на Колинс е в противоречие със съвременните възгледи за основите на ядрената физика. Разбира се, това може да се разглежда като един вид революционен пробив в науката, но експериментите не пораждат такъв оптимизъм.
Сега Карл Б. Колинс обикновено е съгласен с изводите на колегите си, но все още не отрича изомерите в практическото им приложение. Например, според него насоченото гама лъчение може да се използва за лечение на пациенти с рак. А бавното, неексплозивно излъчване на енергия от атоми може в бъдеще да даде на човечеството батерии свръх капацитет с огромна мощност.
Всичко това обаче ще бъде само в бъдеще, близо или далеч. И тогава, ако учените решат отново да се справят с проблема с практическото приложение на ядрените изомери. Ако тези произведения са успешни, е възможно стъклото от експеримента с Колинс (сега наричано „Мемориална стойка за експеримента на д-р К“), съхранявано под стъкло в Тексаския университет в Тексаския университет, да бъде преместено в по-голям и уважаван музей.
Автор: Рябов Кирил