През 1921 г. немският физик Ото Хан бил доста изненадан от изследванията си за бета-разпадането на уран-X1 (както тогава се е наричал торий-234). Той получи ново радиоактивно вещество, на което даде името уран-Z. Атомното тегло и химичните свойства на новото вещество съвпадат с открития по-рано уран-X2 (сега познатото име на протактиний-234). Но полуживотът беше по-дълъг. През 1935 г. група съветски физици, водени от Игор Курчатов, получават подобен резултат с изотопа бром-80. След тези открития стана ясно, че световната физика е изправена пред нещо необичайно.
Това явление се нарича изомерия на атомните ядра. Проявява се в съществуването на ядра от елементи, които са в развълнувано състояние, но живеят доста дълго време. Тези метастабилни ядра имат много по-малка вероятност за преминаване към по-малко възбудено състояние, тъй като са ограничени от правилата за изключване на въртене и паритет.
По наше време вече са открити няколко десетки изомери, които могат да преминат в състояние, обичайно за даден елемент чрез радиоактивно излъчване, както и спонтанно делене или излъчване на протон; също е възможно вътрешно преобразуване.
Сред всички изомери 178m2Hf предизвика най-голям интерес.
Този хафниев изомер има период на полуразпад от малко над 31 години, а латентната енергия при прехода му към нормално състояние надвишава 300 kg в еквивалент на TNT на килограм маса. Тоест, ако е възможно бързо да се прехвърли 1 кг от масата на изомерния хафний, тогава той ще изгори като 3 центра от TNT. А това вече обещава прилично военно използване. Бомбата ще се окаже много мощна и не може да се нарече ядрена - в края на краищата няма ядрено делене, просто елементът променя своята изомерна структура в нормална.
И изследванията започнаха …
Промоционално видео:
През 1998 г. Карл Колинс и колегите му от Тексаския университет започнаха системни изследвания. Те облъчват парче от гореспоменатия хафниев изомер, опиращо се на обърнато стъкло с рентгенови лъчи с определени параметри. Изомерът се облъчва няколко дни и чувствителните сензори регистрират реакцията му на радиация. Тогава започна анализът на получените резултати.
Д-р Карл Колинс в своята лаборатория в Тексаския университет.
Известно време по-късно се появява статия на Колинс във „Physical Review Letters“, в която той говори за експеримент за „извличане“на енергията на изомерния преход под въздействието на рентгенови лъчи с зададени параметри. Изглежда, че е получено увеличение на гама-излъчването на изомера, което показва ускоряване на прехода на изомера към нормалното неизбудено състояние.
Хафниева бомба
Често това, което е само умствена игра за физиците, за военните е нов начин да унищожат собствения си вид. Не само можеше да бъде възможно да се получат мощни експлозиви (килограм 178m2Hf се равнява на три центра от TNT), но и по-голямата част от енергията трябваше да бъде освободена като гама-лъчение, което теоретично даде възможност да се деактивира радиоелектрониката на потенциален враг.
Експериментирайте за получаване на индуцирано гама излъчване от проба Hf-178-m2.
Правните аспекти на използването на хафниева бомба също изглеждаха много примамливи: когато бомбите експлодират върху ядрени изомери, няма преобразуване на един химичен елемент в друг. Съответно изомерът не може да се счита за ядрено оръжие и в резултат на това според международното споразумение той не попада под забраната.
Пентагонът отпусна десетки милиони долари за експерименти и работата по хафниевата бомба започна да кипи. Парче от 178m2Hf беше облъчено в няколко военни лаборатории, но резултат нямаше. Колинс убеждава експериментаторите, че силата на излъчването им е недостатъчна за получаване на резултат и силата непрекъснато се увеличава. Стигнаха дотам, че се опитаха да облъчат изомера с помощта на синхротрон на Националната лаборатория в Брукхейвен. В резултат на това енергията на първоначалното облъчване е увеличена стотици пъти, но все още няма осезаем ефект.
Безсмислието на работата стана ясно дори за военните - в края на краищата, дори и да се появи ефектът, не можете да поставите синхротрон предварително на територията на потенциален враг. И тогава икономистите взеха думата. Те изчислиха, че производството на 1 грам изомер ще струва 1,2 милиона долара. Освен това, за да подготвите тази продукция, ще трябва да отделите подредена сума от 30 милиарда долара.
Хафний.
През 2004 г. финансирането на проекта беше рязко съкратено и след няколко години той бе напълно ограничен. Колинс се съгласи със заключенията на колегите си за невъзможността да се създаде бомба на базата на хафниевия изомер, но смята, че това вещество може да се използва за лечение на пациенти с рак.