W 1921 roku niemiecki fizyk Otto Hahn był dość zaskoczony swoimi badaniami nad rozpadem beta uranu-X1 (jak wówczas nazywano tor-234). Otrzymał nową substancję radioaktywną, którą nadał nazwę uran-Z. Masa atomowa i właściwości chemiczne nowej substancji zbiegły się z wcześniej odkrytym uranem-X2 (obecnie znana nazwa protaktynu-234). Ale okres półtrwania był dłuższy. W 1935 roku grupa radzieckich fizyków pod kierownictwem Igora Kurczatowa uzyskała podobny wynik z izotopem bromu-80. Po tych odkryciach stało się jasne, że fizyka światowa stanęła przed czymś niezwykłym.
Zjawisko to nosi nazwę izomerii jąder atomowych. Przejawia się w istnieniu jąder pierwiastków, które są w stanie wzbudzonym, ale żyją dość długo. Te metastabilne jądra mają znacznie mniejsze prawdopodobieństwo przejścia do stanu mniej wzbudzonego, ponieważ są ograniczone przez reguły wykluczenia spinu i parzystości.
Do naszych czasów odkryto już kilkadziesiąt izomerów, które mogą przechodzić do stanu typowego dla pierwiastka za pomocą promieniowania radioaktywnego, a także samorzutnego rozszczepienia lub emisji protonu; możliwa jest również konwersja wewnętrzna.
Spośród wszystkich izomerów największe zainteresowanie wzbudził 178m2Hf.
Ten izomer hafnu ma okres półtrwania nieco ponad 31 lat, a energia utajona w jego przejściu do stanu normalnego przekracza 300 kg w ekwiwalencie TNT na kilogram masy. Oznacza to, że jeśli możliwe jest szybkie przeniesienie 1 kg masy izomerycznego hafnu, spali się jak 3 centy trotylu. A to już obiecuje przyzwoite wykorzystanie wojskowe. Bomba okaże się bardzo potężna i nie można jej nazwać jądrową - w końcu nie ma rozszczepienia jądrowego, tylko pierwiastek zmienia swoją izomeryczną strukturę na normalną.
I badania rozpoczęły się …
Film promocyjny:
W 1998 roku Karl Collins i współpracownicy z University of Texas rozpoczęli systematyczne badania. Na odwróconym szkle napromieniowali kawałek wspomnianego izomeru hafnu promieniami rentgenowskimi o określonych parametrach. Izomer napromieniowywano przez kilka dni, a czułe czujniki rejestrowały jego reakcję na promieniowanie. Następnie przystąpiono do analizy uzyskanych wyników.
Dr Karl Collins w swoim laboratorium na University of Texas.
Jakiś czas później w Physical Review Letters ukazał się artykuł Collinsa, w którym mówił o eksperymencie „wydobycia” energii przejścia izomerycznego pod wpływem promieni rentgenowskich o zadanych parametrach. Wydawało się, że uzyskano wzrost promieniowania gamma izomeru, co wskazywało na przyspieszenie przejścia izomeru do normalnego stanu niewzbudzonego.
Bomba hafnowa
Często to, co jest tylko grą umysłową dla fizyków, dla wojska jest nowym sposobem niszczenia własnego gatunku. Nie tylko można było uzyskać potężne materiały wybuchowe (kilogram 178m2Hf to trzy centy trotylu), ale także większość energii musiała zostać uwolniona w postaci promieniowania gamma, co teoretycznie umożliwiło wyłączenie radioelektroniki potencjalnego wroga.
Eksperyment, aby uzyskać indukowane promieniowanie gamma z próbki Hf-178-m2.
Kuszące wyglądały również prawne aspekty użycia bomby hafnowej: kiedy bomby eksplodują na izomerach jądrowych, nie następuje przemiana jednego pierwiastka chemicznego w inny. W związku z tym izomer nie może być uznany za broń jądrową, a co za tym idzie, zgodnie z umową międzynarodową, nie podlega zakazowi.
Pentagon przeznaczył na eksperymenty dziesiątki milionów dolarów, a prace nad bombą hafnową zaczęły wrzeć. Kawałek 178m2Hf został napromieniowany w kilku laboratoriach wojskowych, ale nie było rezultatu. Collins przekonał eksperymentatorów, że moc ich promieniowania jest niewystarczająca, aby uzyskać wynik, a moc była stale zwiększana. Doszło do tego, że próbowali napromieniować izomer za pomocą synchrotronu z Brookhaven National Laboratory. W rezultacie energia początkowego napromieniowania została zwiększona setki razy, ale nadal nie było namacalnego efektu.
Bezsensowność pracy stała się oczywista nawet dla wojska - wszak nawet jeśli efekt się pojawi, nie da się z wyprzedzeniem postawić synchrotronu na terytorium potencjalnego wroga. A potem głos zabrali ekonomiści. Obliczyli, że produkcja 1 grama izomeru kosztowałaby 1,2 miliona dolarów. Co więcej, aby przygotować tę produkcję, trzeba będzie wydać przyzwoitą sumę 30 miliardów dolarów.
Hafn.
W 2004 r. Finansowanie projektu zostało gwałtownie obcięte, a po kilku latach całkowicie. Collins zgodził się z wnioskami kolegów o niemożliwości stworzenia bomby na bazie izomeru hafnu, ale uważa, że substancję tę można stosować w leczeniu chorych na raka.
