V roku 1921 bol nemecký fyzik Otto Hahn veľmi prekvapený jeho štúdiami beta rozpadu uránu-X1 (ako sa vtedy nazývalo tórium-234). Dostal novú rádioaktívnu látku, ktorú pomenoval urán-Z. Atómová hmotnosť a chemické vlastnosti novej látky sa zhodovali s predtým objaveným uránom-X2 (teraz známy názov protactinium-234). Polčas však bol dlhší. V roku 1935 skupina sovietskych fyzikov pod vedením Igora Kurchatova dosiahla podobný výsledok ako izotop bróm-80. Po týchto objavoch sa ukázalo, že svetová fyzika čelí niečom neobvyklému.
Tento jav sa nazýva izomerizmus atómových jadier. Prejavuje sa v existencii jadier prvkov, ktoré sú v vzrušenom stave, ale žijú dosť dlho. Tieto metastabilné jadrá majú oveľa menšiu pravdepodobnosť prechodu do menej vzrušeného stavu, pretože sú obmedzené pravidlami vylučovania rotácie a parity.
V súčasnosti už bolo objavených niekoľko desiatok izomérov, ktoré môžu pomocou rádioaktívneho žiarenia prejsť do stavu obvyklého pre prvok, ako aj spontánne štiepenie alebo emisiu protónu, je tiež možná vnútorná premena.
Zo všetkých izomérov vzbudil najväčší záujem 178m2Hf.
Tento izomér hafnia má polčas viac ako 31 rokov a energetická latencia pri prechode do normálneho stavu presahuje 300 kg v ekvivalente TNT na kilogram hmotnosti. To znamená, že ak je možné rýchlo preniesť 1 kg hmotnosti izomérneho hafnia, bude horieť ako 3 centery TNT. A to už sľubuje slušné vojenské použitie. Ukázalo sa, že bomba je veľmi silná a nedá sa nazývať jadrovou. Koniec koncov, nejde o jadrové štiepenie, iba prvok zmení svoju izomérnu štruktúru na normálnu.
A výskum sa začal …
Propagačné video:
V roku 1998 sa Karl Collins a jeho kolegovia z University of Texas pustili do systematického výskumu. Ožiarili kus vyššie uvedeného izoméru hafnia spočívajúci na obrátenom pohári röntgenovými lúčmi so špecifikovanými parametrami. Izomér bol ožarovaný niekoľko dní a citlivé senzory zaznamenávali jeho odozvu na žiarenie. Potom sa začala analýza získaných výsledkov.
Karl Collins vo svojom laboratóriu na University of Texas.
O niečo neskôr sa v publikácii Physical Review Letters objavil článok Collins, v ktorom hovoril o experimente na „extrakciu“energie izomérneho prechodu pod vplyvom röntgenových lúčov s danými parametrami. Zdalo sa, že došlo k zvýšeniu gama žiarenia izoméru, čo indikovalo zrýchlenie prechodu izoméru do normálneho nevyskočeného stavu.
Hafnia bomba
To, čo je fyzika iba mysľou, je často nový spôsob, ako zničiť svoj vlastný druh. Nielenže bolo možné získať silné výbušniny (kilogram 178 m 2 Hf je ekvivalentný trom centrom TNT), ale aj väčšinu energie bolo potrebné uvoľniť ako gama žiarenie, čo teoreticky umožnilo vyradiť rádioelektroniku potenciálneho nepriateľa.
Experiment na získanie indukovaného gama žiarenia zo vzorky Hf-178 m2.
Právne aspekty používania hafnickej bomby tiež vyzerali veľmi lákavo: keď bomby explodujú na jadrových izoméroch, nedochádza k transformácii jedného chemického prvku na iný. Preto izomér nemôže byť považovaný za jadrovú zbraň, a preto podľa medzinárodnej dohody nespadá pod zákaz.
Pentagon vyčlenil na experimenty desiatky miliónov dolárov a práca na hafiovej bombe sa začala vrieť. Kus 178m2Hf bol ožiarený vo viacerých vojenských laboratóriách, ale nedošlo k žiadnemu výsledku. Collins presvedčil experimentátorov, že sila ich žiarenia nebola dostatočná na dosiahnutie výsledku a sila sa neustále zvyšovala. Dostalo sa k bodu, že sa pokúsili ožiariť izomér pomocou synchrotrónu z Brookhaven National Laboratory. V dôsledku toho sa energia počiatočného ožiarenia stokrát zvýšila, ale stále nedošlo k hmatateľnému účinku.
Nezmyselnosť diela vyšla najavo aj armáde - koniec koncov, aj keď sa objaví efekt, nie je možné vopred umiestniť synchrotrón na územie potenciálneho nepriateľa. A potom sa ujali slovo ekonómovia. Vypočítali, že výroba 1 gramu izoméru by stála 1,2 milióna dolárov. Navyše, na prípravu tejto produkcie bude musieť minúť uprataná suma 30 miliárd dolárov.
Hafnium.
V roku 2004 sa financovanie projektu výrazne znížilo a po niekoľkých rokoch sa úplne skrátilo. Collins súhlasil so závermi svojich kolegov o nemožnosti vytvorenia bomby na základe izoméru hafnia, ale je presvedčený, že táto látka sa môže použiť na liečbu pacientov s rakovinou.