1921. gadā vācu fiziķis O. Ganns atklāja līdz šim nezināmu urāna izotopu, kuru viņš tūlīt nosauca par urānu-Z. Atomu masas un ķīmisko īpašību ziņā tas neatšķīrās no jau zināmajiem. Zinātni ieinteresēja tās pussabrukšanas periods - tas bija nedaudz garāks nekā citiem urāna izotopiem. 1935. gadā brāļi Kurchatov, L. I. Rusinovs un L. V. Mysovskiy ieguva specifisku broma izotopu ar līdzīgām īpašībām. Tieši pēc tam pasaules zinātne bija cieši aizņemta ar problēmu, ko sauc par atomu kodolu izomerismu. Kopš tā laika ir atrasti vairāki desmiti izomēru izotopu ar salīdzinoši ilgu kalpošanas laiku, taču tagad mūs interesē tikai viens, proti, 178m2Hf (hafnija izotops ar atomu masu 178 vienības. M2 indeksā ļauj mums atšķirt masa, bet citi citi rādītāji).
Šis hafnija izotops atšķiras no citiem izomēru kolēģiem ar tā pussabrukšanas periodu vairāk nekā gadu ar augstāko ierosmes enerģiju - apmēram 1,3 TJ uz svara kilogramu, kas ir aptuveni vienāds ar 300 kilogramu TNT eksploziju. Visas šīs enerģijas masas izdalīšanās notiek gamma starojuma veidā, kaut arī šis process notiek ļoti, ļoti lēni. Tādējādi teorētiski ir iespējams izmantot šo hafnija izotopu militāram lietojumam. Bija tikai jāpiespiež atoms vai atomi ar atbilstošu ātrumu pāriet no satrauktā stāvokļa uz zemes stāvokli. Tad atbrīvotā enerģija faktiski varētu pārspēt jebkuru esošo ieroci. Teorētiski es varētu.
Praksē tā nonāca 1998. gadā. Tad Teksasas universitātes darbinieku grupa Kārļa B. Kolinsa vadībā vienā no universitātes ēkām nodibināja "Kvantu elektronikas centru". Zem nopietnas un pretenciozas zīmes atradās šādām laboratorijām obligāts aprīkojuma komplekts, entuziasma kalni un kaut kas tāds, kas neskaidri atgādināja rentgena aparātu no zobārsta biroja un audio sistēmas pastiprinātāju, kas nonāca ļauna ģēnija rokās. No šīm ierīcēm "Centra" zinātnieki ir izveidojuši ievērojamu vienību, kurai bija jāpiešķir liela loma viņu pētījumos.
Pastiprinātājs ģenerēja elektrisko signālu ar nepieciešamajiem parametriem, kas rentgena aparātā tika pārveidots par rentgena starojumu. Tas tika novirzīts uz niecīgu 178m2Hf gabalu, kas gulēja uz apgriezta vienreizējās lietošanas stikla. Godīgi sakot, tas izskatās tālu no tā, kā vajadzētu izskatīties vismodernākajai zinātnei, uz kuru faktiski atsaucās Kolinsa grupa. Vairākas dienas rentgenstaru ierīce apstaroja hafnija preparātu, un sensori izmisīgi reģistrēja visu, ko viņi “jutās”. Eksperimenta rezultātu analīze prasīja vēl vairākas nedēļas. Un tā, Kolinss žurnālā Physical Review Letters publicē rakstu par savu eksperimentu. Kā tajā tika teikts, pētījumu mērķis bija iegūt atomu enerģiju pēc zinātnieku pieprasījuma. Pats eksperiments bija paredzēts, lai apstiprinātu vai atspēkotu Kolinsa teoriju par iespēju šādas lietas izdarīt, izmantojot rentgena starus. Pētījuma laikā mērīšanas iekārta reģistrēja gamma starojuma līmeņa paaugstināšanos. Tas bija niecīgs, un tajā pašā laikā tas netraucēja Kolinssam izdarīt secinājumus par fundamentālo iespēju "cilvēka radītiem" izotopu novirzīt paātrinātas sabrukšanas stāvoklī. Galvenais Kolinsa kunga secinājums izskatījās šādi: tā kā enerģijas izdalīšanās procesu var nedaudz paātrināt, ir jābūt dažiem nosacījumiem, kādos atoms ātrāk atbrīvosies no enerģijas lieluma. Visticamāk, Kolinss uzskatīja, ka tas bija pietiekami, lai vienkārši palielinātu rentgena izstarotāja jaudu, lai izraisītu eksploziju. Pētījuma laikā mērīšanas iekārta reģistrēja gamma starojuma līmeņa paaugstināšanos. Tas bija niecīgs, un tajā pašā laikā tas netraucēja Kolinssam izdarīt secinājumus par fundamentālo iespēju "cilvēka radītiem" izotopu novirzīt paātrinātas sabrukšanas stāvoklī. Galvenais Kolinsa kunga secinājums izskatījās šādi: tā kā enerģijas izdalīšanās procesu var nedaudz paātrināt, ir jābūt dažiem nosacījumiem, kādos atoms ātrāk atbrīvosies no enerģijas lieluma. Visticamāk, Kolinss uzskatīja, ka tas bija pietiekami, lai vienkārši palielinātu rentgena izstarotāja jaudu, lai izraisītu eksploziju. Pētījuma laikā mērīšanas iekārta reģistrēja gamma starojuma līmeņa paaugstināšanos. Tas bija niecīgs, un tajā pašā laikā tas netraucēja Kolinssam izdarīt secinājumus par fundamentālo iespēju "cilvēka radītiem" izotopu novirzīt paātrinātas sabrukšanas stāvoklī. Galvenais Kolinsa kunga secinājums izskatījās šādi: tā kā enerģijas izdalīšanās procesu var nedaudz paātrināt, ir jābūt dažiem nosacījumiem, kādos atoms ātrāk atbrīvosies no enerģijas lieluma. Visticamāk, Kolinss uzskatīja, ka tas bija pietiekami, lai vienkārši palielinātu rentgena izstarotāja jaudu, lai izraisītu eksploziju. Galvenais Kolinsa kunga secinājums izskatījās šādi: tā kā enerģijas izdalīšanās procesu var nedaudz paātrināt, ir jābūt dažiem nosacījumiem, kādos atoms ātrāk atbrīvosies no enerģijas lieluma. Visticamāk, Kolinss uzskatīja, ka tas bija pietiekami, lai vienkārši palielinātu rentgena izstarotāja jaudu, lai izraisītu eksploziju. Galvenais Kolinsa kunga secinājums izskatījās šādi: tā kā enerģijas izdalīšanās procesu var nedaudz paātrināt, ir jābūt dažiem nosacījumiem, kādos atoms ātrāk atbrīvosies no enerģijas lieluma. Visticamāk, Kolinss uzskatīja, ka tas bija pietiekami, lai vienkārši palielinātu rentgena izstarotāja jaudu, lai izraisītu eksploziju.
Tiesa, pasaules zinātniskā sabiedrība ar ironiju lasīja Kolinsa rakstu. Ja nu vienīgi tāpēc, ka paziņojumi bija pārāk skaļi, un eksperimentālā tehnika bija apšaubāma. Neskatoties uz to, kā parasti, daudzas laboratorijas visā pasaulē mēģināja atkārtot texans eksperimentu, taču gandrīz visas no tām neizdevās. Hafnija preparāta radītā starojuma līmeņa paaugstināšanās bija instrumentu jutības kļūdas robežās, kas precīzi neizteicās par labu Kolinsa teorijai. Tāpēc izsmiekls neapstājās, bet pat pastiprinājās. Bet drīz zinātnieki aizmirsa par neveiksmīgo eksperimentu.
Un militārais - nē. Viņiem ļoti patika ideja par bumbu uz kodolizomēriem. Par labu šādam ieročam runāja šādi argumenti:
- enerģijas "blīvums". 178m2Hf kilograms, kā jau minēts, ir ekvivalents trīs TNT centimetram. Tas nozīmē, ka kodolierīces lielumā jūs varat iegūt jaudīgāku bumbu.
Reklāmas video:
- efektivitāte. Sprādziens ir sprādziens, bet lielāko daļu hafnija enerģijas izdala gamma starojuma veidā, kas nebaidās no ienaidnieka nocietinājumiem, bunkuriem utt. Tādējādi hafnija bumba var iznīcināt gan elektroniku, gan ienaidnieka personālu bez lieliem postījumiem.
- taktiskās iezīmes. Salīdzinoši jaudīgās bumbas kompaktais izmērs ļaus to burtiski piegādāt koferī. Tas, protams, nav Q-bumba no L. Vibberly grāmatām (brīnumaino ieroci, kura lielums ir futbola bumba, kas var iznīcināt visu kontinentu), bet tā ir arī ļoti noderīga lieta.
- juridiskā puse. Kad bumba eksplodē uz kodolizomēriem, viens ķīmiskais elements netiek pārveidots citā. Attiecīgi izomēru ieročus nevar uzskatīt par kodolieročiem, un tāpēc uz tiem neattiecas starptautiski nolīgumi, kas tos aizliedz.
Darāmā bija maz: piešķirt naudu un veikt visu nepieciešamo darbu. Kā viņi saka, sākt un pabeigt. DARPA savā finanšu plānā nākamajiem gadiem ir ierakstījusi līniju hafnija bumbām. Cik daudz naudas tam visam galu galā iztērēja, nav zināms. Pēc baumām, konts nonāk desmitiem miljonu, bet skaitlis oficiāli netika atklāts.
Pirmkārt, viņi nolēma vēlreiz atkārtot Kolinsa eksperimentu, bet tagad zem Pentagona spārna. Sākumā Argonnas Nacionālajai laboratorijai tika uzdots pārbaudīt viņa darbu, taču pat līdzīgi rezultāti neiznāca. Kolinss tomēr norādīja uz nepietiekamo rentgenstaru jaudu. To palielināja, bet atkal cerētie rezultāti netika gūti. Kolinss joprojām atbildēja, viņi saka, viņi paši ir vainīgi - pagrieziet strāvas pogu. Tā rezultātā Argonnas zinātnieki pat mēģināja apstarot hafnija preparātu, izmantojot APS lieljaudas vienību. Lieki piebilst, ka rezultāti atkal nebija tie, par kuriem runāja texans? Neskatoties uz to, DARPA nolēma, ka projektam ir tiesības uz dzīvību, tikai tie ir labi jādara. Nākamo vairāku gadu laikā eksperimenti tika veikti vairākās laboratorijās un institūtos. Apoteoze bija apstarošana ar 178m2Hf "no" NSLS sinhrotrona Brukhāvenas Nacionālajā laboratorijā. Un arī tur, neskatoties uz radiācijas enerģijas palielināšanos simtiem reižu, izotopu gamma starojums bija, maigi izsakoties, mazs.
Vienlaicīgi ar kodolfizikiem šo problēmu risināja arī ekonomisti. 2000. gadu sākumā viņi izdeva prognozi, kas izklausījās kā spriedums visam uzņēmumam. Viens grams 178m2Hf nevar maksāt mazāk par USD 1-1,2 miljoniem. Turklāt pat tik nenozīmīgu daudzumu ražošanā būs jāiegulda apmēram 30 miljardi. Tam jāpieskaita pašas munīcijas izveides un tās ražošanas izmaksas. Nu, pēdējais nags hafnija bumbas zārkā bija fakts, ka pat tad, ja NSLS varētu izraisīt “sprādzienu”, šādas bumbas praktiska izmantošana nav pieļaujama.
Tātad, DARPA ierēdņi, vairākus gadus kavējoties un tērējot daudz valsts naudas, 2004. gadā krasi samazināja finansējumu izomērisko ieroču izpētes programmai. Viņi to samazināja, bet neapturēja: vēl pusotru vai divus gadus tika veikti pētījumi par tēmu "lāzeram līdzīgs" gamma izstarotājs, kas darbojas saskaņā ar to pašu shēmu. Drīz vien arī šis virziens tika slēgts.
2005. gadā žurnāls "Uspekhi fizicheskikh nauk" publicēja E. V. Tkal ar nosaukumu "178m2Hf kodola izomēra un izomēra bumbas izraisīta sabrukšana". Tajā tika detalizēti apskatīta teorētiskā puse enerģijas izdalīšanās laika samazināšanai ar izotopu. Īsāk sakot, tas var notikt tikai trīs veidos: radiācijas mijiedarbība ar kodolu (šajā gadījumā sabrukšana notiek caur starpposmu), starojuma un elektronu apvalka mijiedarbība (pēdējais pārnes ierosmi uz atoma kodolu) un spontānas sabrukšanas varbūtības izmaiņas. Tajā pašā laikā pašreizējā un turpmākajā zinātnes un tehnoloģijas attīstības līmenī, pat ar lieliem un superoptimistiskiem pieņēmumiem aprēķinos, ir vienkārši neiespējami panākt enerģijas eksplozīvu izdalīšanos. Turklāt vairākos punktos Tkalja uzskata:Kolinsa teorija ir pretrunā mūsdienu uzskatiem par kodolfizikas pamatiem. Protams, to varētu uzskatīt par sava veida revolucionāru sasniegumu zinātnē, taču eksperimenti neizraisa šādu optimismu.
Tagad Kārlis B. Kolinss kopumā piekrīt kolēģu secinājumiem, bet praktisko pielietojumu tomēr nenoliedz. Piemēram, viņš uzskata, ka vēlamo gamma starojumu var izmantot vēža slimnieku ārstēšanai. Un lēnais, neeksplozīvais enerģijas izstarojums ar atomiem nākotnē cilvēcei var dot milzīgas jaudas superjaudīgas baterijas.
Tomēr tas viss būs tikai nākotnē, tuvu vai tālu. Un tad, ja zinātnieki nolemj atkal risināt kodolizomēru praktiskās pielietošanas problēmu. Ja šie darbi būs veiksmīgi, iespējams, ka Kolinsa eksperimenta glāze (tagad saukta par "Dr. K eksperimenta piemiņas stendu"), kas tiek glabāta zem stikla Teksasas Universitātes Teksasas universitātē, tiks pārvietota uz lielāku un vairāk ievērotu muzeju.
Autors: Ryabov Kirill