1921. gadā vācu fiziķis Otto Hahns bija diezgan pārsteigts par saviem pētījumiem par urāna-X1 beta sabrukšanu (kā toreiz sauca toriju-234). Viņš saņēma jaunu radioaktīvu vielu, kurai viņš deva vārdu urāns-Z. Jaunās vielas atomsvars un ķīmiskās īpašības sakrita ar iepriekš atklāto urānu-X2 (tagad pazīstamais nosaukums protactinium-234). Bet pusperiods bija garāks. 1935. gadā Igora Kurčatova vadītā padomju fiziķu grupa ieguva līdzīgu rezultātu ar izotopu bromu-80. Pēc šiem atklājumiem kļuva skaidrs, ka pasaules fizika saskaras ar kaut ko neparastu.
Šo parādību sauc par atomu kodolu izomerismu. Tas izpaužas tādu elementu kodolu pastāvēšanā, kuri atrodas satrauktā stāvoklī, bet dzīvo diezgan ilgu laiku. Šiem metastabiliem kodoliem ir daudz zemāka pārejas uz mazāk satrauktu stāvokli varbūtība, jo tos ierobežo griešanās un paritātes izslēgšanas noteikumi.
Mūsdienās jau ir atklāti vairāki desmiti izomēru, kas ar radioaktīvā starojuma palīdzību, kā arī spontāni sašķeļoties vai protonu izstarojot, var nonākt elementa raksturīgajā stāvoklī, ir iespējama arī iekšēja pārveidošana.
Starp visiem izomēriem vislielāko interesi izraisīja 178m2Hf.
Šī hafnija izomēra eliminācijas pusperiods ir nedaudz vairāk par 31 gadu, un latentās enerģijas pāreja uz normālu stāvokli pārsniedz 300 kg TNT ekvivalenta uz svara kilogramu. Tas ir, ja ir iespējams ātri pārnest 1 kg izomēriskā hafnija masas, tad tas sadedzinās tāpat kā 3 TNT centri. Un tas jau sola pienācīgu militāro izmantošanu. Bumba izrādīsies ļoti spēcīga, un to nevar saukt par kodolu - galu galā nav kodola skaldīšanas, vienkārši elements maina savu izomēru struktūru uz normālu.
Un sākās izpēte …
Reklāmas video:
1998. gadā Kārlis Kolinss un Teksasas universitātes kolēģi uzsāka sistemātiskus pētījumus. Viņi apstaroja iepriekšminētā hafnija izomēra gabalu, kas balstās uz apgrieztu stiklu ar rentgena stariem ar noteiktiem parametriem. Izomērs tika apstarots vairākas dienas, un jutīgi sensori reģistrēja tā reakciju uz starojumu. Tad sākās iegūto rezultātu analīze.
Dr Karl Collins savā laboratorijā Teksasas universitātē.
Pēc kāda laika žurnālā Physical Review Letters parādījās Kolinsa raksts, kurā viņš runāja par eksperimentu, lai rentgenstaru ietekmē "iegūtu" izomēru pārejas enerģiju ar dotajiem parametriem. Likās, ka tika iegūts izomēra gamma starojuma pieaugums, kas liecināja par izomēra pārejas paātrinājumu normālā neizmantotā stāvoklī.
Hafnija bumba
Bieži vien tas, kas fiziķiem ir tikai prāta spēle, militārpersonām ir jauns veids, kā iznīcināt viņu pašu veidu. Varēja ne tikai iegūt jaudīgas sprāgstvielas (kilograms 178m2Hf ir ekvivalents trim TNT centneriem), bet arī lielāko daļu enerģijas vajadzēja atbrīvot kā gamma starojumu, kas teorētiski ļāva atslēgt potenciālā ienaidnieka radioelektroniku.
Eksperiments, lai iegūtu Hf-178-m2 paraugu no indukcijas gamma starojuma.
Arī hafnija bumbas izmantošanas juridiskie aspekti izskatījās ļoti vilinoši: kad bumbas eksplodē uz kodolizomēriem, viens ķīmiskais elements netiek pārveidots citā. Attiecīgi izomēru nevar uzskatīt par kodolieroci, un tā rezultātā saskaņā ar starptautisko līgumu uz to neattiecas aizliegums.
Pentagons eksperimentiem piešķīra desmitiem miljonu dolāru, un darbs ar hafnija bumbu sāka vārīties. Gabals 178m2Hf tika apstarots vairākās militārajās laboratorijās, taču rezultāta nebija. Kolinss pārliecināja eksperimentētājus, ka viņu starojuma jauda nebija pietiekama, lai iegūtu rezultātu, un šī jauda tika nepārtraukti palielināta. Tas nokļuva līdz punktam, ka viņi mēģināja apstarot izomēru, izmantojot Brukhāvenas Nacionālās laboratorijas sinhrotronu. Tā rezultātā sākotnējās apstarošanas enerģija tika palielināta simtiem reižu, bet joprojām nebija jūtamas ietekmes.
Darba bezjēdzība kļuva skaidra pat militārpersonām - galu galā, pat ja efekts parādās, jūs nevarat iepriekš novietot sinhrotronu potenciālā ienaidnieka teritorijā. Un tad runāja ekonomisti. Viņi aprēķināja, ka 1 grama izomēra izgatavošana izmaksās 1,2 miljonus dolāru. Turklāt, lai sagatavotu šo iestudējumu, būs jāiztērē sakopta summa - 30 miljardi USD.
Hafnijs.
2004. gadā tika strauji samazināts finansējums projektam, un pēc pāris gadiem tas tika pilnībā samazināts. Kolinss piekrita kolēģu secinājumiem par neiespējamību radīt bumbu uz hafnija izomēra bāzes, taču uzskata, ka šo vielu var izmantot vēža slimnieku ārstēšanai.
