En 1921, el físico alemán O. Gann descubrió un isótopo de uranio hasta ahora desconocido, al que inmediatamente denominó uranio-Z. En términos de masa atómica y propiedades químicas, no difería de las ya conocidas. La ciencia estaba interesada en su vida media: era un poco más larga que la de otros isótopos de uranio. En 1935 los hermanos Kurchatov, L. I. Rusinov y L. V. Mysovskiy obtuvo un isótopo específico de bromo con propiedades similares. Fue después de esto cuando la ciencia mundial se ocupó de cerca con el problema llamado isomería de los núcleos atómicos. Desde entonces, se han encontrado varias decenas de isótopos isoméricos con una vida relativamente larga, pero ahora solo nos interesa uno, a saber, 178m2Hf (el isótopo de hafnio con una masa atómica de 178 unidades. M2 en el índice nos permite distinguirlo del isótopo m1 con la misma masa, pero otros indicadores).
Este isótopo de hafnio se diferencia de sus contrapartes isoméricas con una vida media de más de un año en la energía de excitación más alta: aproximadamente 1,3 TJ por kilogramo de masa, que es aproximadamente igual a la explosión de 300 kilogramos de TNT. La liberación de toda esta masa de energía se produce en forma de radiación gamma, aunque este proceso es muy, muy lento. Por tanto, la aplicación militar de este isótopo de hafnio es teóricamente posible. Solo era necesario forzar al átomo o átomos a pasar del estado excitado al estado fundamental con una velocidad adecuada. Entonces, la energía liberada podría superar en efecto cualquier arma existente. Teóricamente podría.
Llegó a la práctica en 1998. Luego, un grupo de empleados de la Universidad de Texas bajo el liderazgo de Karl B. Collins fundó el "Centro de Electrónica Cuántica" en uno de los edificios de la universidad. Bajo un cartel serio y pretencioso, había un equipo obligatorio para tales laboratorios, montañas de entusiasmo y algo que remotamente se asemejaba a una máquina de rayos X del consultorio de un dentista y un amplificador para un sistema de audio que cayó en manos de un genio malvado. A partir de estos dispositivos, los científicos del "Centro" han reunido una unidad notable, que iba a desempeñar un papel importante en su investigación.
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El amplificador generó una señal eléctrica con los parámetros requeridos, que se convirtió en radiación de rayos X en una máquina de rayos X. Se dirigió a una pequeña pieza de 178m2Hf colocada sobre un vaso desechable invertido. Para ser honesto, esto parece estar lejos de lo que debería ser la ciencia de vanguardia, a lo que, de hecho, se refirió el grupo de Collins. Durante varios días, un dispositivo de rayos X irradió la preparación de hafnio y los sensores registraron desapasionadamente todo lo que “sentían”. Fueron necesarias varias semanas más para analizar los resultados del experimento. Y así, Collins en la revista Physical Review Letters publica un artículo sobre su experimento. Como se decía en él, el propósito de la investigación era extraer la energía de los átomos a instancias de los científicos. Se suponía que el experimento en sí mismo confirmaría o refutaría la teoría de Collins sobre la posibilidad de que tales cosas se hicieran usando rayos X. Durante el estudio, el equipo de medición registró un aumento en el nivel de radiación gamma. Fue insignificante, lo que, al mismo tiempo, no impidió que Collins llegara a una conclusión sobre la posibilidad fundamental de que "artificial" llevara el isótopo a un estado de descomposición acelerada. La principal conclusión del Sr. Collins se veía así: dado que el proceso de liberación de energía puede acelerarse en pequeña medida, debe haber algunas condiciones en las que el átomo se deshaga de órdenes de magnitud de energía más rápidamente. Collins creía que lo más probable era que bastara con aumentar la potencia del emisor de rayos X para provocar una explosión. Durante el estudio, el equipo de medición registró un aumento en el nivel de radiación gamma. Fue insignificante, lo que, al mismo tiempo, no impidió que Collins llegara a una conclusión sobre la posibilidad fundamental de que "artificial" llevara el isótopo a un estado de descomposición acelerada. La principal conclusión del Sr. Collins se veía así: dado que el proceso de liberación de energía puede acelerarse en pequeña medida, debe haber algunas condiciones en las que el átomo se deshaga de órdenes de magnitud de energía más rápidamente. Collins creía que lo más probable era que bastara con aumentar la potencia del emisor de rayos X para provocar una explosión. Durante el estudio, el equipo de medición registró un aumento en el nivel de radiación gamma. Fue insignificante, lo que, al mismo tiempo, no impidió que Collins llegara a una conclusión sobre la posibilidad fundamental de que "artificial" llevara el isótopo a un estado de descomposición acelerada. La principal conclusión del Sr. Collins se veía así: dado que el proceso de liberación de energía puede acelerarse en pequeña medida, debe haber algunas condiciones en las que el átomo se deshaga de órdenes de magnitud de energía más rápidamente. Collins creía que lo más probable era que bastara con aumentar la potencia del emisor de rayos X para provocar una explosión. La principal conclusión del Sr. Collins se veía así: dado que el proceso de liberación de energía puede acelerarse en pequeña medida, debe haber algunas condiciones en las que el átomo se deshaga de órdenes de magnitud de energía más rápidamente. Collins creía que lo más probable era que bastara con aumentar la potencia del emisor de rayos X para provocar una explosión. La principal conclusión del Sr. Collins se veía así: dado que el proceso de liberación de energía puede acelerarse en pequeña medida, debe haber algunas condiciones en las que el átomo se deshaga de órdenes de magnitud de energía más rápidamente. Collins creía que lo más probable era que bastara con aumentar la potencia del emisor de rayos X para provocar una explosión.
Es cierto que la comunidad científica del mundo leyó el artículo de Collins con ironía. Aunque solo sea porque las declaraciones eran demasiado fuertes y la técnica experimental era cuestionable. Sin embargo, como es habitual, varios laboratorios de todo el mundo intentaron repetir el experimento de los tejanos, pero casi todos fracasaron. El aumento en el nivel de radiación de la preparación de hafnio estuvo dentro de los límites del error de sensibilidad del instrumento, que no hablaba exactamente a favor de la teoría de Collins. Por tanto, la burla no se detuvo, sino que incluso se intensificó. Pero pronto los científicos se olvidaron del experimento fallido.
Y los militares, no. Les gustó mucho la idea de una bomba sobre isómeros nucleares. Los siguientes argumentos hablaron a favor de tal arma:
- Densidad de energia . Un kilogramo de 178m2Hf, como ya se mencionó, equivale a tres céntimos de TNT. Esto significa que en el tamaño de una carga nuclear, puede obtener una bomba más poderosa.
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- eficiencia. La explosión es una explosión, pero la mayor parte de la energía del hafnio se libera en forma de radiación gamma, que no teme a las fortificaciones enemigas, búnkeres, etc. Por lo tanto, una bomba de hafnio puede destruir tanto la electrónica como el personal enemigo sin mucho daño.
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- características tácticas. El tamaño compacto de una bomba relativamente poderosa permitirá que se entregue literalmente en una maleta. Esto, por supuesto, no es la bomba Q de los libros de L. Vibberly (un arma milagrosa del tamaño de un balón de fútbol que puede destruir un continente entero), pero también es algo muy útil.
- el lado legal. Cuando una bomba explota sobre isómeros nucleares, no hay transformación de un elemento químico en otro. En consecuencia, las armas isoméricas no pueden considerarse nucleares y, como resultado, no están incluidas en los acuerdos internacionales que prohíben estas últimas.
Poco había que hacer: asignar dinero y realizar todo el trabajo necesario. Como dicen, empezar y terminar. DARPA ha escrito una línea para las bombas de hafnio en su plan financiero para los próximos años. Se desconoce cuánto dinero se gastó finalmente en todo esto. Según los rumores, la cuenta asciende a decenas de millones, pero la cifra no fue revelada oficialmente.
En primer lugar, decidieron reproducir el experimento de Collins una vez más, pero ahora bajo el ala del Pentágono. Al principio, el Laboratorio Nacional Argonne recibió el encargo de verificar su trabajo, pero ni siquiera se obtuvieron resultados similares. Collins, sin embargo, se refirió a la potencia insuficiente de los rayos X. Se incrementó, pero nuevamente no se obtuvieron los resultados esperados. Collins todavía respondió, dicen, que ellos mismos tienen la culpa: gire la perilla de encendido. Como resultado, los científicos de Argonne incluso intentaron irradiar una preparación de hafnio utilizando una unidad de alta potencia APS. No hace falta decir que los resultados nuevamente no fueron de lo que estaban hablando los tejanos. Sin embargo, DARPA decidió que el proyecto tiene derecho a la vida, solo ellos deben estar bien hechos. Durante los siguientes años, se llevaron a cabo experimentos en varios laboratorios e institutos. La apoteosis fue la irradiación con 178m2Hf "del" sincrotrón NSLS en el Laboratorio Nacional de Brookhaven. Y allí también, a pesar del aumento de la energía de radiación cientos de veces, la radiación gamma del isótopo fue, por decirlo suavemente, pequeña.
Al mismo tiempo que los físicos nucleares, los economistas también se ocuparon del problema. A principios de la década de 2000, emitieron un pronóstico que sonaba como un veredicto sobre toda la empresa. Un gramo de 178m2Hf no puede costar menos de $ 1-1.2 millones. Además, habrá que invertir unos 30 000 millones en la producción de cantidades incluso tan insignificantes. A esto hay que sumar los costes de creación de la propia munición y su producción. Bueno, el último clavo en el ataúd de la bomba de hafnio fue el hecho de que incluso si NSLS pudiera provocar una "explosión", el uso práctico de dicha bomba está fuera de discusión.
Entonces, los funcionarios de DARPA, con varios años de retraso y gastando mucho dinero público, recortaron drásticamente en 2004 los fondos para un programa para estudiar armas isoméricas. Lo cortaron, pero no lo detuvieron: durante otro año y medio o dos, se llevó a cabo una investigación sobre el tema de un emisor de rayos gamma "similar a un láser" que funciona según el mismo esquema. Pronto, sin embargo, esta dirección también se cerró.
En 2005, la revista "Uspekhi fizicheskikh nauk" publicó un artículo de E. V. Tkal, titulado "Desintegración inducida del isómero nuclear 178m2Hf y la bomba de isómeros". En él, se consideró en detalle el lado teórico de reducir el tiempo de liberación de energía por un isótopo. En resumen, esto solo puede suceder de tres maneras: la interacción de la radiación con el núcleo (en este caso, la desintegración ocurre a través de un nivel intermedio), la interacción de la radiación y la capa de electrones (esta última transfiere la excitación al núcleo del átomo) y un cambio en la probabilidad de desintegración espontánea. Al mismo tiempo, en el nivel actual y futuro de desarrollo de la ciencia y la tecnología, incluso con suposiciones grandes y súper optimistas en los cálculos, es simplemente imposible lograr una liberación explosiva de energía. Además, en varios puntos, Tkalya cree,La teoría de Collins está en conflicto con los puntos de vista modernos sobre los fundamentos de la física nuclear. Por supuesto, esto podría verse como una especie de avance revolucionario en la ciencia, pero los experimentos no dan lugar a tal optimismo.
Ahora bien, Karl B. Collins generalmente está de acuerdo con las conclusiones de sus colegas, pero todavía no niega los isómeros en la aplicación práctica. Por ejemplo, cree que la radiación gamma dirigida se puede utilizar para tratar a pacientes con cáncer. Y la radiación lenta y no explosiva de energía de los átomos puede en el futuro dar a la humanidad baterías de supercapacidad de enorme poder.
Sin embargo, todo esto solo será en el futuro, cercano o lejano. Y luego, si los científicos deciden abordar nuevamente el problema de la aplicación práctica de los isómeros nucleares. Si esos trabajos tienen éxito, es posible que el vidrio del experimento de Collins (ahora llamado "Stand conmemorativo del experimento del Dr. K") almacenado bajo vidrio en la Universidad de Texas en la Universidad de Texas se traslade a un museo más grande y respetado.
Autor: Ryabov Kirill
