1921. aastal üllatas saksa füüsik Otto Hahn uraani-X1 (kuna toorium-234 seda siis kutsuti) beeta lagunemise uurimisega. Ta sai uue radioaktiivse aine, millele ta andis nime uraan-Z. Uue aine aatomkaal ja keemilised omadused langesid kokku varem avastatud uraan-X2-ga (nüüd tuttav nimi protaktiin-234). Kuid poolväärtusaeg oli pikem. 1935. aastal saavutas grupp Nõukogude füüsikuid Igor Kurchatovi juhtimisel sarnase tulemuse broom-80 isotoobiga. Pärast neid avastusi sai selgeks, et maailma füüsika seisab silmitsi millegi tavatuga.
Seda nähtust nimetatakse aatomituumade isomerismiks. See avaldub elementide tuumade olemasolus, mis on erutatud olekus, kuid elavad üsna pikka aega. Nendel metastabiilsetel tuumadel on vähem ergastatud olekusse ülemineku tõenäosus palju väiksem, kuna neid piiravad spinni ja pariteedi välistamise reeglid.
Meie aja järgi on juba avastatud mitukümmend isomeeri, mis võivad radioaktiivse kiirguse toimel liikuda elemendi jaoks tavapärasesse olekusse, samuti toimub prootoni spontaanne lõhustumine või emissioon, samuti on võimalik sisemine muundamine.
Kõigist isomeeridest äratas kõige suuremat huvi 178m2Hf.
Selle hafniumi isomeeri poolestusaeg on veidi üle 31 aasta ja normaalsesse olekusse ülemineku ajal varjatud energia ületab 300 kg TNT ekvivalenti massi kilogrammi kohta. See tähendab, et kui on võimalik kiiresti üle kanda 1 kg isomeerse hafniumi massist, siis põleb see nagu 3 protsenti TNT-d. Ja see lubab juba korralikku sõjalist kasutamist. Pomm osutub väga võimsaks ja seda ei saa tuumaks nimetada - lõppude lõpuks pole tuuma lõhustumist, lihtsalt element muudab oma isomeerse struktuuri normaalseks.
Ja uurimistöö algas …
Reklaamvideo:
1998. aastal alustasid Karl Collins ja Texase ülikooli kolleegid süstemaatilist uurimist. Nad kiiritasid ülalmainitud hafniumi isomeeri tükki, mis toetub ümberpööratud klaasile täpsustatud parameetritega röntgenkiirtega. Isomeeri kiiritati mitu päeva ja tundlikud andurid registreerisid selle reageeringu kiirgusele. Seejärel alustati saadud tulemuste analüüsi.
Dr Karl Collins Texase ülikooli laboris.
Mõni aeg hiljem ilmus ajakirjas Physical Review Letters Collinsi artikkel, kus ta rääkis eksperimendist, et "eraldada" isomeerse ülemineku energia antud parameetritega röntgenkiirte mõjul. Tundus, et saavutati isomeeri gammakiirguse suurenemine, mis näitas isomeeri ülemineku kiirenemist normaalsesse mittekasutatavasse olekusse.
Hafniumi pomm
Sageli on füüsikute jaoks lihtsalt mõttemäng sõjaväe jaoks uus viis omalaadsete hävitamiseks. Mitte ainult ei olnud võimalik saada võimsaid lõhkeaineid (kilogramm 178m2Hf võrdub kolme sentimeetriga TNT-st), vaid ka suurem osa energiast tuli vabastada gammakiirgusena, mis teoreetiliselt võimaldas võimaliku vaenlase raadioelektroonika välja lülitada.
Katse indutseeritud gammakiirguse saamiseks proovist Hf-178-m2.
Hafniumipommi kasutamise juriidilised aspektid näisid samuti väga ahvatlevad: kui pommid plahvatavad tuumaisomeeridel, siis üks keemiline element ei muutu teiseks. Seetõttu ei saa isomeeri pidada tuumarelvaks ja seetõttu ei kuulu see rahvusvahelise lepingu kohaselt keelu alla.
Pentagon eraldas eksperimentideks kümneid miljoneid dollareid ja hafniumi pommi kallal töö hakkas keema. Tükki 178m2Hf kiiritati mitmes sõjaväelaboris, kuid tulemust ei olnud. Collins veenis eksperimenteerijaid, et nende kiirguse võimsus oli tulemuse saamiseks ebapiisav ja võimsust suurendati pidevalt. See jõudis kohale, et nad üritasid isomeeri kiiritada, kasutades Brookhaveni riikliku labori sünkrotronit. Selle tulemusel suurendati esialgse kiirguse energiat sadu kordi, kuid käegakatsutavat mõju see ikkagi ei andnud.
Teose mõttetus sai selgeks isegi sõjaväe jaoks - lõppude lõpuks, isegi kui efekt ilmub, ei saa te sünkrotronit potentsiaalse vaenlase territooriumile ette paigutada. Ja siis võtsid sõna majandusteadlased. Nad arvutasid, et 1 grammi isomeeri tootmine läheks maksma 1,2 miljonit dollarit. Pealegi peab selle lavastuse ettevalmistamiseks kulutama korrektselt 30 miljardit dollarit.
Hafnium.
2004. aastal kärbiti projekti rahastamist järsult ja paari aasta pärast kärbiti seda täielikult. Collins nõustus kolleegide järeldustega hafniumi isomeeril põhineva pommi loomise võimatuse kohta, kuid usub, et seda ainet saab kasutada vähihaigete raviks.
