Em 1921, o físico alemão O. Gann descobriu um isótopo de urânio até então desconhecido, que ele imediatamente chamou de urânio-Z. Em termos de massa atômica e propriedades químicas, não diferia daqueles já conhecidos. A ciência estava interessada em sua meia-vida - um pouco mais longa do que a de outros isótopos de urânio. Em 1935, os irmãos Kurchatov, L. I. Rusinov e L. V. Mysovskiy obteve um isótopo específico de bromo com propriedades semelhantes. Foi depois disso que a ciência mundial se ocupou de perto com o problema denominado isomeria dos núcleos atômicos. Desde então, várias dezenas de isótopos isoméricos com uma vida relativamente longa foram encontrados, mas agora estamos apenas interessados em um, a saber, 178m2Hf (o isótopo háfnio com uma massa atômica de 178 unidades. M2 no índice nos permite distingui-lo do isótopo m1 com o mesmo massa, mas outros indicadores).
Este isótopo de háfnio difere de suas outras contrapartes isoméricas com meia-vida de mais de um ano na energia de excitação mais alta - cerca de 1,3 TJ por quilograma de massa, o que é aproximadamente igual à explosão de 300 quilogramas de TNT. A liberação de toda essa massa de energia ocorre na forma de radiação gama, embora esse processo seja muito, muito lento. Assim, a aplicação militar deste isótopo háfnio é teoricamente possível. Era apenas necessário forçar o átomo ou átomos a passar do estado excitado para o estado fundamental com uma velocidade apropriada. Então, a energia liberada poderia superar qualquer arma existente. Teoricamente, sim.
Começou a ser praticado em 1998. Então, um grupo de funcionários da Universidade do Texas, sob a liderança de Karl B. Collins, fundou o "Centro de Eletrônica Quântica" em um dos prédios da universidade. Sob um signo sério e pretensioso, havia um conjunto de equipamentos obrigatórios para tais laboratórios, montanhas de entusiasmo e algo que remotamente se assemelhava a uma máquina de raios-X de um consultório dentário e um amplificador para um sistema de áudio que caiu nas mãos de um gênio do mal. A partir desses dispositivos, os cientistas do "Centro" montaram uma unidade notável, que iria desempenhar um papel importante em suas pesquisas.
O amplificador gerou um sinal elétrico com os parâmetros exigidos, que foi convertido em radiação de raios-X em uma máquina de raios-X. Foi direcionado para um minúsculo pedaço de 178m2Hf deitado sobre um vidro descartável invertido. Para ser honesto, isso está longe de ser o que a ciência de ponta deveria parecer, à qual, de fato, o grupo de Collins se referiu. Por vários dias, um dispositivo de raios X irradiou a preparação de háfnio e os sensores registraram desapaixonadamente tudo o que "sentiram". Demorou várias semanas para analisar os resultados do experimento. E assim, Collins na revista Physical Review Letters publica um artigo sobre seu experimento. Como já estava dito, o objetivo da pesquisa era extrair a energia dos átomos a mando dos cientistas. O experimento em si deveria confirmar ou refutar a teoria de Collins sobre a possibilidade de tais coisas serem feitas usando raios-X. Durante o estudo, o equipamento de medição registrou um aumento no nível de radiação gama. Era desprezível, o que, ao mesmo tempo, não impedia Collins de tirar uma conclusão sobre a possibilidade fundamental de "feito pelo homem" levar o isótopo a um estado de decomposição acelerada. A principal conclusão do Sr. Collins foi a seguinte: uma vez que o processo de liberação de energia pode ser acelerado em pequena medida, deve haver algumas condições sob as quais o átomo se livrará de ordens de magnitude de energia mais rapidamente. Muito provavelmente, acreditava Collins, bastava simplesmente aumentar a potência do emissor de raios X para causar uma explosão. Durante o estudo, o equipamento de medição registrou um aumento no nível de radiação gama. Era desprezível, o que, ao mesmo tempo, não impedia Collins de tirar uma conclusão sobre a possibilidade fundamental de "feito pelo homem" levar o isótopo a um estado de decomposição acelerada. A principal conclusão do Sr. Collins foi a seguinte: uma vez que o processo de liberação de energia pode ser acelerado em pequena medida, deve haver algumas condições sob as quais o átomo se livrará de ordens de magnitude de energia mais rapidamente. Muito provavelmente, acreditava Collins, bastava simplesmente aumentar a potência do emissor de raios X para causar uma explosão. Durante o estudo, o equipamento de medição registrou um aumento no nível de radiação gama. Era desprezível, o que, ao mesmo tempo, não impedia Collins de tirar uma conclusão sobre a possibilidade fundamental de "feito pelo homem" levar o isótopo a um estado de decomposição acelerada. A principal conclusão do Sr. Collins foi a seguinte: uma vez que o processo de liberação de energia pode ser acelerado em pequena medida, deve haver algumas condições sob as quais o átomo se livrará de ordens de magnitude de energia mais rapidamente. Muito provavelmente, acreditava Collins, bastava simplesmente aumentar a potência do emissor de raios X para causar uma explosão. A principal conclusão do Sr. Collins foi a seguinte: uma vez que o processo de liberação de energia pode ser acelerado em pequena medida, deve haver algumas condições sob as quais o átomo se livrará de ordens de magnitude de energia mais rapidamente. Muito provavelmente, acreditava Collins, bastava simplesmente aumentar a potência do emissor de raios X para causar uma explosão. A principal conclusão do Sr. Collins foi a seguinte: uma vez que o processo de liberação de energia pode ser acelerado em pequena medida, deve haver algumas condições sob as quais o átomo se livrará de ordens de magnitude de energia mais rapidamente. Muito provavelmente, acreditava Collins, bastava simplesmente aumentar a potência do emissor de raios X para causar uma explosão.
É verdade que a comunidade científica do mundo leu o artigo de Collins com ironia. Até porque as afirmações eram muito altas e a técnica experimental era questionável. No entanto, como sempre, vários laboratórios em todo o mundo tentaram repetir a experiência dos texanos, mas quase todos falharam. O aumento do nível de radiação do preparo de háfnio estava dentro do erro de sensibilidade dos instrumentos, o que não falava exatamente a favor da teoria de Collins. Portanto, o ridículo não parou, mas até se intensificou. Mas logo os cientistas se esqueceram do experimento fracassado.
E os militares - não. Eles realmente gostaram da ideia de uma bomba de isômeros nucleares. Os seguintes argumentos falam a favor de tal arma:
- "densidade" de energia. Um quilograma de 178m2Hf, como já mencionado, equivale a três centners de TNT. Isso significa que, com o tamanho de uma carga nuclear, você pode obter uma bomba mais poderosa.
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- eficiência. A explosão é uma explosão, mas a maior parte da energia do háfnio é liberada na forma de radiação gama, que não tem medo de fortificações inimigas, bunkers, etc. Assim, uma bomba de háfnio pode destruir tanto a eletrônica quanto o pessoal inimigo sem muito dano.
- recursos táticos. O tamanho compacto de uma bomba relativamente poderosa permitirá que ela seja entregue literalmente em uma mala. Essa, é claro, não é a bomba Q dos livros de L. Vibberly (uma arma milagrosa do tamanho de uma bola de futebol que pode destruir um continente inteiro), mas também é uma coisa muito útil.
- o lado jurídico. Quando uma bomba explode em isômeros nucleares, não há transformação de um elemento químico em outro. Assim, as armas isoméricas não podem ser consideradas nucleares e, portanto, não se enquadram nos acordos internacionais que as proíbem.
Pouco havia a fazer: alocar dinheiro e realizar todo o trabalho necessário. Como se costuma dizer, comece e termine. A DARPA escreveu uma linha sobre as bombas de háfnio em seu plano financeiro para os próximos anos. Não se sabe quanto dinheiro foi gasto em tudo isso. Segundo rumores, a conta chega a dezenas de milhões, mas o número não foi divulgado oficialmente.
Em primeiro lugar, eles decidiram reproduzir o experimento de Collins mais uma vez, mas agora sob a asa do Pentágono. No início, o Argonne National Laboratory foi contratado para verificar seu trabalho, mas nem mesmo resultados semelhantes foram obtidos. Collins, entretanto, referiu-se ao poder insuficiente dos raios-X. Foi aumentado, mas novamente os resultados esperados não foram obtidos. Collins ainda respondeu, dizem eles, eles próprios são os culpados - gire o botão de alimentação. Como resultado, os cientistas de Argonne até tentaram irradiar uma preparação de háfnio usando uma unidade de alta potência APS. Desnecessário dizer que os resultados não foram, novamente, o que os texanos estavam falando? Mesmo assim, a DARPA decidiu que o projeto tem direito à vida, só que precisa ser bem executado. Nos anos seguintes, experimentos foram realizados em vários laboratórios e institutos. A apoteose foi irradiação com 178m2Hf "do" síncrotron NSLS do Laboratório Nacional de Brookhaven. E lá também, apesar do aumento na energia da radiação centenas de vezes, a radiação gama do isótopo era, para dizer o mínimo, pequena.
Ao mesmo tempo que os físicos nucleares, os economistas também lidaram com o problema. No início dos anos 2000, eles divulgaram uma previsão que soou como um veredicto para todo o empreendimento. Um grama de 178m2Hf não pode custar menos do que $ 1-1,2 milhões. Além disso, cerca de 30 bilhões terão de ser investidos na produção mesmo dessas quantidades insignificantes. A isso devem ser adicionados os custos de criação da própria munição e sua produção. Bem, o último prego no caixão da bomba de háfnio foi o fato de que, mesmo que a NSLS pudesse provocar uma "explosão", o uso prático dessa bomba está fora de questão.
Assim, funcionários da DARPA, vários anos atrasados e gastando muito dinheiro público, em 2004 cortaram drasticamente o financiamento de um programa de estudo de armas isoméricas. Eles o reduziram, mas não o pararam: por mais um ano e meio ou dois, a pesquisa estava em andamento sobre o tema de um emissor gama "semelhante a laser" operando de acordo com o mesmo esquema. Logo, porém, essa direção também foi fechada.
Em 2005, o jornal "Uspekhi fizicheskikh nauk" publicou um artigo de E. V. Tkal, intitulado "Decaimento induzido do isômero nuclear 178m2Hf e a bomba de isômero". Nele, o lado teórico da redução do tempo de liberação de energia por um isótopo foi considerado em detalhes. Em suma, isso só pode acontecer de três maneiras: a interação da radiação com o núcleo (neste caso, o decaimento ocorre por meio de um nível intermediário), a interação da radiação e a camada de elétrons (esta última transfere a excitação para o núcleo do átomo) e uma mudança na probabilidade de decaimento espontâneo. Ao mesmo tempo, no nível atual e futuro de desenvolvimento da ciência e tecnologia, mesmo com grandes e superotimistas suposições nos cálculos, é simplesmente impossível alcançar uma liberação explosiva de energia. Além disso, em vários pontos, Tkalya acredita,A teoria de Collins está em conflito com as visões modernas sobre os fundamentos da física nuclear. Claro, isso poderia ser visto como uma espécie de avanço revolucionário na ciência, mas os experimentos não dão origem a tanto otimismo.
Agora, Karl B. Collins geralmente concorda com as conclusões dos colegas, mas ainda não nega os isômeros na aplicação prática. Por exemplo, a radiação gama direcionada, ele acredita, pode ser usada para tratar pacientes com câncer. E a lenta e não explosiva radiação de energia pelos átomos pode, no futuro, dar à humanidade baterias de supercapacidade de enorme poder.
Porém, tudo isso só será no futuro, próximo ou distante. E então, se os cientistas decidirem enfrentar novamente o problema da aplicação prática dos isômeros nucleares. Se esses trabalhos forem bem-sucedidos, é possível que o vidro do experimento Collins (agora chamado de "Estande Memorial para o Experimento do Dr. K") armazenado sob o vidro na Universidade do Texas na Universidade do Texas seja transferido para um museu maior e mais respeitado.
Autor: Ryabov Kirill
