Tartalomjegyzék:

DARPA-kudarc: a tudománytörténet egyik legnagyobb hibája
DARPA-kudarc: a tudománytörténet egyik legnagyobb hibája

Videó: DARPA-kudarc: a tudománytörténet egyik legnagyobb hibája

Videó: DARPA-kudarc: a tudománytörténet egyik legnagyobb hibája
Videó: 2022 május Digitális kultúra középszint Érettségi eredmények MS Excel 1 2024, Április
Anonim

A Hf-178-m2 hafnium izomer alapú bomba a legdrágább és legerősebb bomba lehet a nem nukleáris robbanószerkezetek történetében. De nem tette. Most ezt az esetet a DARPA - az amerikai katonai osztály Fejlett Védelmi Projektek Ügynöksége - egyik leghírhedtebb kudarcaként ismerik el.

Az emittert egy kiselejtezett röntgenkészülékből, amely egykor egy fogorvosi rendelőben, valamint egy közeli boltban vásárolt háztartási erősítőből állították össze. Éles ellentétben állt a Kvantumelektronikai Központ hangos táblájával, amely a dallasi Texasi Egyetem egy kis irodaházába lépett be. A készülék azonban megbirkózott a feladatával - nevezetesen, hogy rendszeresen egy felfordított műanyag poharat bombázott röntgensugárral. Magának az üvegnek persze semmi köze nem volt hozzá - egyszerűen csak állványként szolgált egy alig észrevehető hafnium, vagy inkább annak Hf-178-m2 izomerje alatt. A kísérlet több hétig tartott. A kapott adatok gondos feldolgozása után azonban a Központ igazgatója, Carl Collins kétségtelen sikert jelentett be. A hangrögzítő berendezésről készült felvételek azt mutatják, hogy csoportja kitalálta a módját, hogyan hozzon létre óriási erejű miniatűr bombákat – ökölnyi eszközöket, amelyek több tíz tonna közönséges robbanóanyagnak megfelelő pusztítást képesek produkálni.

1998-ban tehát elkezdődött az izomerbomba története, amely később az egyik legnagyobb tudomány- és katonai kutatástörténeti hibaként vált ismertté.

Image
Image

Hafnium

A hafnium Mengyelejev periódusos rendszerének 72. eleme. Ez az ezüstfehér fém Koppenhága (Hafnia) városának latin nevéről kapta a nevét, ahol Dick Koster és Gyordem Hevesi, a Koppenhágai Elméleti Fizikai Intézet munkatársai fedezték fel 1923-ban.

Tudományos szenzáció

Collins jelentésében azt írta, hogy rendkívül jelentéktelen növekedést tudott regisztrálni a röntgenháttérben, amelyet a besugárzott minta bocsátott ki. Eközben a röntgensugárzás a 178m2Hf átmenet jele az izomer állapotból a közönséges állapotba. Következésképpen, érvelt Collins, csoportja fel tudta gyorsítani ezt a folyamatot a minta röntgensugárzással történő bombázásával (amikor egy viszonylag kis energiájú röntgenfoton elnyelődik, a mag egy másik gerjesztett szintre kerül, majd gyors átmenet a talajszint következik, a teljes energiatartalék felszabadításával kísérve). A minta felrobbanásának kényszerítéséhez Collins érvelése szerint csak egy bizonyos határig kell növelni az emitter teljesítményét, amely után a minta saját sugárzása elegendő lesz az atomok izomer állapotból való átmenetének láncreakciójához. a normál állapot. Az eredmény egy nagyon tapintható robbanás, valamint egy kolosszális röntgensugár lesz.

A tudományos közösség egyértelmű hitetlenséggel fogadta ezt a kiadványt, és világszerte kísérletek kezdődtek a laboratóriumokban Collins eredményeinek validálására. Egyes kutatócsoportok gyorsan kijelentették az eredmények megerősítését, bár számuk csak kis mértékben haladta meg a mérési hibákat. A legtöbb szakértő azonban úgy vélte, hogy a kapott eredmény a kísérleti adatok helytelen értelmezésének eredménye.

Katonai optimizmus

Az egyik szervezet azonban rendkívül érdeklődött e munka iránt. A tudományos közösség minden szkepticizmusa ellenére az amerikai hadsereg szó szerint elvesztette a fejét Collins ígéreteitől. És miből volt! A nukleáris izomerek tanulmányozása megnyitotta az utat alapvetően új bombák létrehozása előtt, amelyek egyrészt sokkal erősebbek lennének, mint a hagyományos robbanóanyagok, másrészt nem esnének a gyártáshoz és felhasználáshoz kapcsolódó nemzetközi korlátozások hatálya alá. nukleáris fegyverek (az izomerbomba nem nukleáris, mivel nem alakul át egyik elem a másikká).

Az izomer bombák nagyon kompaktak lehetnek (nincs kisebb tömegkorlátozásuk, mivel az atommagok gerjesztett állapotból közönséges állapotba való átmenete nem igényel kritikus tömeget), és robbanáskor hatalmas mennyiségű kemény sugárzást bocsátanak ki, elpusztít minden élőlényt. Ráadásul a hafniumbombák viszonylag "tisztának" tekinthetők – elvégre a hafnium-178 alapállapota stabil (nem radioaktív), a robbanás gyakorlatilag nem szennyezné a területet.

Kidobott pénz

A következő néhány évben a DARPA ügynökség több tízmillió dollárt fektetett be a Hf-178-m2 tanulmányozásába. A katonaság azonban nem várta meg a bomba működőképes modelljének elkészítését. Ez részben a kutatási terv kudarcának tudható be: Collins számos nagy teljesítményű röntgensugárzókkal végzett kísérlet során nem tudott kimutatni a besugárzott minták hátterének jelentős növekedését.

Image
Image

Több év alatt többször is megkísérelték megismételni Collins eredményeit. A hafnium izomer állapota bomlásának felgyorsulását azonban egyetlen más tudományos csoport sem tudta megbízhatóan megerősíteni. Több amerikai nemzeti laboratórium – Los Alamos, Argonne és Livermore – fizikusai is foglalkoztak ezzel a kérdéssel. Sokkal erősebb röntgenforrást – az Argonne National Laboratory Advanced Photon Source – használtak, de nem tudták kimutatni az indukált bomlás hatását, bár kísérleteikben a sugárzás intenzitása több nagyságrenddel magasabb volt, mint maga Collins kísérleteiben.. Eredményeiket független kísérletek is megerősítették egy másik amerikai nemzeti laboratóriumban - Brookhavenben, ahol az erős National Synchrotron Light Source szinkrotront használták besugárzáshoz. A kiábrándító következtetések sorozata után a katonaság érdeklődése elenyészett a téma iránt, a finanszírozás megszűnt, és 2004-ben a program lezárult.

Gyémánt lőszer

Mindeközben a kezdetektől nyilvánvaló volt, hogy az izomerbombának minden előnye mellett számos alapvető hátránya is van. Először is, a Hf-178-m2 radioaktív, így a bomba nem lesz teljesen "tiszta" (a terület "megmunkálatlan" hafniummal való szennyeződése továbbra is előfordul). Másodszor, a Hf-178-m2 izomer nem fordul elő a természetben, és előállítása meglehetősen költséges. Többféle módon is előállítható - vagy az itterbium-176 célpontjának alfa-részecskékkel történő besugárzásával, vagy protonokkal - volfrám-186-tal vagy tantál izotópok természetes keverékével. Ily módon mikroszkopikus mennyiségű hafnium-izomer nyerhető, aminek elegendőnek kell lennie a tudományos kutatáshoz.

Ennek az egzotikus anyagnak a kinyerésének többé-kevésbé masszív módja a hafnium-177 neutronokkal történő besugárzása termikus reaktorban. Pontosabban úgy nézett ki - amíg a tudósok ki nem számolták, hogy egy ilyen reaktorban 1 kg természetes hafniumból (amely a 177-es izotóp kevesebb mint 20%-át tartalmazza) csak körülbelül 1 mikrogramm gerjesztett izomert kaphatunk (a ez az összeg külön probléma). Ne mondj semmit, tömeggyártás! De egy kis robbanófej tömegének legalább tíz grammnak kell lennie … Kiderült, hogy az ilyen lőszerek nem is "arany", hanem egyenesen "gyémánt" …

Tudományos lezárás

De hamar kiderült, hogy ezek a hiányosságok sem döntőek. És itt nem a technológia tökéletlenségén vagy a kísérletezők alkalmatlanságán van a lényeg. Ennek a szenzációs történetnek az utolsó pontját orosz fizikusok tették fel. 2005-ben Jevgenyij Tkalja, a Moszkvai Állami Egyetem Nukleáris Fizikai Intézetének munkatársa az Uspekhi Fizicheskikh Nauk folyóiratban publikált egy cikket „A 178m2Hf nukleáris izomer indukált bomlása és egy izomerbomba” címmel. A cikkben felvázolt minden lehetséges módot a hafnium-izomer bomlásának felgyorsítására. Csak három van belőlük: a sugárzás kölcsönhatása az atommaggal és a bomlás egy közbenső szinten, a sugárzás kölcsönhatása az elektronhéjjal, amely azután a gerjesztést továbbítja az atommagnak, valamint a spontán bomlás valószínűségének változása.

Mindezen módszerek elemzése után Tkalya kimutatta, hogy egy izomer felezési idejének hatékony csökkentése röntgensugárzás hatására mélyen ellentmond a modern magfizika alapjául szolgáló egész elméletnek. A kapott értékek még a legjóindulatúbb feltételezések ellenére is nagyságrendekkel kisebbek voltak, mint a Collins által közölt értékek. Tehát a hafnium-izomerben található kolosszális energia felszabadulásának felgyorsítása továbbra is lehetetlen. Legalábbis a valós technológiák segítségével.

Ajánlott: