Leta 1921 je nemški fizik Otto Hahn precej presenetil s svojimi študijami beta razpadanja urana-X1 (kot se je takrat imenoval torij-234). Dobil je novo radioaktivno snov, ki ji je dal ime uran-Z. Atomska teža in kemijske lastnosti nove snovi sovpadale s predhodno odkritim uranom-X2 (zdaj že znano ime protaktinij-234). Toda razpolovna doba je bila daljša. Leta 1935 je skupina sovjetskih fizikov pod vodstvom Igorja Kurčatova dosegla podoben rezultat z izotopom broma-80. Po teh odkritjih je postalo jasno, da se svetovna fizika spopada z nečim nenavadnim.
Ta pojav imenujemo izomerizem atomskih jeder. Manifestira se v obstoju jeder elementov, ki so v vznemirjenem stanju, vendar živijo precej dolgo. Ta metastabilna jedra imajo veliko manjšo verjetnost prehoda v manj vzburjeno stanje, saj jih omejujejo pravila izključitve spina in paritete.
Do našega časa je bilo že odkritih več deset izomerov, ki lahko preidejo v stanje, običajno za element, z radioaktivnim sevanjem, pa tudi s spontano cepitvijo ali emisijo protona, možna je tudi notranja pretvorba.
Med vsemi izomeri je največ zanimanja vzbudilo 178m2Hf.
Razpolovni čas tega hafnijevega izomera je nekaj več kot 31 let, pri čemer latentna energija pri prehodu v normalno stanje presega 300 kg v ekvivalentu TNT na kilogram mase. To je, če je mogoče hitro prenesti 1 kg mase izomernega hafnija, potem bo zgorelo kot 3 centimetre TNT-ja. In to že obeta dostojno vojaško uporabo. Bomba se bo izkazala za zelo zmogljivo in je ne moremo imenovati jedrsko - navsezadnje ni jedrske cepitve, le element spremeni svojo izomerno strukturo v normalno.
In raziskave so se začele …
Promocijski video:
Leta 1998 se je Karl Collins s sodelavci z univerze v Teksasu lotil sistematičnih raziskav. Obsevali so košček že omenjenega hafnijevega izomera, ki je počival na obrnjenem steklu z rentgenskimi žarki z določenimi parametri. Izomer je bil obsevan več dni, občutljivi senzorji pa so zabeležili njegov odziv na sevanje. Nato se je začela analiza pridobljenih rezultatov.
Karl Collins v svojem laboratoriju na Univerzi v Teksasu.
Nekaj časa kasneje se je v reviji Physical Review Letters pojavil članek Collinsa, v katerem je govoril o poskusu, s katerim bi pod vplivom rentgenskih žarkov z določenimi parametri "izvlekel" energijo izomernega prehoda. Zdelo se je, da dobimo povečanje gama sevanja izomera, kar kaže na pospešek prehoda izomera v normalno neizkoriščeno stanje.
Hafnijeva bomba
Za fizike je pogosto to, kar je samo miselna igra, za vojsko nov način, da uničijo svoje vrste. Ne le, da je bilo mogoče dobiti močne eksplozive (kilogram 178m2Hf je enakovreden trem centimetrom TNT-a), ampak je bilo treba večino energije sprostiti tudi kot gama-sevanje, ki je teoretično omogočilo onesposobitev radijske elektronike potencialnega sovražnika.
Poskusite pridobiti inducirano gama sevanje iz vzorca Hf-178-m2.
Pravni vidiki uporabe hafnijeve bombe so bili videti tudi zelo mamljivi: ko bombe eksplodirajo na jedrskih izomerih, ne pride do preobrazbe enega kemičnega elementa v drugega. Zato izomera ni mogoče šteti za jedrsko orožje in posledično po mednarodnem sporazumu ne spada pod prepoved.
Pentagon je za poskuse namenil več deset milijonov dolarjev, delo na hafnijevi bombi pa je začelo vreti. Košček 178m2Hf je obseval v več vojaških laboratorijih, vendar rezultata ni bilo. Collins je eksperimentatorje prepričal, da moč njihovega sevanja ni zadostna, da bi dobili rezultat, moč pa se je nenehno povečevala. Došlo je do tega, da so poskusili obsevati izomer s sinhrotronom Brookhaven National Laboratory. Posledično se je energija začetnega obsevanja večkrat povečala, oprijemljivega učinka pa še vedno ni bilo.
Nesmiselnost dela je postala jasna celo vojski - navsezadnje, tudi če se pojavi učinek, ne morete vnaprej postaviti sinhrotrona na ozemlje potencialnega sovražnika. In potem so se oglasili ekonomisti. Izračunali so, da bi proizvodnja 1 grama izomera stala 1,2 milijona dolarjev. Še več, za pripravo te proizvodnje bo treba porabiti približno 30 milijard dolarjev.
Hafnij.
Leta 2004 so se sredstva za projekt močno zmanjšala, po nekaj letih pa so ga v celoti zmanjšali. Collins se je strinjal s sklepi svojih kolegov o nemožnosti izdelave bombe na osnovi hafnijevega izomera, vendar meni, da se ta snov lahko uporablja za zdravljenje bolnikov z rakom.
