En 1921, le physicien allemand O. Gann découvrit un isotope de l'uranium jusqu'alors inconnu, qu'il nomma immédiatement uranium-Z. En termes de masse atomique et de propriétés chimiques, il ne différait pas de ceux déjà connus. La science s'intéressait à sa demi-vie - elle était légèrement plus longue que celle des autres isotopes de l'uranium. En 1935, les frères Kurchatov, L. I. Rusinov et L. V. Mysovskiy a obtenu un isotope spécifique du brome avec des propriétés similaires. C'est après cela que la science mondiale s'est intéressée de près au problème appelé isomérie des noyaux atomiques. Depuis, plusieurs dizaines d'isotopes isomériques à durée de vie relativement longue ont été trouvés, mais maintenant on ne s'intéresse qu'à un seul, à savoir 178m2Hf (l'isotope hafnium avec une masse atomique de 178 unités. M2 dans l'indice permet de le distinguer de l'isotope m1 avec le même masse, mais d'autres indicateurs).
Cet isotope du hafnium diffère de ses autres homologues isomères avec une demi-vie de plus d'un an dans l'énergie d'excitation la plus élevée - environ 1,3 TJ par kilogramme de masse, ce qui équivaut approximativement à l'explosion de 300 kilogrammes de TNT. La libération de toute cette masse d'énergie se produit sous forme de rayonnement gamma, bien que ce processus soit très, très lent. Ainsi, l'application militaire de cet isotope d'hafnium est théoriquement possible. Il était seulement nécessaire de forcer l'atome ou les atomes à passer de l'état excité à l'état fondamental avec une vitesse appropriée. L'énergie libérée pourrait alors surpasser en fait n'importe quelle arme existante. Théoriquement, je pourrais.
Il est entré en pratique en 1998. Puis un groupe d'employés de l'Université du Texas sous la direction de Karl B. Collins a fondé le "Center for Quantum Electronics" dans l'un des bâtiments de l'université. Sous un signe sérieux et prétentieux, il y avait un ensemble d'équipement obligatoire pour de tels laboratoires, des montagnes d'enthousiasme et quelque chose qui ressemblait à distance à un appareil à rayons X d'un cabinet de dentiste et à un amplificateur pour un système audio tombé entre les mains d'un génie maléfique. A partir de ces appareils, les scientifiques du «Centre» ont assemblé une unité remarquable, qui devait jouer un rôle majeur dans leurs recherches.
L'amplificateur a généré un signal électrique avec les paramètres requis, qui a été converti en rayonnement X dans une machine à rayons X. Elle était dirigée vers un minuscule morceau de 178m2Hf posé sur un verre jetable inversé. Pour être honnête, cela semble loin de ce à quoi devrait ressembler la science de pointe, à laquelle, en fait, le groupe de Collins s'est référé. Pendant plusieurs jours, un appareil à rayons X a irradié la préparation de hafnium, et les capteurs ont enregistré sans passion tout ce qu'ils «ressentaient». Il a fallu plusieurs semaines supplémentaires pour analyser les résultats de l'expérience. Et ainsi, Collins dans la revue Physical Review Letters publie un article sur son expérience. Comme il y était dit, le but de la recherche était d'extraire l'énergie des atomes à la demande des scientifiques. L'expérience elle-même était censée confirmer ou réfuter la théorie de Collins concernant la possibilité que de telles choses soient faites à l'aide de rayons X. Au cours de l'étude, l'équipement de mesure a enregistré une augmentation du niveau de rayonnement gamma. C'était négligeable, ce qui, en même temps, n'empêchait pas Collins de tirer une conclusion sur la possibilité fondamentale de «artificiel» d'amener l'isotope dans un état de désintégration accélérée. La principale conclusion de M. Collins ressemblait à ceci: puisque le processus de libération d'énergie peut être accéléré dans une petite mesure, il doit y avoir certaines conditions dans lesquelles l'atome se débarrassera plus rapidement de plusieurs ordres de grandeur d'énergie. Très probablement, selon Collins, il suffisait simplement d'augmenter la puissance de l'émetteur de rayons X pour provoquer une explosion. Au cours de l'étude, l'équipement de mesure a enregistré une augmentation du niveau de rayonnement gamma. C'était négligeable, ce qui, en même temps, n'empêchait pas Collins de tirer une conclusion sur la possibilité fondamentale de «artificiel» d'amener l'isotope dans un état de désintégration accélérée. La principale conclusion de M. Collins ressemblait à ceci: puisque le processus de libération d'énergie peut être accéléré dans une petite mesure, il doit y avoir certaines conditions dans lesquelles l'atome se débarrassera plus rapidement de plusieurs ordres de grandeur d'énergie. Très probablement, selon Collins, il suffisait simplement d'augmenter la puissance de l'émetteur de rayons X pour provoquer une explosion. Au cours de l'étude, l'équipement de mesure a enregistré une augmentation du niveau de rayonnement gamma. C'était négligeable, ce qui, en même temps, n'empêchait pas Collins de tirer une conclusion sur la possibilité fondamentale de «artificiel» d'amener l'isotope dans un état de désintégration accélérée. La principale conclusion de M. Collins ressemblait à ceci: puisque le processus de libération d'énergie peut être accéléré dans une petite mesure, il doit y avoir certaines conditions dans lesquelles l'atome se débarrassera plus rapidement de plusieurs ordres de grandeur d'énergie. Très probablement, selon Collins, il suffisait simplement d'augmenter la puissance de l'émetteur de rayons X pour provoquer une explosion. La principale conclusion de M. Collins ressemblait à ceci: puisque le processus de libération d'énergie peut être accéléré dans une petite mesure, il doit y avoir certaines conditions dans lesquelles l'atome se débarrassera plus rapidement de plusieurs ordres de grandeur d'énergie. Très probablement, selon Collins, il suffisait simplement d'augmenter la puissance de l'émetteur de rayons X pour provoquer une explosion. La principale conclusion de M. Collins ressemblait à ceci: puisque le processus de libération d'énergie peut être accéléré dans une petite mesure, il doit y avoir certaines conditions dans lesquelles l'atome se débarrassera plus rapidement de plusieurs ordres de grandeur d'énergie. Très probablement, selon Collins, il suffisait simplement d'augmenter la puissance de l'émetteur de rayons X pour provoquer une explosion.
Certes, la communauté scientifique du monde a lu l'article de Collins avec ironie. Ne serait-ce que parce que les déclarations étaient trop fortes et que la technique expérimentale était discutable. Néanmoins, comme d'habitude, un certain nombre de laboratoires à travers le monde ont tenté de répéter l'expérience des Texans, mais presque tous ont échoué. L'augmentation du niveau de rayonnement de la préparation d'hafnium se situait dans les limites de l'erreur de sensibilité de l'instrument, qui ne parlait pas exactement en faveur de la théorie de Collins. Par conséquent, le ridicule ne s'est pas arrêté, mais s'est même intensifié. Mais bientôt, les scientifiques ont oublié l'expérience ratée.
Et les militaires - non. Ils ont vraiment aimé l'idée d'une bombe sur les isomères nucléaires. Les arguments suivants plaident en faveur d'une telle arme:
- densité d'énergie . Un kilogramme de 178m2Hf, comme déjà mentionné, équivaut à trois centimes de TNT. Cela signifie que de la taille d'une charge nucléaire, vous pouvez obtenir une bombe plus puissante.
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- Efficacité. L'explosion est une explosion, mais l'essentiel de l'énergie du hafnium est libéré sous forme de rayonnement gamma, ce qui n'a pas peur des fortifications ennemies, des bunkers, etc. Ainsi, une bombe au hafnium peut détruire à la fois l'électronique et le personnel ennemi sans trop de dégâts.
- caractéristiques tactiques. La taille compacte d'une bombe relativement puissante lui permettra d'être livrée littéralement dans une valise. Ceci, bien sûr, n'est pas la Q-bombe des livres de L. Vibberly (une arme miracle de la taille d'un ballon de football qui peut détruire un continent entier), mais c'est aussi une chose très utile.
- le côté juridique. Lorsqu'une bombe explose sur des isomères nucléaires, il n'y a pas de transformation d'un élément chimique en un autre. Par conséquent, les armes isomères ne peuvent être considérées comme nucléaires et, par conséquent, elles ne relèvent pas d’accords internationaux interdisant ces dernières.
Il n'y avait pas grand-chose à faire: allouer de l'argent et effectuer tout le travail nécessaire. Comme on dit, commencez et terminez. La DARPA a écrit une ligne pour les bombes au hafnium dans son plan financier pour les prochaines années. On ignore combien d'argent a finalement été dépensé pour tout cela. Selon les rumeurs, le compte s'élève à des dizaines de millions, mais le chiffre n'a pas été officiellement divulgué.
Tout d'abord, ils ont décidé de reproduire à nouveau l'expérience Collins, mais maintenant sous l'aile du Pentagone. Dans un premier temps, le Laboratoire National d'Argonne a été chargé de vérifier son travail, mais même des résultats similaires n'ont pas été obtenus. Collins, cependant, a évoqué la puissance insuffisante des rayons X. Il a été augmenté, mais là encore les résultats attendus n'ont pas été obtenus. Collins a encore répondu, disent-ils, ils sont eux-mêmes à blâmer - tournez le bouton d'alimentation. En conséquence, les scientifiques d'Argonne ont même essayé d'irradier une préparation de hafnium à l'aide d'une unité APS haute puissance. Inutile de dire que les résultats n'étaient pas encore ce dont parlaient les Texans? Néanmoins, la DARPA a décidé que le projet avait le droit à la vie, seulement ils doivent être bien faits. Au cours des années suivantes, des expériences ont été menées dans plusieurs laboratoires et instituts. L'apothéose était une irradiation avec 178m2Hf "du" synchrotron NSLS au Brookhaven National Laboratory. Et là aussi, malgré l'augmentation de l'énergie de rayonnement des centaines de fois, le rayonnement gamma de l'isotope était, pour le moins, petit.
En même temps que les physiciens nucléaires, les économistes se sont également attaqués au problème. Au début des années 2000, ils ont publié une prévision qui ressemblait à un verdict sur l'ensemble de l'entreprise. Un gramme de 178 m2Hf ne peut pas coûter moins de 1 à 1,2 million de dollars. En outre, environ 30 milliards devront être investis dans la production de quantités même négligeables. À cela, il faut ajouter les coûts de création de la munition elle-même et de sa production. Eh bien, le dernier clou dans le cercueil de la bombe au hafnium était le fait que même si NSLS pouvait provoquer une "explosion", l'utilisation pratique d'une telle bombe est hors de question.
Ainsi, les responsables de la DARPA, plusieurs années de retard et dépensant beaucoup d'argent public, ont considérablement réduit en 2004 le financement d'un programme d'étude des armes isomères. Ils l'ont réduit, mais ne l'ont pas arrêté: pendant encore un an et demi ou deux, des recherches étaient en cours sur le thème d'un émetteur gamma «de type laser» fonctionnant de la même manière. Bientôt, cependant, cette direction a également été fermée.
En 2005, la revue "Uspekhi fizicheskikh nauk" a publié un article d'E. V. Tkal, intitulé "Désintégration induite de l'isomère nucléaire 178m2Hf et de la bombe isomère". Dans ce document, le côté théorique de la réduction du temps de libération d'énergie par un isotope a été examiné en détail. En bref, cela ne peut se produire que de trois manières: l'interaction du rayonnement avec le noyau (dans ce cas, la désintégration se produit par un niveau intermédiaire), l'interaction du rayonnement et de la couche électronique (cette dernière transfère l'excitation au noyau de l'atome) et une modification de la probabilité de désintégration spontanée. Dans le même temps, au niveau actuel et futur de développement de la science et de la technologie, même avec des hypothèses importantes et super-optimistes dans les calculs, il est tout simplement impossible d'obtenir une libération d'énergie explosive. En outre, à un certain nombre de points, Tkalya estime,La théorie de Collins est en conflit avec les vues modernes sur les fondements de la physique nucléaire. Bien sûr, cela pourrait être considéré comme une sorte de percée révolutionnaire dans le domaine de la science, mais les expériences ne suscitent pas un tel optimisme.
Maintenant, Karl B. Collins est généralement d'accord avec les conclusions de ses collègues, mais ne nie toujours pas les isomères dans l'application pratique. Par exemple, le rayonnement gamma dirigé, selon lui, peut être utilisé pour traiter les patients atteints de cancer. Et le rayonnement lent et non explosif de l'énergie par les atomes peut, à l'avenir, donner à l'humanité des batteries de super-capacité d'une puissance énorme.
Cependant, tout cela ne sera que dans le futur, proche ou lointain. Et puis, si les scientifiques décident de s'attaquer à nouveau au problème de l'application pratique des isomères nucléaires. Si ces travaux sont couronnés de succès, il est possible que le verre de l'expérience Collins (maintenant appelé «Memorial Stand for Dr. K's Experiment») stocké sous verre à l'Université du Texas à l'Université du Texas soit transféré dans un musée plus grand et plus respecté.
Auteur: Ryabov Kirill