Godine 1921. njemački fizičar Otto Hahn bio je prilično iznenađen svojim istraživanjima beta raspada urana-X1 (kako se torij-234 tada zvao). Dobio je novu radioaktivnu tvar, kojoj je dao ime uranij-Z. Atomska težina i kemijska svojstva nove tvari podudaraju se s ranije otkrivenim uranom-X2 (danas poznato ime protaktinija-234). No, poluživot je bio duži. Godine 1935. skupina sovjetskih fizičara pod vodstvom Igora Kurčatova dobila je sličan rezultat s izotopom brom-80. Nakon ovih otkrića, postalo je jasno da se svjetska fizika suočava s nečim neobičnim.
Taj se fenomen naziva izomerija atomskih jezgara. Manifestira se postojanjem jezgara elemenata koji su u pobuđenom stanju, ali žive prilično dugo. Ta metastabilna jezgra imaju mnogo manju vjerojatnost prelaska u manje pobuđeno stanje, jer su ograničena pravilima isključenja spina i pariteta.
U naše vrijeme već je otkriveno nekoliko desetaka izomera koji putem radioaktivnog zračenja mogu preći u uobičajeno stanje za element, kao i spontanom fisijom ili emisijom protona, a moguća je i unutarnja konverzija.
Među svim izomerima, najveće zanimanje izazvalo je 178m2Hf.
Vrijeme poluraspada ovog hafnijevog izomera je nešto više od 31 godine, a energetski latentni prijelaz u normalno stanje prelazi 300 kg u ekvivalentu TNT-a po kilogramu mase. Odnosno, ako je moguće brzo prenijeti 1 kg mase izomernog hafnija, tada će izgorjeti poput 3 centa TNT-a. A to već obećava pristojnu vojnu upotrebu. Bomba će ispasti vrlo moćna i ne može je nazvati nuklearnom - uostalom, nema nuklearne fisije, samo element mijenja svoju izomernu strukturu u normalnu.
I istraživanje je počelo …
Promotivni video:
Godine 1998. Karl Collins i kolege sa Sveučilišta u Teksasu krenuli su u sustavna istraživanja. Zračili su komad gore spomenutog hafnijevog izomera odmaranog na invertiranom staklu s rendgenskim zrakama s određenim parametrima. Izomer je bio zračen nekoliko dana, a osjetljivi senzori zabilježili su njegov odgovor na zračenje. Tada je započela analiza dobivenih rezultata.
Dr. Karl Collins u svojoj laboratoriji na Sveučilištu u Teksasu.
Nešto kasnije, u časopisu Physical Review Letters, pojavio se članak Collinsa, u kojem je govorio o eksperimentu za "vađenje" energije izomernog prijelaza pod utjecajem rendgenskih zraka s danim parametrima. Činilo se da je dobiveno povećanje gama zračenja izomera, što je ukazivalo na ubrzanje prijelaza izomera u normalno neiskvareno stanje.
Hafnijska bomba
Često je ono što je za fizičare samo igra uma, za vojsku novi način da unište svoju vlastitu vrstu. Ne samo da je bilo moguće dobiti snažni eksploziv (kilogram 178m2Hf ekvivalent je tri centa TNT-a), već je i veći dio energije morao biti oslobođen kao gama zračenje, što je teoretski omogućilo onesposobljavanje radio-elektronike potencijalnog neprijatelja.
Eksperimentirajte za dobivanje induciranog gama zračenja iz uzorka Hf-178-m2.
Pravni aspekti upotrebe hafnijske bombe također su izgledali vrlo primamljivo: kada bombe eksplodiraju na nuklearnim izomerima, nema transformacije jednog kemijskog elementa u drugi. Prema tome, izomer se ne može smatrati nuklearnim oružjem, a kao posljedica, prema međunarodnom sporazumu, ne spada pod zabranu.
Pentagon je za eksperimente izdvojio desetke milijuna dolara, a rad na hafnijskoj bombi počeo je ključati. Komad od 178m2Hf ozračen je u nekoliko vojnih laboratorija, ali rezultata nije bilo. Collins je eksperimentalce uvjerio da snaga njihovog zračenja nije dovoljna za postizanje rezultata, a snaga se neprestano povećavala. Došlo je do toga da su pokušali ozračiti izomer koristeći sinkrotron Brookhaven National Laboratory. Kao rezultat toga, energija početnog zračenja povećana je stotinama puta, ali još uvijek nije bilo opipljivog učinka.
Besmislenost djela postala je jasna čak i vojsci - na kraju krajeva, čak i ako se efekt pojavi, ne možete unaprijed postaviti sinkrotronu na teritorij potencijalnog neprijatelja. A onda su ekonomisti uzeli riječ. Proračunali su da bi proizvodnja 1 grama izomera koštala 1,2 milijuna dolara. Štoviše, za pripremu ove proizvodnje morat ćete potrošiti urednu svotu od 30 milijardi dolara.
Hafnij.
2004. godine financiranje projekta naglo je smanjeno, a nakon nekoliko godina u potpunosti je isključeno. Collins se složio sa zaključcima svojih kolega o nemogućnosti stvaranja bombe na temelju hafnizovog izomera, ali vjeruje da se ta tvar može koristiti za liječenje oboljelih od karcinoma.
