Innehållsförteckning:

DARPA-misslyckande: ett av de största misstagen i vetenskapens historia
DARPA-misslyckande: ett av de största misstagen i vetenskapens historia

Video: DARPA-misslyckande: ett av de största misstagen i vetenskapens historia

Video: DARPA-misslyckande: ett av de största misstagen i vetenskapens historia
Video: По следам древней цивилизации? 🗿 Что, если мы ошиблись в своем прошлом? 2024, Maj
Anonim

En bomb baserad på hafniumisomeren Hf-178-m2 kan bli den dyraste och mest kraftfulla i historien om icke-nukleära sprängladdningar. Men det gjorde hon inte. Nu är detta fall erkänt som ett av de mest ökända misslyckandena i DARPA - Agency for Advanced Defense Projects av den amerikanska militäravdelningen.

Strålaren monterades från en kasserad röntgenapparat som en gång fanns på tandläkarmottagningen, samt en hushållsförstärkare som köpts från en närliggande butik. Det stod i skarp kontrast till det högljudda tecknet från Center for Quantum Electronics, som sågs gå in i en liten kontorsbyggnad vid University of Texas i Dallas. Enheten klarade dock sin uppgift - nämligen bombarderade den regelbundet en inverterad plastmugg med en ström av röntgenstrålar. Själva glaset hade naturligtvis inget med det att göra - det fungerade helt enkelt som ett stativ under ett knappt märkbart prov av hafnium, eller snarare, dess isomer Hf-178-m2. Experimentet varade i flera veckor. Men efter noggrann bearbetning av de erhållna uppgifterna tillkännagav centrets direktör, Carl Collins, en otvivelaktig framgång. Inspelningar från inspelningsutrustningen tyder på att hans grupp har famlat efter ett sätt att skapa miniatyrbomber av kolossal kraft - knytnävsstora enheter som kan producera förstörelse motsvarande tiotals ton vanliga sprängämnen.

Så 1998 började isomerbombens historia, som senare blev känd som ett av de största misstagen i vetenskapens och militärforskningens historia.

Image
Image

Hafnium

Hafnium är det 72:a grundämnet i Mendeleevs periodiska system. Denna silvervita metall har fått sitt namn från det latinska namnet för staden Köpenhamn (Hafnia), där den upptäcktes 1923 av Dick Koster och Gyordem Hevesi, samarbetspartners vid Copenhagen Institute for Theoretical Physics.

Vetenskaplig sensation

I sin rapport skrev Collins att han kunde registrera en ytterst obetydlig ökning av röntgenbakgrunden, som avgavs av det bestrålade provet. Samtidigt är det röntgenstrålning som är ett tecken på övergången av 178m2Hf från det isomera tillståndet till det vanliga. Följaktligen, hävdade Collins, kunde hans grupp påskynda denna process genom att bombardera provet med röntgenstrålar (när en röntgenfoton med relativt låg energi absorberas, går kärnan till en annan exciterad nivå, och sedan en snabb övergång till marknivån följer, åtföljd av frigörandet av hela energireserven). För att tvinga provet att explodera, resonerar Collins, är det bara nödvändigt att öka sändarens kraft till en viss gräns, varefter provets egen strålning kommer att räcka för att utlösa en kedjereaktion av övergången av atomer från det isomera tillståndet till det normala tillståndet. Resultatet blir en mycket påtaglig explosion, såväl som en kolossal explosion av röntgenstrålar.

Det vetenskapliga samfundet hälsade denna publikation med tydlig misstro, och experiment började i laboratorier runt om i världen för att validera Collins resultat. Vissa forskargrupper var snabba med att bekräfta resultaten, även om deras antal endast var marginellt högre än mätfelen. Men de flesta experter trodde ändå att det erhållna resultatet var resultatet av en felaktig tolkning av experimentdata.

Militär optimism

En av organisationerna var dock mycket intresserad av detta arbete. Trots all skepsis från forskarsamhället tappade den amerikanska militären bokstavligen huvudet från Collins löften. Och det var från vad! Studiet av nukleära isomerer banade väg för skapandet av i grunden nya bomber, som å ena sidan skulle vara mycket kraftfullare än vanliga sprängämnen, och å andra sidan inte skulle falla under internationella restriktioner i samband med produktion och användning av kärnvapen (en isomerbomb är inte kärnvapen, eftersom det inte sker någon omvandling av ett element till ett annat).

Isomera bomber kan vara mycket kompakta (de har ingen lägre massabegränsning, eftersom processen för övergång av kärnor från ett exciterat tillstånd till ett vanligt tillstånd inte kräver en kritisk massa), och vid explosion skulle de släppa ut en enorm mängd hård strålning som förstör allt levande. Dessutom skulle hafniumbomber kunna betraktas som relativt "rena" - trots allt är grundtillståndet för hafnium-178 stabilt (det är inte radioaktivt), och explosionen skulle praktiskt taget inte förorena området.

Kasta bort pengar

Under de kommande åren investerade DARPA-byrån flera tiotals miljoner dollar i studien av Hf-178-m2. Militären väntade dock inte på skapandet av en fungerande modell av bomben. Detta beror delvis på misslyckandet i forskningsplanen: under flera experiment med kraftfulla röntgenstrålare kunde Collins inte påvisa någon signifikant ökning av bakgrunden för de bestrålade proverna.

Image
Image

Försök att replikera Collins resultat har gjorts flera gånger under flera år. Ingen annan vetenskaplig grupp har dock på ett tillförlitligt sätt kunnat bekräfta accelerationen av sönderfallet av det isomera tillståndet av hafnium. Fysiker från flera amerikanska nationella laboratorier - Los Alamos, Argonne och Livermore - var också engagerade i denna fråga. De använde en mycket kraftfullare röntgenkälla - Advanced Photon Source of the Argonne National Laboratory, men kunde inte upptäcka effekten av inducerat sönderfall, även om strålningsintensiteten i deras experiment var flera storleksordningar högre än i experimenten av Collins själv. Deras resultat bekräftades också av oberoende experiment vid ett annat amerikanskt nationellt laboratorium - Brookhaven, där den kraftfulla National Synchrotron Light Source synkrotronen användes för bestrålning. Efter en rad nedslående slutsatser avtog militärens intresse för detta ämne, finansieringen upphörde och 2004 stängdes programmet.

Diamantammunition

Samtidigt stod det klart från första början att isomerbomben trots alla sina fördelar har ett antal grundläggande nackdelar. För det första är Hf-178-m2 radioaktivt, så bomben kommer inte att vara helt "ren" (viss förorening av området med "obearbetat" hafnium kommer fortfarande att inträffa). För det andra förekommer inte Hf-178-m2-isomeren i naturen, och processen för dess produktion är ganska dyr. Det kan erhållas på ett av flera sätt - antingen genom att bestråla ett mål av ytterbium-176 med alfapartiklar, eller genom protoner - volfram-186 eller en naturlig blandning av tantalisotoper. På så sätt kan mikroskopiska mängder av hafniumisomeren erhållas, vilket borde räcka för vetenskaplig forskning.

Ett mer eller mindre massivt sätt att få fram detta exotiska material är bestrålning med hafnium-177 neutroner i en termisk reaktor. Närmare bestämt såg det ut - tills forskare beräknade att man under ett år i en sådan reaktor från 1 kg naturligt hafnium (innehållande mindre än 20% av isotopen 177) bara kan få cirka 1 mikrogram av en exciterad isomer (frisättning av detta belopp är ett separat problem). Säg inte en sak, massproduktion! Men massan av en liten stridsspets bör vara minst tiotals gram … Det visade sig att sådan ammunition inte ens visar sig vara "guld", utan rent ut sagt "diamant" …

Vetenskaplig nedläggning

Men det visade sig snart att inte heller dessa brister var avgörande. Och poängen här ligger inte i ofullkomligheten i tekniken eller bristerna hos experimentörerna. Den sista punkten i denna sensationella berättelse sattes av ryska fysiker. År 2005 publicerade Evgeny Tkalya från Institute of Nuclear Physics vid Moscow State University i tidskriften Uspekhi Fizicheskikh Nauk, en artikel med titeln "Induced Decay of the Nuclear Isomer 178m2Hf and an Isomer Bomb". I artikeln beskrev han alla möjliga sätt att påskynda sönderfallet av hafniumisomeren. Det finns bara tre av dem: strålningens växelverkan med kärnan och sönderfallet genom en mellannivå, växelverkan av strålning med elektronskalet, som sedan överför excitation till kärnan, och förändringen i sannolikheten för spontant sönderfall.

Efter att ha analyserat alla dessa metoder visade Tkalya att den effektiva minskningen av halveringstiden för en isomer under påverkan av röntgenstrålning motsäger djupt hela teorin bakom modern kärnfysik. Även med de mest godartade antagandena var de erhållna värdena storleksordningar mindre än de som rapporterats av Collins. Så att påskynda frisättningen av kolossal energi, som finns i hafniumisomeren, är fortfarande omöjligt. Åtminstone med hjälp av verkliga teknologier.

Rekommenderad: