Nel 1921, il fisico tedesco Otto Hahn fu piuttosto sorpreso dai suoi studi sul decadimento beta dell'uranio-X1 (come allora veniva chiamato il torio-234). Ha ricevuto una nuova sostanza radioattiva, che ha dato il nome di uranio-Z. Il peso atomico e le proprietà chimiche della nuova sostanza coincidevano con l'uranio-X2 scoperto in precedenza (il nome ormai familiare di protoattinio-234). Ma l'emivita era più lunga. Nel 1935, un gruppo di fisici sovietici guidati da Igor Kurchatov ottenne un risultato simile con l'isotopo bromo-80. Dopo queste scoperte, è diventato chiaro che la fisica mondiale doveva affrontare qualcosa di insolito.
Questo fenomeno è chiamato isomeria dei nuclei atomici. Si manifesta nell'esistenza di nuclei di elementi che si trovano in uno stato eccitato, ma vivono per un tempo piuttosto lungo. Questi nuclei metastabili hanno una probabilità molto più bassa di transizione a uno stato meno eccitato, poiché sono vincolati dalle regole di esclusione di rotazione e parità.
Ai nostri tempi sono già state scoperte diverse decine di isomeri, che possono passare allo stato usuale per un elemento mediante radiazione radioattiva, nonché fissione spontanea o emissione di un protone; è anche possibile la conversione interna.
Tra tutti gli isomeri, 178m2Hf ha suscitato il maggiore interesse.
Questo isomero di afnio ha un'emivita di poco più di 31 anni e l'energia latente nella sua transizione verso uno stato normale supera i 300 kg in TNT equivalente per chilogrammo di massa. Cioè, se è possibile trasferire rapidamente 1 kg della massa di afnio isomerico, allora brucerà come 3 centesimi di TNT. E questo già promette un uso militare decente. La bomba si rivelerà molto potente e non può essere chiamata nucleare - dopotutto, non c'è fissione nucleare, solo l'elemento cambia la sua struttura isomerica in normale.
E la ricerca è iniziata …
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Nel 1998, Karl Collins e colleghi dell'Università del Texas hanno intrapreso una ricerca sistematica. Hanno irradiato un pezzo del suddetto isomero di afnio appoggiato su un vetro capovolto con raggi X con parametri specificati. L'isomero è stato irradiato per diversi giorni e sensori sensibili hanno registrato la sua risposta alle radiazioni. Quindi è iniziata l'analisi dei risultati ottenuti.
Dr. Karl Collins nel suo laboratorio presso l'Università del Texas.
Qualche tempo dopo apparve un articolo di Collins su Physical Review Letters, in cui parlava di un esperimento per "estrarre" l'energia di una transizione isomerica sotto l'influenza di raggi X con parametri dati. Sembrava che fosse stato ottenuto un aumento della radiazione gamma dell'isomero, che indicava un'accelerazione della transizione dell'isomero allo stato normale non eccitato.
Bomba all'afnio
Spesso, quello che è solo un gioco mentale per i fisici, per i militari è un nuovo modo per distruggere la propria specie. Non solo era possibile ottenere potenti esplosivi (un chilogrammo di 178m2Hf equivale a tre centesimi di TNT), ma anche la maggior parte dell'energia doveva essere rilasciata come radiazione gamma, che teoricamente consentiva di disabilitare l'elettronica radio di un potenziale nemico.
Esperimento per ottenere radiazioni gamma indotte da un campione di Hf-178 m2.
Anche gli aspetti legali dell'uso di una bomba all'afnio sembravano molto allettanti: quando le bombe esplodono sugli isomeri nucleari, la trasformazione di un elemento chimico in un altro non avviene. Di conseguenza, l'isomero non può essere considerato un'arma nucleare e, di conseguenza, secondo l'accordo internazionale, non rientra nel divieto.
Il Pentagono ha stanziato decine di milioni di dollari per gli esperimenti e il lavoro sulla bomba all'afnio ha cominciato a bollire. Un pezzo di 178m2Hf è stato irradiato in diversi laboratori militari, ma non ci sono stati risultati. Collins ha convinto gli sperimentatori che la potenza della loro radiazione era insufficiente per ottenere un risultato e la potenza è stata costantemente aumentata. È arrivato al punto che hanno cercato di irradiare l'isomero usando il sincrotrone del Brookhaven National Laboratory. Di conseguenza, l'energia dell'irradiazione iniziale è stata aumentata centinaia di volte, ma non c'era ancora alcun effetto tangibile.
L'insensatezza del lavoro è diventata chiara anche ai militari: dopotutto, anche se l'effetto appare, non è possibile posizionare un sincrotrone in anticipo sul territorio di un potenziale nemico. E poi gli economisti hanno preso la parola. Hanno calcolato che la produzione di 1 grammo dell'isomero sarebbe costata 1,2 milioni di dollari. Inoltre, per preparare questa produzione bisognerà spendere una bella somma di 30 miliardi di dollari.
Afnio.
Nel 2004, i finanziamenti per il progetto sono stati drasticamente ridotti e, dopo un paio d'anni, sono stati completamente ridotti. Collins concorda con le conclusioni dei suoi colleghi sull'impossibilità di creare una bomba basata sull'isomero dell'afnio, ma ritiene che questa sostanza possa essere utilizzata per curare i malati di cancro.
