I 1921 blev den tyske fysiker Otto Hahn ganske overrasket over hans studier af beta-forfaldet af uran-X1 (som thorium-234 dengang blev kaldt). Han modtog et nyt radioaktivt stof, som han gav navnet uranium-Z. Den nye substans atomvægt og kemiske egenskaber faldt sammen med det tidligere opdagede uranium-X2 (det nu kendte navn protactinium-234). Men halveringstiden var længere. I 1935 opnåede en gruppe sovjetiske fysikere ledet af Igor Kurchatov et lignende resultat med isotopen brom-80. Efter disse opdagelser blev det klart, at verdensfysik blev konfronteret med noget usædvanligt.
Dette fænomen kaldes isomerisme af atomkerner. Det manifesterer sig i eksistensen af kerner af elementer, der er i en ophidset tilstand, men lever i ret lang tid. Disse metastable kerner har en meget mindre sandsynlighed for overgang til en mindre ophidset tilstand, da de er begrænset af reglerne for spin og paritet ekskludering.
På vores tid er der allerede blevet opdaget flere titalls isomerer, som kan passere i den tilstand, der er sædvanligt for et element ved hjælp af radioaktiv stråling, såvel som spontan fission eller udsendelse af en proton; intern konvertering er også mulig.
Blandt alle isomerer vækkede 178m2Hf den største interesse.
Denne hafnium-isomer har en halveringstid på lidt over 31 år, og den latente energi i sin overgang til en normal tilstand overstiger 300 kg i TNT-ækvivalent pr. Kg masse. Det vil sige, at hvis det hurtigt er muligt at overføre 1 kg af massen af isomer hafnium, vil den brænde som 3 centners TNT. Og dette lover allerede en anstændig militær anvendelse. Bomben vil vise sig at være meget magtfuld, og den kan ikke kaldes nuklear - når alt kommer til alt er der ingen nukleær fission, bare elementet ændrer sin isomere struktur til normal.
Og forskningen begyndte …
Salgsfremmende video:
I 1998 gik Karl Collins og kolleger ved University of Texas i gang med systematisk forskning. De bestrålede et stykke af den førnævnte hafnium-isomer hviler på et inverteret glas med røntgenstråler med specificerede parametre. Isomeren blev bestrålet i flere dage, og følsomme sensorer registrerede sin reaktion på stråling. Derefter begyndte analysen af de opnåede resultater.
Dr. Karl Collins i sit laboratorium på University of Texas.
Nogen tid senere optrådte en artikel af Collins i Physical Review Letters, hvor han talte om et eksperiment for at "udtrække" energien fra en isomer overgang under påvirkning af røntgenstråler med givne parametre. Det så ud til, at der blev opnået en forøgelse af gammastrålingen af isomeren, hvilket indikerede en acceleration af overgangen af isomeren til den normale, uopspændte tilstand.
Hafnium bombe
Ofte er det bare et tankespil for fysikere, for militæret er en ny måde at ødelægge deres egen art. Ikke kun kunne det være muligt at få kraftfulde eksplosiver (et kilogram 178m2Hf svarer til tre centners TNT), men også det meste af energien måtte frigives som gammastråling, hvilket teoretisk gjorde det muligt at deaktivere radioelektronikken fra en potentiel fjende.
Eksperiment for at opnå induceret gammastråling fra en prøve på Hf-178-m2.
De juridiske aspekter ved brug af en hafnium-bombe så også meget fristende ud: når bomber eksploderer på nukleare isomerer, forekommer omdannelsen af et kemisk element til et andet ikke. Følgelig kan isomeren ikke betragtes som et atomvåben, og som en konsekvens heraf falder den ifølge den internationale aftale ikke under forbuddet.
Pentagon tildelte titusinder af dollars til eksperimenter, og arbejdet med hafnium-bomben begyndte at koge. Et stykke 178m2Hf blev bestrålet i flere militære laboratorier, men der var intet resultat. Collins overbeviste eksperimenterne om, at deres stråling ikke var tilstrækkelig til at opnå et resultat, og at kraften blev konstant forøget. Det kom til det punkt, at de forsøgte at bestråle isomeren ved hjælp af synkrotronen fra Brookhaven National Laboratory. Som et resultat blev energien fra den indledende bestråling forøget hundreder af gange, men der var stadig ingen konkrete virkning.
Arbejdets sanseløshed blev klar selv for militæret - når alt kommer til alt, selvom virkningen ser ud, kan du ikke placere en synkrotron på forhånd på en potentiel fjendes territorium. Og så tog økonomer ordet. De beregnet, at produktionen af 1 gram isomer ville koste 1,2 millioner dollars. Derudover skal man bruge en ryddig sum på 30 milliarder dollars til at forberede denne produktion.
Hafnium.
I 2004 blev finansieringen til projektet skåret kraftigt ned, og efter et par år var det helt slukket. Collins var enige med sine kollegers konklusioner om umuligheden ved at oprette en bombe baseret på hafnium-isomeren, men mener, at dette stof kan bruges til behandling af kræftpatienter.
