Een bom op basis van het hafnium-isomeer Hf-178-m2 zou de duurste en krachtigste in de geschiedenis van niet-nucleaire explosieven kunnen worden. Maar dat deed ze niet. Nu wordt deze zaak erkend als een van de meest beruchte mislukkingen van DARPA - het Agency for Advanced Defence Projects van de Amerikaanse militaire afdeling.
De zender was samengesteld uit een afgedankt röntgenapparaat dat ooit in het kantoor van een tandarts stond, evenals een huishoudelijke versterker die in een nabijgelegen winkel was gekocht. Het stond in schril contrast met het luide teken van het Center for Quantum Electronics, dat werd gezien in een klein kantoorgebouw aan de Universiteit van Texas in Dallas. Het apparaat voldeed echter aan zijn taak - namelijk, het bestookte regelmatig een omgekeerde plastic beker met een stroom röntgenstralen. Het glas zelf had er natuurlijk niets mee te maken - het diende gewoon als standaard onder een nauwelijks waarneembaar monster van hafnium, of liever, zijn isomeer Hf-178-m2. Het experiment duurde enkele weken. Maar na zorgvuldige verwerking van de verkregen gegevens, kondigde de directeur van het Centrum, Carl Collins, een onbetwistbaar succes aan. Opnamen van de opnameapparatuur geven aan dat zijn groep een manier heeft gevonden om miniatuurbommen van kolossale kracht te maken - vuistgrote apparaten die een vernietiging kunnen veroorzaken die gelijk is aan tientallen tonnen gewone explosieven.
Dus in 1998 begon de geschiedenis van de isomeerbom, die later bekend werd als een van de grootste fouten in de geschiedenis van wetenschap en militair onderzoek.
Image
Hafnium
Hafnium is het 72e element van het periodiek systeem van Mendelejev. Dit zilverwitte metaal dankt zijn naam aan de Latijnse naam voor de stad Kopenhagen (Hafnia), waar het in 1923 werd ontdekt door Dick Koster en Gyordem Hevesi, medewerkers van het Copenhagen Institute for Theoretical Physics.
wetenschappelijke sensatie
In zijn rapport schreef Collins dat hij een uiterst onbeduidende toename van de röntgenachtergrond kon registreren, die door het bestraalde monster werd uitgezonden. Ondertussen is het röntgenstraling die een teken is van de overgang van 178m2Hf van de isomere toestand naar de gewone. Volgens Collins was zijn groep daarom in staat om dit proces te versnellen door het monster te bombarderen met röntgenstralen (wanneer een röntgenfoton met een relatief lage energie wordt geabsorbeerd, gaat de kern naar een ander opgewonden niveau en vervolgens een snelle overgang naar het maaiveld volgt, samen met het vrijkomen van de volledige energiereserve). Om het monster te laten exploderen, redeneerde Collins, is het alleen nodig om het vermogen van de zender tot een bepaalde limiet te verhogen, waarna de eigen straling van het monster voldoende zal zijn om een kettingreactie van de overgang van atomen van de isomere toestand naar de normale toestand. Het resultaat zal een zeer voelbare explosie zijn, evenals een kolossale uitbarsting van röntgenstralen.
De wetenschappelijke gemeenschap begroette deze publicatie met duidelijk ongeloof, en experimenten begonnen in laboratoria over de hele wereld om de resultaten van Collins te valideren. Sommige onderzoeksgroepen waren er snel bij om de resultaten te bevestigen, hoewel hun aantal slechts marginaal hoger was dan de meetfouten. Maar de meeste experts waren niettemin van mening dat het verkregen resultaat het resultaat was van een onjuiste interpretatie van de experimentele gegevens.
militair optimisme
Een van de organisaties was echter zeer geïnteresseerd in dit werk. Ondanks alle scepsis van de wetenschappelijke gemeenschap, verloor het Amerikaanse leger letterlijk het hoofd van de beloften van Collins. En het was van wat! De studie van nucleaire isomeren maakte de weg vrij voor de creatie van fundamenteel nieuwe bommen, die enerzijds veel krachtiger zouden zijn dan gewone explosieven en anderzijds niet zouden vallen onder internationale beperkingen in verband met de productie en het gebruik van kernwapens (een isomeerbom is geen nucleair, aangezien er geen transformatie van het ene element in het andere plaatsvindt).
Isomere bommen kunnen zeer compact zijn (ze hebben geen lagere massabeperking, aangezien het proces van overgang van kernen van een aangeslagen toestand naar een gewone toestand geen kritische massa vereist), en bij explosie zouden ze een enorme hoeveelheid harde straling afgeven die vernietigt alle levende wezens. Bovendien kunnen hafniumbommen als relatief "schoon" worden beschouwd - de grondtoestand van hafnium-178 is immers stabiel (het is niet radioactief) en de explosie zou het gebied praktisch niet besmetten.
weggegooid geld
In de loop van de volgende jaren investeerde het DARPA-bureau enkele tientallen miljoenen dollars in de studie van Hf-178-m2. Het leger wachtte echter niet op de creatie van een werkend model van de bom. Dit is deels te wijten aan het mislukken van het onderzoeksplan: in de loop van verschillende experimenten met krachtige röntgenstralers kon Collins geen significante toename van de achtergrond van de bestraalde monsters aantonen.
Image
Er zijn in de loop van meerdere jaren verschillende pogingen ondernomen om de resultaten van Collins te repliceren. Geen enkele andere wetenschappelijke groep heeft echter op betrouwbare wijze de versnelling van het verval van de isomere toestand van hafnium kunnen bevestigen. Natuurkundigen van verschillende Amerikaanse nationale laboratoria - Los Alamos, Argonne en Livermore - waren ook betrokken bij deze kwestie. Ze gebruikten een veel krachtigere röntgenbron - Advanced Photon Source van het Argonne National Laboratory, maar konden het effect van geïnduceerd verval niet detecteren, hoewel de stralingsintensiteit in hun experimenten enkele ordes van grootte hoger was dan in de experimenten van Collins zelf. Hun resultaten werden ook bevestigd door onafhankelijke experimenten in een ander Amerikaans nationaal laboratorium - Brookhaven, waar de krachtige National Synchrotron Light Source synchrotron werd gebruikt voor bestraling. Na een reeks teleurstellende conclusies verflauwde de belangstelling van het leger voor dit onderwerp, stopte de financiering en werd het programma in 2004 stopgezet.
Diamanten munitie
Ondertussen was vanaf het begin duidelijk dat de isomeerbom, ondanks al zijn voordelen, ook een aantal fundamentele nadelen heeft. Ten eerste is Hf-178-m2 radioactief, dus de bom zal niet helemaal "schoon" zijn (er zal nog steeds enige besmetting van het gebied met "onbewerkt" hafnium optreden). Ten tweede komt het Hf-178-m2-isomeer niet in de natuur voor en is het productieproces ervan vrij duur. Het kan op verschillende manieren worden verkregen - hetzij door een doelwit van ytterbium-176 te bestralen met alfadeeltjes, of door protonen - wolfraam-186 of een natuurlijk mengsel van tantaalisotopen. Op deze manier kunnen microscopisch kleine hoeveelheden van het hafnium-isomeer worden verkregen, wat voldoende zou moeten zijn voor wetenschappelijk onderzoek.
Een min of meer massale manier om aan dit exotische materiaal te komen is bestraling met hafnium-177 neutronen in een thermische reactor. Meer precies, het zag er naar uit - totdat wetenschappers berekenden dat je in zo'n reactor een jaar lang uit 1 kg natuurlijk hafnium (dat minder dan 20% van de isotoop 177 bevat), slechts ongeveer 1 microgram van een aangeslagen isomeer kunt krijgen (de afgifte van dit bedrag is een apart probleem). Zeg niets, massaproductie! Maar de massa van een kleine kernkop moet minstens tientallen gram zijn … Het bleek dat dergelijke munitie niet eens "goud", maar ronduit "diamant" blijkt te zijn …
Wetenschappelijke afsluiting
Maar al snel bleek dat ook deze tekortkomingen niet doorslaggevend waren. En het punt hier is niet de onvolmaaktheid van technologie of tekortkomingen van de onderzoekers. Het laatste punt in dit sensationele verhaal werd gesteld door Russische natuurkundigen. In 2005 publiceerde Evgeny Tkalya van het Instituut voor Nucleaire Fysica van de Staatsuniversiteit van Moskou in het tijdschrift Uspekhi Fizicheskikh Nauk een artikel met de titel "Induced Decay of the Nuclear Isomer 178m2Hf and an Isomer Bomb". In het artikel schetste hij alle mogelijke manieren om het verval van het hafniumisomeer te versnellen. Er zijn er maar drie: de interactie van straling met de kern en verval via een tussenniveau, de interactie van straling met de elektronenschil, die vervolgens de excitatie naar de kern overbrengt, en de verandering in de kans op spontaan verval.
Na al deze methoden te hebben geanalyseerd, toonde Tkalya aan dat de effectieve afname van de halfwaardetijd van een isomeer onder invloed van röntgenstraling diep in tegenspraak is met de hele theorie die ten grondslag ligt aan de moderne kernfysica. Zelfs met de meest goedaardige aannames waren de verkregen waarden orden van grootte kleiner dan die gerapporteerd door Collins. Het is dus nog steeds onmogelijk om de afgifte van kolossale energie, die zich in het hafnium-isomeer bevindt, te versnellen. In ieder geval met behulp van real-life technologieën.
Heroïne, kwik, bloedingen en operaties die patiënten veranderen in apathische zombies. Het Zweedse Illustrerad Vetenskap biedt een kijkje in het gruwelijke archief van de geneeskunde. Hier zijn tien van de grootste fouten die artsen maakten van de oudheid tot de 20e eeuw - en slechts één van hen bracht plezier, geen lijden
In het laatste artikel heb je geleerd dat logische fouten formeel en informeel zijn. Grofweg kunnen formele fouten worden beschreven door formele logica, uitgedrukt in de vorm van wiskundige formules
In het eerste hoofdstuk heb je geleerd waar logische fouten vandaan kunnen komen. Dit kunnen allerlei redenen zijn: van opzet tot onvolmaaktheid van de geest, van artistieke technieken tot taalkundige redenen
De wetenschap heeft antwoorden gevonden op de vragen van een aantal eeuwenoude kinderen. Hoe ruikt regen, hoe verandert een kameleon van kleur en wat verscheen er als eerste - een kip of een ei?
