Dështimi i DARPA: një nga gabimet më të mëdha në historinë e shkencës

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Një bombë e bazuar në izomerin e hafniumit Hf-178-m2 mund të bëhet më e shtrenjta dhe më e fuqishme në historinë e pajisjeve shpërthyese jo-bërthamore. Por ajo nuk e bëri. Tani ky rast njihet si një nga dështimet më famëkeqe të DARPA - Agjencia për Projektet e Avancuara të Mbrojtjes të departamentit ushtarak amerikan.

Emituesi u montua nga një aparat fotografik me rreze X që ishte dikur në zyrën e një dentisti, si dhe nga një amplifikator shtëpiak i blerë nga një dyqan aty pranë. Ishte në kontrast të plotë me shenjën me zë të lartë të Qendrës për Elektronikën Kuantike, e cila u pa duke hyrë në një ndërtesë të vogël zyre në Universitetin e Teksasit në Dallas. Sidoqoftë, pajisja u përball me detyrën e saj - domethënë, ajo bombardonte rregullisht një filxhan plastik të përmbysur me një rrymë rrezesh X. Sigurisht, vetë xhami nuk kishte asnjë lidhje me të - ai thjesht shërbeu si një stendë nën një mostër mezi të dukshme të hafniumit, ose më saktë, izomeri i tij Hf-178-m2. Eksperimenti zgjati për disa javë. Por pas përpunimit të kujdesshëm të të dhënave të marra, drejtori i Qendrës, Carl Collins, shpalli një sukses të padyshimtë. Regjistrimet nga pajisjet e regjistrimit tregojnë se grupi i tij ka kërkuar një mënyrë për të krijuar bomba në miniaturë me fuqi kolosale - pajisje me madhësi të grushtit të afta për të prodhuar shkatërrim të barabartë me dhjetëra tonë eksplozivë të zakonshëm.

Kështu në vitin 1998 filloi historia e bombës izomere, e cila më vonë u bë e njohur si një nga gabimet më të mëdha në historinë e shkencës dhe kërkimit ushtarak.

Hafnium

Hafniumi është elementi i 72-të i tabelës periodike të Mendelejevit. Ky metal me ngjyrë të bardhë argjendi e merr emrin nga emri latin i qytetit të Kopenhagës (Hafnia), ku u zbulua në vitin 1923 nga Dick Koster dhe Gyordem Hevesi, bashkëpunëtorë të Institutit të Fizikës Teorike të Kopenhagës.

Ndjesia shkencore

Në raportin e tij, Collins shkroi se ai ishte në gjendje të regjistronte një rritje jashtëzakonisht të parëndësishme në sfondin e rrezeve X, e cila u emetua nga kampioni i rrezatuar. Ndërkohë, është rrezatimi me rreze X që është shenjë e kalimit prej 178m2Hf nga gjendja izomere në atë të zakonshme. Rrjedhimisht, argumentoi Collins, grupi i tij ishte në gjendje ta përshpejtonte këtë proces duke bombarduar kampionin me rreze X (kur një foton me rreze X me një energji relativisht të ulët absorbohet, bërthama shkon në një nivel tjetër të ngacmuar dhe më pas një tranzicion i shpejtë në vijon niveli i tokës, i shoqëruar me çlirimin e të gjithë rezervës së energjisë). Për të detyruar kampionin të shpërthejë, arsyetoi Collins, është e nevojshme vetëm të rritet fuqia e emetuesit në një kufi të caktuar, pas së cilës rrezatimi i vetë kampionit do të jetë i mjaftueshëm për të shkaktuar një reaksion zinxhir të kalimit të atomeve nga gjendja izomere në gjendjen normale. Rezultati do të jetë një shpërthim shumë i prekshëm, si dhe një shpërthim kolosal i rrezeve X.

Komuniteti shkencor e përshëndeti këtë botim me mosbesim të qartë dhe filluan eksperimentet në laboratorë në mbarë botën për të vërtetuar rezultatet e Collins. Disa grupe kërkimore ishin të shpejtë për të deklaruar konfirmimin e rezultateve, megjithëse numri i tyre ishte pak më i lartë se gabimet e matjes. Por shumica e ekspertëve megjithatë besonin se rezultati i marrë ishte rezultat i një interpretimi të gabuar të të dhënave eksperimentale.

Optimizmi ushtarak

Megjithatë, njëra nga organizatat ishte jashtëzakonisht e interesuar për këtë punë. Pavarësisht gjithë skepticizmit të komunitetit shkencor, ushtria amerikane fjalë për fjalë humbi kokën nga premtimet e Collins. Dhe ishte nga çfarë! Studimi i izomerëve bërthamorë hapi rrugën për krijimin e bombave thelbësisht të reja, të cilat, nga njëra anë, do të ishin shumë më të fuqishme se eksplozivët e zakonshëm, dhe nga ana tjetër, nuk do të binin nën kufizimet ndërkombëtare që lidhen me prodhimin dhe përdorimin e armët bërthamore (një bombë izomere nuk është bërthamore, pasi nuk ka transformim të një elementi në një tjetër).

Bombat izomere mund të jenë shumë kompakte (ato nuk kanë kufizim të masës më të ulët, pasi procesi i kalimit të bërthamave nga një gjendje e ngacmuar në një gjendje të zakonshme nuk kërkon një masë kritike), dhe pas shpërthimit ato do të lëshonin një sasi të madhe rrezatimi të fortë që shkatërron të gjitha gjallesat. Për më tepër, bombat e hafniumit mund të konsiderohen si relativisht "të pastra" - në fund të fundit, gjendja bazë e hafnium-178 është e qëndrueshme (nuk është radioaktive) dhe shpërthimi praktikisht nuk do të kontaminonte zonën.

Paratë e hedhura

Gjatë disa viteve të ardhshme, agjencia DARPA investoi disa dhjetëra miliona dollarë në studimin e Hf-178-m2. Megjithatë, ushtria nuk priti për krijimin e një modeli pune të bombës. Kjo është pjesërisht për shkak të dështimit të planit të kërkimit: gjatë disa eksperimenteve duke përdorur emetues të fuqishëm të rrezeve X, Collins nuk ishte në gjendje të demonstronte ndonjë rritje të konsiderueshme në sfondin e mostrave të rrezatuara.

Përpjekjet për të përsëritur rezultatet e Collins janë bërë disa herë gjatë disa viteve. Megjithatë, asnjë grup tjetër shkencor nuk ka qenë në gjendje të konfirmojë me besueshmëri përshpejtimin e zbërthimit të gjendjes izomere të hafniumit. Fizikantë nga disa laboratorë kombëtarë amerikanë - Los Alamos, Argonne dhe Livermore - ishin gjithashtu të angazhuar në këtë çështje. Ata përdorën një burim shumë më të fuqishëm të rrezeve X - Burimi i Avancuar i Fotonit të Laboratorit Kombëtar Argonne, por nuk mundën të zbulonin efektin e kalbjes së induktuar, megjithëse intensiteti i rrezatimit në eksperimentet e tyre ishte disa renditje të përmasave më të larta sesa në eksperimentet e vetë Collins.. Rezultatet e tyre u konfirmuan gjithashtu nga eksperimente të pavarura në një laborator tjetër kombëtar të SHBA - Brookhaven, ku sinkrotroni i fuqishëm Kombëtar i Burimit të Dritës Synchrotron u përdor për rrezatim. Pas një sërë përfundimesh zhgënjyese, interesi i ushtrisë për këtë temë u zbeh, financimi u ndal dhe në 2004 programi u mbyll.

Municion diamanti

Ndërkohë, që në fillim ishte e qartë se me të gjitha avantazhet e saj, bomba izomere ka edhe një sërë disavantazhesh themelore. Së pari, Hf-178-m2 është radioaktive, kështu që bomba nuk do të jetë plotësisht e "pastër" (do të ndodhë ende një ndotje e zonës me hafnium "të papunuar"). Së dyti, izomeri Hf-178-m2 nuk gjendet në natyrë, dhe procesi i prodhimit të tij është mjaft i shtrenjtë. Mund të merret në një nga mënyrat e shumta - ose duke rrezatuar një objektiv të yterbium-176 me grimca alfa, ose nga protonet - tungsten-186 ose një përzierje natyrore izotopeve të tantalit. Në këtë mënyrë mund të fitohen sasi mikroskopike të izomerit të hafniumit, të cilat duhet të jenë mjaft të mjaftueshme për kërkime shkencore.

Një mënyrë pak a shumë masive për të marrë këtë material ekzotik është rrezatimi me neutrone hafnium-177 në një reaktor termik. Më saktësisht, dukej - derisa shkencëtarët llogaritën se për një vit në një reaktor të tillë nga 1 kg hafnium natyror (që përmban më pak se 20% të izotopit 177), mund të merrni vetëm rreth 1 mikrogram të një izomeri të ngacmuar (lëshimi i kjo shumë është një problem më vete). Mos thuaj asgjë, prodhim masiv! Por masa e një koke të vogël luftarake duhet të jetë të paktën dhjetëra gram … Doli që një municion i tillë nuk rezulton as "ari", por "diamanti" i çiltër …

Mbyllja shkencore

Por shumë shpejt u tregua se as këto mangësi nuk ishin vendimtare. Dhe çështja këtu nuk është tek papërsosmëria e teknologjisë apo pamjaftueshmëria e eksperimentuesve. Pika e fundit në këtë histori të bujshme u vendos nga fizikanët rusë. Në vitin 2005, Evgeny Tkalya nga Instituti i Fizikës Bërthamore të Universitetit Shtetëror të Moskës botoi në revistën Uspekhi Fizicheskikh Nauk, një artikull me titull "Zbërthimi i nxitur i izomerit bërthamor 178 m2Hf dhe një bombë izomere". Në artikull, ai përshkroi të gjitha mënyrat e mundshme për të përshpejtuar prishjen e izomerit të hafniumit. Janë vetëm tre prej tyre: ndërveprimi i rrezatimit me bërthamën dhe zbërthimi përmes një niveli të ndërmjetëm, bashkëveprimi i rrezatimit me shtresën elektronike, e cila më pas transferon ngacmimin në bërthamë dhe ndryshimi në probabilitetin e prishjes spontane.

Pas analizimit të të gjitha këtyre metodave, Tkalya tregoi se ulja efektive në gjysmën e jetës së një izomeri nën ndikimin e rrezatimit me rreze X bie thellësisht në kundërshtim me të gjithë teorinë që qëndron në themel të fizikës moderne bërthamore. Edhe me supozimet më të mira, vlerat e marra ishin urdhra të madhësisë më të vogla se ato të raportuara nga Collins. Pra, për të përshpejtuar çlirimin e energjisë kolosale, e cila gjendet në izomerin e hafniumit, është ende e pamundur. Të paktën me ndihmën e teknologjive të jetës reale.