V roce 1921 byl německý fyzik Otto Hahn docela překvapen jeho studiemi beta rozpadu uranu-X1 (jak bylo nazváno thorium-234). Dostal novou radioaktivní látku, kterou pojmenoval uran-Z. Atomová hmotnost a chemické vlastnosti nové látky se shodovaly s dříve objeveným uranem X2 (nyní známý název protactinium-234). Ale poločas byl delší. V roce 1935 získala skupina sovětských fyziků vedená Igorem Kurchatovem podobný výsledek isotopem brom-80. Po těchto objevech bylo jasné, že světová fyzika čelí něčemu neobvyklému.
Tento jev se nazývá izomerismus atomových jader. Projevuje se v existenci jader elementů, které jsou ve vzrušeném stavu, ale žijí poměrně dlouho. Tato metastabilní jádra mají mnohem nižší pravděpodobnost přechodu do méně vzrušeného stavu, protože jsou omezena pravidly vylučování a paritního vyloučení.
V naší době již bylo objeveno několik desítek izomerů, které mohou pomocí radioaktivního záření přejít do stavu obvyklého pro prvek, jakož i spontánní štěpení nebo emise protonu, je možná i vnitřní konverze.
Ze všech izomerů vzbudil největší zájem 178m2Hf.
Tento izomer hafnia má poločas rozpadu jen přes 31 let a energie latentní při jeho přechodu do normálního stavu přesahuje 300 kg v ekvivalentu TNT na kilogram hmotnosti. To znamená, že pokud je možné rychle přenést 1 kg hmoty izomerního hafnia, bude hořet jako 3 centery TNT. A to již slibuje slušné vojenské použití. Ukázalo se, že bomba je velmi silná a nelze ji nazvat jadernou - konec konců neexistuje jaderné štěpení, pouze prvek mění svou izomerní strukturu na normální.
A výzkum začal …
Propagační video:
V roce 1998 se Karl Collins a jeho kolegové z University of Texas pustili do systematického výzkumu. Vyzařovali část výše uvedeného izomeru hafnia spočívající na obráceném skle rentgenovými paprsky se stanovenými parametry. Izomer byl ozářen několik dní a citlivé senzory zaznamenávaly jeho odezvu na záření. Poté byla zahájena analýza získaných výsledků.
Dr. Karl Collins ve své laboratoři na University of Texas.
O nějaký čas později se ve fyzických recenzních dopisech objevil článek Collinse, ve kterém hovořil o experimentu „extrahování“energie izomerního přechodu pod vlivem rentgenového záření s danými parametry. Zdálo se, že bylo dosaženo zvýšení gama záření isomeru, což indikovalo zrychlení přechodu izomeru do normálního neexcitovaného stavu.
Hafnium bomba
To, co je fyzikou jen pro mysl, je armáda novým způsobem, jak zničit svůj vlastní druh. Nejenže bylo možné získat silné výbušniny (kilogram 178m2Hf odpovídá třem centimetrům TNT), ale také většina energie musela být uvolněna jako gama záření, což teoreticky umožnilo deaktivovat radioelektroniku potenciálního nepřítele.
Pokus o získání indukovaného gama záření ze vzorku Hf-178-m2.
Právní aspekty používání hafiové bomby také vypadaly velmi lákavě: když exploze bomb na jaderné izomery nedochází k přeměně jednoho chemického prvku na jiný. Proto izomer nelze považovat za jadernou zbraň, a proto podle mezinárodní dohody nespadá pod zákaz.
Pentagon přidělil na experimenty desítky milionů dolarů a práce na hafiové bombě se začala vařit. Kus 178m2Hf byl ozářen v několika vojenských laboratořích, ale nebyl tam žádný výsledek. Collins přesvědčil experimentátory, že síla jejich záření nebyla dostatečná k dosažení výsledku, a síla byla neustále zvyšována. Dostalo se k věci, že se pokusili ozařovat izomer pomocí synchrotronu Brookhaven National Laboratory. V důsledku toho byla energie počátečního ozáření stokrát zvýšena, ale stále nebyl hmatatelný účinek.
Nezmyselnost práce vyšla najevo i armádě - přece jen, i když se objeví efekt, nemůžete předem umístit synchrotron na území potenciálního nepřítele. A pak se ujali slova ekonomové. Vypočítali, že výroba 1 gramu izomeru by stála 1,2 milionu dolarů. Navíc k přípravě této produkce bude muset utratit úklid 30 miliard dolarů.
Hafnium.
V roce 2004 bylo financování projektu výrazně omezeno a po několika letech bylo zcela omezeno. Collins souhlasil se závěry svých kolegů o nemožnosti vytvoření bomby na základě izomeru hafnia, ale věří, že tuto látku lze použít k léčbě pacientů s rakovinou.