DARPA nesėkmė: viena didžiausių klaidų mokslo istorijoje

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Hafnio izomero Hf-178-m2 pagrindu pagaminta bomba gali tapti brangiausia ir galingiausia nebranduolinių sprogstamųjų įtaisų istorijoje. Bet ji to nepadarė. Dabar ši byla pripažinta viena iš labiausiai žinomų DARPA – Amerikos karinio departamento pažangių gynybos projektų agentūros – nesėkmių.

Emiteris buvo surinktas iš nebenaudojamo rentgeno aparato, kuris kadaise buvo odontologo kabinete, taip pat buitinio stiprintuvo, pirkto netoliese esančioje parduotuvėje. Tai buvo visiškai priešinga garsiam Kvantinės elektronikos centro ženklui, kuris buvo matomas įeinant į nedidelį biurų pastatą Teksaso universitete Dalase. Tačiau prietaisas susidorojo su savo užduotimi – būtent apverstą plastikinį puodelį reguliariai bombarduodavo rentgeno spindulių srove. Žinoma, pats stiklas su juo neturėjo nieko bendra – jis tiesiog tarnavo kaip stovas po vos pastebimu hafnio, tiksliau, jo izomero Hf-178-m2 pavyzdžiu. Eksperimentas truko kelias savaites. Tačiau kruopščiai apdorojęs gautus duomenis, Centro direktorius Carlas Collinsas paskelbė neabejotiną sėkmę. Įrašai iš įrašymo įrangos rodo, kad jo grupė apčiuopė būdą sukurti miniatiūrines milžiniškos galios bombas – kumščio dydžio įrenginius, galinčius sukelti dešimčių tonų įprastų sprogmenų sunaikinimo.

Taigi 1998 metais prasidėjo izomerinės bombos istorija, kuri vėliau tapo žinoma kaip viena didžiausių klaidų mokslo ir karinių tyrimų istorijoje.

Hafnis

Hafnis yra 72-asis Mendelejevo periodinės lentelės elementas. Šis sidabriškai baltas metalas pavadintas nuo lotyniško Kopenhagos miesto pavadinimo (Hafnia), kur jį 1923 m. atrado Kopenhagos teorinės fizikos instituto bendradarbiai Dickas Kosteris ir Gyordemas Hevesi.

Mokslinė sensacija

Savo ataskaitoje Collinsas rašė, kad jam pavyko užregistruoti itin nežymų rentgeno fono padidėjimą, kurį išspinduliavo apšvitintas mėginys. Tuo tarpu būtent rentgeno spinduliuotė yra 178m2Hf perėjimo iš izomerinės būsenos į įprastą požymis. Todėl, pasak Collinso, jo grupė sugebėjo pagreitinti šį procesą bombarduodama mėginį rentgeno spinduliais (kai absorbuojamas santykinai mažos energijos rentgeno fotonas, branduolys pereina į kitą sužadinimo lygį, o tada greitai pereina į seka žemės lygis, lydimas viso energijos rezervo išlaisvinimo). Norint priversti pavyzdį sprogti, samprotavo Collinsas, tereikia padidinti emiterio galią iki tam tikros ribos, po kurios paties mėginio spinduliuotės pakaks, kad sukeltų grandininę atomų perėjimo iš izomerinės būsenos reakciją. normali būsena. Rezultatas bus labai apčiuopiamas sprogimas, taip pat didžiulis rentgeno spindulių pliūpsnis.

Mokslo bendruomenė sutiko šį leidinį aiškiai nepatikliai, o viso pasaulio laboratorijose pradėti eksperimentai, siekiant patvirtinti Collinso rezultatus. Kai kurios tyrimų grupės greitai paskelbė patvirtinančios rezultatus, nors jų skaičius buvo tik nežymiai didesnis už matavimo paklaidas. Tačiau dauguma ekspertų vis dėlto manė, kad gautas rezultatas buvo neteisingo eksperimentinių duomenų interpretavimo rezultatas.

Karinis optimizmas

Tačiau šiuo darbu itin susidomėjo viena iš organizacijų. Nepaisant viso mokslo bendruomenės skepticizmo, Amerikos kariuomenė tiesiogine prasme pametė galvą nuo Collinso pažadų. Ir tai buvo nuo ko! Branduolinių izomerų tyrimas atvėrė kelią sukurti iš esmės naujas bombas, kurios, viena vertus, būtų daug galingesnės už įprastus sprogmenis ir, kita vertus, nepatektų į tarptautinius apribojimus, susijusius su jų gamyba ir naudojimu. branduoliniai ginklai (izomerų bomba nėra branduolinė, nes vienas elementas nevirsta kitu).

Izomerinės bombos gali būti labai kompaktiškos (jos neturi mažesnio masės apribojimo, nes branduolių perėjimo iš sužadintos būsenos į įprastą būseną procesas nereikalauja kritinės masės), o sprogus jos išskirtų didžiulį kiekį kietos spinduliuotės, kuri. sunaikina viską, kas gyva. Be to, hafnio bombas būtų galima vertinti kaip gana „švarias“– juk hafnio-178 pagrindinė būsena yra stabili (nėra radioaktyvi), o sprogimas vietos praktiškai neužterštų.

Išmesti pinigai

Per ateinančius kelerius metus agentūra DARPA į Hf-178-m2 tyrimą investavo kelias dešimtis milijonų dolerių. Tačiau kariškiai nelaukė, kol bus sukurtas veikiantis bombos modelis. Taip yra iš dalies dėl nesėkmingo tyrimo plano: atlikdamas keletą eksperimentų, kuriuose buvo naudojami galingi rentgeno spinduliuotės įrenginiai, Collinsas negalėjo parodyti jokio reikšmingo apšvitintų mėginių fono padidėjimo.

Per kelerius metus kelis kartus buvo bandoma pakartoti Collinso rezultatus. Tačiau jokia kita mokslinė grupė negalėjo patikimai patvirtinti izomerinės hafnio būsenos skilimo pagreitėjimo. Šiuo klausimu taip pat užsiėmė fizikai iš kelių Amerikos nacionalinių laboratorijų – Los Alamos, Argonne ir Livermore. Jie naudojo daug galingesnį rentgeno šaltinį – Argonne nacionalinės laboratorijos Išplėstinį fotonų šaltinį, bet negalėjo aptikti sukelto skilimo poveikio, nors spinduliuotės intensyvumas jų eksperimentuose buvo keliomis eilėmis didesnis nei paties Collinso eksperimentuose.. Jų rezultatus patvirtino ir nepriklausomi eksperimentai kitoje JAV nacionalinėje laboratorijoje – Brookhaven, kur apšvitinimui buvo naudojamas galingas National Synchrotron Light Source sinchrotronas. Po daugybės nuviliančių išvadų kariškių susidomėjimas šia tema išblėso, finansavimas nutrūko, o 2004 metais programa buvo uždaryta.

Deimantiniai šoviniai

Tuo tarpu nuo pat pradžių buvo aišku, kad, nepaisant visų savo privalumų, izomerinė bomba turi ir nemažai esminių trūkumų. Pirma, Hf-178-m2 yra radioaktyvus, todėl bomba nebus visiškai „švari“(šiek tiek užteršta „neapdorotu“hafniu). Antra, gamtoje Hf-178-m2 izomero nebūna, o jo gamybos procesas yra gana brangus. Jį galima gauti vienu iš kelių būdų – arba apšvitinant iterbio-176 taikinį alfa dalelėmis, arba protonais – volframu-186 arba natūralų tantalo izotopų mišinį. Tokiu būdu galima gauti mikroskopinius hafnio izomero kiekius, kurių turėtų visiškai pakakti moksliniams tyrimams.

Daugiau ar mažiau masinis šios egzotiškos medžiagos gavimo būdas yra apšvitinimas hafnio-177 neutronais šiluminiame reaktoriuje. Tiksliau, atrodė – kol mokslininkai nepaskaičiavo, kad per metus tokiame reaktoriuje iš 1 kg natūralaus hafnio (kuriame yra mažiau nei 20 % izotopo 177) galima gauti tik apie 1 mikrogramą sužadinto izomero (išsiskiria ši suma yra atskira problema). Nieko nesakyk, masinė gamyba! Tačiau mažos kovinės galvutės masė turėtų būti bent dešimtys gramų… Paaiškėjo, kad tokia amunicija pasirodo net ne „auksinė“, o tiesiog „deimantinė“…

Mokslinis uždarymas

Tačiau netrukus paaiškėjo, kad šie trūkumai taip pat nebuvo lemiami. Ir čia esmė ne technologijų netobulėjime ar eksperimentuotojų netinkamumuose. Paskutinį tašką šioje sensacingoje istorijoje padėjo rusų fizikai. 2005 m. Jevgenijus Tkalya iš Maskvos valstybinio universiteto Branduolinės fizikos instituto žurnale Uspekhi Fizicheskikh Nauk paskelbė straipsnį „Sukeltas branduolinio izomero 178m2Hf irimas ir izomerinė bomba“. Straipsnyje jis išdėstė visus galimus būdus, kaip pagreitinti hafnio izomero skilimą. Jų yra tik trys: spinduliuotės sąveika su branduoliu ir skilimas per tarpinį lygį, spinduliuotės sąveika su elektronų apvalkalu, kuris vėliau perduoda sužadinimą branduoliui, ir savaiminio skilimo tikimybės pokytis.

Išanalizavęs visus šiuos metodus, Tkalya įrodė, kad efektyvus izomero pusinės eliminacijos periodo sumažėjimas, veikiamas rentgeno spinduliuotės, labai prieštarauja visai teorijai, kuria grindžiama šiuolaikinė branduolinė fizika. Net ir turint pačias palankiausias prielaidas, gautos vertės buvo daug mažesnės nei Collinso pateiktos vertės. Taigi paspartinti kolosalios energijos, esančios hafnio izomere, išsiskyrimą vis dar neįmanoma. Bent jau realių technologijų pagalba.