DARPA neveiksme: viena no lielākajām kļūdām zinātnes vēsturē

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Bumba, kuras pamatā ir hafnija izomērs Hf-178-m2, varētu kļūt par visdārgāko un jaudīgāko sprāgstvielu, kas nav saistītas ar kodolu, vēsturē. Bet viņa to nedarīja. Tagad šī lieta ir atzīta par vienu no bēdīgi slavenākajām DARPA - Amerikas militārā departamenta Uzlaboto aizsardzības projektu aģentūras - neveiksmēm.

Izstarotājs tika salikts no izmesta rentgena aparāta, kas savulaik atradās zobārsta kabinetā, kā arī no tuvējā veikalā iegādāta sadzīves pastiprinātāja. Tas bija krasā pretstatā skaļajai Kvantu elektronikas centra zīmei, kas bija redzama ieejot nelielā biroja ēkā Teksasas Universitātē Dalasā. Tomēr ierīce tika galā ar savu uzdevumu – proti, regulāri ar rentgena staru straumi bombardēja apgrieztu plastmasas krūzi. Protams, pašam stiklam ar to nebija nekāda sakara - tas vienkārši kalpoja kā statīvs zem tikko pamanāma hafnija parauga, pareizāk sakot, tā izomēra Hf-178-m2. Eksperiments ilga vairākas nedēļas. Taču pēc rūpīgas iegūto datu apstrādes centra direktors Karls Kolinss paziņoja par neapšaubāmu panākumu. Ieraksti no ierakstīšanas aparatūras liecina, ka viņa grupa ir iztaustījusi veidu, kā izveidot miniatūras kolosālas jaudas bumbas - dūres izmēra ierīces, kas spēj radīt iznīcināšanu, kas līdzvērtīga desmitiem tonnu parastu sprāgstvielu.

Tātad 1998. gadā sākās izomērbumbas vēsture, kas vēlāk kļuva pazīstama kā viena no lielākajām kļūdām zinātnes un militārās pētniecības vēsturē.

Hafnijs

Hafnijs ir Mendeļejeva periodiskās tabulas 72. elements. Šis sudrabaini baltais metāls savu nosaukumu cēlies no Kopenhāgenas pilsētas (Hafnia) latīņu nosaukuma, kur to 1923. gadā atklāja Kopenhāgenas Teorētiskās fizikas institūta līdzstrādnieki Diks Kosters un Džordems Hevesi.

Zinātniska sensācija

Savā ziņojumā Kolinss rakstīja, ka viņam izdevies reģistrēt ārkārtīgi nenozīmīgu rentgena fona palielināšanos, ko izstaro apstarotais paraugs. Tikmēr tieši rentgena starojums liecina par 178m2Hf pāreju no izomēra stāvokļa uz parasto. Līdz ar to, apgalvoja Kolinss, viņa grupa varēja paātrināt šo procesu, bombardējot paraugu ar rentgena stariem (kad tiek absorbēts rentgenstaru fotons ar salīdzinoši zemu enerģiju, kodols pāriet uz citu ierosinātu līmeni, un pēc tam notiek strauja pāreja uz seko zemes līmenis, ko pavada visas enerģijas rezerves atbrīvošana). Lai piespiestu paraugu eksplodēt, Kolinss sprieda, ir nepieciešams tikai palielināt emitētāja jaudu līdz noteiktai robežai, pēc kuras paša parauga starojums būs pietiekams, lai izraisītu ķēdes reakciju atomu pārejai no izomēra stāvokļa. normāls stāvoklis. Rezultāts būs ļoti jūtams sprādziens, kā arī kolosāls rentgenstaru uzliesmojums.

Zinātniskā sabiedrība šo publikāciju uztvēra ar nepārprotamu neticību, un laboratorijās visā pasaulē sākās eksperimenti, lai apstiprinātu Kolinsa rezultātus. Dažas pētniecības grupas ātri paziņoja par rezultātu apstiprināšanu, lai gan to skaits bija tikai nedaudz lielāks par mērījumu kļūdām. Tomēr lielākā daļa ekspertu uzskatīja, ka iegūtais rezultāts ir nepareizas eksperimentālo datu interpretācijas rezultāts.

Militārais optimisms

Tomēr viena no organizācijām bija ārkārtīgi ieinteresēta šajā darbā. Neskatoties uz visu zinātnieku aprindu skepsi, amerikāņu militāristi burtiski zaudēja galvu no Kolinsa solījumiem. Un tas bija no kā! Kodolizomēru izpēte pavēra ceļu principiāli jaunu bumbu radīšanai, kas, no vienas puses, būtu daudz jaudīgākas par parastajām sprāgstvielām un, no otras puses, neattiektos uz starptautiskiem ierobežojumiem, kas saistīti ar sprāgstvielu ražošanu un izmantošanu. kodolieroči (izomērbumba nav kodolbumba, jo nenotiek viena elementa pārveide citā).

Izomēru bumbas varētu būt ļoti kompaktas (tām nav mazāka masas ierobežojuma, jo kodolu pārejas procesam no ierosinātā stāvokļa parastā stāvoklī nav nepieciešama kritiskā masa), un sprādzienā tās izdalītu milzīgu daudzumu cietā starojuma, kas. iznīcina visu dzīvo. Turklāt hafnija bumbas varētu uzskatīt par salīdzinoši "tīrām" - galu galā hafnija-178 pamatstāvoklis ir stabils (tas nav radioaktīvs), un sprādziens praktiski nepiesārņotu teritoriju.

Izmesta nauda

Dažu nākamo gadu laikā aģentūra DARPA ieguldīja vairākus desmitus miljonu dolāru Hf-178-m2 izpētē. Tomēr militārpersonas negaidīja bumbas darba modeļa izveidi. Daļēji tas ir saistīts ar izpētes plāna neveiksmi: vairāku eksperimentu laikā, izmantojot jaudīgus rentgenstaru izstarotājus, Kolinss nespēja pierādīt nekādu būtisku apstaroto paraugu fona palielināšanos.

Vairāku gadu laikā vairākas reizes ir veikti mēģinājumi atkārtot Kolinsa rezultātus. Tomēr neviena cita zinātniskā grupa nav spējusi ticami apstiprināt hafnija izomēra stāvokļa sabrukšanas paātrināšanos. Šajā jautājumā bija iesaistīti arī fiziķi no vairākām Amerikas nacionālajām laboratorijām - Los Alamos, Argonne un Livermore. Viņi izmantoja daudz jaudīgāku rentgenstaru avotu - Argonnas Nacionālās laboratorijas Advanced Photon Source, taču nevarēja noteikt inducētās sabrukšanas efektu, lai gan radiācijas intensitāte viņu eksperimentos bija par vairākām kārtām augstāka nekā paša Kolinsa eksperimentos.. To rezultātus apstiprināja arī neatkarīgi eksperimenti citā ASV nacionālajā laboratorijā - Brūkheivenā, kur apstarošanai tika izmantots jaudīgais National Synchrotron Light Source sinhrotrons. Pēc virknes sarūgtinošu secinājumu militārpersonu interese par šo tēmu izzuda, finansējums apstājās, un 2004. gadā programma tika slēgta.

Dimanta munīcija

Tikmēr jau no paša sākuma bija skaidrs, ka, neraugoties uz visām priekšrocībām, izomērbumbai ir arī vairāki būtiski trūkumi. Pirmkārt, Hf-178-m2 ir radioaktīvs, tāpēc bumba nebūs līdz galam "tīra" (joprojām būs zināms teritorijas piesārņojums ar "neapstrādātu" hafniju). Otrkārt, Hf-178-m2 izomērs dabā nav sastopams, un tā ražošanas process ir diezgan dārgs. To var iegūt vienā no vairākiem veidiem - vai nu apstarojot iterbija-176 mērķi ar alfa daļiņām, vai ar protoniem - volframu-186 vai dabisku tantala izotopu maisījumu. Tādā veidā var iegūt mikroskopiskus hafnija izomēra daudzumus, kam vajadzētu pietikt zinātniskiem pētījumiem.

Vairāk vai mazāk masīvs veids, kā iegūt šo eksotisko materiālu, ir apstarošana ar hafnija-177 neitroniem termiskā reaktorā. Precīzāk, tas izskatījās - līdz brīdim, kad zinātnieki aprēķināja, ka gadu šādā reaktorā no 1 kg dabiskā hafnija (kas satur mazāk nekā 20% izotopa 177) var iegūt tikai aptuveni 1 mikrogramu ierosinātā izomēra (izdalīšanās šī summa ir atsevišķa problēma). Nesaki neko, masveida ražošana! Bet nelielas kaujas galviņas masai vajadzētu būt vismaz desmitiem gramu … Izrādījās, ka šāda munīcija nav pat "zelta", bet gan tieši "dimanta" …

Zinātniskā slēgšana

Taču drīz vien izrādījās, ka arī šīs nepilnības nebija izšķirošas. Un šeit nav runa par tehnoloģiju nepilnībām vai eksperimentētāju nepilnībām. Pēdējo punktu šajā sensacionālajā stāstā izvirzīja krievu fiziķi. 2005. gadā Jevgeņijs Tkaļa no Maskavas Valsts universitātes Kodolfizikas institūta žurnālā Uspekhi Fizicheskikh Nauk publicēja rakstu “Kodolizomēra 178m2Hf un izomērbumbas izraisītā sabrukšana”. Rakstā viņš izklāstīja visus iespējamos veidus, kā paātrināt hafnija izomēra sabrukšanu. Tie ir tikai trīs: starojuma mijiedarbība ar kodolu un sabrukšana caur starplīmeni, starojuma mijiedarbība ar elektronu apvalku, kas pēc tam nodod ierosmi uz kodolu, un spontānas sabrukšanas varbūtības izmaiņas.

Pēc visu šo metožu analīzes Tkalja parādīja, ka efektīva izomēra pussabrukšanas perioda samazināšanās rentgena starojuma ietekmē ir dziļi pretrunā visai teorijai, kas ir mūsdienu kodolfizikas pamatā. Pat ar vislabvēlīgākajiem pieņēmumiem iegūtās vērtības bija par kārtas mazākas nekā Kolinsa ziņotās vērtības. Tāpēc joprojām nav iespējams paātrināt kolosālās enerģijas izdalīšanos, ko satur hafnija izomērs. Vismaz ar reālās dzīves tehnoloģiju palīdzību.