Полунаука и гафниевые бомбы

Во второй половине 1998 года небольшая группа учёных и студентов из Университета Техаса запустила невероятный эксперимент. Внутри большого здания, помеченного знаком «Центр Квантовой Электроники», команда исследователей запустила самодельный рентгеновский излучатель, и направила его луч на перевернутый одноразовый стаканчик для кофе. Наверху стаканчика находился крохотный кусочек одного из самых дорогих материалов на Земле: вариация химического элемента гафния, известная как Hf-178-m2.

Хитрое изобретение учёных – устройство, собранное из зубного рентгеновского аппарата и аудио-усилителя – в течение нескольких дней бомбардировало образец радиацией, в то время как датчики тихо записывали полученные данные. Когда эксперимент был закончен, и данные тщательно изучены, глава проекта доктор Карл Б. Коллинс объявил о его однозначном успехе. Если его выводы были верны, Коллинс и его коллеги возможно нашли ключ к созданию бомб размером с кулак, которые могут причинять разрушения, эквивалентные дюжине тонн традиционной взрывчатки. Несмотря на скептическое отношение со стороны научного сообщества, Министерство Обороны США с тех пор потратило миллионы долларов на апробацию полученных результатов.

Гафний-178-М2 – это радиоизотоп,  атомная структура, в которой частицы ядра «заряжены» большим, чем обычно, количеством энергии. Большинство подобных изотопов нестабильны, крайне недолговечны, и постоянно излучают излишек своей энергии в виде гамма-излучения, стремясь вернуться в нейтральное состояние. Но некоторые разновидности, такие как Гафний-178-М2 имеют строение, которое препятствует немедленной «разрядке», переводя изотоп в положение «практически- стабильного».

Это интересное свойство позволяет практически-стабильным изотопам выступать в роли «энергетической губки», накапливая огромные количества энергии, и излучая её крайне медленно. Гафний-178-М2 имеет период полураспада 31 год, а это значит, что половина запасённой изотопом энергии будет излучаться в виде гамма-радиации на протяжении практически 30 лет. Гафний также известен тем, что имеет наибольший запас энергии среди практически-стабильных изотопов; половина чайной ложки чистого Гафния-178-М2 содержит почти такое же количество потенциальной энергии, что и одна тонна ТНТ.

Цель эксперимента доктора Коллинса заключалась в исследовании возможности получать всю энергию этих изотопов «по приказу». Согласно его теории, правильное применение рентгеновских лучей могло заставить ядра атомов излучать всю их энергию в очень короткий промежуток времени, в ходе процесса, известного как «принудительная гамма эмиссия». Чтобы проверить эту теорию, несколько студентов Коллинса добыли подержанный стоматологический рентгеновский аппарат, объединили его с мощным аудио-усилителем, и в течение нескольких недель облучали с его помощью крошечный кусочек Гафния-178-М2. Затем доктор Коллинс обобщил полученные данные и подвел итоги.

Согласно отчету, который Коллинс опубликовал в научном журнале «Physical Review Letters», его эксперимент позволил привести изотопы гафния в состояние ускоренного распада. Его чувствительная аппаратура зарегистрировала небольшое, но несомненное увеличение уровня гамма-излучения в ходе испытания. Вывод был ясен: если есть возможность ускорить процесс излучения энергии в малой степени, вероятно существует и совокупность условий, при которой атомы смогут выбросить всю свою энергию чрезвычайно быстро.

Допущение, сделанное Коллинсом было встречено бурей скептицизма и насмешек. Многие учёные чувствовали дискомфорт в связи с его громкими заявлениями и большой вероятностью ошибок в его эксперименте. Действительно, его находка несколько противоречила законам физики, согласно которым ядра атомов считались практически нейтральными к электромагнитному излучению. Тем не менее, любопытство подвигло некоторых учёных провести серию независимых экспериментов, с целью воспроизвести полученные результаты.

Эта концепция также привлекла внимание Пентагона. Поскольку изотопная бомба представляла бы новый класс не-ядерного оружия, она могла бы удачно обойти ограничения Соглашения о Нераспространении Ядерного Оружия от 1968 года. Более того, работающее гафниевое устройство могло затопить зону своего поражения невероятным количеством проникающего гамма-излучения, расплавив плоть всех людей, оказавшихся поблизости – даже тех, кто был защищён стенами бункеров. Но наиболее привлекательным аспектом изотопной реакции была возможность упаковать весь этот разрушительный потенциал в удобный небольшой объём.

Во второй половине 1990-х россыпь значков «Я верю в изотопы» начинает появляться на лацканах чинов из оборонного ведомства. Питер Циммерман – ведущий научный сотрудник американского Агентства по Контролю над Разоружением и Оборотом Оружия – сталкивался с абсурдными намерениями экспериментировать с реакцией возбуждения изотопов в годы получения своей степени доктора наук в области ядерной физики, так что он не торопился удостоить несколько сомнительную идею финансированием. Однако в его ответственность входила задача убедиться, что Соединенные Штаты идут в ногу с появляющимися технологиями. Чтобы разрешить свою дилемму, Циммерман прибегает к помощи консилиума «Аргонавтов». Названная в честь мифического героя древнегреческих сказаний, Группа Советников «Аргонавты» была основана в 1960-х годах с целью консультирования правительства в спорных научных вопросах. Группа состояла из физиков, биологов, химиков, океанографов, и математиков, отобранных другими членами совета из числа лучших представителей американской науки.

После краткого расследования, Аргонавты дали возможности запуска изотопной реакции весьма скептическую оценку. Группа элитных учёных заключила, что эксперимент по воздействию на гафний рентгеновскими лучами не демонстрирует значимого увеличения скорости распада. Вдобавок, Аргонавты определили, что успешный запуск распада изотопа не сможет инициировать необходимую цепную реакцию вследствие рассеивания энергии. Энтузиасты изотопов были еще более остужены тем простым наблюдением, что подобное оружие потребовало бы мощного экранирования для защиты операторов от чрезвычайно радиоактивного гафния.

В то время, как Коллинс продолжал докладывать об успехах своих экспериментов, физики из Аргоннской Национальной Лаборатории применили собственный мощный рентгеновский излучатель в попытке извлечь запасенную энергию из кусочка Гафния-178-М2. В ходе эксперимента четырнадцать учёных из Департамента Энергетики не зафиксировали увеличения уровня гамма-излучения, что доктор Коллинс списал на низкий уровень энергии их рентгеновского излучателя. Настроенные всё ещё скептически, Аргоннские исследователи повторили эксперимент уже с рекомендованными параметрами, но это опять не дало ожидаемых результатов. Стойкий в своих убеждениях Коллинс опять списал проблему на мелкие погрешности в эксперименте.

Несмотря на заключения Аргонавтов, и исследования Аргоннской группы, Агентство Передовых Оборонных Исследовательских Проектов (DARPA) вложило миллионы долларов в различные эксперименты с гафнием, подогреваемые слухами о зарубежных правительствах, запускающих свои собственные исследования изотопного оружия.

Пентагонский Альманах Контроля Военных Технологий даже описал Гафний-178-М2 как «имеющий потенциал произвести революцию во всех областях военного дела».

Однако  эксперименты по стимуляции вынужденного излучения энергии радиоизотопов показали, что даже при идеальных условиях, требуемое количество изотопов будет стоить около одного миллиона долларов за грамм, не считая 30 миллиардных инвестиций в производственные установки. Исследования также указали на тот факт, что радиоизотопы гафния полностью не поглощаются даже в случае успешного запуска реакции – следовательно, каждая такая бомба будет производить обширное загрязнение радиоактивными веществами зоны своего поражения.

Несмотря на все эти недостатки, перспектива использования принудительной гамма эмиссии в качестве оружия не потерпела полного фиаско. Несколько последующих экспериментов показали, что запуск реакции гафния вероятно действительно возможен. Эксперименты с рентгеновским излучением в Государственном Университете Луизианы похоже подтвердили результаты Коллинса, и независимая команда DARPA присвоила их эксперименту статус «успешного». Также в разработке находятся несколько прототипов не-бомбового оружия, включая устройство, способное сфокусировать гамма-излучение в когерентный смертоносный луч: гамма-лучевой лазер.

Тем не менее, Агентство Передовых Оборонных Исследовательских Проектов сократило большую часть финансирования для исследований гафниевого оружия в 2004 году в связи с недостаточной уверенностью в выбранной технологии.

В старом научном сарае доктора Коллинса в Университете Техаса, исходная экспериментальная установка из стаканчика для кофе сохранена для потомков под стеклянным колпаком, с надписью «Мемориальная Подставка для Эксперимента Доктора К». Доктор Коллинс по-прежнему оптимистично относится к перспективам реакций изотопного запуска, но его теории отнюдь не сводятся к созданию оружия разрушения. Он полагает, что тщательно рассчитанные дозы гафниевых изотопов могут однажды обеспечить гамма-излучение необходимое для лечения раковых опухолей. Умеренное, не взрывоподобное высвобождение запасённой энергии, может также позволить изотопам выступать в качестве своеобразных высокоэнергетических аккумуляторов.

Безотносительно того, возможен или нет запуск реакции Гафния-178-М2, эксперименты с накапливающими энергию изотопами все еще могут найти несколько интересных применений. Как отметил Джеймс Кэрролл – один из студентов доктора Коллинса и сотрудник Агентства Передовых Оборонных Исследовательских Проектов – «Возможно, мы никогда не сможем извлечь из этого пользу […] но несмотря на это, мы узнаем много нового о том, как атомные ядра реагируют на человеческие попытки чем-нибудь их побомбардировать».

http://www.damninteresting.com/half-science-and-hafnium-bombs/#more-773