В 1921 году немецкий физик Отто Ган был немало удивлен своими исследованиями бета-распада урана-X1 (так тогда называли торий-234). Он получил новое радиоактивное вещество, которому дал название уран-Z. Атомный вес и химические свойства нового вещества совпадали с ранее открытым ураном-X2 (привычное нам сейчас название протактиний-234). Вот только период полураспада был больше. В 1935 году группа советских физиков во главе с Игорем Курчатовым получила подобный результат с изотопом брома-80. После этих открытий стало ясно, что мировая физика столкнулась с чем-то непривычным.

Это явление получило название изомерия атомных ядер. Она проявляется в существовании ядер элементов пребывающих в возбужденном состоянии, но живущих довольно долгий срок. Эти метастабильные ядра имеют гораздо меньшую вероятность перехода в менее возбужденное состояние, поскольку имеют ограничения правилами запрета по спину и четности.

К нашему времени уже открыто несколько десятков изомеров, которые могут переходить в обычное для элемента состояние путем радиоактивного излучения, а также спонтанного деления или излучения протона, возможна так же внутренняя конверсия.

Среди всех изомеров наибольший интерес вызвал 178m2Hf.

Hf означает гафний, 178 это его атомная масса, латинская буква m указывает на то, что мы имеем дело с изомером, а цифра 2 показывает, что у данного изотопа гафния имеется еще 1 изомер с менее возбужденным состоянием.

У этого изомера гафния период полураспада чуть больше 31 года, а энергия скрытая в его переходе в нормальное состояние превышает 300 кг в тротиловом эквиваленте на килограмм массы. То есть, если удастся быстро перевести 1 кг массы изомерного гафния, то он жахнет подобно 3 центнерам тротила. А это уже сулит приличное военное употребление. Бомба получится весьма мощная, причем ядерной ее называть нельзя — ведь нет никакого деления ядер, просто элемент меняет свою изомерную структуру на нормальную.

И начались изыскания...

В 1998 году Карл Коллинз с коллегами по техасскому университету приступили к планомерным исследованиям. Они облучали рентгеновским излучениям с заданными параметрами кусочек вышеупомянутого изомера гафния, покоящегося на перевернутом стакане. Несколько дней шло облучение изомера, а чувствительные датчики записывали его реакцию на излучение. Затем начался анализ полученных результатов.


Спустя некоторое время в издании Physical Review Letters появилась статья Коллинза, в которой он рассказывал об эксперименте по «извлечению» энергии изомерного перехода под воздействием рентгеновского излучения с заданными параметрами. Вроде бы получилось увеличение гамма-излучения изомера, что свидетельствовало об ускорении перехода изомера в нормальное невозбужденное состояние.

Гафниевая бомба

Часто, то что для физиков всего лишь игра ума, для военных новый способ уничтожения себе подобных. Мало того, что можно было получить мощную взрывчатку (килограмм 178m2Hf эквивалентен трем центнерам тротила), так еще и большая часть энергии должна была выделиться в качестве гамма-излучения, что теоретически позволяло вывести из строя радиоэлектронику вероятного противника.


Также очень заманчиво выглядели и юридические аспекты применения гафниевой бомбы: при взрыве бомб на ядерных изомерах не происходит превращения одного химического элемента в другой. Соответственно, изомер не может считаться ядерным оружием и, как следствие, согласно международному соглашению под запрет оно не попадает.

Пентагон выделил на эксперименты десятки миллионов долларов, и работа над гафниевой бомбой закипела. Кусок 178m2Hf облучали в нескольких военных лабораториях, но результата не было. Коллинз убеждал экспериментаторов, что мощность их излучения недостаточна для получения результата, и мощность постоянно наращивали. Дошло до того, что изомер попробовали облучать с помощью синхротрона Брукхейвенской национальной лаборатории. В результате энергию начального облучения повысили в сотни раз, а осязаемого эффекта все не было.

Бессмысленность работ стала понятна даже военным — ведь даже если эффект и появится, не разместишь же заранее на территории вероятного противника синхротрон. А затем слово взяли экономисты. Они высчитали, что производство 1 грамма изомера обойдется в 1,2 миллиона долларов. Да еще для подготовки этого производства придется затратить кругленькую сумму в 30 миллиардов долларов.


В 2004 году финансирование проекта резко урезали, а через пару лет и вовсе свернули. Коллинз согласился с выводами коллег о невозможности создания бомбы на основе изомера гафния, но полагает, что это вещество можно использовать для лечения онкобольных...