Споры о гафнии

Споры о гафнии дебаты о возможности «вызвать» быстрое высвобождение энергии посредством гамма-излучения из ядерного изомера гафния представляли собой . ^178м2 Хф . В каждом событии выделение энергии на 5 порядков (в 100 000 раз) больше, чем при типичной химической реакции, но на 2 порядка меньше, чем при реакции ядерного деления. В 1998 году группа под руководством Карла Коллинза из Техасского университета в Далласе сообщила, что успешно инициировав такой триггер. Отношение сигнал/шум в тех первых экспериментах было небольшим, и на сегодняшний день ни одна другая группа не смогла повторить эти результаты. Питер Циммерман (американский физик-ядерщик и эксперт по контролю над вооружениями) назвал заявления о потенциале создания оружия основанными на « очень плохой науке ».

Фон

Основная статья: Гамма-излучение, индуцированное частицами

^178м2 Hf является особенно интересным кандидатом для экспериментов по индуцированной гамма-эмиссии (ИГЭ), поскольку ^178м2 Hf Энергия на 2,5 МэВ на ядро ​​выше, чем у Hf в основном состоянии, и он имеет длительный период полураспада — 31 год . Если бы гораздо более низкоэнергетическое излучение какого-либо агента могло «запустить» высвобождение этой накопленной энергии до того, как большая часть этого запускающего излучения рассеется в конкурирующих процессах, и если бы запускающее излучение могло быть эффективно регенерировано с помощью гамма-излучения с энергией 2,5 МэВ, это могло бы быть возможен запуск каскада гамма-фотонов. Долгий период полураспада ^178м2 Hf может позволить создать вещество с достаточным количеством этих энергичных ядер, необходимых для стимулированного излучения , то есть лазер гамма-излучения. В то время как индуцированное излучение фотона высокой энергии фотоном с более низкой энергией увеличивает мощность поля излучения, стимулированное излучение добавляет когерентности .

Несмотря на все оговорки относительно рассеивания запускающего фотона и его эффективного восстановления активным фотоном, этот процесс в принципе может привести к созданию двигателей ядерных реакций , а также к более точным радиометрическим устройствам.Предложение показать эффективность «запуска» ^178м2 Hf был одобрен на семинаре перспективных исследований НАТО (NATO-ARW), проходившем в Предяле в 1995 году. Хотя предложение заключалось в использовании падающих протонов для бомбардировки мишени, α-частицы были доступны, когда был запланирован первый эксперимент. Это сделали французская, российская, румынская и американская команды. Результаты были сказаны было экстраординарным, но результаты не были опубликованы. Тем не менее, ^178м2 Предполагалось, что Hf имеет особое значение для потенциальных применений ИГЭ. Споры быстро разгорелись, в основном между первоначальными сторонниками ^178м2 Он имел потенциальное военное применение в качестве гамма-лазерного оружия или ненейтронного, но все же ядерного взрывчатого вещества, а также критиков, которые не принимали во внимание такие возможности из-за практических препятствий на этом пути: ^178м2 Hf трудно получить и практически невозможно отделить от основного состояния Hf, поглощение триггерных рентгеновских лучей с более низкой энергией связанными электронами вокруг ядра Hf и ничтожная вероятность воссоздать триггерное рентгеновское излучение, начиная с срабатывание самого рентгеновского излучения путем многократного случайного рассеяния. Тем не менее, военное применение было достаточно заманчивым, чтобы попытаться сделать ^178м2 Hf во что-то полезное (а не в интригующее ядро, подходящее только для академических исследований).

Важность

• ^178м2 Hf имеет самую высокую энергию возбуждения среди всех сравнительно долгоживущих изомеров. Один грамм чистого ^178м2 Hf содержит около 1330 мегаджоулей энергии, что эквивалентно примерно 300 килограммам (660 фунтов) взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте . Период полураспада ^178м2 Hf составляет 31 год или 1 Гс (гигасекунда, 1 000 000 000 секунд), так что естественная радиоактивность грамма составляет 2,40 ТБк (65 Ки). Активность заключается в каскаде проникающих гамма-лучей, самая энергичная из которых составляет 0,574 МэВ. Для безопасности человека потребовалась бы существенная защита, если бы образец содержал один грамм чистого изомера. Однако пока ядерный изомер существует только в низких концентрациях (<0,1%) в составе мультиизотопного гафния.
• Вся высвободившаяся энергия будет в форме фотонов; Рентгеновские и гамма-лучи.
• Если бы вся энергия ядра могла быть высвобождена за короткое время (например, за одну наносекунду), один грамм чистого ^178м2 Hf мог бы произвести рентгеновский всплеск чрезвычайно высокой мощности порядка 1 ГДж/нс или 1 эксаватт (1 х 10 ¹⁸ В). Однако количественные оценки показывают, что энергия, выделяемая ядерным изомером, значительно меньше энергии, необходимой для инициирования процесса; мощность, необходимая для инициирования ИГЭ, должна была бы возникнуть в течение более короткого периода времени, чем высвобождение ядерной энергии, и, следовательно, была бы еще более крайне непропорциональной.
• Характерные временные рамки процессов, задействованных в приложениях, будут благоприятствовать поглощению всей исходной радиоактивности. В процессе запуска образца с помощью IGE будут использоваться фотоны для запуска и производства фотонов в качестве продукта. Распространение фотонов происходит со скоростью света, а механическая разборка мишени будет происходить со скоростью, сравнимой со скоростью звука. Неактивированный ^178м2 Материал Hf, возможно, не сможет избежать спровоцированного события, если фотоны сначала не вступят во взаимодействие с электронами.
• И предложение НАТО-ARW, и фрагментарные результаты последующего эксперимента показали, что энергия фотона, необходимая для инициирования IGE из ^178м2 Hf будет меньше 300 кэВ. Было доступно множество экономичных источников такого низкоэнергетического рентгеновского излучения для доставки довольно больших потоков к образцам скромных размеров.
• Образцы ^178м2 Hf был и остается доступным только в низких концентрациях (<0,1%), без какого-либо четкого способа повышения этой концентрации.

Хронология заметных событий

• Примерно в 1997 году консультативная группа JASONS собрала показания о срабатывании ядерных изомеров. Консультативная группа JASON Defense опубликовала соответствующий публичный отчет заявив, что они пришли к выводу, что такое невозможно и не следует предпринимать попыток. Несмотря на промежуточные публикации в рецензируемых журналах статей, написанных международной командой, сообщающей об IGE из ^178м2 Примерно в 2003 году IDA взяла показания, опять же, у соответствующих ученых по вопросам достоверности сообщаемых результатов. Профессор Карл Коллинз, ведущий американский член группы, опубликовавшей успехи, не дал показаний.

Эксперимент по получению ИГЭ из образца ядерного изомера ^178м2 Хф. (слева направо) Студенты на дежурстве; (с лестницей) самый стабильный в мире канал для монохроматического рентгеновского излучения, BL01B1; (справа) главное кольцо синхротрона Спринг-8 в Хёго.

• Примерно в 2003 году DARPA инициировало поисковое исследование под названием «Стимулированное высвобождение энергии изомеров» (SIER), и это вызвало общественный интерес на обоих уровнях. и на профессиональном уровне.

• В первую очередь SIER сосредоточил внимание на том, являются ли значительные объемы ^178м2 Hf можно производить по приемлемым ценам для возможных применений. Закрытой комиссии под названием HIPP было поручено выполнить эту задачу, и она пришла к выводу, что может. Однако учёный из конфиденциальной экспертной комиссии DARPA HIPP «слил» в прессу предвзятые, но предварительные опасения. Это необоснованное утверждение привело в движение последующий каскад неточных сообщений о так называемых «возмутительных издержках» запуска изомеров.
• Удовлетворив поручение комиссии HIPP изучить проблему производства по приемлемым ценам, программа SIER перешла к вопросу окончательного подтверждения отчетов IGE от ^178м2 Хф. Задача TRiggering Isomer Proof (TRIP) была поручена DARPA и поручена полностью независимой команде от тех, кто ранее сообщал об успехе. «Золотым стандартом» триггера изомера гафния стала диссертация Русу. Эксперимент TRIP потребовал независимого подтверждения диссертации Русу. Оно имело успех, но не было опубликовано.
• К 2006 году команда Коллинза опубликовала несколько статей, подтверждающих их первоначальные наблюдения за IGE из ^178м2 Хф. Перепечатки (доступны по ссылке) статей, опубликованных после 2001 года, описывают работы, проведенные с перестраиваемыми монохроматическими рентгеновскими пучками от света синхротронных источников SPring-8 в Хиого и SLS в Виллигене.
• К 2006 году было 2 статьи который утверждал, что опровергает возможности IGE из ^178м2 Hf и три теоретические статьи, написанные одним и тем же человеком, в которых говорится, почему это невозможно осуществить с помощью конкретных шагов, предусмотренных автором. Первые два описывали синхротронные эксперименты, в которых рентгеновские лучи не были монохроматическими.
• В 2007 году Перейра и др. подсчитали, что стоимость электрической энергии для хранения энергии в ядерном изомере составляет порядка 1 доллара за Дж; строительство и обслуживание ускорителя частиц, необходимого для этой цели, требует дополнительных усилий. Любое разумное взрывное устройство, например ручная граната, может содержать от 10 до 100 г тротила, что соответствует 40-400 кДж, при стоимости в десятки долларов или, по крайней мере, в 10 000 раз меньше этой оценки содержания изомерной энергии в ядро. Такая чрезмерная стоимость делает любое устройство на основе ядерных изомеров слишком дорогим, чтобы его можно было использовать на практике, а исследования, мотивированные его потенциальным применением, - пустой тратой денег (в отличие от исследований ядерных изомеров исключительно для научных целей, не претендующих на какую-либо практичность).
• 29 февраля 2008 г. DARPA распространило некоторые из 150 копий окончательного отчета эксперимента TRIP, который независимо подтвердил «золотой стандарт» срабатывания изомера гафния. Подтвержденный рецензированием, 94-страничный отчет распространяется только для официального использования (FOUO) Отделением технической информации DARPA, 3701 N. Fairfax Dr., Арлингтон, Вирджиния, 22203 США.
• 9 октября 2008 г. LLNL опубликовала 110-страничную оценку эксперимента DARPA TRIP. Цитата со страницы 33: «В целом рентген ^178м2 Hf-эксперименты Коллинза и др. являются статистически маргинальными и противоречивыми. Ни один из зарегистрированных положительных результатов запуска не был подтвержден независимыми группами, включая эксперименты, проведенные бывшими сотрудниками (Кэрролл). " Кроме того, в резюме отчета на стр. 65 говорится: «Наш вывод состоит в том, что использование ядерных изомеров для хранения энергии нецелесообразно с точки зрения ядерной структуры, ядерных реакций и перспектив контролируемого выделения энергии. стоимость производства ядерного изомера, вероятно, будет чрезвычайно высокой, а технологии, которые потребуются для выполнения этой задачи, превосходят все, что было сделано раньше, и в настоящее время их трудно оценить».
• В 2009 г. С.А. Карамян и др. опубликовал результаты экспериментальных измерений группы четырех стран в Дубне по производству большого количества ^178м2 Hf путем расщепления при энергии всего 80 МэВ. Помимо значительного снижения прогнозируемой себестоимости продукции, этот экспериментальный результат доказал доступность источников ^178м2 Он должен быть в пределах возможностей нескольких простаивающих циклотронов, разбросанных по всему миру.

Ссылки

Также обратите внимание:

• Вайнбергер, Шэрон (2006). Воображаемое оружие: путешествие по научному преступному миру Пентагона . Национальные книги . ISBN  1560258497 .