DARPA бүтэлгүйтэл: шинжлэх ухааны түүхэн дэх хамгийн том алдаануудын нэг

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

Гафний изомер Hf-178-m2 дээр суурилсан бөмбөг нь цөмийн бус тэсрэх төхөөрөмжийн түүхэн дэх хамгийн үнэтэй, хамгийн хүчирхэг бөмбөг болж магадгүй юм. Гэхдээ тэр тэгээгүй. Одоо энэ хэргийг DARPA-ийн хамгийн алдартай бүтэлгүйтэлүүдийн нэг гэж хүлээн зөвшөөрч байна - Америкийн цэргийн департаментын Нарийвчилсан батлан хамгаалах төслүүдийн агентлаг.

Ялгаруулагчийг нэгэн цагт шүдний эмчийн өрөөнд байсан хаягдсан рентген аппарат, мөн ойролцоох дэлгүүрээс худалдаж авсан гэр ахуйн өсгөгчөөс угсарчээ. Энэ нь Даллас дахь Техасын их сургуулийн жижиг оффисын барилга руу орж буй Квантын электроникийн төвийн чанга дохионоос эрс ялгаатай байв. Гэсэн хэдий ч төхөөрөмж нь даалгавраа даван туулж чадсан, тухайлбал, урвуутай хуванцар аягыг рентген туяагаар байнга бөмбөгддөг байв. Мэдээжийн хэрэг, шил нь өөрөө үүнтэй ямар ч холбоогүй байсан - энэ нь ердөө л гафни, эс тэгвээс түүний изомер Hf-178-м2-ийн бараг мэдэгдэхүйц дээжийн доор суурь болж байв. Туршилт хэдэн долоо хоног үргэлжилсэн. Гэвч олж авсан өгөгдлийг сайтар боловсруулсны дараа тус төвийн захирал Карл Коллинз эргэлзээгүй амжилтыг зарлав. Бичлэгийн төхөөрөмжөөс авсан бичлэгээс харахад түүний бүлэг асар их хүч чадалтай бяцхан бөмбөг буюу хэдэн арван тонн энгийн тэсрэх бодистой дүйцэхүйц устгах чадалтай нударганы хэмжээтэй төхөөрөмж бүтээх арга замыг олсон байна.

Тиймээс 1998 онд изомер бөмбөгийн түүх эхэлсэн бөгөөд энэ нь хожим шинжлэх ухаан, цэргийн судалгааны түүхэн дэх хамгийн том алдааны нэг болсон юм.

Гафни

Гафни бол Менделеевийн үелэх системийн 72 дахь элемент юм. Энэхүү мөнгөлөг цагаан металл нь 1923 онд Копенгагены онолын физикийн хүрээлэнгийн хамтран ажиллагсад Дик Костер, Дёрдем Хевеси нар нээсэн Копенгаген (Хафниа) хотын Латин нэрнээс нэрээ авсан юм.

Шинжлэх ухааны мэдрэмж

Коллинз илтгэлдээ цацрагийн дээжээс ялгарч буй рентген туяаны арын дэвсгэрийн маш бага өсөлтийг бүртгэж чадсан гэж бичжээ. Үүний зэрэгцээ энэ нь 178м2Hf-ийн изомерийн төлөвөөс ердийн төлөв рүү шилжсэний шинж тэмдэг болох рентген цацраг юм. Тиймээс Коллинз түүний бүлэг дээжийг рентген туяагаар бөмбөгдөж энэ үйл явцыг хурдасгаж чадсан гэж үзэж байна (харьцангуй бага энергитэй рентген фотоныг шингээж авах үед цөм нь өөр өдөөгдөх түвшинд шилжиж, дараа нь хурдан шилжинэ. газрын түвшин дагаж, эрчим хүчний нөөцийг бүхэлд нь чөлөөлнө). Дээжийг хүчээр дэлбэлэхийн тулд зөвхөн ялгаруулагчийн хүчийг тодорхой хязгаар хүртэл нэмэгдүүлэх шаардлагатай бөгөөд үүний дараа дээжийн өөрийн цацраг нь атомыг изомерийн төлөвөөс шилжүүлэх гинжин урвалыг өдөөхөд хангалттай байх болно гэж Коллинз тайлбарлав. хэвийн байдал. Үүний үр дүнд маш тод дэлбэрэлт, мөн асар том рентген туяа үүсэх болно.

Шинжлэх ухааны нийгэмлэг энэхүү нийтлэлийг үл итгэсэн байдлаар угтаж авсан бөгөөд Коллинзийн үр дүнг баталгаажуулах туршилтууд дэлхийн өнцөг булан бүрт байгаа лабораториудад эхэлсэн. Зарим судалгааны бүлгүүд хэмжилтийн алдаанаас бага зэрэг өндөр байсан ч үр дүнг баталгаажуулах гэж яаравчлав. Гэсэн хэдий ч ихэнх шинжээчид туршилтын өгөгдлийг буруу тайлбарласны үр дүнд олж авсан үр дүн гэж үздэг.

Цэргийн өөдрөг үзэл

Гэсэн хэдий ч нэг байгууллага энэ ажлыг маш их сонирхож байсан. Шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн бүх эргэлзээг үл харгалзан Америкийн арми Коллинзийн амлалтаас болж толгойгоо алдсан юм. Тэгээд юунаас болсон бэ! Цөмийн изомеруудыг судлах нь нэг талаас энгийн тэсрэх бодисоос хамаагүй илүү хүчтэй, нөгөө талаас цөмийн изомеруудыг үйлдвэрлэх, ашиглахтай холбоотой олон улсын хязгаарлалтад хамаарахгүй цоо шинэ тэсрэх бөмбөг бүтээх замыг тавьсан юм. цөмийн зэвсэг (нэг элементийг нөгөө элемент болгон хувиргадаггүй тул изомер бөмбөг нь цөмийн биш).

Изомер бөмбөг нь маш нягт байж болох юм (цөмийг өдөөгдсөн төлөвөөс энгийн төлөв рүү шилжүүлэх үйл явц нь чухал масс шаарддаггүй тул жингийн хязгаарлалтгүй) бөгөөд дэлбэрсний дараа тэд асар их хэмжээний хатуу цацраг ялгаруулдаг. бүх амьд зүйлийг устгадаг. Нэмж дурдахад гафниумын бөмбөгийг харьцангуй "цэвэр" гэж үзэж болно - эцсийн эцэст гафни-178-ийн үндсэн төлөв тогтвортой (энэ нь цацраг идэвхт биш) бөгөөд дэлбэрэлт нь тухайн газрыг бохирдуулахгүй.

Хаясан мөнгө

Дараагийн хэдэн жилийн хугацаанд DARPA агентлаг Hf-178-m2-ийн судалгаанд хэдэн арван сая долларын хөрөнгө оруулалт хийсэн. Гэсэн хэдий ч цэргийнхэн тэсрэх бөмбөгний ажлын загварыг бүтээхийг хүлээгээгүй. Энэ нь нэг талаар судалгааны төлөвлөгөө бүтэлгүйтсэнтэй холбоотой: хүчирхэг рентген ялгаруулагч ашиглан хэд хэдэн туршилт хийх явцад Коллинз цацраг туяанд өртсөн дээжийн арын дэвсгэр дээр мэдэгдэхүйц өсөлтийг харуулж чадаагүй юм.

Хэдэн жилийн турш Коллинзын үр дүнг давтах оролдлого хэд хэдэн удаа хийгдсэн. Гэсэн хэдий ч өөр ямар ч шинжлэх ухааны бүлэг гафниумын изомерийн төлөвийн задралын хурдатгалыг найдвартай баталж чадаагүй байна. Америкийн хэд хэдэн үндэсний лабораторийн физикчид болох Лос Аламос, Аргонне, Ливермор нар энэ асуудалд оролцов. Тэд илүү хүчирхэг рентген туяаны эх үүсвэрийг ашигласан - Аргонны үндэсний лабораторийн дэвшилтэт фотоны эх үүсвэр боловч тэдний туршилтын цацрагийн эрчим нь Коллинзийн туршилтаас хэд хэдэн дахин их байсан ч өдөөгдсөн задралын үр нөлөөг илрүүлж чадаагүй байна.. Тэдний үр дүнг мөн АНУ-ын өөр нэг үндэсний лаборатори болох Брукхавен дахь бие даасан туршилтаар баталж, хүчирхэг Үндэсний синхротрон гэрлийн эх үүсвэрийн синхротроныг цацраг туяанд ашигласан. Хэд хэдэн урам хугарсан дүгнэлт хийсний дараа цэргийнхэн энэ сэдвийг сонирхох сонирхол буурч, санхүүжилт зогсч, 2004 онд хөтөлбөр хаагдсан.

Алмазан сум

Үүний зэрэгцээ изомер бөмбөг нь бүх давуу талуудын зэрэгцээ хэд хэдэн үндсэн сул талуудтай байдаг нь эхнээсээ тодорхой байсан. Нэгдүгээрт, Hf-178-m2 нь цацраг идэвхт бодис тул бөмбөг нь бүхэлдээ "цэвэр" биш байх болно ("ажиллагдаагүй" гафниумтай газар нутгийн зарим бохирдол хэвээр байх болно). Хоёрдугаарт, Hf-178 м2 изомер нь байгальд байдаггүй бөгөөд түүнийг үйлдвэрлэх үйл явц нь нэлээд үнэтэй байдаг. Үүнийг хэд хэдэн аргын аль нэгээр нь авч болно - альфа тоосонцор итербий-176-ийн байг цацрагаар эсвэл протоноор - вольфрам-186 эсвэл тантал изотопын байгалийн холимогоор. Ийм байдлаар гафни изомерын микроскопийн хэмжээгээр авах боломжтой бөгөөд энэ нь шинжлэх ухааны судалгаа хийхэд хангалттай байх ёстой.

Энэхүү чамин материалыг олж авах их эсвэл бага хэмжээний арга бол дулааны реактор дахь гафни-177 нейтроноор цацраг туяа юм. Нарийвчлан хэлэхэд, эрдэмтэд ийм реакторт 1 кг байгалийн гафни (177 изотопын 20% -иас бага агууламжтай) -аас нэг жилийн турш та ердөө 1 микрограмм өдөөгдсөн изомер авах боломжтой гэж эрдэмтэд тооцоолсон. Энэ дүн нь тусдаа асуудал юм). Юу ч битгий хэл, масс үйлдвэрлэл! Гэхдээ жижиг байлдааны хошууны жин дор хаяж хэдэн арван грамм байх ёстой … Ийм сум нь "алт" ч биш, харин шууд "алмаз" болж хувирсан …

Шинжлэх ухааны хаалт

Гэвч удалгүй эдгээр дутагдал нь шийдвэрлэх хүчин зүйл биш гэдгийг харуулсан. Энд гол зүйл бол технологийн төгс бус байдал эсвэл туршилтчдын хангалтгүй байдалд биш юм. Энэхүү дуулиантай түүхийн эцсийн цэгийг Оросын физикчид тавьсан. 2005 онд Москвагийн Улсын Их Сургуулийн Цөмийн Физикийн Хүрээлэнгийн ажилтан Евгений Ткаля "Успехи Физических Наук" сэтгүүлд "Цөмийн изомер 178м2Hf ба изомерын бөмбөгийн өдөөгдсөн задрал" гэсэн гарчигтай өгүүлэл нийтлүүлсэн. Өгүүлэлд тэрээр гафни изомерын задралыг хурдасгах боломжтой бүх арга замыг тодорхойлсон. Тэдгээрийн гурав нь л байдаг: цацрагийн цөмтэй харилцан үйлчлэлцэх ба завсрын түвшний задрал, цацрагийн электрон бүрхүүлтэй харилцан үйлчлэлцэх, улмаар өдөөлтийг цөм рүү шилжүүлэх, аяндаа задрах магадлалын өөрчлөлт.

Эдгээр бүх аргуудыг шинжилсний дараа Ткаля рентген цацрагийн нөлөөн дор изомерын хагас задралын хугацааг үр дүнтэй бууруулах нь орчин үеийн цөмийн физикийн үндсэн онолыг бүхэлд нь зөрчиж байгааг харуулсан. Хамгийн сайн таамаглалтай байсан ч олж авсан үнэ цэнэ нь Коллинзийн мэдээлснээс бага хэмжээтэй байсан. Тиймээс гафни изомерт агуулагдах асар их энергийн ялгаралтыг хурдасгах боломжгүй хэвээр байна. Наад зах нь бодит технологийн тусламжтайгаар.