Αποτυχία DARPA: ένα από τα μεγαλύτερα λάθη στην ιστορία της επιστήμης

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Μια βόμβα βασισμένη στο ισομερές άφνιο Hf-178-m2 θα μπορούσε να γίνει η πιο ακριβή και ισχυρότερη στην ιστορία των μη πυρηνικών εκρηκτικών μηχανισμών. Αλλά δεν το έκανε. Τώρα αυτή η υπόθεση αναγνωρίζεται ως μία από τις πιο διαβόητες αποτυχίες της DARPA - της Υπηρεσίας Προηγμένων Αμυντικών Προγραμμάτων του αμερικανικού στρατιωτικού τμήματος.

Ο πομπός συναρμολογήθηκε από ένα πεταμένο μηχάνημα ακτίνων Χ που ήταν κάποτε σε ένα οδοντιατρείο, καθώς και από έναν οικιακό ενισχυτή που αγοράστηκε από ένα κοντινό κατάστημα. Ήταν σε πλήρη αντίθεση με το ηχηρό σήμα του Κέντρου Κβαντικής Ηλεκτρονικής, το οποίο εθεάθη να μπαίνει σε ένα μικρό κτίριο γραφείων στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ντάλας. Ωστόσο, η συσκευή αντιμετώπισε το έργο της - δηλαδή, βομβάρδιζε τακτικά ένα ανεστραμμένο πλαστικό κύπελλο με ένα ρεύμα ακτίνων Χ. Φυσικά, το ίδιο το γυαλί δεν είχε καμία σχέση με αυτό - απλώς χρησίμευε ως βάση κάτω από ένα ελάχιστα αισθητό δείγμα αφνίου, ή μάλλον, το ισομερές του Hf-178-m2. Το πείραμα διήρκεσε αρκετές εβδομάδες. Αλλά μετά από προσεκτική επεξεργασία των δεδομένων που ελήφθησαν, ο διευθυντής του Κέντρου, Carl Collins, ανακοίνωσε μια αναμφισβήτητη επιτυχία. Οι ηχογραφήσεις από τον εξοπλισμό ηχογράφησης δείχνουν ότι η ομάδα του βρήκε έναν τρόπο να δημιουργήσει μικροσκοπικές βόμβες κολοσσιαίας ισχύος - συσκευές μεγέθους γροθιάς ικανές να προκαλέσουν καταστροφή που ισοδυναμεί με δεκάδες τόνους συνηθισμένων εκρηκτικών.

Έτσι το 1998 ξεκίνησε η ιστορία της ισομερούς βόμβας, η οποία αργότερα έγινε γνωστή ως ένα από τα μεγαλύτερα λάθη στην ιστορία της επιστήμης και της στρατιωτικής έρευνας.

Αφνιο

Το άφνιο είναι το 72ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα του Mendeleev. Αυτό το ασημί-λευκό μέταλλο πήρε το όνομά του από τη λατινική ονομασία της πόλης της Κοπεγχάγης (Hafnia), όπου ανακαλύφθηκε το 1923 από τους Dick Koster και Gyordem Hevesi, συνεργάτες του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής της Κοπεγχάγης.

Επιστημονική αίσθηση

Στην έκθεσή του, ο Collins έγραψε ότι ήταν σε θέση να καταγράψει μια εξαιρετικά ασήμαντη αύξηση στο φόντο των ακτίνων Χ, η οποία εκπέμπεται από το ακτινοβολημένο δείγμα. Εν τω μεταξύ, η ακτινοβολία ακτίνων Χ είναι σημάδι της μετάβασης των 178m2Hf από την ισομερή κατάσταση στη συνηθισμένη. Κατά συνέπεια, υποστήριξε ο Collins, η ομάδα του μπόρεσε να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία βομβαρδίζοντας το δείγμα με ακτίνες Χ (όταν απορροφάται ένα φωτόνιο ακτίνων Χ με σχετικά χαμηλή ενέργεια, ο πυρήνας πηγαίνει σε άλλο διεγερμένο επίπεδο και στη συνέχεια μια ταχεία μετάβαση σε ακολουθεί το επίπεδο του εδάφους, συνοδευόμενο από την απελευθέρωση ολόκληρου του ενεργειακού αποθέματος). Για να αναγκαστεί το δείγμα να εκραγεί, συλλογίστηκε ο Collins, είναι απαραίτητο μόνο να αυξηθεί η ισχύς του εκπομπού σε ένα ορισμένο όριο, μετά το οποίο η ίδια η ακτινοβολία του δείγματος θα είναι αρκετή για να προκαλέσει μια αλυσιδωτή αντίδραση της μετάβασης των ατόμων από την ισομερή κατάσταση σε η κανονική κατάσταση. Το αποτέλεσμα θα είναι μια πολύ χειροπιαστή έκρηξη, καθώς και μια κολοσσιαία έκρηξη ακτίνων Χ.

Η επιστημονική κοινότητα υποδέχτηκε αυτή τη δημοσίευση με σαφή δυσπιστία και ξεκίνησαν πειράματα σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο για να επικυρώσουν τα αποτελέσματα του Κόλινς. Ορισμένες ερευνητικές ομάδες έσπευσαν να δηλώσουν επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων, αν και ο αριθμός τους ήταν οριακά υψηλότερος από τα σφάλματα μέτρησης. Ωστόσο, οι περισσότεροι ειδικοί πίστευαν ότι το αποτέλεσμα που προέκυψε ήταν το αποτέλεσμα μιας εσφαλμένης ερμηνείας των πειραματικών δεδομένων.

Στρατιωτική αισιοδοξία

Ωστόσο, ένας από τους οργανισμούς ενδιαφέρθηκε εξαιρετικά για αυτή τη δουλειά. Παρά τον σκεπτικισμό της επιστημονικής κοινότητας, ο Αμερικανός στρατός κυριολεκτικά έχασε το κεφάλι του από τις υποσχέσεις του Κόλινς. Και ήταν από τι! Η μελέτη των πυρηνικών ισομερών άνοιξε το δρόμο για τη δημιουργία θεμελιωδών νέων βομβών, οι οποίες, αφενός, θα ήταν πολύ πιο ισχυρές από τα συνηθισμένα εκρηκτικά και, αφετέρου, δεν θα εμπίπτουν σε διεθνείς περιορισμούς που σχετίζονται με την παραγωγή και τη χρήση πυρηνικά όπλα (μια ισομερής βόμβα δεν είναι πυρηνική, αφού δεν υπάρχει μετατροπή ενός στοιχείου σε άλλο).

Οι ισομερείς βόμβες θα μπορούσαν να είναι πολύ συμπαγείς (δεν έχουν χαμηλότερο περιορισμό μάζας, καθώς η διαδικασία μετάβασης των πυρήνων από μια διεγερμένη κατάσταση σε μια συνηθισμένη κατάσταση δεν απαιτεί κρίσιμη μάζα) και κατά την έκρηξη θα απελευθέρωναν μια τεράστια ποσότητα σκληρής ακτινοβολίας που καταστρέφει όλα τα έμβια όντα. Επιπλέον, οι βόμβες αφνίου θα μπορούσαν να θεωρηθούν σχετικά «καθαρές» - σε τελική ανάλυση, η βασική κατάσταση του αφνίου-178 είναι σταθερή (δεν είναι ραδιενεργό) και η έκρηξη πρακτικά δεν θα μόλυνε την περιοχή.

Πετάχτηκαν χρήματα

Τα επόμενα χρόνια, η υπηρεσία DARPA επένδυσε αρκετές δεκάδες εκατομμύρια δολάρια στη μελέτη του Hf-178-m2. Ωστόσο, ο στρατός δεν περίμενε τη δημιουργία ενός μοντέλου λειτουργίας της βόμβας. Αυτό οφείλεται εν μέρει στην αποτυχία του ερευνητικού σχεδίου: κατά τη διάρκεια πολλών πειραμάτων με χρήση ισχυρών εκπομπών ακτίνων Χ, ο Collins δεν μπόρεσε να επιδείξει οποιαδήποτε σημαντική αύξηση στο φόντο των ακτινοβολημένων δειγμάτων.

Απόπειρες αναπαραγωγής των αποτελεσμάτων του Collins έχουν γίνει πολλές φορές κατά τη διάρκεια αρκετών ετών. Ωστόσο, καμία άλλη επιστημονική ομάδα δεν μπόρεσε να επιβεβαιώσει με αξιοπιστία την επιτάχυνση της αποσύνθεσης της ισομερούς κατάστασης του αφνίου. Φυσικοί από πολλά αμερικανικά εθνικά εργαστήρια - Los Alamos, Argonne και Livermore - ασχολήθηκαν επίσης με αυτό το θέμα. Χρησιμοποίησαν μια πολύ πιο ισχυρή πηγή ακτίνων Χ - Advanced Photon Source του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne, αλλά δεν μπόρεσαν να ανιχνεύσουν την επίδραση της επαγόμενης αποσύνθεσης, αν και η ένταση της ακτινοβολίας στα πειράματά τους ήταν αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερη από ό,τι στα πειράματα του ίδιου του Collins. Τα αποτελέσματά τους επιβεβαιώθηκαν επίσης από ανεξάρτητα πειράματα σε ένα άλλο εθνικό εργαστήριο των ΗΠΑ - το Brookhaven, όπου χρησιμοποιήθηκε το πανίσχυρο σύγχροτρον της πηγής φωτός National Synchrotron για ακτινοβολία. Μετά από μια σειρά απογοητευτικών συμπερασμάτων, το ενδιαφέρον του στρατού για αυτό το θέμα εξασθένησε, η χρηματοδότηση σταμάτησε και το 2004 το πρόγραμμα έκλεισε.

Πυρομαχικά διαμαντιών

Εν τω μεταξύ, ήταν ξεκάθαρο από την αρχή ότι, παρά τα πλεονεκτήματά της, η ισομερής βόμβα έχει επίσης μια σειρά από θεμελιώδη μειονεκτήματα. Πρώτον, το Hf-178-m2 είναι ραδιενεργό, επομένως η βόμβα δεν θα είναι εντελώς "καθαρή" (κάποια μόλυνση της περιοχής με "ακατέργαστο" άφνιο θα εξακολουθεί να υπάρχει). Δεύτερον, το ισομερές Hf-178-m2 δεν υπάρχει στη φύση και η διαδικασία παραγωγής του είναι μάλλον δαπανηρή. Μπορεί να ληφθεί με έναν από τους διάφορους τρόπους - είτε με ακτινοβόληση ενός στόχου υττερβίου-176 με σωματίδια άλφα, είτε με πρωτόνια - βολφράμιο-186 ή ένα φυσικό μείγμα ισοτόπων τανταλίου. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να ληφθούν μικροσκοπικές ποσότητες του ισομερούς αφνίου, οι οποίες θα πρέπει να είναι αρκετά αρκετές για επιστημονική έρευνα.

Ένας περισσότερο ή λιγότερο μαζικός τρόπος απόκτησης αυτού του εξωτικού υλικού είναι η ακτινοβολία με νετρόνια άφνιο-177 σε έναν θερμικό αντιδραστήρα. Πιο συγκεκριμένα, φαινόταν - έως ότου οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι για ένα χρόνο σε έναν τέτοιο αντιδραστήρα από 1 κιλό φυσικού αφνίου (που περιέχει λιγότερο από το 20% του ισοτόπου 177), μπορείτε να πάρετε μόνο περίπου 1 μικρογραμμάριο ενός διεγερμένου ισομερούς (η απελευθέρωση του αυτό το ποσό είναι ξεχωριστό πρόβλημα). Μην πεις τίποτα, μαζική παραγωγή! Αλλά η μάζα μιας μικρής κεφαλής θα πρέπει να είναι τουλάχιστον δεκάδες γραμμάρια … Αποδείχθηκε ότι τέτοια πυρομαχικά δεν αποδεικνύονται καν "χρυσά", αλλά εντελώς "διαμάντι" …

Επιστημονικό κλείσιμο

Σύντομα όμως φάνηκε ότι ούτε αυτές οι ελλείψεις ήταν καθοριστικές. Και το θέμα εδώ δεν είναι η ατέλεια της τεχνολογίας ή οι ανεπάρκειες των πειραματιστών. Το τελευταίο σημείο σε αυτή τη συγκλονιστική ιστορία τέθηκε από Ρώσους φυσικούς. Το 2005, ο Evgeny Tkalya από το Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας δημοσίευσε στο περιοδικό Uspekhi Fizicheskikh Nauk, ένα άρθρο με τίτλο «Επαγόμενη διάσπαση του πυρηνικού ισομερούς 178 m2Hf και μια βόμβα ισομερών». Στο άρθρο, περιέγραψε όλους τους πιθανούς τρόπους για να επιταχυνθεί η αποσύνθεση του ισομερούς του αφνίου. Υπάρχουν μόνο τρεις από αυτές: η αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με τον πυρήνα και η διάσπαση μέσω ενός ενδιάμεσου επιπέδου, η αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με το φλοιό ηλεκτρονίων, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρει τη διέγερση στον πυρήνα και η αλλαγή στην πιθανότητα αυθόρμητης διάσπασης.

Μετά την ανάλυση όλων αυτών των μεθόδων, ο Tkalya έδειξε ότι η αποτελεσματική μείωση του χρόνου ημιζωής ενός ισομερούς υπό την επίδραση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ έρχεται σε βαθιά αντίφαση με ολόκληρη τη θεωρία που διέπει τη σύγχρονη πυρηνική φυσική. Ακόμη και με τις πιο καλοήθεις υποθέσεις, οι τιμές που ελήφθησαν ήταν τάξεις μεγέθους μικρότερες από αυτές που αναφέρθηκαν από τον Collins. Έτσι, η επιτάχυνση της απελευθέρωσης κολοσσιαίας ενέργειας, η οποία περιέχεται στο ισομερές άφνιο, είναι ακόμα αδύνατο. Τουλάχιστον με τη βοήθεια πραγματικών τεχνολογιών.