สารบัญ:
วีดีโอ: ความล้มเหลวของ DARPA: หนึ่งในความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์
2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17
ระเบิดที่ใช้ไอโซเมอร์ของแฮฟเนียม Hf-178-m2 อาจกลายเป็นระเบิดที่มีราคาแพงและทรงพลังที่สุดในประวัติศาสตร์ของอุปกรณ์ระเบิดที่ไม่ใช่นิวเคลียร์ แต่เธอไม่ได้ ตอนนี้คดีนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในความล้มเหลวที่มีชื่อเสียงที่สุดของ DARPA - หน่วยงานสำหรับโครงการป้องกันขั้นสูงของแผนกทหารอเมริกัน
ตัวปล่อยถูกประกอบขึ้นจากเครื่องเอ็กซ์เรย์ที่ถูกทิ้งซึ่งครั้งหนึ่งเคยอยู่ในสำนักงานของทันตแพทย์ เช่นเดียวกับเครื่องขยายเสียงในครัวเรือนที่ซื้อจากร้านค้าใกล้เคียง ตรงกันข้ามกับสัญญาณที่ดังของศูนย์อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมซึ่งเห็นเข้ามาในอาคารสำนักงานขนาดเล็กที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสในดัลลาสอย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถรับมือกับงานของมันได้ กล่าวคือ ได้ทำการทิ้งระเบิดลงในถ้วยพลาสติกที่คว่ำอยู่เป็นประจำด้วยรังสีเอกซ์ แน่นอน ตัวแก้วเองไม่ได้เกี่ยวข้องอะไรกับมัน เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นขาตั้งภายใต้ตัวอย่างแฮฟเนียมที่แทบจะสังเกตไม่เห็น หรือให้เรียกว่าไอโซเมอร์ Hf-178-m2 การทดลองกินเวลานานหลายสัปดาห์ แต่หลังจากการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับอย่างระมัดระวัง ผู้อำนวยการศูนย์ คาร์ล คอลลินส์ ได้ประกาศความสำเร็จอย่างไม่ต้องสงสัย บันทึกจากอุปกรณ์บันทึกระบุว่ากลุ่มของเขาได้ค้นหาวิธีที่จะสร้างระเบิดขนาดเล็กที่มีพลังมหาศาล ซึ่งเป็นอุปกรณ์ขนาดเท่ากำปั้นที่สามารถทำลายล้างได้เทียบเท่ากับระเบิดธรรมดาหลายสิบตัน
ดังนั้นในปี 1998 ประวัติของระเบิดไอโซเมอร์จึงเริ่มต้นขึ้น ซึ่งต่อมากลายเป็นที่รู้จักในฐานะหนึ่งในความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์และการวิจัยทางการทหาร
Image แฮฟเนียม
ฮาฟเนียมเป็นองค์ประกอบที่ 72 ของตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ โลหะสีขาวเงินนี้ใช้ชื่อมาจากชื่อภาษาละตินสำหรับเมืองโคเปนเฮเกน (Hafnia) ซึ่งถูกค้นพบในปี 1923 โดย Dick Koster และ Gyordem Hevesi ผู้ทำงานร่วมกันของสถาบันโคเปนเฮเกนสำหรับฟิสิกส์เชิงทฤษฎี
ความรู้สึกทางวิทยาศาสตร์
ในรายงานของเขา คอลลินส์เขียนว่าเขาสามารถบันทึกการเพิ่มขึ้นที่ไม่มีนัยสำคัญอย่างมากในพื้นหลังเอ็กซ์เรย์ ซึ่งปล่อยออกมาจากตัวอย่างที่ฉายรังสี ในขณะเดียวกัน มันคือรังสีเอกซ์ที่เป็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลง 178m2Hf จากสถานะไอโซเมอร์ไปเป็นสถานะปกติ ด้วยเหตุนี้ คอลลินส์จึงโต้แย้งว่า กลุ่มของเขาสามารถเร่งกระบวนการนี้ได้โดยการทิ้งระเบิดตัวอย่างด้วยรังสีเอกซ์ (เมื่อโฟตอนเอ็กซ์เรย์ที่มีพลังงานค่อนข้างต่ำถูกดูดกลืน นิวเคลียสจะไปยังระดับที่ตื่นเต้นอีกระดับหนึ่ง จากนั้นจึงเปลี่ยนผ่านอย่างรวดเร็วไปยัง ระดับพื้นดินตามมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานสำรองทั้งหมด) ในการบังคับให้ตัวอย่างระเบิด คอลลินส์ให้เหตุผลว่า จำเป็นต้องเพิ่มพลังของอีซีแอลเท่านั้น หลังจากนั้นการแผ่รังสีของตัวอย่างจะเพียงพอที่จะกระตุ้นปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเปลี่ยนแปลงของอะตอมจากสถานะไอโซเมอร์ไปเป็น สภาวะปกติ ผลที่ได้จะเป็นการระเบิดที่เห็นได้ชัด เช่นเดียวกับการระเบิดของรังสีเอกซ์ขนาดมหึมา
ชุมชนวิทยาศาสตร์ต้อนรับสิ่งพิมพ์นี้ด้วยความไม่เชื่ออย่างชัดเจน และการทดลองเริ่มต้นขึ้นในห้องปฏิบัติการทั่วโลกเพื่อตรวจสอบผลลัพธ์ของคอลลินส์ กลุ่มวิจัยบางกลุ่มรีบประกาศการยืนยันผลลัพธ์ แม้ว่าตัวเลขจะสูงกว่าข้อผิดพลาดในการวัดเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ยังเชื่อว่าผลลัพธ์ที่ได้นั้นเป็นผลมาจากการตีความข้อมูลการทดลองที่ไม่ถูกต้อง
การมองโลกในแง่ดีของทหาร
อย่างไรก็ตาม มีองค์กรหนึ่งสนใจงานนี้มาก แม้จะมีความกังขาในชุมชนวิทยาศาสตร์ แต่กองทัพอเมริกันก็สูญเสียความคิดจากคำสัญญาของคอลลินส์อย่างแท้จริงและมันเกิดจากอะไร! การศึกษาไอโซเมอร์ของนิวเคลียร์ได้ปูทางสำหรับการสร้างระเบิดใหม่โดยพื้นฐาน ซึ่งในด้านหนึ่งจะมีพลังมากกว่าวัตถุระเบิดทั่วไป และในอีกด้านหนึ่ง จะไม่อยู่ภายใต้ข้อจำกัดระหว่างประเทศที่เกี่ยวข้องกับการผลิตและการใช้ อาวุธนิวเคลียร์ (ระเบิดไอโซเมอร์ไม่ใช่นิวเคลียร์ เนื่องจากไม่มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบหนึ่งเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่ง)
ระเบิดไอโซเมอร์อาจมีขนาดเล็กมาก (ไม่มีข้อจำกัดด้านมวลที่ต่ำกว่า เนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนผ่านของนิวเคลียสจากสถานะตื่นเต้นไปเป็นสถานะปกติไม่ต้องการมวลวิกฤต) และเมื่อระเบิดจะปล่อยรังสีแข็งจำนวนมหาศาลออกมา ทำลายสิ่งมีชีวิตทั้งหมด นอกจากนี้ แฮฟเนียมบอมบ์ยังถือได้ว่าค่อนข้าง "สะอาด" - อย่างไรก็ตาม สภาพพื้นดินของแฮฟเนียม-178 นั้นเสถียร (ไม่ใช่กัมมันตภาพรังสี) และการระเบิดจะไม่ทำให้พื้นที่ปนเปื้อนในทางปฏิบัติ
โยนเงินทิ้ง
ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า หน่วยงาน DARPA ได้ลงทุนหลายสิบล้านดอลลาร์ในการศึกษา Hf-178-m2 อย่างไรก็ตาม กองทัพไม่ได้รอการสร้างแบบจำลองการทำงานของระเบิด ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากความล้มเหลวของแผนการวิจัย: ในระหว่างการทดลองหลายครั้งโดยใช้เครื่องฉายรังสีเอกซ์อันทรงพลัง คอลลินส์ไม่สามารถแสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในพื้นหลังของตัวอย่างที่ฉายรังสีได้
ความพยายามที่จะทำซ้ำผลลัพธ์ของคอลลินส์เกิดขึ้นหลายครั้งในช่วงหลายปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม ไม่มีกลุ่มวิทยาศาสตร์อื่นใดที่สามารถยืนยันการเร่งความเร็วของการเสื่อมสลายของสถานะไอโซเมอร์ของแฮฟเนียมได้อย่างน่าเชื่อถือ นักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติของอเมริกาหลายแห่ง - Los Alamos, Argonne และ Livermore - ก็มีส่วนร่วมในเรื่องนี้เช่นกัน พวกเขาใช้แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ทรงพลังกว่ามาก - แหล่งโฟตอนขั้นสูงของห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน แต่ไม่สามารถตรวจจับผลกระทบของการสลายตัวที่เหนี่ยวนำได้ แม้ว่าความเข้มของการแผ่รังสีในการทดลองของพวกเขาจะมีลำดับความสำคัญสูงกว่าในการทดลองของคอลลินส์หลายเท่า. ผลลัพธ์ของพวกเขายังได้รับการยืนยันโดยการทดลองอิสระที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอีกแห่งหนึ่งของสหรัฐฯ - Brookhaven ซึ่งใช้ซินโครตรอนแหล่งกำเนิดแสงแห่งชาติ Synchrotron อันทรงพลังสำหรับการฉายรังสี หลังจากข้อสรุปที่น่าผิดหวังหลายครั้ง ความสนใจของกองทัพในหัวข้อนี้ลดลง เงินทุนหยุดลง และในปี 2547 โครงการก็ปิดตัวลง
กระสุนเพชร
ในขณะเดียวกัน ก็ชัดเจนตั้งแต่เริ่มต้นว่าสำหรับข้อดีทั้งหมด ระเบิดไอโซเมอร์ก็มีข้อเสียพื้นฐานหลายประการเช่นกัน ประการแรก Hf-178-m2 มีกัมมันตภาพรังสี ดังนั้นระเบิดจะไม่ "สะอาด" ทั้งหมด (การปนเปื้อนบางส่วนของพื้นที่ที่มีแฮฟเนียมที่ "ไม่ได้ใช้งาน" จะยังคงเกิดขึ้น) ประการที่สอง ไอโซเมอร์ Hf-178-m2 ไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ และกระบวนการผลิตค่อนข้างแพง สามารถรับได้หลายวิธี - ไม่ว่าจะโดยการฉายรังสีเป้าหมายของ ytterbium-176 ด้วยอนุภาคอัลฟาหรือโดยโปรตอน - ทังสเตน-186 หรือส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทปแทนทาลัม ด้วยวิธีนี้ สามารถหาปริมาณแฮฟเนียมไอโซเมอร์ได้ในปริมาณจุลภาค ซึ่งน่าจะเพียงพอสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
วิธีที่มีมวลมากหรือน้อยในการได้รับวัสดุแปลกใหม่นี้คือการฉายรังสีด้วยนิวตรอนแฮฟเนียม-177 ในเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน ดูแม่นยำยิ่งขึ้น - จนกระทั่งนักวิทยาศาสตร์คำนวณว่าเป็นเวลาหนึ่งปีในเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวจากแฮฟเนียมธรรมชาติ 1 กิโลกรัม (มีไอโซโทป 177 น้อยกว่า 20%) คุณจะได้รับไอโซเมอร์ตื่นเต้นเพียง 1 ไมโครกรัม (การปล่อยของ จำนวนนี้เป็นปัญหาแยกต่างหาก) อย่าพูดอะไรเลย การผลิตจำนวนมาก! แต่มวลของหัวรบขนาดเล็กควรมีอย่างน้อยสิบกรัม … ปรากฎว่ากระสุนดังกล่าวไม่ใช่ "ทอง" แต่เป็น "เพชร" ที่จริงจัง …
การปิดวิทยาศาสตร์
แต่ในไม่ช้าก็แสดงให้เห็นว่าข้อบกพร่องเหล่านี้ไม่ชี้ขาดเช่นกัน และประเด็นนี้ไม่ได้อยู่ที่ความไม่สมบูรณ์ของเทคโนโลยีหรือความไม่เพียงพอของผู้ทดลองจุดสุดท้ายในเรื่องที่น่าตื่นเต้นนี้จัดทำโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย ในปี 2548 Evgeny Tkalya จากสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกตีพิมพ์ในวารสาร Uspekhi Fizicheskikh Nauk บทความเรื่อง "Induced Decay of the Nuclear Isomer 178m2Hf and an Isomer Bomb" ในบทความ เขาได้สรุปวิธีที่เป็นไปได้ทั้งหมดในการเร่งการสลายตัวของไอโซเมอร์ของแฮฟเนียม มีเพียงสามอย่างเท่านั้น: ปฏิกิริยาของรังสีกับนิวเคลียสและการสลายตัวผ่านระดับกลาง ปฏิสัมพันธ์ของการแผ่รังสีกับเปลือกอิเล็กตรอนซึ่งจะถ่ายโอนการกระตุ้นไปยังนิวเคลียส และการเปลี่ยนแปลงในความน่าจะเป็นของการสลายตัวเอง
หลังจากวิเคราะห์วิธีการทั้งหมดเหล่านี้ Tkalya ได้แสดงให้เห็นว่าการลดลงอย่างมีประสิทธิผลในครึ่งชีวิตของไอโซเมอร์ภายใต้อิทธิพลของรังสีเอกซ์นั้นขัดแย้งอย่างมากกับทฤษฎีทั้งหมดที่อยู่ภายใต้ฟิสิกส์นิวเคลียร์สมัยใหม่ แม้จะมีสมมติฐานที่อ่อนโยนที่สุด ค่าที่ได้รับก็ยังมีขนาดเล็กกว่าที่คอลลินส์รายงาน ดังนั้นการเร่งการปลดปล่อยพลังงานมหาศาลซึ่งมีอยู่ในไอโซเมอร์ของแฮฟเนียมยังคงเป็นไปไม่ได้ อย่างน้อยก็ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีในชีวิตจริง