Fallimento DARPA: uno dei più grandi errori nella storia della scienza

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Una bomba basata sull'isomero di afnio Hf-178-m2 potrebbe diventare la più costosa e potente nella storia degli ordigni esplosivi non nucleari. Ma non l'ha fatto. Ora questo caso è riconosciuto come uno dei più noti fallimenti della DARPA, l'Agenzia per i progetti di difesa avanzata del dipartimento militare americano.

L'emettitore è stato assemblato da una macchina a raggi X dismessa che una volta si trovava nello studio di un dentista, nonché da un amplificatore domestico acquistato da un negozio vicino. Era in netto contrasto con il segnale rumoroso del Center for Quantum Electronics, che è stato visto entrare in un piccolo edificio per uffici presso l'Università del Texas a Dallas. Tuttavia, il dispositivo ha affrontato il suo compito, ovvero bombardava regolarmente un bicchiere di plastica capovolto con un flusso di raggi X. Naturalmente, il vetro stesso non aveva nulla a che fare con esso: serviva semplicemente da supporto sotto un campione appena percettibile di afnio, o meglio, il suo isomero Hf-178-m2. L'esperimento è durato diverse settimane. Ma dopo un'attenta elaborazione dei dati ottenuti, il direttore del Centro, Carl Collins, ha annunciato un indubbio successo. Le registrazioni dall'apparecchiatura di registrazione indicano che il suo gruppo ha cercato un modo per creare bombe in miniatura di potenza colossale - dispositivi delle dimensioni di un pugno in grado di produrre distruzione equivalente a decine di tonnellate di esplosivo ordinario.

Così, nel 1998, iniziò la storia della bomba agli isomeri, che in seguito divenne nota come uno dei più grandi errori nella storia della scienza e della ricerca militare.

Afnio

L'afnio è il 72° elemento della tavola periodica di Mendeleev. Questo metallo bianco-argenteo prende il nome dal nome latino della città di Copenhagen (Hafnia), dove fu scoperto nel 1923 da Dick Koster e Gyordem Hevesi, collaboratori del Copenhagen Institute for Theoretical Physics.

Sensazione scientifica

Nel suo rapporto, Collins ha scritto di essere stato in grado di registrare un aumento estremamente insignificante dello sfondo dei raggi X, che è stato emesso dal campione irradiato. Nel frattempo, è la radiazione dei raggi X che è un segno della transizione di 178m2Hf dallo stato isomerico a quello ordinario. Di conseguenza, sosteneva Collins, il suo gruppo era in grado di accelerare questo processo bombardando il campione con raggi X (quando viene assorbito un fotone di raggi X con un'energia relativamente bassa, il nucleo passa a un altro livello eccitato, e quindi una rapida transizione verso segue il piano terra, accompagnato dal rilascio dell'intera riserva di energia). Per forzare l'esplosione del campione, ragionò Collins, è sufficiente aumentare la potenza dell'emettitore fino a un certo limite, dopodiché la radiazione stessa del campione sarà sufficiente per innescare una reazione a catena della transizione degli atomi dallo stato isomerico a quello lo stato normale. Il risultato sarà un'esplosione molto palpabile, oltre a una colossale esplosione di raggi X.

La comunità scientifica ha accolto questa pubblicazione con chiara incredulità e sono iniziati gli esperimenti nei laboratori di tutto il mondo per convalidare i risultati di Collins. Alcuni gruppi di ricerca sono stati rapidi nel dichiarare la conferma dei risultati, sebbene i loro numeri fossero solo marginalmente superiori agli errori di misurazione. Ma la maggior parte degli esperti credeva tuttavia che il risultato ottenuto fosse il risultato di un'interpretazione errata dei dati sperimentali.

ottimismo militare

Tuttavia, una delle organizzazioni era estremamente interessata a questo lavoro. Nonostante tutto lo scetticismo della comunità scientifica, l'esercito americano ha letteralmente perso la testa a causa delle promesse di Collins. Ed era da cosa! Lo studio degli isomeri nucleari ha aperto la strada alla creazione di bombe fondamentalmente nuove, che, da un lato, sarebbero molto più potenti degli esplosivi ordinari e, dall'altro, non rientrerebbero nelle restrizioni internazionali associate alla produzione e all'uso di armi nucleari (una bomba isomera non è nucleare, poiché non c'è trasformazione di un elemento in un altro).

Le bombe isomeriche potrebbero essere molto compatte (non hanno limiti di massa inferiori, poiché il processo di transizione dei nuclei da uno stato eccitato a uno stato ordinario non richiede una massa critica), e all'esplosione rilascerebbero un'enorme quantità di radiazione dura che distrugge tutti gli esseri viventi. Inoltre, le bombe all'afnio potrebbero essere considerate relativamente "pulite" - dopotutto, lo stato fondamentale dell'afnio-178 è stabile (non è radioattivo) e l'esplosione praticamente non contaminerebbe l'area.

Soldi buttati

Negli anni successivi, l'agenzia DARPA ha investito diverse decine di milioni di dollari nello studio di Hf-178-m2. Tuttavia, i militari non hanno aspettato la creazione di un modello funzionante della bomba. Ciò è in parte dovuto al fallimento del piano di ricerca: nel corso di diversi esperimenti utilizzando potenti emettitori di raggi X, Collins non è stato in grado di dimostrare alcun aumento significativo del fondo dei campioni irradiati.

I tentativi di replicare i risultati di Collins sono stati fatti più volte nel corso di diversi anni. Tuttavia, nessun altro gruppo scientifico è stato in grado di confermare in modo affidabile l'accelerazione del decadimento dello stato isomerico dell'afnio. Anche i fisici di diversi laboratori nazionali americani - Los Alamos, Argonne e Livermore - sono stati coinvolti in questo problema. Hanno usato una sorgente di raggi X molto più potente - Advanced Photon Source dell'Argonne National Laboratory, ma non sono stati in grado di rilevare l'effetto del decadimento indotto, sebbene l'intensità della radiazione nei loro esperimenti fosse di diversi ordini di grandezza superiore rispetto agli esperimenti dello stesso Collins. I loro risultati sono stati confermati anche da esperimenti indipendenti in un altro laboratorio nazionale statunitense - Brookhaven, dove il potente sincrotrone National Synchrotron Light Source è stato utilizzato per l'irradiazione. Dopo una serie di conclusioni deludenti, l'interesse dei militari su questo argomento è svanito, i finanziamenti si sono fermati e nel 2004 il programma è stato chiuso.

Munizioni di diamante

Nel frattempo, era chiaro fin dall'inizio che, nonostante tutti i suoi vantaggi, la bomba agli isomeri possiede anche una serie di svantaggi fondamentali. Innanzitutto, Hf-178-m2 è radioattivo, quindi la bomba non sarà del tutto "pulita" (si verificherà comunque una certa contaminazione dell'area con afnio "non lavorato"). In secondo luogo, l'isomero Hf-178-m2 non si trova in natura e il processo della sua produzione è piuttosto costoso. Può essere ottenuto in diversi modi - irradiando un bersaglio di itterbio-176 con particelle alfa o protoni - tungsteno-186 o una miscela naturale di isotopi di tantalio. In questo modo si possono ottenere quantità microscopiche dell'isomero di afnio, che dovrebbero essere sufficienti per la ricerca scientifica.

Un modo più o meno massiccio per ottenere questo materiale esotico è l'irradiazione con neutroni di afnio-177 in un reattore termico. Più precisamente, sembrava - fino a quando gli scienziati non hanno calcolato che per un anno in un tale reattore da 1 kg di afnio naturale (contenente meno del 20% dell'isotopo 177), è possibile ottenere solo circa 1 microgrammo di un isomero eccitato (il rilascio di questo importo è un problema separato). Non dire niente, produzione di massa! Ma la massa di una piccola testata dovrebbe essere di almeno decine di grammi … Si è scoperto che tali munizioni non risultano nemmeno "oro", ma decisamente "diamante" …

Chiusura scientifica

Ma fu presto dimostrato che nemmeno queste carenze erano decisive. E il punto qui non è l'imperfezione della tecnologia o l'inadeguatezza degli sperimentatori. Il punto finale di questa storia sensazionale è stato messo dai fisici russi. Nel 2005, Evgeny Tkalya dell'Istituto di Fisica Nucleare dell'Università Statale di Mosca ha pubblicato sulla rivista Uspekhi Fizicheskikh Nauk un articolo intitolato “Induced Decay of the Nuclear Isomer 178m2Hf and an Isomer Bomb”. Nell'articolo, ha delineato tutti i modi possibili per accelerare il decadimento dell'isomero di afnio. Ce ne sono solo tre: l'interazione della radiazione con il nucleo e il decadimento attraverso un livello intermedio, l'interazione della radiazione con il guscio elettronico, che poi trasferisce l'eccitazione al nucleo, e il cambiamento nella probabilità di decadimento spontaneo.

Dopo aver analizzato tutti questi metodi, Tkalya ha dimostrato che l'effettiva diminuzione dell'emivita di un isomero sotto l'influenza della radiazione a raggi X contraddice profondamente l'intera teoria alla base della moderna fisica nucleare. Anche con le ipotesi più favorevoli, i valori ottenuti erano ordini di grandezza inferiori a quelli riportati da Collins. Quindi è ancora impossibile accelerare il rilascio di energia colossale, che è contenuta nell'isomero di afnio. Almeno con l'aiuto delle tecnologie della vita reale.