Kegagalan DARPA: salah satu kesalahan terbesar dalam sejarah sains

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Sebuah bom berdasarkan isomer hafnium Hf-178-m2 bisa menjadi yang paling mahal dan paling kuat dalam sejarah perangkat peledak non-nuklir. Tapi dia tidak melakukannya. Sekarang kasus ini diakui sebagai salah satu kegagalan DARPA yang paling terkenal - Badan Proyek Pertahanan Tingkat Lanjut dari departemen militer Amerika.

Emitor dirakit dari mesin X-ray bekas yang pernah ada di kantor dokter gigi, serta amplifier rumah tangga yang dibeli dari toko terdekat. Itu sangat kontras dengan tanda keras Center for Quantum Electronics, yang terlihat memasuki gedung perkantoran kecil di University of Texas di Dallas. Namun, perangkat mengatasi tugasnya - yaitu, secara teratur membombardir cangkir plastik terbalik dengan aliran sinar-X. Tentu saja, gelas itu sendiri tidak ada hubungannya dengan itu - itu hanya berfungsi sebagai dudukan di bawah sampel hafnium yang nyaris tidak terlihat, atau lebih tepatnya, isomernya Hf-178-m2. Percobaan berlangsung selama beberapa minggu. Tetapi setelah pengolahan data yang diperoleh dengan hati-hati, direktur Center, Carl Collins, mengumumkan keberhasilan yang tidak diragukan lagi. Rekaman dari alat perekam menunjukkan bahwa kelompoknya telah meraba-raba cara untuk membuat bom mini dengan kekuatan kolosal - perangkat seukuran kepalan tangan yang mampu menghasilkan kehancuran yang setara dengan puluhan ton bahan peledak biasa.

Maka pada tahun 1998, sejarah bom isomer dimulai, yang kemudian dikenal sebagai salah satu kesalahan terbesar dalam sejarah penelitian sains dan militer.

Hafnium

Hafnium adalah elemen ke-72 dari tabel periodik Mendeleev. Logam putih keperakan ini mengambil namanya dari nama Latin untuk kota Kopenhagen (Hafnia), di mana ditemukan pada tahun 1923 oleh Dick Koster dan Gyordem Hevesi, kolaborator Institut Fisika Teoritis Kopenhagen.

Sensasi ilmiah

Dalam laporannya, Collins menulis bahwa ia dapat mencatat peningkatan yang sangat tidak signifikan pada latar belakang sinar-X, yang dipancarkan oleh sampel yang diiradiasi. Sedangkan radiasi sinar-X merupakan tanda transisi 178m2Hf dari keadaan isomer ke keadaan biasa. Akibatnya, Collins berpendapat, kelompoknya mampu mempercepat proses ini dengan membombardir sampel dengan sinar-X (ketika foton sinar-X dengan energi yang relatif rendah diserap, nukleus pergi ke tingkat tereksitasi lain, dan kemudian transisi cepat ke permukaan tanah mengikuti, disertai dengan pelepasan seluruh cadangan energi). Untuk memaksa sampel meledak, Collins beralasan, hanya perlu meningkatkan kekuatan emitor hingga batas tertentu, setelah itu radiasi sampel sendiri akan cukup untuk memicu reaksi berantai transisi atom dari keadaan isomer ke keadaan normal. Hasilnya akan menjadi ledakan yang sangat gamblang, serta ledakan sinar-X yang sangat besar.

Komunitas ilmiah menyambut publikasi ini dengan ketidakpercayaan yang jelas, dan eksperimen dimulai di laboratorium di seluruh dunia untuk memvalidasi hasil Collins. Beberapa kelompok penelitian dengan cepat menyatakan konfirmasi hasil, meskipun jumlah mereka hanya sedikit lebih tinggi dari kesalahan pengukuran. Namun sebagian besar ahli tetap percaya bahwa hasil yang diperoleh adalah hasil interpretasi yang salah dari data eksperimen.

Optimisme militer

Namun, salah satu organisasi sangat tertarik dengan pekerjaan ini. Terlepas dari semua skeptisisme komunitas ilmiah, militer Amerika benar-benar kehilangan akal dari janji-janji Collins. Dan itu dari apa! Studi tentang isomer nuklir membuka jalan bagi pembuatan bom baru yang fundamental, yang, di satu sisi, akan jauh lebih kuat daripada bahan peledak biasa, dan di sisi lain, tidak akan termasuk dalam batasan internasional yang terkait dengan produksi dan penggunaan bahan peledak. senjata nuklir (bom isomer bukan nuklir, karena tidak ada transformasi dari satu elemen ke elemen lainnya).

Bom isomer bisa sangat kompak (mereka tidak memiliki batasan massa yang lebih rendah, karena proses transisi inti dari keadaan tereksitasi ke keadaan biasa tidak memerlukan massa kritis), dan setelah ledakan mereka akan melepaskan sejumlah besar radiasi keras yang menghancurkan semua makhluk hidup. Selain itu, bom hafnium dapat dianggap relatif "bersih" - lagi pula, keadaan dasar hafnium-178 stabil (tidak radioaktif), dan ledakannya praktis tidak akan mencemari area tersebut.

Uang yang dibuang

Selama beberapa tahun berikutnya, badan DARPA menginvestasikan beberapa puluh juta dolar dalam studi Hf-178-m2. Namun, militer tidak menunggu pembuatan model kerja bom. Hal ini sebagian disebabkan oleh kegagalan rencana penelitian: dalam beberapa percobaan menggunakan pemancar sinar-X yang kuat, Collins tidak dapat menunjukkan peningkatan yang signifikan pada latar belakang sampel yang diiradiasi.

Upaya untuk meniru hasil Collins telah dilakukan beberapa kali selama beberapa tahun. Namun, tidak ada kelompok ilmiah lain yang dapat secara andal mengkonfirmasi percepatan peluruhan keadaan isomer hafnium. Fisikawan dari beberapa laboratorium nasional Amerika - Los Alamos, Argonne dan Livermore - juga terlibat dalam masalah ini. Mereka menggunakan sumber sinar-X yang jauh lebih kuat - Sumber Foton Lanjutan dari Laboratorium Nasional Argonne, tetapi tidak dapat mendeteksi efek peluruhan yang diinduksi, meskipun intensitas radiasi dalam eksperimen mereka beberapa kali lipat lebih tinggi daripada eksperimen Collins sendiri.. Hasil mereka juga dikonfirmasi oleh eksperimen independen di laboratorium nasional AS lainnya - Brookhaven, di mana sinkrotron Sumber Cahaya Sinkronisasi Nasional yang kuat digunakan untuk penyinaran. Setelah serangkaian kesimpulan yang mengecewakan, minat militer terhadap topik ini memudar, pendanaan berhenti, dan pada tahun 2004 program ditutup.

amunisi berlian

Sementara itu, sudah jelas sejak awal bahwa untuk semua kelebihannya, bom isomer juga memiliki sejumlah kelemahan mendasar. Pertama, Hf-178-m2 bersifat radioaktif, sehingga bom tidak akan sepenuhnya "bersih" (beberapa kontaminasi area dengan hafnium yang "tidak dikerjakan" masih akan terjadi). Kedua, isomer Hf-178-m2 tidak terjadi di alam, dan proses produksinya agak mahal. Ini dapat diperoleh dengan salah satu dari beberapa cara - baik dengan menyinari target iterbium-176 dengan partikel alfa, atau dengan proton - tungsten-186 atau campuran alami isotop tantalum. Dengan cara ini, jumlah mikroskopis dari isomer hafnium dapat diperoleh, yang seharusnya cukup untuk penelitian ilmiah.

Cara yang kurang lebih masif untuk mendapatkan bahan eksotis ini adalah iradiasi dengan hafnium-177 neutron dalam reaktor termal. Lebih tepatnya, tampaknya - sampai para ilmuwan menghitung bahwa selama satu tahun dalam reaktor seperti itu dari 1 kg hafnium alami (mengandung kurang dari 20% isotop 177), Anda hanya bisa mendapatkan sekitar 1 mikrogram isomer tereksitasi (pelepasan jumlah ini merupakan masalah tersendiri). Jangan katakan apa-apa, produksi massal! Tetapi massa hulu ledak kecil harus setidaknya puluhan gram … Ternyata amunisi seperti itu bahkan bukan "emas", tetapi benar-benar "berlian" …

Penutupan ilmiah

Tetapi segera ditunjukkan bahwa kekurangan-kekurangan ini juga tidak menentukan. Dan intinya di sini bukan pada ketidaksempurnaan teknologi atau kekurangan para peneliti. Poin terakhir dalam cerita sensasional ini dikemukakan oleh fisikawan Rusia. Pada tahun 2005, Evgeny Tkalya dari Institut Fisika Nuklir Universitas Negeri Moskow menerbitkan dalam jurnal Uspekhi Fizicheskikh Nauk, sebuah artikel berjudul “Induced Decay of the Nuclear Isomer 178m2Hf and an Isomer Bomb”. Dalam artikel tersebut, ia menguraikan semua cara yang mungkin untuk mempercepat peluruhan isomer hafnium. Hanya ada tiga di antaranya: interaksi radiasi dengan inti dan peluruhan melalui tingkat menengah, interaksi radiasi dengan kulit elektron, yang kemudian mentransfer eksitasi ke inti, dan perubahan dalam kemungkinan peluruhan spontan.

Setelah menganalisis semua metode ini, Tkalya menunjukkan bahwa penurunan efektif dalam waktu paruh isomer di bawah pengaruh radiasi sinar-X sangat bertentangan dengan seluruh teori yang mendasari fisika nuklir modern. Bahkan dengan asumsi yang paling jinak, nilai yang diperoleh adalah orde besarnya lebih kecil dari yang dilaporkan oleh Collins. Jadi untuk mempercepat pelepasan energi kolosal, yang terkandung dalam isomer hafnium, masih tidak mungkin. Setidaknya dengan bantuan teknologi kehidupan nyata.