شکست دارپا: یکی از بزرگترین اشتباهات تاریخ علم

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

بمب مبتنی بر ایزومر هافنیوم Hf-178-m2 می تواند گران ترین و قوی ترین بمب در تاریخ وسایل انفجاری غیرهسته ای باشد. اما او این کار را نکرد. اکنون این پرونده به عنوان یکی از بدنام ترین شکست های دارپا - آژانس پروژه های دفاعی پیشرفته وزارت نظامی آمریکا شناخته می شود.

امیتر از یک دستگاه اشعه ایکس دور ریخته شده که زمانی در مطب دندانپزشکی بود و همچنین یک تقویت کننده خانگی که از فروشگاهی در نزدیکی خریداری شده بود، مونتاژ شد. این در تضاد کامل با علامت بلند مرکز الکترونیک کوانتومی بود که در حال ورود به یک ساختمان اداری کوچک در دانشگاه تگزاس در دالاس مشاهده شد. با این حال، دستگاه با وظیفه خود کنار آمد - یعنی به طور منظم یک فنجان پلاستیکی معکوس را با جریانی از اشعه ایکس بمباران کرد. البته خود شیشه هیچ ربطی به آن نداشت - به سادگی به عنوان پایه ای در زیر نمونه ای از هافنیوم به سختی قابل توجه یا بهتر بگوییم ایزومر آن Hf-178-m2 عمل می کرد. این آزمایش چند هفته به طول انجامید. اما پس از پردازش دقیق داده های به دست آمده، مدیر مرکز، کارل کالینز، از موفقیتی بدون شک خبر داد. ضبط‌شده از تجهیزات ضبط نشان می‌دهد که گروه او راهی برای ایجاد بمب‌های مینیاتوری با قدرت عظیم - دستگاه‌هایی به اندازه مشت که قادر به ایجاد تخریبی معادل ده‌ها تن مواد منفجره معمولی هستند، جستجو کرده‌اند.

بنابراین در سال 1998 تاریخچه بمب ایزومر آغاز شد که بعدها به عنوان یکی از بزرگترین اشتباهات تاریخ علم و تحقیقات نظامی شناخته شد.

هافنیوم

هافنیوم هفتاد و دومین عنصر جدول تناوبی مندلیف است. این فلز نقره‌ای مایل به سفید نام خود را از نام لاتین شهر کپنهاگ (Hafnia) گرفته است، جایی که در سال 1923 توسط دیک کوستر و گیوردم هوسی، همکاران موسسه فیزیک نظری کپنهاگ کشف شد.

حس علمی

کالینز در گزارش خود نوشت که توانست افزایش بسیار ناچیز در پس‌زمینه اشعه ایکس را که از نمونه تابش شده ساطع شده بود، ثبت کند. در همین حال، تابش اشعه ایکس است که نشانه گذار 178 m2Hf از حالت ایزومر به حالت عادی است. در نتیجه، کالینز استدلال کرد، گروه او توانست این فرآیند را با بمباران نمونه با اشعه ایکس تسریع بخشد (زمانی که یک فوتون پرتو ایکس با انرژی نسبتاً کم جذب می‌شود، هسته به سطح هیجان‌انگیز دیگری می‌رود، و سپس یک انتقال سریع به سطح زمین به دنبال دارد، همراه با آزاد شدن کل ذخیره انرژی). کالینز استدلال کرد که برای وادار کردن نمونه به انفجار، فقط لازم است که قدرت تابشگر را تا حد معینی افزایش دهیم، پس از آن تابش خود نمونه برای شروع یک واکنش زنجیره ای از انتقال اتم ها از حالت ایزومر به کافی کافی است. حالت عادی نتیجه یک انفجار بسیار محسوس و همچنین انفجار عظیم اشعه ایکس خواهد بود.

جامعه علمی با ناباوری آشکار از این انتشار استقبال کرد و آزمایش‌هایی در آزمایشگاه‌های سراسر جهان برای تأیید نتایج کالینز آغاز شد. برخی از گروه‌های تحقیقاتی سریعاً نتایج را تأیید کردند، اگرچه تعداد آنها فقط کمی بیشتر از خطاهای اندازه‌گیری بود. اما اکثر کارشناسان با این وجود معتقد بودند که نتیجه به دست آمده نتیجه تفسیر نادرست داده های تجربی است.

خوش بینی نظامی

با این حال، یکی از سازمان ها علاقه شدیدی به این کار داشت. علیرغم همه بدبینی های جامعه علمی، ارتش آمریکا به معنای واقعی کلمه سر خود را از وعده های کالینز از دست داد.و از چه چیزی بود! مطالعه ایزومرهای هسته‌ای راه را برای ساخت بمب‌های اساساً جدید هموار کرد که از یک سو بسیار قدرتمندتر از مواد منفجره معمولی بودند و از سوی دیگر تحت محدودیت‌های بین‌المللی مرتبط با تولید و استفاده از آن قرار نمی‌گرفتند. سلاح های هسته ای (بمب ایزومر هسته ای نیست، زیرا هیچ تبدیلی از یک عنصر به عنصر دیگر وجود ندارد).

بمب‌های ایزومری می‌توانند بسیار فشرده باشند (محدودیت جرم کمتری ندارند، زیرا فرآیند انتقال هسته‌ها از حالت برانگیخته به حالت معمولی نیازی به جرم بحرانی ندارد)، و پس از انفجار، مقدار زیادی تشعشع سخت منتشر می‌کنند. همه موجودات زنده را نابود می کند علاوه بر این، بمب‌های هافنیومی را می‌توان نسبتاً "تمیز" در نظر گرفت - به هر حال، وضعیت پایه هافنیوم-178 پایدار است (رادیواکتیو نیست) و انفجار عملاً منطقه را آلوده نمی‌کند.

پول دور ریخته شده

طی چند سال بعد، آژانس دارپا چند ده میلیون دلار برای مطالعه Hf-178-m2 سرمایه گذاری کرد. با این حال، ارتش منتظر ایجاد یک مدل کاربردی از بمب نبود. این تا حدودی به دلیل شکست طرح تحقیقاتی است: در طی چندین آزمایش با استفاده از تابشگرهای پرتو ایکس قدرتمند، کالینز نتوانست هیچ گونه افزایش قابل توجهی را در پس‌زمینه نمونه‌های تابیده شده نشان دهد.

تلاش هایی برای تکرار نتایج کالینز چندین بار در طول چندین سال انجام شده است. با این حال، هیچ گروه علمی دیگری نتوانسته است به طور قابل اعتمادی شتاب فروپاشی حالت ایزومری هافنیوم را تایید کند. فیزیکدانان چندین آزمایشگاه ملی آمریکا - لوس آلاموس، آرگون و لیورمور - نیز در این موضوع مشغول بودند. آنها از منبع پرتو ایکس بسیار قدرتمندتری استفاده کردند - منبع فوتون پیشرفته آزمایشگاه ملی آرگون، اما نتوانستند اثر فروپاشی القایی را تشخیص دهند، اگرچه شدت تابش در آزمایشات آنها چندین مرتبه بیشتر از آزمایش های خود کالینز بود.. نتایج آنها همچنین توسط آزمایش‌های مستقل در آزمایشگاه ملی دیگر ایالات متحده - Brookhaven، تأیید شد، جایی که از سینکروترون منبع نور ملی سنکروترون قدرتمند برای تابش استفاده شد. پس از یک سری نتیجه گیری های ناامید کننده، علاقه ارتش به این موضوع کمرنگ شد، بودجه متوقف شد و در سال 2004 برنامه بسته شد.

مهمات الماس

در این میان، از همان ابتدا مشخص بود که بمب ایزومر با همه مزایایی که دارد، معایب اساسی نیز دارد. اولا، Hf-178-m2 رادیواکتیو است، بنابراین بمب کاملاً "تمیز" نخواهد بود (هنوز آلودگی منطقه به هافنیوم "کار نشده" رخ خواهد داد). ثانیا، ایزومر Hf-178-m2 در طبیعت وجود ندارد و فرآیند تولید آن نسبتاً گران است. می توان آن را به یکی از چندین راه به دست آورد - یا با تابش یک هدف ایتربیوم-176 با ذرات آلفا، یا با پروتون - تنگستن-186 یا مخلوط طبیعی ایزوتوپ های تانتالیوم. از این طریق می توان مقادیر میکروسکوپی ایزومر هافنیوم را به دست آورد که باید برای تحقیقات علمی کاملاً کافی باشد.

یک راه کم و بیش عظیم برای به دست آوردن این ماده عجیب تابش با نوترون هافنیوم-177 در یک راکتور حرارتی است. به طور دقیق تر، به نظر می رسید - تا زمانی که دانشمندان محاسبه کردند که برای یک سال در چنین راکتوری از 1 کیلوگرم هافنیوم طبیعی (حاوی کمتر از 20٪ ایزوتوپ 177) می توانید فقط حدود 1 میکروگرم ایزومر هیجان زده را بدست آورید (آزادسازی این مقدار یک مشکل جداگانه است). چیزی نگو، تولید انبوه! اما جرم یک کلاهک کوچک باید حداقل ده ها گرم باشد … معلوم شد که چنین مهمات حتی "طلا" نیست، بلکه کاملاً "الماس" است …

تعطیلی علمی

اما خیلی زود مشخص شد که این کاستی ها هم تعیین کننده نبوده است. و نکته اینجا در نقص تکنولوژی یا نارسایی آزمایشگران نیست.نکته پایانی در این داستان پر شور توسط فیزیکدانان روسی مطرح شد. در سال 2005، Evgeny Tkalya از مؤسسه فیزیک هسته‌ای دانشگاه دولتی مسکو در مجله Uspekhi Fizicheskikh Nauk مقاله‌ای با عنوان «واپاشی القایی ایزومر هسته‌ای 178m2Hf و یک بمب ایزومر» منتشر کرد. در مقاله، او تمام راه‌های ممکن برای تسریع در فروپاشی ایزومر هافنیوم را بیان کرد. تنها سه مورد از آنها وجود دارد: برهمکنش تابش با هسته و واپاشی از طریق یک سطح متوسط، برهمکنش تابش با پوسته الکترونی، که سپس تحریک را به هسته منتقل می کند، و تغییر در احتمال واپاشی خود به خودی.

پس از تجزیه و تحلیل همه این روش ها، Tkalya نشان داد که کاهش مؤثر نیمه عمر ایزومر تحت تأثیر تابش اشعه ایکس عمیقاً با کل نظریه نهفته در فیزیک هسته ای مدرن در تناقض است. حتی با خوش‌خیم‌ترین فرضیات، مقادیر به‌دست‌آمده مرتبه‌ای کوچک‌تر از مقادیر گزارش‌شده توسط کالینز بودند. بنابراین تسریع آزادسازی انرژی عظیمی که در ایزومر هافنیوم موجود است، هنوز غیرممکن است. حداقل با کمک فناوری های واقعی.