Kontrowersje dotyczące hafnu
Kontrowersje dotyczące hafnu to debata na temat możliwości „wywołania” szybkich uwolnień energii poprzez emisję promieniowania gamma z jądrowego izomeru hafnu , 178 m2 Hf . Uwolniona energia jest potencjalnie o 5 rzędów wielkości (100 000 razy) bardziej energetyczna niż reakcja chemiczna, ale o 2 rzędy wielkości mniejsza niż reakcja rozszczepienia jądrowego. W 1998 roku grupa kierowana przez Carla Collinsa z University of Texas w Dallas zgłosiła pomyślne zainicjowanie takiego wyzwalacza. Stosunek sygnału do szumu był niewielki w tych pierwszych eksperymentach i jak dotąd żadna inna grupa nie była w stanie powtórzyć tych wyników. Peter Zimmerman opisał twierdzenia o potencjale zbrojeniowym jako oparte na „ bardzo złej nauce ”.
Tło
178m2 Hf jest szczególnie atrakcyjnym kandydatem do eksperymentów z indukowaną emisją promieniowania gamma (IGE), ze względu na dużą gęstość zmagazynowanej energii, 2,5 MeV na jądro i długi 31-letni okres półtrwania do magazynowania tej energii. Gdyby promieniowanie z jakiegoś czynnika mogło „wyzwolić” uwolnienie tej zmagazynowanej energii, powstała kaskada fotonów gamma miałaby największe szanse na znalezienie pary stanów wzbudzonych z odwróconymi czasami życia potrzebnymi do wymuszonej emisji . Podczas gdy emisja indukowana dodaje tylko mocy do pola promieniowania, emisja wymuszona dodaje spójność .
Proces ten może pomóc w stworzeniu niezwykle wydajnych silników reakcji jądrowych wraz z bardziej precyzyjnymi urządzeniami radiometrycznymi. Propozycja wykazania skuteczności „wyzwalania” 178 m2 Hf została zatwierdzona przez warsztaty NATO-Advanced Research Workshop (NATO-ARW), które odbyły się w Predeal w 1995 r. Chociaż proponowano użycie padających protonów do bombardowania celu, cząstki α były dostępne kiedy zaplanowano pierwszy eksperyment. Dokonał tego zespół francuski, rosyjski, rumuński i amerykański. Mówiono, że wyniki są nadzwyczajne, ale wyników nie opublikowano. Mimo wszystko 178m2 Sugerowano, że Hf ma szczególne znaczenie dla potencjalnych zastosowań IGE. Szybko wybuchła kontrowersja.
Znaczenie
- 178m2 Hf ma najwyższą energię wzbudzenia ze wszystkich porównywalnie długowiecznych izomerów. Jeden gram czystego 178m2 Hf zawiera około 1330 megadżuli energii, co odpowiada około 300 kilogramom (660 funtów) wybuchowego trotylu . Okres półtrwania 178 m2 Hf wynosi 31 lat lub 1 Gs (gigasekunda, 1 000 000 000 sekund), więc naturalna radioaktywność jednego grama wynosi 2,40 TBq (65 Ci). Aktywność zachodzi w kaskadzie przenikających promieni gamma, z których najbardziej energetyczny ma energię 0,574 MeV. Dla bezpieczeństwa ludzi potrzebna byłaby znaczna osłona, gdyby próbka miała stanowić jeden gram czystego izomeru. Jednak jak dotąd izomer jądrowy występuje tylko w niskich stężeniach (<0,1%) w wieloizotopowym hafnie.
- Cała uwolniona energia byłaby w postaci fotonów; Promienie rentgenowskie i promienie gamma.
- Gdyby cała energia w jądrze mogła zostać uwolniona w krótkim czasie (np. jednej nanosekundy), jeden gram czystego 178m2 Hf wytworzyłby rozbłysk promieniowania rentgenowskiego o niezwykle dużej mocy rzędu 1 GJ/ns lub 1 eksawata ( 1 x 10 18 W). Jednak szacunki ilościowe wskazują, że energia uwalniana przez izomer jądrowy jest znacznie mniejsza niż energia potrzebna do zainicjowania procesu; moc potrzebna do zainicjowania IGE musiałaby nastąpić w krótszym czasie niż uwolnienie energii jądrowej, a zatem byłaby jeszcze bardziej nieproporcjonalna.
- Charakterystyczne skale czasów dla procesów związanych z aplikacjami byłyby korzystne dla zużycia całej początkowej radioaktywności. Proces wyzwalania próbki przez IGE wykorzystywałby fotony do wyzwalania i wytwarzania fotonów jako produktu. Propagacja fotonów odbywa się z prędkością światła, podczas gdy mechaniczny demontaż tarczy przebiegałby z prędkością porównywalną z prędkością dźwięku. Nieuruchomiony powierzchni 178m2 Hf może nie być w stanie uciec od wyzwalanego zdarzenia, jeśli fotony nie wejdą w interakcje najpierw z elektronami.
- Zarówno propozycja do NATO-ARW, jak i fragmentaryczne wyniki późniejszego eksperymentu wskazywały, że energia fotonu potrzebna do zainicjowania IGE z 178m2 Hf byłaby mniejsza niż 300 keV. Dostępnych było wiele ekonomicznych źródeł tak niskoenergetycznych promieni rentgenowskich do dostarczania dość dużych strumieni do docelowych próbek o skromnych wymiarach.
- Próbki o powierzchni 178 m2 Hf były i pozostają dostępne w niskich stężeniach (<0,1%).
Chronologia ważnych wydarzeń
- Około 1997 roku grupa doradcza JASONS zebrała zeznania dotyczące wyzwalania izomerów jądrowych. Grupa doradcza JASON ds. Obrony opublikowała stosowny publiczny raport, w którym stwierdziła, że doszli do wniosku, że taka rzecz byłaby niemożliwa i nie należy jej podejmować. Pomimo interwencyjnych publikacji w recenzowanych czasopismach artykułów napisanych przez międzynarodowy zespół raportujący IGE z 178m2 Hf, około 2003 roku IDA zebrała zeznania, ponownie od odpowiednich naukowców, w kwestiach wiarygodności zgłoszonych wyników. Profesor Carl Collins, główny amerykański członek zespołu publikującego sukcesy, nie zeznawał.
- Około 2003 roku DARPA zainicjowała badania eksploracyjne zwane stymulowanym uwalnianiem energii izomeru (SIER) i wzbudziła zainteresowanie opinii publicznej, zarówno na poziomie popularnym, jak i profesjonalnym.
- Pierwszym celem SIER było to, czy można wyprodukować znaczące ilości 178 m2 Hf przy akceptowalnych kosztach dla możliwych zastosowań. Zadanie to powierzono zamkniętemu panelowi o nazwie HIPP, który stwierdził, że jest to możliwe. Jednak naukowiec z tego poufnego panelu przeglądowego DARPA HIPP „wyciekł” do prasy z uprzedzeniami, ale wstępnymi obawami. To niepoparte dowodami twierdzenie uruchomiło późniejszą kaskadę niedokładnych doniesień o tak zwanych „szokujących kosztach” wyzwalania izomerów.
- Po zadaniu panelowi HIPP zbadania problemu produkcji po akceptowalnych kosztach, program SIER zajął się kwestią ostatecznego potwierdzenia raportów IGE z 178m2 Hf. Zadanie TRiggering Isomer Proof (TRIP) zostało zlecone przez DARPA i przydzielone całkowicie niezależnemu zespołowi od tych, którzy wcześniej zgłosili sukces. „Złoty standard” wyzwalania izomerem hafnu został ustalony jako rozprawa Rusu. Eksperyment TRIP wymagał niezależnego potwierdzenia tezy Rusu. Udało się, ale nie udało się go opublikować.
- Do 2006 roku zespół Collinsa opublikował wiele artykułów potwierdzających ich wstępne obserwacje IGE z obszaru 178m2 Hf. Przedruki (dostępne pod linkiem) artykułów opublikowanych po 2001 roku opisują prace prowadzone z przestrajanymi monochromatycznymi wiązkami promieniowania rentgenowskiego z synchrotronowych źródeł światła SPring -8 w Hyogo i SLS w Villigen.
- Do 2006 r. pojawiły się 2 artykuły, które twierdziły, że obalają możliwości IGE od 178 m2 Hf i trzy artykuły teoretyczne napisane przez tę samą osobę, wyjaśniające, dlaczego nie powinno być możliwe wykonanie określonych kroków przewidzianych przez autora. Pierwsze dwa opisywały eksperymenty synchrotronowe, w których promieniowanie rentgenowskie nie było monochromatyczne.
- W 2007 roku Pereira i in. oszacowali, że koszt energii elektrycznej do magazynowania energii w izomerze jądrowym jest rzędu 1 USD/J; budowa i konserwacja akceleratora cząstek potrzebnego do tego celu jest dodatkowa. Każde rozsądne urządzenie wybuchowe, np. granat ręczny, może zawierać od 10 do 100 g trotylu, co odpowiada 40 do 400 kJ, kosztem dziesiątek dolarów lub co najmniej 10 000 razy mniej niż szacowana zawartość energii izomerycznej w jądro. Tak wysoki koszt sprawia, że każde urządzenie oparte na izomerach jądrowych jest zbyt drogie, aby było praktyczne, a badania motywowane ich potencjalnymi zastosowaniami są stratą pieniędzy (w przeciwieństwie do badań nad izomerami jądrowymi do celów czysto naukowych, które nie twierdzą, że są praktyczne).
- 29 lutego 2008 r. DARPA rozprowadziła niektóre ze 150 kopii raportu końcowego z eksperymentu TRIP, który niezależnie potwierdził „złoty standard” wyzwalania izomeru hafnu. 94-stronicowy raport, oparty na wzajemnej ocenie, jest dystrybuowany wyłącznie do użytku oficjalnego (FOUO) przez Biuro Informacji Technicznej DARPA, 3701 N. Fairfax Dr., Arlington, VA 22203 USA.
- 9 października 2008 r. LLNL opublikowało 110-stronicową ocenę eksperymentu DARPA TRIP. Cytując ze strony 33, „Ogólnie rzecz biorąc, eksperymenty z promieniowaniem rentgenowskim 178m2 Hf przeprowadzone przez Collinsa i in. są statystycznie marginalne i niespójne. Żaden z zgłoszonych pozytywnych wyników wyzwalania nie został potwierdzony przez niezależne grupy, w tym eksperymenty przeprowadzone przez byłych współpracowników (Carroll). Ponadto podsumowanie raportu stwierdza na stronie 65: „Nasza konkluzja jest taka, że wykorzystanie izomerów jądrowych do magazynowania energii jest niepraktyczne z punktu widzenia struktury jądrowej, reakcji jądrowych i perspektyw kontrolowanego uwalniania energii. Zauważamy, że koszt wytworzenia izomeru jądrowego będzie prawdopodobnie niezwykle wysoki, a technologie, które byłyby wymagane do wykonania tego zadania, wykraczają poza wszystko, co zrobiono wcześniej i są obecnie trudne do oszacowania”.
- W 2009 roku SA Karamian i in. opublikował wyniki eksperymentalnych pomiarów czteronarodowego zespołu w Dubnej dla produkcji ilości 178m2 Hf przez spallację przy energiach tak niskich jak 80 MeV. Oprócz znacznego obniżenia przewidywanych kosztów produkcji, ten wynik eksperymentu dowiódł, że dostępność źródeł o powierzchni 178 m2 Hf mieści się w możliwościach kilku bezczynnych urządzeń cyklotronowych rozsianych po całym świecie.
Uwaga: