Eine Bombe auf Basis des Hafnium-Isomers Hf-178-m2 könnte die teuerste und stärkste in der Geschichte der nichtnuklearen Sprengkörper werden. Aber sie tat es nicht. Jetzt wird dieser Fall als einer der berüchtigtsten Misserfolge von DARPA - der Agentur für fortgeschrittene Verteidigungsprojekte des amerikanischen Militärministeriums - anerkannt.
Der Emitter wurde aus einem ausrangierten Röntgengerät, das sich einst in einer Zahnarztpraxis befand, sowie einem Haushaltsverstärker zusammengebaut, der in einem nahe gelegenen Geschäft gekauft wurde. Es stand in starkem Kontrast zu dem lauten Schild des Center for Quantum Electronics, das man beim Betreten eines kleinen Bürogebäudes der University of Texas in Dallas gesehen hatte. Doch das Gerät meisterte seine Aufgabe – es beschoss nämlich regelmäßig einen umgedrehten Plastikbecher mit einem Röntgenstrahl. Das Glas selbst hatte damit natürlich nichts zu tun – es diente lediglich als Ständer unter einer kaum wahrnehmbaren Hafniumprobe bzw. seinem Isomer Hf-178-m2. Der Versuch dauerte mehrere Wochen. Doch nach sorgfältiger Aufbereitung der erhaltenen Daten vermeldete der Direktor des Zentrums, Carl Collins, einen unbestrittenen Erfolg. Aufzeichnungen von den Aufnahmegeräten zeigen, dass seine Gruppe einen Weg gefunden hat, Miniaturbomben von kolossaler Kraft herzustellen - faustgroße Geräte, die eine Zerstörung verursachen können, die Dutzenden Tonnen gewöhnlicher Sprengstoffe entspricht.
1998 begann damit die Geschichte der Isomerenbombe, die später als einer der größten Fehler in der Geschichte der Wissenschaft und Militärforschung bekannt wurde.
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Hafnium
Hafnium ist das 72. Element des Periodensystems von Mendelejew. Dieses silberweiße Metall hat seinen Namen vom lateinischen Namen der Stadt Kopenhagen (Hafnia), wo es 1923 von Dick Koster und Gyordem Hevesi, Mitarbeitern des Kopenhagener Instituts für Theoretische Physik, entdeckt wurde.
Wissenschaftliche Sensation
In seinem Bericht schrieb Collins, dass er eine äußerst unbedeutende Zunahme des Röntgenhintergrunds registrieren konnte, der von der bestrahlten Probe emittiert wurde. Inzwischen ist es Röntgenstrahlung, die ein Zeichen für den Übergang von 178m2Hf vom isomeren in den gewöhnlichen Zustand ist. Folglich, argumentierte Collins, konnte seine Gruppe diesen Prozess beschleunigen, indem sie die Probe mit Röntgenstrahlen beschoss (wenn ein Röntgenphoton mit relativ geringer Energie absorbiert wird, geht der Kern auf ein anderes angeregtes Niveau und dann ein schneller Übergang zu es folgt das Erdniveau, begleitet von der Freisetzung der gesamten Energiereserve). Um die Probe zur Explosion zu bringen, so Collins, sei es nur notwendig, die Leistung des Emitters bis zu einem bestimmten Grenzwert zu erhöhen, wonach die Eigenstrahlung der Probe ausreicht, um eine Kettenreaktion des Übergangs der Atome vom isomeren Zustand in den auszulösen der Normalzustand. Das Ergebnis wird eine sehr greifbare Explosion sowie ein kolossaler Ausbruch von Röntgenstrahlen sein.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft begrüßte diese Veröffentlichung mit klarem Unglauben, und Experimente begannen in Labors auf der ganzen Welt, um die Ergebnisse von Collins zu validieren. Einige Forschungsgruppen erklärten schnell eine Bestätigung der Ergebnisse, obwohl ihre Zahlen nur unwesentlich höher waren als die Messfehler. Trotzdem glaubten die meisten Experten, dass das erhaltene Ergebnis das Ergebnis einer falschen Interpretation der experimentellen Daten war.
Militärischer Optimismus
Eine der Organisationen war jedoch äußerst interessiert an dieser Arbeit. Bei aller Skepsis der Wissenschaftsgemeinde verlor das amerikanische Militär buchstäblich den Kopf vor Collins' Versprechen. Und es war von was! Die Erforschung nuklearer Isomere ebnete den Weg für die Entwicklung grundlegend neuer Bomben, die einerseits viel stärker wären als gewöhnliche Sprengstoffe und andererseits nicht unter internationale Beschränkungen im Zusammenhang mit der Herstellung und Verwendung von fallen würden Atomwaffen (eine Isomerenbombe ist nicht nuklear, da kein Element in ein anderes umgewandelt wird).
Isomerenbomben könnten sehr kompakt sein (sie haben keine geringere Massenbegrenzung, da der Übergang von Kernen von einem angeregten Zustand in einen gewöhnlichen Zustand keine kritische Masse erfordert) und würden bei der Explosion eine riesige Menge harter Strahlung freisetzen, die zerstört alle Lebewesen. Außerdem könnten Hafniumbomben als relativ "sauber" angesehen werden - schließlich ist der Grundzustand von Hafnium-178 stabil (es ist nicht radioaktiv), und die Explosion würde das Gebiet praktisch nicht kontaminieren.
Weggeworfenes Geld
In den nächsten Jahren investierte die Agentur DARPA mehrere zehn Millionen Dollar in die Untersuchung von Hf-178-m2. Das Militär wartete jedoch nicht auf die Erstellung eines funktionierenden Modells der Bombe. Dies liegt unter anderem am Scheitern des Forschungsplans: In mehreren Experimenten mit leistungsstarken Röntgenstrahlern konnte Collins keine signifikante Erhöhung des Hintergrunds der bestrahlten Proben nachweisen.
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Über mehrere Jahre hinweg wurden mehrmals Versuche unternommen, die Ergebnisse von Collins zu replizieren. Allerdings konnte keine andere wissenschaftliche Gruppe die Beschleunigung des Zerfalls des isomeren Zustands von Hafnium zuverlässig bestätigen. Auch Physiker mehrerer amerikanischer Nationallabore - Los Alamos, Argonne und Livermore - beschäftigten sich mit dieser Frage. Sie verwendeten eine viel stärkere Röntgenquelle - Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory, konnten jedoch den Effekt des induzierten Zerfalls nicht nachweisen, obwohl die Strahlungsintensität in ihren Experimenten um mehrere Größenordnungen höher war als in den Experimenten von Collins selbst. Ihre Ergebnisse wurden auch durch unabhängige Experimente in einem anderen nationalen US-Labor - Brookhaven - bestätigt, wo das leistungsstarke Synchrotron der National Synchrotron Light Source zur Bestrahlung verwendet wurde. Nach einer Reihe enttäuschender Schlussfolgerungen ließ das Interesse des Militärs an diesem Thema nach, die Finanzierung wurde eingestellt und 2004 wurde das Programm eingestellt.
Diamantmunition
Dabei war von Anfang an klar, dass die Isomerenbombe bei all ihren Vorteilen auch eine Reihe grundlegender Nachteile besitzt. Erstens ist Hf-178-m2 radioaktiv, so dass die Bombe nicht ganz "sauber" ist (eine gewisse Kontamination des Bereichs mit "unbearbeitetem" Hafnium wird immer noch auftreten). Zweitens kommt das Hf-178-m2-Isomer in der Natur nicht vor und das Verfahren zu seiner Herstellung ist ziemlich teuer. Es kann auf verschiedene Weise erhalten werden - entweder durch Bestrahlen eines Ytterbium-176-Targets mit Alpha-Partikeln oder durch Protonen - Wolfram-186 oder eine natürliche Mischung von Tantal-Isotopen. Auf diese Weise können mikroskopische Mengen des Hafnium-Isomers gewonnen werden, die für die wissenschaftliche Forschung völlig ausreichen sollten.
Eine mehr oder weniger massive Möglichkeit, dieses exotische Material zu gewinnen, ist die Bestrahlung mit Hafnium-177-Neutronen in einem thermischen Reaktor. Genauer sah es aus - bis Wissenschaftler berechneten, dass man in einem solchen Reaktor aus 1 kg natürlichem Hafnium (das weniger als 20% des Isotops 177) enthält, ein Jahr lang nur etwa 1 Mikrogramm eines angeregten Isomers (die Freisetzung von dieser Betrag ist ein separates Problem). Sag nichts, Massenproduktion! Aber die Masse eines kleinen Sprengkopfes sollte mindestens zehn Gramm betragen … Es stellte sich heraus, dass solche Munition nicht einmal "Gold" ist, sondern geradezu "Diamant" …
Wissenschaftlicher Abschluss
Aber es zeigte sich bald, dass auch diese Mängel nicht entscheidend waren. Und der Punkt hier liegt nicht in der Unvollkommenheit der Technologie oder den Unzulänglichkeiten der Experimentatoren. Der letzte Punkt in dieser sensationellen Geschichte wurde von russischen Physikern gesetzt. Im Jahr 2005 veröffentlichte Evgeny Tkalya vom Institut für Kernphysik der Moskauer Staatlichen Universität in der Zeitschrift Uspekhi Fizicheskikh Nauk einen Artikel mit dem Titel „Induced Decay of the Nuclear Isomer 178m2Hf and an Isomer Bomb“. In dem Artikel skizzierte er alle Möglichkeiten, den Zerfall des Hafnium-Isomers zu beschleunigen. Es gibt nur drei davon: die Wechselwirkung der Strahlung mit dem Kern und der Zerfall durch ein Zwischenniveau, die Wechselwirkung der Strahlung mit der Elektronenhülle, die dann die Anregung auf den Kern überträgt, und die Änderung der Wahrscheinlichkeit des spontanen Zerfalls.
Nach der Analyse all dieser Methoden zeigte Tkalya, dass die effektive Verkürzung der Halbwertszeit eines Isomers unter dem Einfluss von Röntgenstrahlung der gesamten Theorie der modernen Kernphysik zutiefst widerspricht. Selbst mit den harmlosesten Annahmen waren die erhaltenen Werte um Größenordnungen kleiner als die von Collins berichteten. Die Freisetzung kolossaler Energie, die im Hafnium-Isomer enthalten ist, zu beschleunigen, ist also noch immer unmöglich. Zumindest mit Hilfe von realen Technologien.
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