Hafnium kontrovers
Hafniumkontroversen är en debatt om möjligheten att "utlösa" snabba energiutsläpp , via gammastrålning, från en nukleär isomer av hafnium , 178m2 Hf . Energifrisättningen är potentiellt 5 storleksordningar (100 000 gånger) mer energisk än en kemisk reaktion, men 2 storleksordningar mindre än en kärnklyvningsreaktion. 1998 rapporterade en grupp ledd av Carl Collins från University of Texas i Dallas att de framgångsrikt hade initierat en sådan trigger. Signal-till-brus-förhållanden var små i de första experimenten, och hittills har ingen annan grupp kunnat duplicera dessa resultat. Peter Zimmerman beskrev påståenden om vapenpotential som baserade på " mycket dålig vetenskap ".
Bakgrund
178m2 Hf är en särskilt attraktiv kandidat för experiment med inducerad gammaemission (IGE), på grund av dess höga densitet av lagrad energi, 2,5 MeV per kärna och långa 31-åriga halveringstid för att lagra den energin. Om strålning från något medel kunde "utlösa" en frisättning av den lagrade energin, skulle den resulterande kaskaden av gammafotoner ha den bästa chansen att hitta ett par exciterade tillstånd med de inverterade livstider som behövs för stimulerad emission . Medan inducerad emission endast tillför kraft till ett strålningsfält, tillför stimulerad emission koherens .
Denna process kan hjälpa till att skapa extremt effektiva kärnreaktionsmotorer , tillsammans med mer exakta radiometriska enheter. Ett förslag för att visa effektiviteten för att "utlösa" 178m2 Hf godkändes av en NATO-Advanced Research Workshop (NATO-ARW) som hölls i Predeal 1995. Även om förslaget var att använda infallande protoner för att bombardera målet, fanns a-partiklar tillgängliga när det första experimentet var planerat. Det gjordes av ett franskt, ryskt, rumänskt och amerikanskt lag. Resultaten sades vara extraordinära, men resultaten publicerades inte. Ändå 178m2 Hf vara av särskild betydelse för potentiella tillämpningar av IGE. En kontrovers utbröt snabbt.
Betydelse
- 178m2 Hf har den högsta excitationsenergin av någon jämförbart långlivad isomer. Ett gram ren 178m2 Hf innehåller cirka 1330 megajoule energi, motsvarande cirka 300 kilogram (660 pund) av det explosiva TNT . Halveringstiden för 178m2 Hf är 31 år eller 1 Gs (gigasekund, 1 000 000 000 sekunder), så att ett grams naturliga radioaktivitet är 2,40 TBq (65 Ci). Aktiviteten är i en kaskad av penetrerande gammastrålar, varav den mest energiska är 0,574 MeV. Betydande avskärmning skulle behövas för människors säkerhet om provet skulle vara ett gram av den rena isomeren. Än så länge existerar den nukleära isomeren endast i låga koncentrationer (<0,1%), inom multiisotopiskt hafnium.
- All energi som frigörs skulle vara i form av fotoner; Röntgenstrålar och gammastrålar.
- Om all energi i kärnan kunde frigöras inom en kort tid (t.ex. en nanosekund), skulle ett gram ren 178m2 Hf producera en röntgenskur med extremt hög effekt i storleksordningen 1 GJ/ns eller 1 exawatt ( 1 x 1018 W ). Kvantitativa uppskattningar indikerar dock att den energi som frigörs av kärnisomeren är mycket mindre än den energi som behövs för att initiera processen; kraften som behövs för att initiera IGE skulle behöva ske över en kortare tidsskala än frigörandet av kärnenergin, och skulle därför vara ännu mer extremt oproportionerlig.
- De karakteristiska tidsskalorna för processer involverade i applikationer skulle vara gynnsamma för att förbruka all den initiala radioaktiviteten. Processen för att trigga ett prov av IGE skulle använda fotoner för att trigga och producera fotoner som en produkt. Utbredningen av fotoner sker med ljusets hastighet medan mekanisk demontering av målet skulle fortsätta med en hastighet som är jämförbar med ljudets. Outlöst 178m2 Hf-material kanske inte kan komma bort från en utlöst händelse om fotonerna inte interagerar först med elektronerna.
- Både förslaget till NATO-ARW och de fragmentariska resultaten från det efterföljande experimentet indikerade att energin hos fotonen som behövs för att initiera IGE från 178m2 Hf skulle vara mindre än 300 keV. Många ekonomiska källor för sådana lågenergiröntgenstrålar var tillgängliga för att leverera ganska stora flöden till målprover med blygsamma dimensioner.
- Prover på 178m2 Hf var och förblir tillgängliga i låga koncentrationer (<0,1%).
Kronologi över anmärkningsvärda händelser
- Omkring 1997 tog JASONS rådgivande grupp vittnesbörd om utlösningen av nukleära isomerer. JASON Defence Advisory Group publicerade en relevant offentlig rapport som sa att de drog slutsatsen att något sådant skulle vara omöjligt och inte bör försökas. Trots intervenerande publikationer i peer-reviewade tidskrifter av artiklar skrivna av ett internationellt team som rapporterade IGE från 178m2 Hf, tog IDA omkring 2003 vittnesmål, återigen från relevanta forskare om frågor om trovärdigheten hos rapporterade resultat. Professor Carl Collins, den ledande amerikanska medlemmen i teamet som publicerade framgångarna, vittnade inte.
- Omkring 2003 initierade DARPA explorativ forskning som kallas stimulerad isomerenergifrisättning (SIER) och allmänhetens intresse väcktes, både på folklig nivå och på professionell nivå.
- SIERs första fokus var huruvida betydande mängder av 178m2 Hf kunde produceras till acceptabla kostnader för möjliga tillämpningar. En sluten panel som heter HIPP fick uppdraget och drog slutsatsen att den kunde. Men en vetenskapsman på den konfidentiella DARPA HIPP granskningspanelen "läckte ut" fördomsfulla men preliminära oro till pressen. Detta ogrundade påstående satte igång den efterföljande kaskaden av felaktiga rapporter om de så kallade "upprörande kostnaderna" för att utlösa isomer.
- Efter att ha uppfyllt uppdraget till HIPP-panelen att undersöka problemet med produktion till acceptabel kostnad, övergick SIER-programmet till frågan om definitiv bekräftelse av IGE:s rapporter från 178m2 Hf. En uppgift med TRiggering Isomer Proof (TRIP) gavs i uppdrag av DARPA och tilldelades ett helt oberoende team från de som rapporterade framgång tidigare. "Guldstandarden" för triggning av hafnium-isomer sattes som Rusu-avhandlingen. TRIP-experimentet krävde oberoende bekräftelse av Rusu-avhandlingen. Den var framgångsrik, men kunde inte publiceras.
- År 2006 hade Collins-teamet publicerat flera artiklar som stödde deras första observationer av IGE från 178m2 Hf. Omtryck (finns på länken) av artiklar som publicerats efter 2001 beskriver arbete utfört med avstämbara monokromatiska röntgenstrålar från synkrotronljuskällorna SPring -8 i Hyogo och SLS i Villigen.
- År 2006 fanns det 2 artiklar som hävdade att de motbevisade möjligheterna för IGE från 178m2 Hf och tre teoretiska artiklar skrivna av samma individ som sa varför det inte borde vara möjligt att ske genom de specifika steg som författaren föreställde sig. De två första beskrev synkrotronexperiment där röntgenstrålarna inte var monokromatiska.
- År 2007, Pereira et al. uppskattat att kostnaden för den elektriska energin för att lagra energi i kärnisomeren är i storleksordningen $1/J; att bygga och underhålla den partikelaccelerator som behövs för ändamålet är extra. Varje rimlig explosiv anordning, t.ex. en handgranat, kan innehålla från 10 till 100 g TNT, motsvarande 40 till 400 kJ, till en kostnad av tiotals dollar eller minst 10 000 gånger mindre än denna uppskattning för isomeriskt energiinnehåll i kärna. En sådan överdriven kostnad gör alla enheter baserade på kärn isomerer alldeles för dyr för att vara praktiska, och forskning motiverad av potentiella tillämpningar därav till ett slöseri med pengar (i motsats till forskning om kärn isomerer enbart för vetenskapliga ändamål som inte gör anspråk på någon praktisk funktion).
- Den 29 februari 2008 distribuerade DARPA några av de 150 exemplaren av slutrapporten från TRIP-experimentet som oberoende bekräftade "guldstandarden" för hafnium-isomerutlösning. Den 94-sidiga rapporten, som upprätthålls av expertgranskning, distribueras endast för officiellt bruk (FOUO) av DARPA Technical Information Office, 3701 N. Fairfax Dr., Arlington, VA 22203 USA.
- Den 9 oktober 2008 släppte LLNL den 110 sidor långa utvärderingen av DARPA TRIP-experimentet. Citerar från sidan 33, "Sammantaget är röntgenexperimenten på 178m2 Hf av Collins et al. statistiskt marginella och inkonsekventa. Inget av de rapporterade positiva utlösande resultaten bekräftades av oberoende grupper, inklusive de experiment som utfördes av tidigare kollaboratörer (Carroll). " Dessutom står det i rapportsammanfattningen, sidan 65: "Vår slutsats är att utnyttjandet av kärnisomerer för energilagring är opraktisk ur synvinkel av kärnstruktur, kärnreaktioner och utsikter för kontrollerat energiutsläpp. Vi noterar att kostnaden för att producera den nukleära isomeren kommer sannolikt att vara extraordinärt hög, och att den teknik som skulle krävas för att utföra uppgiften är bortom allt som gjorts tidigare och är svåra att kosta vid denna tidpunkt."
- 2009, SA Karamian et al. publicerade resultaten av ett fyranationsteams experimentella mätningar i Dubna för produktion av kvantiteter på 178m2 Hf genom spallation vid energier så låga som 80 MeV. Förutom att avsevärt sänka den beräknade produktionskostnaden, visade detta experimentella resultat att tillgängligheten till källor på 178 m2 Hf ligger inom kapaciteten hos de många lediga cyklotronenheter som är utspridda runt om i världen.
Observera också: