Falha DARPA: um dos maiores erros da história da ciência

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Uma bomba baseada no isômero de háfnio Hf-178-m2 pode se tornar a mais cara e mais poderosa da história dos artefatos explosivos não nucleares. Mas ela não fez isso. Agora, este caso é reconhecido como um dos fracassos mais notórios da DARPA - a Agência para Projetos de Defesa Avançada do departamento militar americano.

O emissor foi montado a partir de uma máquina de raios-X descartada que já esteve no consultório do dentista, bem como de um amplificador doméstico comprado em uma loja próxima. Estava em forte contraste com o sinal alto do Center for Quantum Electronics, que foi visto entrando em um pequeno prédio de escritórios na Universidade do Texas em Dallas. No entanto, o dispositivo cumpriu sua tarefa - ou seja, bombardeou regularmente um copo de plástico invertido com um fluxo de raios-X. Claro, o vidro em si não tinha nada a ver com isso - ele simplesmente servia como um suporte sob uma amostra quase imperceptível de háfnio, ou melhor, seu isômero Hf-178-m2. O experimento durou várias semanas. Mas após cuidadoso processamento dos dados obtidos, o diretor do Centro, Carl Collins, anunciou um sucesso indiscutível. Gravações do equipamento de gravação indicam que seu grupo encontrou uma maneira de criar bombas em miniatura de poder colossal - dispositivos do tamanho de punhos capazes de produzir destruição equivalente a dezenas de toneladas de explosivos comuns.

Assim, em 1998, teve início a história da bomba de isômeros, que mais tarde ficou conhecida como um dos maiores erros da história da ciência e da pesquisa militar.

Háfnio

Hafnium é o 72º elemento da tabela periódica de Mendeleev. Este metal branco prateado leva o nome do nome latino para a cidade de Copenhagen (Hafnia), onde foi descoberto em 1923 por Dick Koster e Gyordem Hevesi, colaboradores do Instituto de Física Teórica de Copenhagen.

Sensação científica

Em seu relatório, Collins escreveu que foi capaz de registrar um aumento extremamente insignificante no fundo de raios-X, que foi emitido pela amostra irradiada. Entretanto, é a radiação de raios X que sinaliza a transição de 178m2Hf do estado isomérico para o normal. Consequentemente, Collins argumentou que seu grupo foi capaz de acelerar esse processo bombardeando a amostra com raios-X (quando um fóton de raios-X com uma energia relativamente baixa é absorvido, o núcleo vai para outro nível excitado, e então uma rápida transição para segue-se o nível do solo, acompanhado da liberação de toda a reserva de energia). Para forçar a amostra a explodir, Collins raciocinou, é necessário apenas aumentar a potência do emissor até um certo limite, após o qual a própria radiação da amostra será suficiente para desencadear uma reação em cadeia da transição dos átomos do estado isomérico para o estado normal. O resultado será uma explosão muito palpável, bem como uma explosão colossal de raios-X.

A comunidade científica recebeu esta publicação com clara descrença, e experimentos começaram em laboratórios ao redor do mundo para validar os resultados de Collins. Alguns grupos de pesquisa foram rápidos em declarar a confirmação dos resultados, embora seus números fossem apenas marginalmente mais altos do que os erros de medição. No entanto, a maioria dos especialistas acredita que o resultado obtido foi o resultado de uma interpretação incorreta dos dados experimentais.

Otimismo militar

No entanto, uma das organizações ficou extremamente interessada neste trabalho. Apesar de todo o ceticismo da comunidade científica, os militares americanos literalmente perderam a cabeça com as promessas de Collins. E foi de quê! O estudo dos isômeros nucleares abriu caminho para a criação de bombas fundamentalmente novas, que, por um lado, seriam muito mais poderosas do que os explosivos comuns e, por outro, não cairiam nas restrições internacionais associadas à produção e uso de armas nucleares (uma bomba de isômero não é nuclear, pois não há transformação de um elemento em outro).

As bombas isoméricas poderiam ser muito compactas (não têm limitação de massa inferior, uma vez que o processo de transição dos núcleos de um estado excitado para um estado comum não requer uma massa crítica), e na explosão elas liberariam uma grande quantidade de radiação dura que destrói todas as coisas vivas. Além disso, as bombas de háfnio poderiam ser consideradas relativamente "limpas" - afinal, o estado fundamental do háfnio-178 é estável (não é radioativo), e a explosão praticamente não contaminaria a área.

Dinheiro jogado fora

Nos anos seguintes, a agência DARPA investiu várias dezenas de milhões de dólares no estudo do Hf-178-m2. No entanto, os militares não esperaram pela criação de um modelo funcional da bomba. Isso se deve em parte ao fracasso do plano de pesquisa: no decorrer de vários experimentos usando poderosos emissores de raios-X, Collins foi incapaz de demonstrar qualquer aumento significativo no background das amostras irradiadas.

Tentativas de replicar os resultados de Collins foram feitas várias vezes ao longo de vários anos. No entanto, nenhum outro grupo científico foi capaz de confirmar com segurança a aceleração da degradação do estado isomérico do háfnio. Físicos de vários laboratórios nacionais americanos - Los Alamos, Argonne e Livermore - também se envolveram nessa questão. Eles usaram uma fonte de raios-X muito mais poderosa - Advanced Photon Source do Argonne National Laboratory, mas não puderam detectar o efeito da decadência induzida, embora a intensidade da radiação em seus experimentos fosse várias ordens de magnitude maior do que nos experimentos do próprio Collins. Seus resultados também foram confirmados por experimentos independentes em outro laboratório nacional dos Estados Unidos - Brookhaven, onde o poderoso síncrotron National Synchrotron Light Source foi usado para irradiação. Depois de uma série de conclusões decepcionantes, o interesse dos militares neste tópico diminuiu, o financiamento foi interrompido e, em 2004, o programa foi encerrado.

Munição de diamante

Enquanto isso, ficou claro desde o início que, apesar de todas as suas vantagens, a bomba de isômero também possui uma série de desvantagens fundamentais. Em primeiro lugar, o Hf-178-m2 é radioativo, de modo que a bomba não ficará totalmente "limpa" (ainda ocorrerá alguma contaminação da área com háfnio "não trabalhado"). Em segundo lugar, o isômero Hf-178-m2 não ocorre na natureza e o processo de sua produção é bastante caro. Pode ser obtido de várias maneiras - irradiando um alvo de itérbio-176 com partículas alfa, ou por prótons - tungstênio-186 ou uma mistura natural de isótopos de tântalo. Desta forma, quantidades microscópicas do isômero de háfnio podem ser obtidas, o que deve ser suficiente para a pesquisa científica.

Uma forma mais ou menos massiva de obter este material exótico é a irradiação com nêutrons háfnio-177 em um reator térmico. Mais precisamente, parecia - até os cientistas calcularem que por um ano em tal reator de 1 kg de háfnio natural (contendo menos de 20% do isótopo 177), você pode obter apenas cerca de 1 micrograma de um isômero excitado (a liberação de este montante é um problema separado). Não diga nada, produção em massa! Mas a massa de uma pequena ogiva deve ser de pelo menos dezenas de gramas … Acontece que essa munição não sai nem mesmo "ouro", mas francamente "diamante" …

Encerramento científico

Mas logo ficou demonstrado que essas deficiências também não eram decisivas. E o ponto aqui não está na imperfeição da tecnologia ou nas inadequações dos experimentadores. O ponto final desta história sensacional foi colocado por físicos russos. Em 2005, Evgeny Tkalya do Instituto de Física Nuclear da Universidade Estadual de Moscou publicou na revista Uspekhi Fizicheskikh Nauk, um artigo intitulado “Decadência Induzida do Isômero Nuclear 178m2Hf e uma Bomba Isomérica”. No artigo, ele descreveu todas as maneiras possíveis para acelerar a decadência do isômero háfnio. São apenas três: a interação da radiação com o núcleo e decaimento por um nível intermediário, a interação da radiação com a camada do elétron, que então transfere a excitação para o núcleo, e a mudança na probabilidade de decaimento espontâneo.

Depois de analisar todos esses métodos, Tkalya demonstrou que a redução efetiva na meia-vida de um isômero sob a influência da radiação de raios X contradiz profundamente toda a teoria subjacente à física nuclear moderna. Mesmo com as suposições mais benignas, os valores obtidos foram ordens de magnitude menores do que os relatados por Collins. Portanto, acelerar a liberação de energia colossal, que está contida no isômero háfnio, ainda é impossível. Pelo menos com a ajuda de tecnologias da vida real.