Коротка біографія бомби на основі ізомера гафнію Hf-178-m2, яка могла стати найдорожчою і потужною в історії, а стала однією з найгучніших невдач.
У 1998 р. відбувся нестандартний експеримент. Випромінювач, встановлений у невеликій службовій будівлі з гучною вивіскою «Центр квантової електроніки» (Center for Quantum Electronics) при Техаському Університеті в Далласі, бомбардував рентгеном дно перевернутого пластикового стаканчика. На ньому лежала ледь помітна частинка гафнію, вірніше, частинка його ізомера Hf-178-m2. Так почалася історія ізомірної бомби.
Випромінювач був зібраний з викинутого рентгенівського апарату, що стояв колись в кабінеті зубного лікаря, а також побутового підсилювача, купленого в найближчому магазині. Він бомбардував стаканчик випромінюванням протягом декількох тижнів. Після ретельної обробки отриманих даних керівник групи доктор Карл Коллінз (Carl Collins) оголосив про безсумнівний успіх. Судячи із записів реєструючої апаратури, вчені намацали шлях до створення мініатюрних бомб колосальної потужності - пристроїв розміром з кулак, здатних виробляти руйнування, еквівалентні десяткам тонн звичайної вибухівки.
Основа її начинки - Hf-178-m2, ізомер (не ізотоп!) гафнія-178. Поняття ядерної ізомерії виникло в 1921 р, коли німецький хімік, майбутній лауреат Нобелівської премії Отто Ган виявив «неправильний» варіант одного з продуктів розпаду урану, названого ним «ураном XII» (UXII). Ні за своїми хімічними властивостями, ні за масовою кількістю він не відрізнявся від вже відомого радіоактивного елемента, «урану Z» (UZ) - і все ж він володів іншим, значно більш тривалим періодом напіврозпаду. Пізніше з'ясувалося, що в обох випадках це був ізотоп протактиній-234 (234Pa) - в збудженому (ізомірному) і основному стані ядра.
Ядерні ізомери - це довгоживучі збуджені стани атомних ядер. Такі ядра мають незвичайну структуру: за певних умов формуючі їх нейтрони і протони можуть прийняти особливу, збуджену конфігурацію. Велика частина ізомерів відрізняється вкрай недовгим терміном життя - ядра практично моментально переходять у звичайний стан, звільняючи надлишок енергії у вигляді фотонів рентгенівського діапазону або передаючи його електронам атомної оболонки (т. зв. внутрішня конверсія). Однак деякі можуть залишатися стабільними протягом досить довгого терміну. До числа таких фізичних дивин належить, зокрема, Hf-178-m2 (він же 178m2Hf, за прийнятим у вітчизняній науці написанням).
Мета-стабільні ізомери можна використовувати в ролі своєрідної «енергетичної губки», здатної зберігати вбрану енергію на певний термін і з відносно невеликими втратами. Період напіврозпаду 178m2Hf становить 31 рік: це означає, що за три десятки років шматок ізомірного гафнію втратить тільки половину надлишкової енергії, вивільнивши її у вигляді рентгенівського випромінювання. Крім того, серед відомих нині ядерних ізомерів 178m2Hf володіє найбільшою енергією збудженого стану - 2,446 МеВ, так що один грам збудженого ізомера по запасеній енергії еквівалентний приблизно 300 кг тринітротолуолу. Все це означає, що з 178m2Hf могла б вийти прекрасна вибухівка - потрібно лише знайти спосіб, що дозволяє різко прискорити його перехід в нормальний стан, тобто створити пристрій, який зіграв би в ізомірній бомбі роль запалу.
У звіті Коллінз писав, що йому вдалося зареєструвати вкрай незначне зростання рентгенівського фону, який випускав опромінюваний зразок. Тим часом саме рентгенівське випромінювання є ознакою переходу 178m2Hf з ізомірного стану в звичайний. Отже, стверджував він, його групі вдалося домогтися прискорення цього процесу за рахунок бомбардування зразка рентгеном (при поглинанні рентгенівського фотону з відносно невеликою енергією ядро переходить на інший збуджений рівень, а потім слідує швидкий перехід на основний рівень, що супроводжується вивільненням всього запасу енергії). Щоб змусити зразок вибухнути, - міркував Коллінз, - потрібно лише збільшити потужність випромінювача до певної межі, після якої власне випромінювання зразка виявиться достатнім для того, щоб запустити ланцюгову реакцію переходу атомів з ізомерного стану в нормальний. Результатом стане досить відчутний вибух, а також колосальний сплеск жорсткого рентгена.
Наукова спільнота зустріла цю публікацію з явною недовірою - більшість експертів визнала, що отриманий результат є наслідком різних вимірювальних помилок. Незважаючи на це, Пентагон вкрай зацікавився роботою Коллінза і виділив йому гроші на подальші дослідження. Вивчення ядерних ізомерів відкривало дорогу до створення принципово нових бомб, які, з одного боку, були б значно потужнішими за звичайну вибухівку, а з іншого - не підпадали б під міжнародні обмеження, пов'язані з виробництвом і застосуванням ядерної зброї (ізомерна бомба не є ядерною, оскільки в ній не відбувається перетворення одного елемента на інший). Ізомірні бомби могли б бути дуже компактні (у них немає обмеження по масі знизу, оскільки процес переходу ядер з порушеного стану в звичайне не вимагає наявності критичної маси), а при вибуху вивільняли б величезну кількість жорсткого випромінювання, що знищує все живе.
Протягом наступних декількох років відоме агентство DARPA вклало у вивчення Hf-178-m2 кілька десятків мільйонів доларів, проте до створення робочого зразка бомби справа так і не дійшла, і в 2004 р. програма була закрита. Частково це пояснюється невдачами дослідницького плану - в ході декількох експериментів з використанням потужних гамма-випромінювачів Коллінзу не вдалося продемонструвати хоч скільки-небудь значуще збільшення фону опромінюваних зразків. Спроби повторити результати Коллінза робилися неодноразово, але жодна інша наукова група (а в їх число входили Лос-Аламоська, Аргоннська, Лоуренс-Ліверморська і Брукхевенська національні лабораторії США, які використовували набагато більш потужні рентгенівські джерела) не змогла це зробити.
Вже тоді вказувалося, що, при всіх своїх перевагах, ізомірна бомба володіє цілою низкою принципових недоліків. По-перше, Hf-178-m2 радіоактивний, тож бомба буде не зовсім «чиста» (деяке зараження місцевості гафнієм, що «не працював», матиме місце). По-друге, ізомер Hf-178-m2 не зустрічається в природі, а процес його напрацювання досить дорогий: його зазвичай отримують у дуже малих кількостях для наукових досліджень, бомбардуючи протонами "
