Kas ir Hafnijs?

Hafnijs ir labi pazīstams ķīmiķu un fiziķu vidū vairāku iemeslu dēļ. Viens no tiem ir neitronus absorbējošo īpašību dēļ. Hafniju izmanto kodolreaktoru vadības stieņu izgatavošanai. Kad hafnija vadības stienis tiek iespiests reaktorā, tas absorbē klaiņojošos neitronus, kas izdalās ar urānu vai plutoniju darbināmu kodolreakciju rezultātā, atdzesējot reaktoru. Tas ir svarīgi, lai kontrolētu reaktoru un novērstu kušanu. Tā kā pat niecīgi cirkonija piemaisījumi var radikāli pazemināt hafnija kodola absorbcijas spēju, ir nepieciešams sarežģīts atdalīšanas process, lai iegūtu tādas tīrības hafniju, kas nepieciešama, lai kalpotu kā kontroles stieņa.

Vēl viens hafnija slavas iemesls ir sakausējums, ko tas var ražot, hafnija karbīds (HfC), kuram ir visaugstākā kušanas temperatūra no visiem binārajiem savienojumiem (3890 °C, 7034 °F). Lai gan tas nav plaši izmantots būvniecībā vai kosmosā, tas ir ierosināts kā celtniecības materiāls konstrukcijām, kas pakļautas intensīvam karstumam.

Iespējams, eksotiskākās īpašības, kas saistītas ar hafniju, ir tās, kas saistītas ar tā kodolizomēru Hf-178-m2. Kodolizomērs ir tāda elementa īpaša versija, kura kodolā satur ierosinātus protonus un/vai neitronus, nostādot to virs pamatstāvokļa. Tas tai dod iespēju uzglabāt un atbrīvot milzīgu enerģijas daudzumu gamma staru veidā. Hafnija izomēram ir lielāks enerģijas uzkrāšanas potenciāls nekā jebkuram citam līdzīgi ilgstošam izomēram. (Lielākā daļa izomēru sadalās sekundes daļā.) Viena kilograma tīra Hf-178-m2 aprēķinātā enerģija būtu 1330 gigadžouli, kas atbilst aptuveni 317 metrisko tonnu trotila eksplozijai. Labāk vai sliktāk, Hf-178-m2 ir diezgan reti sastopams, un tas parasti tiek uzskatīts par visdārgāko vielu pasaulē, kas maksā miljonus par gramu. DARPA un Pentagons ir pētījuši hafnija izomēra izmantošanu, lai radītu gamma staru bumbas, kas apietu kodollīgumus, bet pagaidām nav gūti panākumi.