Τι είναι το Hafnium;

Το άφνιο είναι το 72ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα, χημικά εξαιρετικά παρόμοιο με το ζιρκόνιο. Από όλα τα στοιχεία, το άφνιο και το ζιρκόνιο είναι από τα πιο δύσκολο να διακριθούν, αν και η πυκνότητα του αφνίου είναι περίπου διπλάσια από το ζιρκόνιο. Το άφνιο είναι ένα σπάνιο, αργυρόχρωμο, όλκιμο, ανθεκτικό στη διάβρωση μέταλλο, το οποίο αποτελεί μόνο το 0.00058% του ανώτερου φλοιού της Γης κατά βάρος.

Το Hafnium είναι γνωστό μεταξύ των χημικών και των φυσικών για διάφορους λόγους. Το ένα οφείλεται στις ιδιότητες απορρόφησης νετρονίων. Το άφνιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή των ράβδων ελέγχου για τους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Όταν μια ράβδος ελέγχου αφνίου ωθείται σε έναν αντιδραστήρα, απορροφά αδέσποτα νετρόνια που απελευθερώνονται από πυρηνικές αντιδράσεις με ουράνιο ή πλουτώνιο, ψύχοντας τον αντιδραστήρα. Αυτό είναι απαραίτητο για να διατηρείται ο αντιδραστήρας υπό έλεγχο και να αποτρέπεται η τήξη. Επειδή ακόμη και μικροσκοπικές ακαθαρσίες ζιρκονίου μπορούν να μειώσουν ριζικά την ικανότητα απορρόφησης πυρήνων του αφνίου, είναι απαραίτητη μια δύσκολη διαδικασία διαχωρισμού για να παραχθεί άφνιο της καθαρότητας που απαιτείται για να χρησιμεύσει ως ράβδος ελέγχου.

Ένας άλλος λόγος για τη φήμη του αφνίου είναι ένα κράμα που μπορεί να παράγει, το καρβίδιο του αφνίου (HfC), το οποίο έχει το υψηλότερο σημείο τήξης από οποιαδήποτε δυαδική ένωση (3890 °C, 7034 °F). Αν και δεν έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς στις κατασκευές ή την αεροδιαστημική, έχει προταθεί ως δομικό υλικό για κατασκευές που εκτίθενται σε έντονη θερμότητα.

Ίσως οι πιο εξωτικές ιδιότητες που συνδέονται με το άφνιο είναι αυτές που σχετίζονται με το πυρηνικό του ισομερές, Hf-178-m2. Ένα πυρηνικό ισομερές είναι μια ειδική έκδοση ενός στοιχείου που περιέχει διεγερμένα πρωτόνια ή/και νετρόνια στον πυρήνα του, τοποθετώντας το πάνω από τη βασική κατάσταση. Αυτό του δίνει τη δυνατότητα να αποθηκεύει και να απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, με τη μορφή ακτίνων γάμμα. Το ισομερές άφνιο έχει περισσότερες δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας από οποιοδήποτε άλλο ισομερές παρόμοιας διάρκειας ζωής. (Τα περισσότερα ισομερή διασπώνται σε κλάσματα δευτερολέπτου.) Ένα κιλό καθαρού Hf-178-m2 θα είχε υπολογισμένη ενέργεια 1330 gigajoules, που ισοδυναμεί με έκρηξη περίπου 317 μετρικών τόνων TNT. Καλώς ή κακώς, το Hf-178-m2 είναι αρκετά σπάνιο και συνήθως θεωρείται η πιο ακριβή ουσία στον κόσμο, που κοστίζει εκατομμύρια ανά γραμμάριο. Η DARPA και το Πεντάγωνο έχουν εξετάσει τη χρήση του ισομερούς αφνίου για τη δημιουργία βομβών ακτίνων γάμμα που παρακάμπτουν τις πυρηνικές συνθήκες, χωρίς μέχρι στιγμής γνωστή επιτυχία.