L’afnio è il 72° elemento della tavola periodica, chimicamente estremamente simile allo zirconio. Tra tutti gli elementi, l’afnio e lo zirconio sono tra i più difficili da distinguere, sebbene la densità dell’afnio sia circa il doppio di quella dello zirconio. L’afnio è un metallo raro, argenteo, duttile e resistente alla corrosione, che costituisce in peso solo lo 0.00058% della crosta superiore della Terra.
L’afnio è ben noto tra chimici e fisici per diversi motivi. Uno è a causa delle sue proprietà di assorbimento dei neutroni. L’afnio è usato per realizzare le barre di controllo per i reattori nucleari. Quando un’asta di controllo dell’afnio viene spinta in un reattore, assorbe i neutroni vaganti rilasciati dalle reazioni nucleari alimentate all’uranio o al plutonio, raffreddando il reattore. Questo è essenziale per tenere sotto controllo il reattore e prevenire la fusione. Poiché anche minuscole impurità di zirconio possono ridurre radicalmente la capacità di assorbimento nucleare dell’afnio, è necessario un difficile processo di separazione per produrre afnio della purezza richiesta per fungere da barra di controllo.
Un altro motivo per la fama dell’afnio è una lega che può produrre, il carburo di afnio (HfC), che ha il punto di fusione più alto di qualsiasi composto binario (3890 ° C, 7034 ° F). Sebbene non sia stato ampiamente utilizzato in edilizia o aerospaziale, è stato suggerito come materiale da costruzione per strutture esposte a calore intenso.
Forse le proprietà più esotiche associate all’afnio sono quelle associate al suo isomero nucleare, Hf-178-m2. Un isomero nucleare è una versione speciale di un elemento che contiene protoni e/o neutroni eccitati nel suo nucleo, ponendolo al di sopra dello stato fondamentale. Questo gli dà il potenziale per immagazzinare e rilasciare enormi quantità di energia, sotto forma di raggi gamma. L’isomero di afnio ha più potenziale per immagazzinare energia rispetto a qualsiasi altro isomero di durata simile. (La maggior parte degli isomeri decadono in una frazione di secondo.) Un chilogrammo di Hf-178-m2 puro avrebbe un’energia calcolata di 1330 gigajoule, l’equivalente dell’esplosione di circa 317 tonnellate di TNT. Nel bene e nel male, Hf-178-m2 è piuttosto raro, ed è comunemente considerato la sostanza più costosa del mondo, costando milioni al grammo. La DARPA e il Pentagono hanno esaminato l’uso dell’isomero di afnio per creare bombe a raggi gamma che eludono i trattati nucleari, senza successo ancora noto.