Analiza urana iz Drugog svjetskog rata pokazala koliko su nacisti bili daleko od atomske bombe

Njemački nuklearni program iz Drugog svjetskog rata bio je znatno dalje od uspjeha nego što je tvrdio njegov vodeći fizičar Werner Heisenberg, pokazuje nova naučna studija objavljena 29. septembra u časopisu PNAS Nexus. Heisenberg je 1947. godine pisao da je reaktor za projekt "nacističke bombe", okrunjen njemačkim nuklearnim reaktorom B8, kraj rata bio gotovo završen i da mu je nedostajalo samo "relativno male količine urana" da proradi.

Istraživanje, koje se oslanja na historijske dokumente i forenzičku analizu dvije sačuvane kocke urana iz projekta, pokazuje da je reaktor B8 raspolagao s manje od polovine potrebne teške vode i približno pola količine urana potrebne za kontinuiranu lančanu reakciju. Reaktor je sadržavao oko 370 galona (1.400 litara) teške vode, dok bi mu trebalo više od 780 galona (oko 3.000 litara).

"Moji rezultati pokazuju da se Heisenberg prevario otprilike za faktor dva", izjavio je prvi autor studije Patrick Park, doktorski student Univerziteta Princeton, koji je istraživanje napisao tokom boravka na Univerzitetu Columbia. Park smatra da je Heisenbergova greška bila razumljiva jer su njegovi proračuni bili samo približni, a projekt je nakon bombardovanja Berlina preseljen u kameni podrum u njemačkom gradiću Haigerloch. "Ljudi su umirali ili gladovali, pa ovi proračuni reaktora nisu mu bili prvi prioritet", rekao je Park za Live Science, dodajući da mnogi detalji fizike neutrona u to vrijeme nisu bili poznati. "S obzirom na okolnosti, mislim da je učinio najbolje što je mogao."

Reaktor B8 sastojao se od pet koncentričnih krugova kocki urana obješenih na lance unutar tanka s teškom vodom. Njemački naučnici planirali su u jezgro reaktora staviti neutronski izvor od radijuma i berilijuma kako bi pokrenuli lančanu reakciju. Teška voda, koja sadrži izotop vodika deuterij, služi za usporavanje brzih neutrona iz fisije kako bi oni pokretali fisiju u susjednim atomima urana. Nijemci su u reaktoru koristili i male količine grafita, ali samo kao prevlaku za odbijanje neutrona nazad u komoru.

Kombinujući arhivske zapise o kockama, teškoj vodi i grafita s mjerenjima dvije sačuvane kocke, autori studije napravili su matematički model reaktora koji se slaže s historijskim mjerenjima i potvrdio da je reaktor s teškom vodom bio daleko od stabilne reakcije.

Studija je također ispitivala ideju da su Nijemci umjesto toga trebali graditi reaktor s grafitom, poput onog razvijenog na Univerzitetu Chicago za američku bombu. Autori su zaključili da to u ratnoj Njemačkoj nije bilo izvodljivo jer je lokalni ugalj iz kojeg se proizvodio grafit sadržavao visoke razine bora, elementa koji upija neutrone. Teška voda za reaktor B8 proizvedena je u jednoj jedinoj fabrici u Norveškoj, koju je Njemačka okupirala od aprila 1940. do maja 1945.

Teška voda čini tek mali dio posto nula posto obične vode, a njeno izdvajanje elektrolizom u norveškoj fabrici zahtijevalo je izuzetne napore. Fabrika je proizvodila koliko je mogla teške vode, ali bi reaktoru B8 trebalo više od dvostruko više teške vode nego što je proizvedeno tokom cijelog rata, navode istraživači. Reaktor je sadržavao ukupno 664 kocke, svaka teška oko 5,11 funti (2,32 kilograma), što je ukupno 3.390 funti (1.540 kilograma) urana. Slične kocke bile su raspodijeljene među drugim eksperimentalnim grupama, tako da je ukupni inventar u ratnoj Njemačkoj iznosio oko 1.100 kocki urana. No, istraživači su utvrdili da bi reaktoru B8 za rad bilo potrebno najmanje 1.200 kocki.

Njemačka stoga 1945. godine nije bila blizu razvoja reaktora za atomsku bombu. Suprotno Heisenbergovim tvrdnjama, reaktor s teškom vodom nikako nije bio gotov, a radni reaktor s grafitom bio je nemoguć. "Zaključujemo da Njemačka tokom Drugog svjetskog rata nije mogla izgraditi ni reaktor s teškom vodom ni grafitni reaktor", napisali su istraživači.

Mark Walker, istoričar sa Union Collegea u Schenectadyju u saveznoj državi New York, koji nije sudjelovao u studiji, rekao je da rezultati objašnjavaju odluku Njemačke da razvija reaktor s teškom vodom, budući da reaktor s grafitom nije bio moguć.

Da je reaktor proradio, potvrdio bi da je lančana reakcija fisije moguća — ključan korak prema njemačkoj atomskoj bombi — i mogao je podstaknuti razvoj specijaliziranih reaktora za proizvodnju plutonija za naoružanje. Umjesto toga, atomsku bombu je prva razvila Sjedinjene Američke Države i upotrijebila je da iznudi predaju Japana u augustu 1945. Njemačka je kapitulirala ranije, u maju iste godine.