Kocke uranijuma otkrivaju zašto je njemački nuklearni projekat propao

Za vrijeme Drugog svjetskog rata fizičari na projektu Manhattan pribojavali su se da bi nacistička Njemačka mogla prva razviti nuklearnu bombu. Do toga nije došlo, ali historičari su godinama raspravljali o tome koliko su Nijemci bili blizu postizanja kritičnosti u svom posljednjem pokušaju izgradnje reaktora — hrpi B8. Werner Heisenberg, koji je vodio taj poduhvat, tvrdio je da su bili blizu i da im je trebalo samo još malo uranijuma. Rad objavljen u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences Nexus, međutim, pokazuje drugo: s obzirom na dizajn koji su koristili, projekat jednostavno nije raspolagao dovoljnim količinama uranijuma i teške vode za izradu upotrebljive bombe.

Pozadina istraživanja seže u 2013. godinu, kada je fizičar Timothy Koeth, jedan od autora novog rada, od prijatelja dobio na poklon misterioznu kocku od teškog metala. Odmah je prepoznao da se radi o jednoj od kocki uranijuma koje su njemački naučnici koristili u neuspjelom pokušaju izgradnje reaktora. Danas je poznato da postoji svega 14 takvih kocki. Koeth i tadašnja doktorandica Miriam "Mimi" Hiebert pratili su 2019. godine trag deset kocki raspršenih širom Sjedinjenih Američkih Država — jednu su pronašli u skladištu Smithsonian Instituta, a treća se nalazila na Harvardu, gdje se prenosila među studentima uvodnih kolegija fizike kao kuriozitet.

Reaktor poput "mračnog lustera"

Njemački nuklearni naučnici bili su podijeljeni u tri izolovane grupe sa sjedištima u Berlinu, Gottowu i Leipzigu. Grupom u Berlinu rukovodio je Heisenberg, koji je, kako su se savezničke snage približavale zimi 1944. godine, preselio tim u pećinu ispod dvorca u gradiću Haigerloch — danas mjesto muzeja Atomkeller. Upravo tamo je izgrađen reaktor B8, koji je po Koethovim riječima ličio na "zloslutni luster": 664 kocke uranijuma nanizane na avionskom kablu, potopljene u rezervoar teške vode zaštićen grafitom protiv zračenja.

Pošto su Nijemci radili pod pritiskom vremena, šef projekta Manhattan, general-poručnik Leslie Groves, pokrenuo je tajnu misiju "Alsos" s ciljem prikupljanja podataka i materijala vezanih za njemačka naučna istraživanja. Kad su saveznici stigli, Heisenberg je rastavio eksperiment B8, zakopao kocke uranijuma u polju i sakrio ključnu dokumentaciju u nužnik, iz kojeg ih je kasnije morao iskopati fizičar Samuel Goudsmit. Sam Heisenberg pobjegao je biciklom, noseći nekoliko kocki u ruksaku.

Bili blizu ili ne?

Heisenberg je tvrdio da je eksperiment propao zbog nedovoljne količine uranijuma, ali da bi "blago povećanje veličine bilo dovoljno da pokrene proces proizvodnje energije". Model opisan u radu objavljenom 2009. godine podupirao je tu tvrdnju, pokazujući da je grupi trebalo samo 50 posto više kocki uranijuma da dizajn proradi.

Koeth i Hiebert kasnije su u Nacionalnoj arhivi otkrili kutiju deklasifikovanih dokumenata i saznali za oko 400 dodatnih kocki uranijuma iz zasebnog eksperimenta grupe iz Gottowa. Zaključili su da bi udružene zalihe bile više nego dovoljne za postizanje kritičnosti reaktora B8 — što upućuje na to da je tajnoviti, izolacionistički pristup Njemačke, uz nepodjelu informacija i resursa među grupama, osujetio njen nuklearni program.

Najnoviji rad nadovezuje se na ranija istraživanja, ali dovodi do drugačijeg zaključka. Koeth, Hiebert i kolege analizirali su dvije preživjele kocke uranijuma te pregledali historijske zapise, tehničke izvještaje, korespondenciju i arhivsku građu kako bi saznali više o uranijumu, teškoj vodi i grafitnim blokovima korištenim u eksperimentu s reaktorom B8. Reaktoru B8 bi za postizanje kritičnosti, pokazuju njihovi proračuni, trebalo između 1.292 i 1.775 kocki uranijuma, te dvostruko više teške vode od količine koju je tokom cijelog rata proizvelo postrojenje Norsk Hydro u Vemorku u Norveškoj — tada jedini izvor. "Naši proračuni sugeriraju da je Heisenberg značajno podcijenio potrebne materijale", napisali su autori.

Autori su se pozvali i na ranije radove u kojima se navode ključne razlike između američke i njemačke proizvodnje grafita. Američki naučnici koristili su naftni koks. Dio te opskrbe stigao je do Njemačke, ali britanska pomorska blokada u januaru 1940. godine lišila je Nijemce tog vitalnog resursa. Njemački nuklearni fizičari morali su se osloniti na metalurški koks iz Ruhra, koji je imao dvostruko više nečistoća od američkog. Slične probleme imali su i američki naučnici, sve dok nisu pronašli neobično niskoborni koks u Pennsylvaniji. Zaključak autora je nedvosmislen: "nijedna prirodna uranijumska hrpa moderirana grafitom nije mogla postići kritičnost" s materijalima koji su u to vrijeme bili dostupni njemačkim naučnicima.