Во время Второй мировой войны нацистская Германия предпринимала попытки создать атомную бомбу, для чего немецкие ученые работали над созданием ядерного реактора. Однако новое научное исследование выявило, что у Германии просто не хватало достаточного количества урана и тяжелой воды, необходимых для функционирования такого реактора.
Ученые провели повторный анализ этого ядерного эксперимента Германии, используя старые документы, оставшиеся куски урана и компьютерные модели. Этот эксперимент был проведен командой немецкого ученого Вернера Гейзенберга в 1945 году и получил обозначение B8. В нем использовалось 664 куска урана, помещенных в тяжелую воду. Целью было создание реактора, в котором ядерная цепная реакция могла бы протекать непрерывно, но это не удалось.
Согласно результатам нового исследования, даже если бы вся имеющаяся уран и тяжелая воду в Германии была собрана в одном месте, запуск реактора все равно был бы затруднен.
Оставшиеся куски урана сыграли ключевую роль в данном исследовании. В рамках ядерных опытов Германии было использовано около 1100 кусков урана, каждый из которых имел ширину около 5 сантиметров. На сегодняшний день известно местонахождение лишь 14 из этих кусков. Исследовательская группа проверила два из них, что помогло ученым понять характеристики урана, использованного в то время. Затем, опираясь на старые записи, было установлено, какое количество урана и тяжелой воды присутствовало в реакторе B8 в 1945 году.
В реакторе B8 содержалось примерно 1538 килограммов урана и 1549 килограммов тяжелой воды. Ученые воссоздали этот реактор с помощью компьютерных моделей, чтобы изучить работу нейтронов. Модель показала, что коэффициент умножения нейтронов в B8 составлял около 0,94. Проще говоря, если в одном цикле производилось 100 нейтронов, то в следующем цикле оставалось около 94 полезных нейтронов. Для поддержания непрерывной цепной реакции это число должно было быть близко к 100.
Согласно новым расчетам, для запуска реактора требовалось около 3000 килограммов урана и от 3500 до 3800 килограммов тяжелой воды. Это означает, что требовалось почти вдвое больше урана, чем было в B8. Потребность в тяжелой воде также превышала имеющееся количество более чем в два раза. Даже при суммировании предполагаемых запасов всей немецкой атомной программы, было доступно всего около 2572 килограммов урана и 1890 килограммов тяжелой воды, что также было недостаточно для функционирующего реактора.
Тяжелая вода необходима в ядерном реакторе для замедления нейтронов, что позволяет продвинуть процесс распада атомов урана. Основным источником тяжелой воды для Германии была Норвегия, однако во время войны на заводе по производству тяжелой воды неоднократно совершались атаки. Это сделало получение необходимого объема тяжелой воды крайне сложным для Германии.
Ученые также изучали возможность замены тяжелой воды на графит. Тем не менее, немецкий графит содержал примеси, которые поглощали нейтроны, делая невозможным запуск реактора с использованием графита.
Успешный ядерный реактор мог бы привести к производству плутония, который затем использовался бы для создания атомной бомбы. Однако Германия столкнулась с нехваткой необходимых материалов еще на начальном этапе. Новое исследование не доказывает, что Гейзенберг намеренно препятствовал созданию атомной бомбы нацистами. Тем не менее, данные ясно показывают, что у Германии не было достаточного количества урана и тяжелой воды для создания успешного ядерного реактора, что и стало причиной остановки ее атомной программы.