اورانیوم جنگ جهانی دوم نشان می دهد که نازی ها چقدر به بمب اتمی نزدیک بوده اند

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که نازی‌ها با وجود ادعای رهبر پروژه مبنی بر آماده بودن آن، از تکمیل یک راکتور فعال برای برنامه بمب اتمی خود فاصله زیادی داشتند.

ورنر هایزنبرگ فیزیکدان آلمانی در سال 1947 نوشت که راکتور پروژه "بمب نازی ها" - که در راکتور هسته ای B8 آلمان به اوج خود رسید - در پایان جنگ جهانی دوم تقریبا به پایان رسید.

هایزنبرگ، که رهبری توسعه راکتور را بر عهده داشت، ادعا کرد که راکتور برای ایجاد یک واکنش شکافت خودپایدار کافی نیست و تنها «مقدار نسبتا کمی اورانیوم» برای کار کردن ندارد.

اگر کار می‌کرد، راکتور B8 تأیید می‌کرد که یک واکنش زنجیره‌ای شکافت امکان‌پذیر است و گامی کلیدی به سوی ساخت بمب اتمی آلمان است. همچنین می‌توانست به توسعه راکتورهای شکافت تخصصی که برای تولید پلوتونیوم تسلیحاتی از اورانیوم استفاده می‌شوند، تشویق کند. در عوض، بمب اتمی ابتدا توسط ایالات متحده ساخته شد و برای وادار کردن ژاپن به تسلیم در اوت 1945 استفاده شد. (آلمان قبلا در می 1945 تسلیم شده بود).

مطالعه جدید که در 29 سپتامبر در ژورنال PNAS Nexus منتشر شد، از اسناد تاریخی و تحقیقات پزشکی قانونی دو تا از مکعب های اورانیوم باقیمانده این پروژه برای رد ادعای هایزنبرگ استفاده کرد. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که راکتور B8 آلمان کمتر از نیمی از مقدار «آب سنگین» و حدود نیمی از مقدار اورانیومی که برای یک واکنش زنجیره‌ای پیوسته نیاز داشت، دارد.

پاتریک پارک، نویسنده اول، دانشجوی دکترا در دانشگاه پرینستون که در نوشتن این مطالعه در دانشگاه کلمبیا مشارکت داشت، می‌گوید: «نتایج من استدلال می‌کند که هایزنبرگ تقریبا دو برابر شده است».

پارک گفت که اشتباه هایزنبرگ قابل درک بود: محاسبات او فقط تقریبی بود و پس از بمباران برلین، پروژه به انبار سنگی در شهر هایگرلوخ آلمان منتقل شد.

نتایج من استدلال می‌کند که هایزنبرگ تقریبا دو برابر شده بود.

پاتریک پارک، دانشجوی دکترا در دانشگاه پرینستون

پارک در ایمیلی به لایو ساینس گفت: «مردم در حال مرگ یا گرسنگی بودند و بنابراین این محاسبات راکتور اولویت اول او نبود» در حالی که بسیاری از جزئیات فیزیک نوترون در آن زمان ناشناخته بود. با توجه به این شرایط، فکر می کنم او بهترین کاری را که می توانست انجام داد.»

آب سنگین

برای پاسخ به این سوال که راکتور پروژه بمب نازی ها تا کجا پیش رفته است، دانشمندان با ردیابی سوابق آرشیوی صدها مکعب اورانیوم که توسط دانشمندان آلمانی استفاده شده بود، شروع کردند. راکتور B8 شامل پنج دایره متحدالمرکز از مکعب های اورانیوم بود که بر روی زنجیر در مخزن آب سنگین آویزان شده بودند. دانشمندان آلمانی قصد داشتند یک منبع نوترون رادیوم بریلیم را در هسته راکتور قرار دهند تا واکنش زنجیره ای را با سیل نوترون ها آغاز کنند که هسته های اورانیوم را شکافته و نوترون های بیشتری را آزاد کند و واکنش زنجیره ای را بیشتر کند.

آب سنگین نوعی آب است که حاوی ایزوتوپ هیدروژن سنگین نوترون دوتریوم است. مانند بلوک‌ها و میله‌های عمدتا گرافیتی که در بسیاری از راکتورها استفاده می‌شوند، می‌توان از آن برای «تعدیل» یا کاهش سرعت نوترون‌های سریع ایجاد شده در یک واکنش شکافت استفاده کرد، بنابراین آنها باعث ایجاد شکافت - و نوترون‌های بیشتر - در اتم‌های اورانیوم مجاور می‌شوند. آلمانی ها همچنین از مقادیر کمی گرافیت در راکتور خود استفاده کردند، اما به عنوان پوششی برای بازتاب نوترون ها به داخل محفظه.

یک مکعب اورانیوم طبیعی از پروژه بمب اتمی آلمان. (اعتبار تصویر: John T. Consoli، دانشگاه مریلند کالج پارک، MD.) با ترکیب سوابق مکعب ها، آب سنگین و گرافیت استفاده شده توسط دانشمندان آلمانی با اندازه گیری دو مکعب باقیمانده، نویسندگان مطالعه یک مدل ریاضی از راکتور ایجاد کردند که با اندازه گیری های تاریخی مطابقت نزدیکی داشت. این به آنها امکان داد تا ثابت کنند که راکتور آب سنگین از دستیابی به یک واکنش پایدار فاصله زیادی دارد.

این یافته‌ها همچنین به آن‌ها کمک کرد تا این پیشنهاد را بررسی کنند که آلمانی‌ها در عوض باید یک راکتور مبتنی بر گرافیتی مانند شمع هسته‌ای که در دانشگاه شیکاگو برای ساخت بمب آمریکایی ساخته شده بود، بسازند.

اما نویسندگان مطالعه به این نتیجه رسیدند که یک رآکتور تعدیل‌شده با گرافیت در آلمان زمان جنگ غیرممکن است زیرا ذخایر محلی زغال سنگ موجود برای ایجاد گرافیت حاوی سطوح بالایی از بور جذب‌کننده نوترون است که آن را بی‌فایده می‌سازد.

در عوض، آب سنگین مورد استفاده در راکتور B8 در یک کارخانه واحد در نروژ، که از آوریل 1940 تا مه 1945 توسط آلمان اشغال شده بود، تولید شد. با این حال، راکتور تنها حدود 370 گالن (1400 لیتر) آب سنگین داشت، به جای بیش از 780 گالن که محققین به آن نیاز داشتند.

آب سنگین بخش کوچکی از درصد آب معمولی را تشکیل می دهد و استخراج آن از طریق الکترولیز در کارخانه نروژی تلاش فوق العاده ای را انجام داد. این کارخانه تا جایی که می‌توانست آب سنگین تولید می‌کرد، اما راکتور B8 به بیش از دو برابر مقداری که در طول جنگ تولید می‌کرد، نیاز داشت.

یافته دیگر این است که راکتور B8 تقریبا نیمی از مقدار اورانیومی دارد که برای حفظ یک واکنش زنجیره‌ای شکافت نیاز داشت. این راکتور در مجموع حاوی 664 مکعب بود که هر کدام حدود 5.11 پوند (2.32 کیلوگرم) وزن داشت که در مجموع 3390 پوند (1540 کیلوگرم) اورانیوم بود. مکعب‌های مشابهی در میان سایر گروه‌های آزمایشی توزیع شد که کل موجودی در آلمان زمان جنگ را در حدود 1100 مکعب اورانیوم نشان داد.

اما محققان به این نتیجه رسیدند که راکتور B8 برای کار به حداقل 1200 مکعب نیاز دارد. بنابراین، آلمان قصد نداشت راکتوری برای بمب اتمی در سال 1945 بسازد. برخلاف ادعای هایزنبرگ، راکتور آب سنگین تقریبا آماده نبود، و راکتور گرافیتی فعال غیرممکن بود.

محققان نوشتند: «ما به این نتیجه رسیدیم که آلمان نمی‌توانست در طول جنگ جهانی دوم راکتورهای آب سنگین یا گرافیتی بسازد.

داستان های مرتبط

چند بمب هسته ای استفاده شده است؟

وقتی یک بمب هسته ای منفجر می شود چه اتفاقی می افتد؟

9 انفجار قوی ترین سلاح هسته ای

مارک واکر، مورخ کالج یونیون در شنکتادی نیویورک، که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: این یافته ها تصمیم آلمان برای توسعه یک راکتور آب سنگین را توضیح می دهد، زیرا راکتور گرافیتی امکان پذیر نبود و آنها در آن زمان نمی دانستند که چقدر آب سنگین نیاز است.

واکر نویسنده «بمب اتمی هیتلر: تاریخ، افسانه، و میراث دوقلو آشویتس و هیروشیما» (انتشارات دانشگاه کمبریج، 2024) و کارشناس برجسته تلاش‌های هسته‌ای آلمان در زمان جنگ است. او موافقت کرد که آلمان نمی توانست در طول جنگ جهانی دوم یک راکتور گرافیتی بسازد.

او در ایمیلی به لایو ساینس گفت: «این مقاله استدلال می‌کند که اگر آلمانی‌ها کاری را انجام می‌دادند که انجام نمی‌دادند، در این صورت شکست می‌خورد. اگرچه این تاریخچه خلاف واقع است، اما یک تحلیل مهندسی جالب است.