Czy nazistowskie Niemcy rzeczywiście były blisko opanowania energii jądrowej? Przez lata Werner Heisenberg przekonywał, że jego ostatni eksperyment dzielił od sukcesu niewielki krok. Nowa analiza zachowanych materiałów i dokumentów z niemieckiego programu atomowego pozwala sprawdzić, ile w tym było prawdy

W ostatnich miesiącach II wojny światowej alianci mieli powody, by obawiać się niemieckiego programu jądrowego. Wiedzieli, że Niemcy prowadzą badania nad rozszczepieniem uranu i że pracują przy nich fizycy światowej klasy. Nie było jednak jasne, jak daleko udało im się dojść.

Najbardziej zaawansowany niemiecki eksperyment prowadzony był w Haigerloch na południu kraju. W piwnicy pod tamtejszym kościołem zawieszono 664 sześciany naturalnego uranu w zbiorniku wypełnionym około 1400 litrami ciężkiej wody. Urządzenie oznaczono symbolem B8. Niemieccy fizycy próbowali sprawdzić, czy uran może podtrzymywać reakcję bez ciągłego dostarczania energii z zewnątrz. W praktyce chodziło o uruchomienie reakcji łańcuchowej.

Co naprawdę można wyczytać z DNA Hitlera?

DNA dyktatora. Co naprawdę mówią geny Hitlera

W B8 to się nie udało. Reakcja szybko wygasała, bo w układzie powstawało za mało neutronów, by podtrzymać następne rozszczepienia. Niemcy mieli więc urządzenie eksperymentalne, ale nie działający reaktor.

Heisenberg twierdził, że byli blisko

Po wojnie Werner Heisenberg, jeden z najwybitniejszych fizyków XX wieku i jeden z głównych naukowców niemieckiego programu jądrowego, przedstawiał wynik eksperymentu znacznie bardziej optymistycznie. W 1947 roku napisał w artykule dla Nature, że zgromadzonego materiału było „tylko odrobinę” za mało. Z jego szacunków wynikało, że wystarczyłoby zwiększyć ilość materiałów mniej więcej o połowę. Sukces miał więc być bardzo blisko.

Autorzy pracy opublikowanej w PNAS Nexus postanowili sprawdzić, czy ten obraz odpowiada rzeczywistości. Wykorzystali dokumenty z epoki, ale także zachowane pozostałości niemieckiego programu jądrowego. Zbadali dwa oryginalne sześciany uranu oraz odtworzyli właściwości ciężkiej wody i grafitu, którymi dysponowali niemieccy fizycy.

Współczesne symulacje dały wynik znacznie mniej korzystny dla Niemców. B8 potrzebowałby około dwóch razy więcej uranu oraz około 2,3 razy więcej ciężkiej wody, niż faktycznie wykorzystano.

Brakowało ton, nie kilogramów

W eksperymencie użyto około 1,5 tony uranu. Z obliczeń wynika, że do osiągnięcia celu fizycy potrzebowaliby ich ponad dwa razy tyle. Ciężkiej wody zamiast około 1,4 tony trzeba byłoby zgromadzić około 3,45 tony. To już nie była różnica, którą można było uzupełnić jednym dodatkowym transportem.

Autorzy pracy oszacowali, że wszystkie niemieckie zespoły zajmujące się eksperymentami jądrowymi miały razem około 2,57 tony uranu i 1,89 tony ciężkiej wody. Nawet gdyby Niemcy zebrali cały dostępny materiał z różnych laboratoriów i wykorzystali go w jednym urządzeniu, nadal byłoby go za mało.

Największym problemem była ciężka woda. W reaktorze miała spowalniać neutrony. To ważne, ponieważ wolniejszy neutron ma większą szansę trafić w kolejne jądro uranu i doprowadzić do jego rozszczepienia. Głównym europejskim producentem ciężkiej wody były zakłady Norsk Hydro w okupowanej Norwegii. Jej produkcja i transport stały się jednym z celów alianckich działań przeciwko niemieckiemu programowi jądrowemu.

Który scenariusz końca świata jest naprawdę najbardziej prawdopodobny?

Od atomu po demografię. Scenariusze końca świata

W 1944 roku zbiorniki zawierające 679 kilogramów ciężkiej wody zatonęły wskutek akcji norweskiego ruchu oporu. Część wcześniejszych zapasów została też zużyta w eksperymentach albo przejęta przez aliantów. Według nowych obliczeń Niemcy mogli pod koniec wojny dysponować najwyżej około 1,84 tony czystej ciężkiej wody.

Grafit nie rozwiązywał problemu

Ciężka woda nie jest jedynym materiałem, którym można spowalniać neutrony. Amerykanie wykorzystali do tego grafit i właśnie z niego zbudowali pierwszy działający reaktor jądrowy. Niemcy również rozważali takie rozwiązanie. Ich grafit miał jednak za dużą domieszkę boru. To zanieczyszczenie robiło ogromną różnicę, bo bor bardzo skutecznie pochłania neutrony potrzebne do podtrzymania reakcji. Symulacje pokazują, że z niemieckiego grafitu nie dało się zbudować reaktora wykorzystującego naturalny uran.

Amerykanie mieli pod tym względem przewagę. Dysponowali czystym grafitem produkowanym z koksu naftowego o niewielkiej zawartości boru. Niemcy w 1940 roku stracili dostęp do amerykańskiego surowca i musieli korzystać z bardziej zanieczyszczonych materiałów produkowanych w Europie.

Nowa analiza nie mówi, ile dokładnie brakowało Niemcom do zbudowania bomby atomowej. Uruchomienie reaktora nie oznacza jeszcze, że kraj potrafi wyprodukować bombę. Daje jednak dobre pojęcie o tym, na jakim etapie znajdował się niemiecki program. Wiosną 1945 roku Niemcy wciąż nie potrafili uzyskać samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej w swoim najbardziej zaawansowanym urządzeniu. Nie zabrakło im, jak sądził Heisenberg, kilku sześcianów uranu. Zabrakło wielu ton materiału.

Źródło: Patrick J. Park i in., „Nuclear archaeology reassesses Heisenberg’s last reactor experiment”, „PNAS Nexus”, 29 września 2026.

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi