Istorija uranijumskog projekta Trećeg rajha, kako se obično predstavlja, lično me mnogo podseća na knjigu sa pocepanim stranicama. Sve se to pojavljuje kao povijest kontinuiranih neuspjeha i neuspjeha, program s nejasnim ciljevima i rasipanje vrijednih resursa. U stvari, izgrađena je jedna vrsta pripovijesti o njemačkom atomskom programu, koja je nelogična, u kojoj postoje značajne nedosljednosti, ali koja se snažno nameće.
Međutim, neki podaci koje smo uspjeli pronaći u publikacijama, uključujući i relativno novije studije o povijesti njemačkog vojno-tehničkog razvoja, omogućuju nam da sagledamo njemački projekt uranijuma na potpuno drugačiji način. Nacisti su prvenstveno bili zainteresirani za kompaktni reaktor i termonuklearno oružje.
Snažni reaktor
Opsežno i njemačko zvučno djelo Günthera Nagela "Wissenschaft für den Krieg", više od hiljadu stranica zasnovano na bogatoj arhivskoj građi, pruža vrlo zanimljive podatke o tome kako su fizičari Trećeg Rajha zamislili upotrebu atomske energije. Knjiga se bavi uglavnom tajnim radom istraživačkog odjela Odjela za kopneno naoružanje, u kojem se također radilo na nuklearnoj fizici.
Kurt Diebner je u ovom odjelu od 1937. godine provodio istraživanja u području pokretanja detonacije eksploziva pomoću zračenja. Čak i prije nego što je u januaru 1939. izvršena prva umjetna fisija urana, Nijemci su pokušali primijeniti nuklearnu fiziku u vojnim poslovima. Odjel za kopneno naoružanje odmah se zainteresirao za reakciju fisije urana, koja je pokrenula njemački projekt urana i, prije svega, postavila zadatak naučnicima da odrede područja primjene atomske energije. Naredbu je izdao Karl Becker, šef Odjela za kopneno naoružanje, predsjednik Carskog istraživačkog vijeća i general artiljerije. Upute je ispunio teoretski fizičar Siegfried Flyugge, koji je u srpnju 1939. napravio izvještaj o korištenju atomske energije, skrenuo pozornost na ogroman energetski potencijal rascijepljivog atomskog jezgra i čak nacrtao skicu "stroja za uran", koji je, reaktor.
Izgradnja "mašine za uranijum" bila je osnova projekta urana iz Trećeg rajha. Mašina za uran bila je prototip energetskog reaktora, a ne proizvodnog reaktora. Obično se ta okolnost ili zanemaruje u okviru naracije o njemačkom nuklearnom programu, koju su stvorili uglavnom Amerikanci, ili se jako potcjenjuje. U međuvremenu, pitanje energije za Njemačku bilo je najvažnije pitanje zbog akutne nestašice nafte, potrebe za proizvodnjom motornog goriva iz uglja i značajnih poteškoća u vađenju, transportu i upotrebi uglja. Stoga ih je prvi pogled na ideju novog izvora energije jako inspirirao. Gunther Nagel piše da je trebala koristiti "uranijumsku mašinu" kao stacionarni izvor energije u industriji i vojsci, da bi je instalirala na velike ratne brodove i podmornice. Potonji je, kao što se može vidjeti iz epa bitke za Atlantik, bio od velikog značaja. Podmornički reaktor pretvorio je čamac iz ronjenja u zaista podvodni i učinio ga mnogo manje osjetljivim na protivpodmorničke snage protivnika. Nuklearni čamac nije morao isplivati na površinu kako bi napunio baterije, a njegov raspon operacija nije bio ograničen opskrbom gorivom. Čak bi i jedan čamac nuklearnog reaktora bio vrlo vrijedan.
No, interes njemačkih dizajnera za nuklearni reaktor nije bio ograničen samo na ovo. Na popisu mašina na koje su mislili instalirati reaktor bili su, na primjer, spremnici. U lipnju 1942. Hitler i ministar naoružanja Reicha Albert Speer razgovarali su o projektu "velikog borbenog vozila" težine oko 1.000 tona. Očigledno je da je reaktor bio namijenjen posebno za ovu vrstu spremnika.
Takođe, naučnici rakete su se zainteresovali za nuklearni reaktor. U avgustu 1941. godine, Istraživački centar Peenemünde zatražio je mogućnost upotrebe "mašine za uranijum" kao raketnog motora. Dr Karl Friedrich von Weizsacker odgovorio je da je to moguće, ali se suočava s tehničkim poteškoćama. Reaktivni potisak može se stvoriti korištenjem produkata raspada atomskog jezgra ili pomoću neke tvari zagrijane toplinom reaktora.
Stoga je potražnja za nuklearnim reaktorom na snazi bila dovoljno značajna da istraživački instituti, grupe i organizacije pokrenu rad u tom smjeru. Već početkom 1940. tri su projekta započela izgradnju nuklearnog reaktora: Werner Heisenberg na Institutu Kaiser Wilhelm u Lajpcigu, Kurt Diebner na Odjeljenju za kopneno naoružanje u blizini Berlina i Paul Harteck na Univerzitetu u Hamburgu. Ovi projekti morali su međusobno podijeliti raspoložive zalihe uranij -dioksida i teške vode.
Sudeći prema dostupnim podacima, Heisenberg je uspio sastaviti i pokrenuti prvi demonstracijski reaktor krajem maja 1942. godine. 750 kg uranijumskog metalnog praha zajedno sa 140 kg teške vode stavljeno je u dvije čvrsto zašrafljene aluminijske hemisfere, odnosno u aluminijsku kuglu, koja je stavljena u posudu s vodom. Eksperiment je u početku dobro prošao, primijećen je višak neutrona. Ali 23. juna 1942. lopta se počela pregrijavati, voda u posudi počela je ključati. Pokušaj otvaranja balona bio je neuspješan i na kraju je balon eksplodirao razbacujući uranijumski prah po prostoriji koji se odmah zapalio. Požar je ugašen velikom mukom. Krajem 1944. Heisenberg je u Berlinu izgradio još veći reaktor (1,25 tona urana i 1,5 tone teške vode), a u siječnju i veljači 1945. izgradio je sličan reaktor u podrumu u Haigerlochu. Heisenberg je uspio postići pristojan prinos neutrona, ali nije postigao kontroliranu lančanu reakciju.
Diebner je eksperimentisao sa uranijum dioksidom i metalom uranijuma, gradeći četiri reaktora uzastopno od 1942. do kraja 1944. u Gottowu (zapadno od poligona Kummersdorf, južno od Berlina). Prvi reaktor, Gottow-I, sadržavao je 25 tona uranijevog oksida u 6800 kocki i 4 tone parafina kao moderator. G-II 1943. godine već je bio na metalnom uraniju (232 kg urana i 189 litara teške vode; uran je formirao dvije sfere, unutar kojih je stavljena teška voda, a cijeli uređaj je stavljen u posudu sa lakom vodom).
G-III, izgrađen kasnije, odlikovao se kompaktnom jezgrom (250 x 230 cm) i visokim prinosom neutrona; njegova modifikacija početkom 1944. sadržavala je 564 urana i 600 litara teške vode. Diebner je dosljedno razrađivao dizajn reaktora, postupno se približavajući lančanoj reakciji. Konačno, uspio je, iako sa prevelikim brojem. Reaktor G-IV u novembru 1944. doživio je katastrofu: pukao je kotao, uran se djelomično otopio, a zaposlenici su bili jako ozračeni.
Iz poznatih podataka postaje sasvim očito da su njemački fizičari pokušali stvoriti energetski reaktor s vodom pod tlakom u kojem bi aktivna zona metalnog urana i teške vode zagrijavala laganu vodu koja ga okružuje, a zatim bi se mogla dovoditi u paru generator ili direktno na turbinu.
Odmah su pokušali stvoriti kompaktni reaktor prikladan za ugradnju na brodove i podmornice, zbog čega su odabrali metal urana i tešku vodu. Očigledno nisu izgradili grafitni reaktor. I to nimalo zbog greške Waltera Bothea ili zato što Njemačka nije mogla proizvesti grafit visoke čistoće. Najvjerojatnije je ispalo da je grafitni reaktor, koji bi tehnički bilo lakše stvoriti, prevelik i težak za upotrebu kao brodska elektrana. Po mom mišljenju, napuštanje grafitnog reaktora bila je namjerna odluka.
Aktivnosti obogaćivanja urana također su najvjerojatnije bile povezane s pokušajima stvaranja kompaktnog energetskog reaktora. Prvi uređaj za razdvajanje izotopa stvorio je 1938. godine Klaus Klusius, ali njegova "cijev za razdvajanje" nije bila prikladna za industrijski dizajn. U Njemačkoj je razvijeno nekoliko metoda razdvajanja izotopa. Bar je jedan od njih dostigao industrijske razmjere. Krajem 1941. godine dr. Hans Martin je lansirao prvi prototip centrifuge za razdvajanje izotopa, pa je na toj osnovi u Kielu počela da se gradi postrojenje za obogaćivanje uranijuma. Njegova istorija, kako ju je predstavio Nagel, prilično je kratka. Bombardiran je, zatim je oprema premještena u Freiburg, gdje je izgrađeno industrijsko postrojenje u podzemnom skloništu. Nagel piše da nije bilo uspjeha i da pogon nije radio. Najvjerojatnije to nije sasvim točno, a vjerojatno je i da je proizveden dio obogaćenog urana.
Obogaćeni uran kao nuklearno gorivo omogućio je njemačkim fizičarima da riješe i probleme postizanja lančane reakcije i konstrukciju kompaktnog i snažnog reaktora na laku vodu. Teška voda je i dalje bila preskupa za Njemačku. 1943-1944, nakon uništenja pogona za proizvodnju teške vode u Norveškoj, pogon je radio u fabrici Leunawerke, ali za dobivanje tone teške vode bila je potrebna potrošnja od 100 hiljada tona uglja za proizvodnju potrebne električne energije. Reaktor s teškom vodom bi se stoga mogao koristiti u ograničenom opsegu. Međutim, Nijemci očito nisu uspjeli proizvesti obogaćeni uran za uzorke u reaktoru.
Pokušaji stvaranja termonuklearnog oružja
Pitanje zašto Nijemci nisu stvorili i koristili nuklearno oružje još uvijek se žestoko raspravlja, ali po mom mišljenju, ove debate su više pojačale utjecaj naracije o neuspjesima njemačkog projekta uranijuma nego su odgovorile na ovo pitanje.
Sudeći prema dostupnim podacima, naciste je jako malo zanimala nuklearna bomba od urana ili plutonija, a posebno nisu pokušali stvoriti proizvodni reaktor za proizvodnju plutonija. Ali zašto?
Prvo, njemačka vojna doktrina ostavila je malo prostora za nuklearno oružje. Nijemci su nastojali ne uništavati, već zauzimati teritorije, gradove, vojne i industrijske objekte. Drugo, u drugoj polovini 1941. i 1942., kada su atomski projekti ušli u fazu aktivne implementacije, Nijemci su vjerovali da će uskoro dobiti rat u SSSR -u i osigurati dominaciju na kontinentu. U to vrijeme stvoreni su čak i brojni projekti koje je trebalo realizirati nakon završetka rata. S takvim osjećajima, nije im bila potrebna nuklearna bomba, ili, točnije, nisu smatrali da je to potrebno; ali reaktor broda ili broda bio je potreban za buduće bitke u oceanu. Treće, kada je rat počeo naginjati porazu Njemačke, a nuklearno oružje postalo neophodno, Njemačka je krenula posebnim putem.
Erich Schumann, šef istraživačkog odjela Odjela za kopneno naoružanje, iznio je ideju da je moguće pokušati upotrijebiti lake elemente, poput litija, za termonuklearnu reakciju i zapaliti ih bez upotrebe nuklearnog naboja. U listopadu 1943. Schumann je pokrenuo aktivno istraživanje u tom smjeru, a njemu podređeni fizičari pokušali su stvoriti uvjete za termonuklearnu eksploziju u uređaju topovskog tipa, u kojem su dva cijevna naboja ispaljena jedan prema drugom u cijev, sudarajući se, stvarajući visoke temperature i pritiska. Prema Nagelu, rezultati su impresivni, ali nedovoljni za početak termonuklearne reakcije. Raspravljalo se i o implozijskoj shemi kako bi se postigli željeni rezultati. Radovi u ovom pravcu obustavljeni su početkom 1945.
Možda se čini kao prilično čudno rješenje, ali ima određenu logiku. Njemačka bi tehnički mogla obogatiti uran do kvalitete oružja. Međutim, za uranijumsku bombu tada je bilo potrebno previše urana - za dobivanje 60 kg visoko obogaćenog urana za atomsku bombu bilo je potrebno 10,6 do 13,1 tona prirodnog urana.
U međuvremenu, uran se aktivno apsorbirao eksperimentima s reaktorima, koji su smatrani prioritetnim i važnijim od nuklearnog oružja. Osim toga, očito se metal urana u Njemačkoj koristio kao zamjena za volfram u jezgrama oklopnih čaura. U objavljenim zapisnicima sa sastanaka između Hitlera i ministra naoružanja i municije Reicha Alberta Speera naznačeno je da je početkom avgusta 1943. Hitler naredio da se odmah intenzivira prerada urana za proizvodnju jezgara. U isto vrijeme provedena su istraživanja o mogućnosti zamjene volframa metalnim uranijumom, koja je okončana u ožujku 1944. U istom protokolu spominje se da je 1942. godine u Njemačkoj bilo 5600 kg urana, očito to znači metal uranij ili u smislu metala. Ostalo je nejasno da li je to istina ili nije. Ali ako su barem djelomično oklopne školjke proizvedene sa jezgrom urana, onda je za takvu proizvodnju također trebalo potrošiti tone i tone metala urana.
Na ovu primjenu ukazuje i zanimljiva činjenica da je proizvodnju urana pokrenula kompanija Degussa AG na početku rata, prije početka eksperimenata s reaktorima. Uranov oksid proizveden je u jednoj tvornici u Oranienbaumu (bombardirana je krajem rata, a sada je zona radioaktivne kontaminacije), a metal uranij proizveden je u tvornici u Frankfurtu na Majni. Kompanija je ukupno proizvela 14 tona metala uranijuma u prahu, pločama i kockama. Ako je oslobođeno mnogo više nego što je korišteno u eksperimentalnim reaktorima, što nam omogućuje da kažemo da je metal urana imao i druge vojne primjene.
Stoga je u svjetlu ovih okolnosti Schumannova želja da postigne nenuklearno paljenje termonuklearne reakcije sasvim razumljiva. Prvo, raspoloživi uranij ne bi bio dovoljan za uranijumsku bombu. Drugo, reaktorima je također bio potreban uran za druge vojne potrebe.
Zašto Nijemci nisu uspjeli napraviti projekt urana? Jer, jedva postigavši fisiju atoma, postavili su sebi krajnje ambiciozan cilj stvaranja kompaktnog energetskog reaktora pogodnog za mobilnu elektranu. U tako kratkom vremenu i u vojnim uslovima, ovaj zadatak za njih nije bio tehnički rješiv.
