Во время Второй мировой войны Соединённые Штаты стремились создать атомную бомбу, опасаясь, что нацистская Германия сделает это первой. Новое научное исследование показывает, что немецкий ядерный проект был гораздо дальше от успеха, чем утверждал его ведущий физик. Учёные изучили сохранившиеся урановые кубы и исторические документы, чтобы оценить реальные возможности последнего экспериментального реактора Германии.
Американский «Манхэттенский проект» был отчасти вызван опасением, что нацистская Германия первой добьётся прорыва в ядерной области. Одним из путей к атомной бомбе было создание ядерного реактора для наработки плутония — радиоактивного элемента, пригодного для ядерного оружия. В реакторе ядра урана делятся, выделяя энергию и нейтроны, которые при определённых условиях поддерживают цепную реакцию. Германия вела ядерные исследования в рамках программы Uranprojekt (урановый проект), но историки долго спорили, насколько близко её учёные подошли к работающему реактору.
Последней попыткой Германии был экспериментальный реактор B8, построенный в 1945 году под руководством физика Вернера Гейзенберга. В нём использовались кубы природного урана, погружённые в тяжёлую воду — вещество, необходимое для управления ядерной реакцией. Тяжёлая вода внешне похожа на обычную, но её атомы водорода содержат дополнительный нейтрон, что делает её эффективным замедлителем нейтронов. Замедляя нейтроны, она повышает вероятность новых делений урана и поддерживает цепную реакцию. Главной проблемой для Германии было получить достаточное количество тяжёлой воды.
Единственным в Европе предприятием, способным снабжать немецкую программу тяжёлой водой, был завод Norsk Hydro в Веморке (Норвегия), который Германия захватила после оккупации страны в апреле 1940 года. Союзники, понимая его значение для нацистских ядерных планов, наносили по заводу удары диверсиями и бомбардировками. Крупный американский авианалёт на Веморк 16 ноября 1943 года способствовал прекращению производства тяжёлой воды на этом объекте.
Когда в 1945 году американские войска обнаружили и разобрали реактор B8, он так и не достиг критичности — состояния, при котором цепная реакция становится самоподдерживающейся. Гейзенберг утверждал, что для запуска установки не хватало лишь относительно небольшого количества урана. Однако новое исследование под руководством Тимоти Кота опровергает эту оценку. Учёные изучили два сохранившихся урановых куба из немецкого проекта, а также исторические записи, технические отчёты и переписку, чтобы восстановить возможности реактора.
Расчёты показали, что для самоподдерживающейся цепной реакции реактору B8 требовалось примерно вдвое больше урана и более чем вдвое больше тяжёлой воды, чем он содержал. Таких запасов у Германии во время войны не было. Исследователи также проверили, могла ли Германия заменить тяжёлую воду графитом — формой углерода, тоже замедляющей нейтроны. Этот путь сработал у американских учёных, запустивших в 1942 году первый в мире управляемый цепной реактор на графите. Но графит на подконтрольных Германии территориях содержал примеси, в частности следы бора, которые поглощали нейтроны и мешали реакции. Поэтому заменить тяжёлую воду графитом Германия не могла.
Результаты исследования говорят о том, что Гейзенберг сильно недооценил необходимые объёмы материалов. Немецкие учёные не стояли на пороге работающего реактора, а сталкивались с нехваткой ресурсов, которую не могли преодолеть. Работа также объясняет, почему Германии не удалось перейти от экспериментальных конструкций к реактору, способному нарабатывать материал для атомной бомбы. По выводам исследователей, опубликованным в ScienceDaily, нацистская Германия не располагала ресурсами ни для тяжёловодного реактора, ни для графитовой альтернативы. Спустя более восьмидесяти лет после войны сохранившиеся урановые кубы помогли ответить на давний исторический вопрос.