آلمان نازی حتی به ساخت رآکتور هسته‌ای کاربردی هم نزدیک نبود؛ چه رسد به بمب اتم

برای دهه‌ها یکی از پرسش‌های بحث‌برانگیز تاریخ علم این بود که برنامه هسته‌ای آلمان نازی تا چه اندازه به ساخت رآکتور عملی یا حتی بمب اتم نزدیک شده بود. برخی تاریخ‌نگاران معتقد بودند پروژه هسته‌ای آلمان در دوران جنگ جهانی دوم می‌توانست تهدیدی جدی باشد و حتی یکی از دلایل آغاز پروژه منهتن آمریکا، نگرانی از پیشرفت احتمالی آلمان در این حوزه بود.

اما پژوهشی جدید نشان می‌دهد دانشمندان آلمان نازی فاصله بسیار زیادی با رسیدن به مرحله‌ای داشتند که در آن یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای پایدار ایجاد شود؛ مرحله‌ای که در اصطلاح فنی «بحرانی‌شدن» نامیده می‌شود.

پژوهشگران این مطالعه که آن را نوعی «باستان‌شناسی هسته‌ای» توصیف کرده‌اند، اسناد تاریخی مربوط به پروژه اورانیوم (Uranprojekt)، برنامه هسته‌ای آلمان نازی، را دوباره بررسی کردند و با استفاده از مدل‌های علمی، شرایط آخرین آزمایش بزرگ این برنامه را بازسازی کردند.

تمرکز اصلی پژوهش روی آزمایش B8 بود که در سال ۱۹۴۵ و در روزهای پایانی جنگ جهانی دوم در تأسیسات زیرزمینی هایگرلوخ آلمان انجام شد. این آزمایش قرار بود امکان ساخت یک رآکتور هسته‌ای با استفاده از اورانیوم طبیعی و آب سنگین را بررسی کند.

پس از جنگ، ورنر هایزنبرگ، فیزیکدان برجسته آلمانی و یکی از مدیران اصلی برنامه هسته‌ای این کشور، ادعا کرده بود که اگر مقدار کمی اورانیوم بیشتر در اختیار تیم او قرار می‌گرفت، B8 می‌توانست به کار بیفتد.

برای درک بهتر این فاصله، پژوهشگران اشاره می‌کنند که آلمان نازی برای تأمین آب سنگین مورد نیاز خود به تولیدات کارخانه نورسک هیدرو در نروژ وابسته بود. طبق محاسبات این مطالعه، B8 به حدود دو برابر کل آب سنگینی نیاز داشت که این کارخانه در تمام دوران جنگ تولید کرده بود.

رآکتورهای هسته‌ای برای حفظ واکنش زنجیره‌ای به ماده‌ای نیاز دارند که سرعت نوترون‌ها را کاهش دهد تا احتمال برخورد آن‌ها با هسته‌های اورانیوم افزایش پیدا کند. آب سنگین و گرافیت از جمله موادی هستند که می‌توانند چنین نقشی داشته باشند. آلمان نازی تلاش کرد از هر دو مسیر استفاده کند، اما هیچ‌کدام به نتیجه نرسید.

پژوهشگران در بررسی خود دریافتند گرافیتی که آلمان در اختیار داشت، ناخالصی‌های زیادی داشت و نمی‌توانست مانند گرافیت خالص مورد استفاده در برخی رآکتورهای موفق، واکنش زنجیره‌ای را حفظ کند. از طرف دیگر، مقدار آب سنگین موجود نیز برای ساخت رآکتور عملی کافی نبود.

ورنر هایزنبرگ یکی از مهم‌ترین فیزیکدانان قرن بیستم بود و نقش مهمی در توسعه فیزیک کوانتوم داشت. او در سال ۱۹۳۹، یک سال پس از کشف شکافت هسته‌ای، به برنامه هسته‌ای آلمان پیوست و هدایت چندین آزمایش برای بررسی امکان استفاده از انرژی هسته‌ای را بر عهده گرفت.

پژوهشگران می‌گویند بخشی از اختلاف نظرهای تاریخی درباره برنامه هسته‌ای آلمان بیشتر بر پایه اسناد و خاطرات باقی‌مانده شکل گرفته بود و کمتر به این سؤال پرداخته شده بود که آیا ساخت چنین رآکتوری از نظر فنی واقعاً امکان‌پذیر بوده است.

در مطالعه جدید، پژوهشگران مقدار اورانیوم، آب سنگین و گرافیت مورد استفاده در B8 را بررسی کردند. چون اسناد آلمانی اطلاعات کاملی درباره ترکیب مواد ارائه نمی‌دادند، تیم تحقیق از داده‌های مطالعات پیشین درباره تأسیسات هسته‌ای پس از جنگ استفاده کرد.

سپس سه مدل شبیه‌سازی مختلف ساختند تا شرایط فیزیکی رآکتور را بازسازی کنند. آن‌ها همچنین داده‌های پروژه‌هایی مانند رآکتور شیکاگو پایل-۳ آمریکا را بررسی کردند که با اورانیوم طبیعی و آب سنگین کار می‌کرد و از نظر طراحی شباهت‌هایی با B8 داشت. نتایج نشان داد B8 برای رسیدن به حالت بحرانی به حدود ۱٫۹ تا ۲٫۷ برابر اورانیوم بیشتر و ۲٫۱ تا ۲٫۴ برابر آب سنگین بیشتر نیاز داشت.

به گفته پژوهشگران، حتی اگر آلمان می‌توانست در شرایط ایده‌آل این مواد را تأمین کند، عملی کردن چنین پروژه‌ای در شرایط جنگی به برنامه‌ریزی، منابع و هماهنگی بسیار گسترده‌ای نیاز داشت.

در مجموع، مطالعه نشان می‌دهد برنامه هسته‌ای آلمان نازی فاصله زیادی با ساخت بمب اتم داشت و حتی ساخت یک رآکتور هسته‌ای فعال نیز برای آن‌ها دست‌نیافتنی بود. این یافته، دیدگاه تاریخی درباره میزان پیشرفت واقعی پروژه هسته‌ای آلمان در جنگ جهانی دوم را اصلاح می‌کند.

پژوهش در ژورنال PNAS Nexus منتشر شده است.