Historien om det tredje rikets uranprojekt, som det brukar presenteras, påminner mig personligen mycket om en bok med sönderrivna sidor. Allt framstår som en historia av kontinuerliga misslyckanden och misslyckanden, ett program med oklara mål och slöseri med värdefulla resurser. Faktum är att en slags berättelse om det tyska atomprogrammet har byggts, vilket är ologiskt, där det finns betydande inkonsekvenser, men som påtvingas kraftigt.
Viss information som vi lyckades hitta i publikationer, inklusive relativt nyligen genomförda studier om den tyska militärtekniska utvecklingen, gör det möjligt för oss att se på det tyska uranprojektet på ett helt annat sätt. Nazisterna var främst intresserade av en kompakt kraftreaktor och termonukleära vapen.
Kraftreaktor
Günther Nagels omfattande och tyskklingande arbete "Wissenschaft für den Krieg", mer än tusen sidor baserat på rikt arkivmaterial, ger mycket intressant information om hur fysiker i Tredje riket tänkt sig användningen av atomenergi. Boken behandlar huvudsakligen det hemliga arbetet vid forskningsavdelningen vid Department of Land Armament, där arbete också utfördes med kärnfysik.
Sedan 1937, på denna avdelning, har Kurt Diebner forskat på området initiering av detonation av sprängämnen med hjälp av strålning. Redan innan den första artificiella klyvningen av uran genomfördes i januari 1939 försökte tyskarna tillämpa kärnfysik på militära frågor. Avdelningen för landbeväpning blev omedelbart intresserad av uransplittringsreaktionen, som startade det tyska uranprojektet och först och främst satte forskare i uppgift att bestämma användningsområden för atomenergi. Beställningen gavs av Karl Becker, chef för avdelningen för landbeväpning, president för Imperial Research Council och General of Artillery. Instruktionen uppfylldes av teoretiska fysikern Siegfried Flyugge, som i juli 1939 gjorde en rapport om användningen av atomenergi, uppmärksammade den enorma energipotentialen i den klyvbara atomkärnan och till och med ritade en skiss av en "uranmaskin", som är en reaktor.
Konstruktionen av "uranmaskinen" utgjorde grunden för det tredje rikets uranprojekt. Uranmaskinen var en prototyp av en kraftreaktor, inte en produktionsreaktor. Vanligtvis ignoreras denna omständighet antingen inom ramen för berättelsen om det tyska kärnkraftsprogrammet, som huvudsakligen skapats av amerikanerna, eller så underskattas det grovt. Samtidigt var energifrågan för Tyskland den viktigaste frågan på grund av den akuta bristen på olja, behovet av att producera motorbränsle från kol och betydande svårigheter vid utvinning, transport och användning av kol. Därför inspirerade den allra första glimten av tanken på en ny energikälla dem mycket. Gunther Nagel skriver att det var tänkt att använda "uranmaskinen" som en stationär energikälla i industrin och i armén, för att installera den på stora krigsfartyg och ubåtar. Det senare, som framgår av eposet i slaget vid Atlanten, var av stor betydelse. Ubåtreaktorn gjorde båten från en dykning till en verkligt undervattensbåt och gjorde den mycket mindre sårbar för motståndare mot ubåtar. Kärnbåten behövde inte ytan för att ladda batterierna, och dess utbud begränsades inte av bränsleförsörjningen. Även en enda kärnreaktorbåt skulle vara mycket värdefull.
Men intresset för tyska designers för kärnreaktorn var inte begränsat till detta. Listan över maskiner på vilka de tänkte installera reaktorn inkluderade till exempel tankar. I juni 1942 diskuterade Hitler och rikets beväpningsminister Albert Speer ett projekt för ett "stort stridsfordon" som väger cirka 1 000 ton. Tydligen var reaktorn avsedd specifikt för denna typ av tank.
Rakettforskarna blev också intresserade av kärnreaktorn. I augusti 1941 begärde Peenemünde Research Center möjligheten att använda "uranmaskinen" som en raketmotor. Dr Karl Friedrich von Weizsacker svarade att det är möjligt, men står inför tekniska svårigheter. Reaktiv dragkraft kan skapas med hjälp av sönderfallsprodukter från en atomkärna eller genom att använda någon substans som värms upp av värmen i en reaktor.
Så efterfrågan på en kraftkärnreaktor var tillräckligt stor för att forskningsinstitut, grupper och organisationer skulle kunna starta arbete i denna riktning. Redan i början av 1940 började tre projekt för att bygga en kärnreaktor: Werner Heisenberg vid Kaiser Wilhelm Institute i Leipzig, Kurt Diebner vid Department of Land Armaments nära Berlin och Paul Harteck vid University of Hamburg. Dessa projekt var tvungna att dela upp tillgängliga tillgångar av urandioxid och tungt vatten mellan sig.
Av de tillgängliga uppgifterna att döma kunde Heisenberg montera och starta den första demonstrationsreaktorn i slutet av maj 1942. 750 kg uranmetallpulver tillsammans med 140 kg tungt vatten placerades inuti två fastskruvade aluminiumhalvkulor, det vill säga inuti en aluminiumkula, som placerades i en behållare med vatten. Försöket gick bra först, ett överskott av neutroner noterades. Men den 23 juni 1942 började bollen överhettas, vattnet i behållaren började koka. Försöket att öppna ballongen misslyckades, och till slut exploderade ballongen och sprider uranpulver i rummet, som omedelbart fattade eld. Branden släcktes med stora svårigheter. I slutet av 1944 byggde Heisenberg en ännu större reaktor i Berlin (1,25 ton uran och 1,5 ton tungt vatten), och i januari-februari 1945 byggde han en liknande reaktor i källaren vid Haigerloch. Heisenberg lyckades få ett anständigt neutronutbyte, men han uppnådde ingen kontrollerad kedjereaktion.
Diebner experimenterade med både urandioxid och uranmetall och byggde fyra reaktorer i följd från 1942 till slutet av 1944 vid Gottow (väster om Kummersdorf -testplatsen, söder om Berlin). Den första reaktorn, Gottow-I, innehöll 25 ton uranoxid i 6800 kuber och 4 ton paraffin som moderator. G-II 1943 fanns redan på metalliskt uran (232 kg uran och 189 liter tungt vatten; uran bildade två sfärer, inuti vilka placerades tungt vatten, och hela enheten placerades i en behållare med lätt vatten).
G-III, som byggdes senare, kännetecknades av en kompakt kärnstorlek (250 x 230 cm) och ett högt neutronutbyte; dess modifiering i början av 1944 innehöll 564 uran och 600 liter tungt vatten. Diebner utarbetade konsekvent konstruktionen av reaktorn och stegvis närmade sig en kedjereaktion. Slutligen lyckades han, om än med ett överflöd. Reaktor G-IV i november 1944 drabbades av en katastrof: en panna sprack, uran smälte delvis och anställda bestrålades starkt.
Av de kända uppgifterna blir det ganska uppenbart att tyska fysiker försökte skapa en vattenmodererad kraftreaktor under tryck där en aktiv zon av metalliskt uran och tungt vatten skulle värma det lätta vattnet som omger det, och sedan kan det matas till en ånga generator eller direkt till en turbin.
De försökte omedelbart skapa en kompakt reaktor lämplig för installation på fartyg och ubåtar, varför de valde uranmetall och tungt vatten. De byggde tydligen inte en grafitreaktor. Och inte alls på grund av Walter Botes misstag eller för att Tyskland inte kunde producera grafit med hög renhet. Mest troligt visade sig grafitreaktorn, som tekniskt sett hade varit lättare att skapa, vara för stor och tung för att användas som fartygets kraftverk. Enligt min mening var att överge grafitreaktorn ett avsiktligt beslut.
Uranberikningsaktiviteter förknippades också troligtvis med försök att skapa en kompakt kraftreaktor. Den första enheten för separering av isotoper skapades 1938 av Klaus Klusius, men hans "delningsrör" var inte lämpligt som industridesign. Flera metoder för isotopseparation har utvecklats i Tyskland. Minst en av dem har nått en industriell skala. I slutet av 1941 lanserade doktor Hans Martin den första prototypen av en isotopseparationscentrifug, och på grundval av detta började en anrikningsanläggning för uran byggas i Kiel. Dess historia, som presenterad av Nagel, är ganska kort. Det bombades, sedan flyttades utrustningen till Freiburg, där en industrianläggning byggdes i ett underjordiskt skydd. Nagel skriver att det inte blev någon framgång och att anläggningen inte fungerade. Mest sannolikt är detta inte helt sant, och det är troligt att en del av det berikade uranet producerades.
Anrikat uran som kärnbränsle tillät tyska fysiker att lösa både problemen med att uppnå en kedjereaktion och utforma en kompakt och kraftfull lättvattenreaktor. Tungt vatten var fortfarande för dyrt för Tyskland. 1943-1944, efter förstörelsen av en anläggning för produktion av tungt vatten i Norge, arbetade en anläggning vid Leunawerke-anläggningen, men för att få massor av tungt vatten krävdes förbrukning av 100 tusen ton kol för att generera nödvändig el. Tungvattenreaktorn skulle därför kunna användas i begränsad skala. Tyskarna misslyckades dock tydligen med att producera berikat uran för prover i reaktorn.
Försök att skapa termonukleära vapen
Frågan om varför tyskarna inte skapade och använde kärnvapen diskuteras fortfarande hårt, men enligt min mening förstärkte dessa debatter berättelsens inflytande om misslyckandena i det tyska uranprojektet mer än besvarade denna fråga.
Att döma av tillgängliga data var nazisterna väldigt lite intresserade av en kärnbomb av uran eller plutonium, och gjorde i synnerhet inga försök att skapa en produktionsreaktor för att producera plutonium. Men varför?
Först lämnade den tyska militära doktrinen lite utrymme för kärnvapen. Tyskarna försökte inte förstöra, utan att gripa territorier, städer, militära och industriella anläggningar. För det andra, under andra halvan av 1941 och 1942, när atomprojekt kom in i det aktiva genomförandet, trodde tyskarna att de snart skulle vinna kriget i Sovjetunionen och säkra dominans på kontinenten. Vid denna tid skapades till och med många projekt som skulle genomföras efter krigsslutet. Med sådana känslor behövde de inte en atombomb, eller, mer exakt, de tyckte inte att det var nödvändigt; men en båt- eller skeppsreaktor behövdes för framtida strider i havet. För det tredje, när kriget började luta sig mot Tysklands nederlag och kärnvapen blev nödvändiga, tog Tyskland en särskild väg.
Erich Schumann, chef för forskningsavdelningen vid Department of Land Armament, lade fram tanken att det är möjligt att försöka använda ljuselement, till exempel litium, för en termonukleär reaktion och tända den utan att använda en kärnkraftsladdning. I oktober 1943 inledde Schumann aktiv forskning i denna riktning, och fysikerna underordnade honom försökte skapa förutsättningar för en termonukleär explosion i en kanontypsanordning, där två formade laddningar avlossades mot varandra i tunnan, kolliderade och skapade hög temperatur och tryck. Enligt Nagel var resultaten imponerande, men inte tillräckligt för att starta en termonukleär reaktion. Ett implosionsschema diskuterades också för att uppnå önskade resultat. Arbetet i denna riktning stoppades i början av 1945.
Det kan verka som en ganska konstig lösning, men det hade en viss logik. Tyskland kan tekniskt berika uran till vapenskvalitet. Men en uranbomb krävde då för mycket uran - för att få 60 kg starkt anrikat uran för en atombomb krävdes 10,6 till 13,1 ton naturligt uran.
Under tiden absorberades uran aktivt av experiment med reaktorer, som ansågs prioriterade och viktigare än kärnvapen. Dessutom användes tydligen uranmetall i Tyskland som ersättning för volfram i kärnorna i pansargenomträngande skal. I de publicerade protokollet från mötena mellan Hitler och rikets rustnings- och ammunitionsminister Albert Speer finns det en indikation på att Hitler i början av augusti 1943 beordrade att omedelbart intensifiera bearbetningen av uran för produktion av kärnor. Samtidigt genomfördes studier om möjligheten att ersätta volfram med metalliskt uran, som slutade i mars 1944. I samma protokoll nämns att 1942 fanns det 5600 kg uran i Tyskland, uppenbarligen betyder det uranmetall eller metall. Om det var sant eller inte förblev oklart. Men om åtminstone delvis pansargenomträngande skal producerades med urankärnor, måste sådan produktion också konsumera ton och ton uranmetall.
Denna applikation indikeras också av det märkliga faktum att produktionen av uran startades av Degussa AG i början av kriget, innan experiment med reaktorer användes. Uranoxid producerades vid en anläggning i Oranienbaum (det bombades i slutet av kriget, och nu är det en radioaktiv föroreningszon), och uranmetall producerades vid en fabrik i Frankfurt am Main. Totalt producerade företaget 14 ton uranmetall i pulver, tallrikar och kuber. Om mycket mer släpptes än vad som användes i experimentella reaktorer, vilket gör att vi kan säga att uranmetall också hade andra militära tillämpningar.
Så mot bakgrund av dessa omständigheter är Schumanns önskan att uppnå en icke-nukleär antändning av en termonukleär reaktion ganska förståelig. För det första skulle det tillgängliga uranet inte räcka för en uranbomb. För det andra behövde reaktorerna också uran för andra militära behov.
Varför misslyckades tyskarna med ett uranprojekt? Eftersom de knappt har uppnått klyvningen av atomen, satte de sig det extremt ambitiösa målet att skapa en kompakt kraftreaktor lämplig som ett mobilt kraftverk. På så kort tid och under militära förhållanden var denna uppgift knappast tekniskt lösbar för dem.
