Foto: John T. Consoli

V roce 1945, kdy se svět vzpamatovával z hrůz druhé světové války, se objevila otázka, která zůstala dlouho nezodpovězena: Jak blízko bylo nacistické Německo k vytvoření atomové bomby? Nový vědecký výzkum přináší odpověď, která mění pohled na tehdejší události.

Autor původního článku: redakce

Skrytá historie uranových kostek

Vědci zkoumající tajný jaderný program nacistického Německa odhalili, že jeho poslední experimentální reaktor nebyl ani zdaleka tak blízko k funkčnosti, jak se dříve tvrdilo. Analýza dochovaných uranových kostek a válečných dokumentů ukazuje, že Německu chybělo obrovské množství uranu a těžké vody potřebné k provozu reaktoru.

Závod o atomovou bombu

Manhattan Project, tajný americký projekt na vývoj jaderných zbraní během druhé světové války, byl částečně poháněn obavou, že nacistické Německo by mohlo dosáhnout podobného průlomu jako první. Vědci věděli, že ten, kdo uspěje, získá bezprecedentní vojenskou výhodu. Jednou z možných cest k atomové bombě bylo vybudování jaderného reaktoru schopného produkovat plutonium, radioaktivní prvek, který může být použit v jaderných zbraních.

Proč byla těžká voda klíčová

Uvnitř reaktoru procházejí uranové atomy jaderným štěpením, procesem, při kterém se jejich jádra rozdělují a uvolňují energii spolu s dalšími částicemi zvanými neutrony. Za správných podmínek tyto neutrony vyvolávají další štěpné reakce, čímž vytvářejí udržitelnou řetězovou reakci. Ačkoli nacistické Německo usilovalo o jaderný výzkum prostřednictvím programu známého jako Uranprojekt, historici dlouho debatovali o tom, jak blízko se jeho vědci dostali k vývoji funkčního reaktoru.

Poslední pokus Německa byl experimentální reaktor známý jako B8 pile, postavený v roce 1945 pod vedením fyzika Wernera Heisenberga. Zařízení používalo kostky přírodního uranu zavěšené v těžké vodě, specializované látce, která hrála zásadní roli v řízení jaderné reakce.

Obtížná cesta k těžké vodě

Těžká voda vypadá velmi podobně jako obyčejná voda, ale její vodíkové atomy obsahují další neutron. Tento jemný rozdíl ji činí obzvláště užitečnou v určitých jaderných reaktorech. V reaktoru slouží těžká voda jako moderátor neutronů, což znamená, že zpomaluje neutrony uvolněné během štěpení. Pomalejší neutrony mají větší pravděpodobnost vyvolat další štěpné reakce v uranu, což pomáhá udržovat řetězovou reakci potřebnou pro funkční reaktor.

Pro Německo však bylo získání dostatečného množství těžké vody velkou překážkou. Během války byla jediným evropským zařízením schopným dodávat těžkou vodu potřebnou pro německý program továrna Norsk Hydro ve Vemorku v Norsku. Německo získalo kontrolu nad zařízením po okupaci Norska v dubnu 1940. Uvědomujíc si jeho důležitost pro německé jaderné ambice, spojenecké síly se zaměřily na továrnu prostřednictvím sabotáží a bombardovacích operací. Velký americký nálet zasáhl Vemork 16. listopadu 1943, což přispělo k ukončení produkce těžké vody tam.

Heisenbergova poslední jaderná naděje

Když americké síly objevily a demontovaly reaktor B8 v roce 1945, nikdy nedosáhl kritičnosti. V jaderné fyzice kritičnost označuje bod, kdy se řetězová reakce stává samoudržitelnou, přičemž každá generace štěpných reakcí produkuje dostatek neutronů k udržení další. Dosažení tohoto prahu je základním požadavkem pro provoz konvenčního jaderného reaktoru.

Navzdory svému jménu kritičnost neznamená, že reaktor je na pokraji výbuchu. Znamená to jednoduše, že jaderná řetězová reakce může pokračovat bez spoléhání se na externí zdroj neutronů. Heisenberg, který vedl německé úsilí o reaktor, tvrdil, že experiment B8 byl blízko k dosažení tohoto milníku. Tvrdil, že zařízení potřebovalo pouze relativně skromné zvýšení zásob uranu, aby se stalo provozuschopným.

Nový pohled na staré události

Nová studie vedená Timothym Koethem a jeho kolegy však toto hodnocení zpochybňuje. Výzkumníci zkoumali dvě dochované kostky přírodního uranu, které byly použity v německém jaderném projektu. Studovali také historické záznamy, technické zprávy, korespondenci a další archivní dokumenty, aby zrekonstruovali schopnosti reaktoru a zjistili, co by bylo potřeba k jeho fungování.

Jejich zjištění malují velmi odlišný obraz německého jaderného pokroku. Podle výpočtů výzkumníků by reaktor B8 potřeboval přibližně dvakrát tolik uranu a více než dvakrát tolik těžké vody, než kolik skutečně obsahoval, aby dosáhl udržitelné jaderné řetězové reakce. Požadované množství přesahovalo materiály dostupné Německu během války.

Nemožnost náhrady těžké vody

Výzkumníci také zkoumali, zda by němečtí vědci mohli vyřešit nedostatek těžké vody použitím grafitu, formy uhlíku, která může také zpomalovat neutrony v jaderných reaktorech. Tento přístup fungoval pro americké vědce, kteří dosáhli první kontrolované, udržitelné jaderné řetězové reakce na světě pomocí grafitem moderovaného reaktoru v roce 1942.

Nicméně grafit dostupný na německém území obsahoval nečistoty, které ho činily nevhodným pro stejný účel. Zejména stopy boru mohly absorbovat neutrony, které by jinak pomohly udržet reakci, což zabránilo reaktoru dosáhnout kritičnosti. To znamenalo, že Německo nemohlo jednoduše nahradit grafit těžkou vodou, aby překonalo své zásobovací problémy.

Proč byl německý jaderný program odsouzen k neúspěchu

Zjištění naznačují, že Heisenberg významně podcenil, kolik dalšího materiálu by jeho reaktor potřeboval. Spíše než aby stál na pokraji funkčního jaderného reaktoru, němečtí vědci čelili nedostatkům, které nemohli překonat s dostupnými zdroji. Výzkum také poskytuje jasnější vysvětlení, proč německý jaderný program nedokázal přejít od experimentálních návrhů reaktorů k funkčnímu reaktoru schopnému produkovat materiál pro atomovou bombu.

Na základě návrhů a materiálů dostupných během druhé světové války výzkumníci dospěli k závěru, že nacistické Německo postrádalo zdroje potřebné k tomu, aby jeho těžkovodní reaktor nebo grafitová alternativa byly provozuschopné. Více než osm desetiletí po válce pomohly dochované uranové kostky vyřešit dlouhotrvající historickou otázku, odhalující, jak daleko zůstávalo nacistické Německo od dosažení klíčového kroku k vybudování atomové bomby.