Исследование под руководством директора ядерного центра Мэрилендского университета Тимоти Кета показало, что последней экспериментальной установке Германии не хватало ресурсов для запуска самоподдерживающейся цепной реакции. Результаты опубликованы в PNAS Nexus.
Реактор B8 построили в 1945 году под руководством Гейзенберга. В нем использовались кубы природного урана, подвешенные в тяжелой воде. Она похожа на обычную воду, но вместо обычного водорода содержит дейтерий, в ядре атома которого есть дополнительный нейтрон.
В реакторе тяжелая вода служит замедлителем нейтронов, высвобождающихся при делении ядер урана. Замедленные нейтроны с большей вероятностью вызывают деление других ядер, помогая поддерживать цепную реакцию.
Создание работающего реактора могло открыть путь к получению плутония для атомной бомбы. Внутри установки часть ядер урана поглощает нейтроны и после последовательных радиоактивных превращений становится плутонием-239, пригодным для использования в ядерном оружии. Однако этот материал еще необходимо выделить из облученного топлива, поэтому запуск реактора сам по себе не означает создания бомбы.
Когда американские военные обнаружили и демонтировали B8, установка так и не достигла критичности. Этим термином обозначают состояние, при котором цепная реакция поддерживает себя без внешнего источника нейтронов. Гейзенберг впоследствии утверждал, что для запуска требовалось лишь относительно небольшое увеличение количества урана.
Авторы новой работы изучили два сохранившихся урановых куба, технические отчеты, переписку и другие архивные материалы. Их расчеты показали, что установке требовалось примерно вдвое больше урана и более чем вдвое больше тяжелой воды, чем в ней находилось. По оценке исследователей, эти потребности превышали доступные Германии во время войны ресурсы.
Особенно остро стояла проблема тяжелой воды. Единственным европейским предприятием, способным снабжать ею немецкую программу в необходимых объемах, был завод Norsk Hydro в норвежском Веморке. После оккупации Норвегии в апреле 1940 года Германия получила контроль над производством. Однако американский налет 16 ноября 1943 года лишил предприятие возможности выпуска тяжелой воды.
Ученые также рассмотрели возможность ее замены графитом, который тоже способен замедлять нейтроны. Именно графитовый замедлитель использовали американские исследователи, осуществившие в 1942 году первую управляемую самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию.
Однако доступный немецкой программе графит содержал примеси, делавшие его непригодным для этой задачи. В частности, бор поглощал нейтроны, необходимые для поддержания реакции, и препятствовал достижению критичности.
Авторы заключили, что Гейзенберг существенно недооценивал объем дополнительных ресурсов, необходимых для запуска B8. При существовавших конструкциях и доступных материалах Германия не могла запустить ни тяжеловодный реактор, ни его графитовую альтернативу. Таким образом, немецкая ядерная программа оставалась далека от создания установки, способной производить материал для атомного оружия.