بررسی برنامه هسته‌ای آلمان نازی و فاصله آن با ساخت بمب اتم
برای سال‌ها، یکی از سوالات جنجالی در تاریخ علم این بوده که برنامه هسته‌ای آلمان نازی تا چه حد به تولید رآکتور عملی یا حتی بمب اتم نزدیک شده بود. برخی از تاریخ‌نگاران بر این باور بودند که پروژه هسته‌ای آلمان در زمان جنگ جهانی دوم می‌توانست تهدیدی جدی به شمار آید و حتی یکی از دلایل آغاز پروژه منهتن در ایالات متحده، نگرانی از پیشرفت‌های احتمالی آلمان در این زمینه بود.
اما یک پژوهش جدید نشان می‌دهد که دانشمندان آلمان نازی فاصله زیادی با دستیابی به مرحله‌ای که در آن یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای پایدار ایجاد شود، داشتند؛ مرحله‌ای که به اصطلاح فنی «بحرانی‌شدن» نامیده می‌شود. پژوهشگران این مطالعه که آن را نوعی «باستان‌شناسی هسته‌ای» توصیف کرده‌اند، اسناد تاریخی مربوط به پروژه اورانیوم (Uranprojekt) را دوباره بررسی کرده و با استفاده از مدل‌های علمی، شرایط آخرین آزمایش بزرگ این برنامه را بازسازی کردند.
آزمایش B8 و چالش‌های آن
تمرکز اصلی این پژوهش بر روی آزمایش B8 بود که در سال ۱۹۴۵ و در روزهای پایانی جنگ جهانی دوم در تأسیسات زیرزمینی هایگرلوخ آلمان انجام شد. هدف این آزمایش بررسی امکان ساخت یک رآکتور هسته‌ای با استفاده از اورانیوم طبیعی و آب سنگین بود.
پس از جنگ، ورنر هایزنبرگ، فیزیکدان مشهور 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، آزمایش B8 می‌توانست به نتیجه برسد. اما تحلیل جدید این ادعا را رد می‌کند. پژوهشگران می‌گویند مقدار مواد لازم برای رسیدن به واکنش زنجیره‌ای پایدار بسیار بیشتر از آن چیزی بود که هایزنبرگ تصور می‌کرد.
بر اساس این مطالعه، رآکتور B8 برای رسیدن به حالت بحرانی به حدود دو برابر اورانیوم بیشتر و ۲٫۳ برابر آب سنگین بیشتر از مقدار موجود نیاز داشت.
وابستگی آلمان نازی به منابع خارجی
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 یابد. 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.
چالش‌های مواد اولیه
پژوهشگران در بررسی خود دریافتند که 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.
نقش ورنر هایزنبرگ در تاریخ علم
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. تصور نزدیک بودن آلمان نازی به ساخت بمب اتم بیشتر به ترس متفقین از پیشرفت هسته‌ای این کشور، شهرت هایزنبرگ و کمبود اطلاعات درباره برنامه اتمی نازی‌ها پس از جنگ برمی‌گشت.
پس از جنگ، به دلیل جایگاه علمی هایزنبرگ، اظهارنظرهای او درباره پروژه اورانیوم تأثیر زیادی بر برداشت تاریخی از توانایی‌های هسته‌ای آلمان گذاشت. در مقاله‌ای که در سال ۱۹۴۷ منتشر شد، هایزنبرگ گفته بود آزمایش B8 با مقدار کمی اورانیوم بیشتر می‌توانست موفق شود. اما پژوهش جدید نشان می‌دهد این برآورد، مقدار واقعی مواد لازم را بسیار کمتر از واقعیت در نظر گرفته بود.
نتایج و تأثیرات تاریخی
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، این مطالعه نشان می‌دهد که 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.
سوالات متداول
آیا آلمان نازی به ساخت بمب اتم نزدیک بود؟
خیر، پژوهش‌ها نشان می‌دهند که آلمان نازی فاصله زیادی با ساخت بمب اتم داشت و حتی ساخت یک رآکتور هسته‌ای فعال نیز برای آن‌ها امکان‌پذیر نبود.
آزمایش B8 چه هدفی داشت؟
آزمایش B8 به بررسی امکان ساخت یک رآکتور هسته‌ای با استفاده از اورانیوم طبیعی و آب سنگین اختصاص داشت.
چرا ورنر هایزنبرگ ادعا کرد که آزمایش B8 موفق می‌شد؟
او معتقد بود که اگر مقدار کمی اورانیوم بیشتر در اختیار تیمش قرار می‌گرفت، آزمایش B8 می‌توانست به نتیجه برسد، اما این ادعا توسط پژوهش‌های جدید رد شده است.
آلمان نازی برای تأمین آب سنگین به چه منابعی وابسته بود؟
آلمان نازی برای تأمین آب سنگین مورد نیاز خود به تولیدات کارخانه نورسک هیدرو در نروژ وابسته بود.
نتایج پژوهش جدید چه تأثیری بر برداشت تاریخی از برنامه هسته‌ای آلمان دارد؟
این پژوهش دیدگاه تاریخی درباره میزان پیشرفت واقعی پروژه هسته‌ای آلمان در جنگ جهانی دوم را اصلاح می‌کند و نشان می‌دهد که این برنامه به ساخت بمب اتم نزدیک نبوده است.
