اشتباه بزرگ هایزنبرگ؛ محققان دلیل شکست برنامه هسته‌ای آلمان نازی را کشف کردند

در جریان جنگ جهانی دوم، دانشمندان پروژه منهتن در آمریکا نگران بودند که آلمان نازی پیش از متفقین بمب اتمی بسازد. با وجود دو سال پیشتازی اولیه، برنامه هسته‌ای آلمان شکست خورد و هرگز به مرحله تولید سلاح هسته‌ای نرسید. سال‌ها تصور می‌شد که «ورنر هایزنبرگ»، فیزیک‌دان برجسته آلمانی و رهبر این پروژه، تنها به مقدار اندکی اورانیوم بیشتر برای راه‌اندازی یک واکنش هسته‌ای پایدار نیاز داشت. اما پژوهشی تازه نشان می‌دهد که شکست این برنامه بسیار عمیق‌تر از کمبود محدود مواد اولیه بود و طراحی راکتور آلمان به منابعی بسیار بیشتر از آنچه دانشمندان تصور می‌کردند، نیاز داشت.

ورنر هایزنبرگ شکست برنامه هسته‌ای آلمان؛ کمبود منابع یا اشتباه محاسباتی؟ پژوهشگران با بررسی دو مکعب اورانیوم باقی‌مانده از پروژه آلمان و اسناد تاریخی، میزان مواد موردنیاز برای راه‌اندازی راکتور آلمانی B8 را دوباره محاسبه کردند. این راکتور در سال 1944 در زیرزمین قلعه‌ای در شهر هایگرلوخ ساخته شد. ساختار آن به مجموعه‌ای از 664 مکعب اورانیوم شباهت داشت که با کابل‌های هواپیما به یکدیگر متصل می‌شدند و در مخزنی از آب سنگین قرار می‌گرفتند.

آب سنگین نوترون‌ها را کند می‌کرد و بلوک‌های گرافیتی نیز برای محافظت در برابر تشعشعات بودن. بر اساس محاسبات جدید، این راکتور برای رسیدن به حالت بحرانی و آغاز واکنش زنجیره‌ای پایدار، به 1292 تا 1775 مکعب اورانیوم نیاز داشت؛ یعنی بسیار بیشتر از مقدار موجود در آزمایش آلمان. علاوه بر این، میزان آب سنگین موردنیاز تقریباً دو برابر کل تولید کارخانه «نورسک هیدرو» (Norsk Hydro) در وِمورک نروژ طی سال‌های جنگ بود. آن کارخانه در آن زمان تنها منبع تولید این ماده بود.

هایزنبرگ میزان مواد موردنیاز را به‌طور قابل‌توجهی کمتر از مقدار واقعی برآورد کرده بود. بنابراین، حتی اگر دانشمندان آلمانی اورانیوم بیشتری در اختیار داشتند، باز هم برای راه‌اندازی راکتور کافی نبود. یکی از دو مکعب اورانیوم باقی‌مانده از برنامه هسته‌ای آلمان چرا آلمان به مواد مناسب برای راکتور دسترسی نداشت؟ کمبود منابع به اورانیوم و آب سنگین محدود نبود. کیفیت گرافیت مورد استفاده در راکتور نیز اهمیت زیادی داشت. دانشمندان آمریکایی برای ساخت گرافیت مناسب از کُک نفتی استفاده می‌کردند.

محاصره دریایی بریتانیا از ژانویه 1940 دسترسی آلمان را به این ماده محدود کرده بود. در نتیجه، دانشمندان آلمانی ناچار شدند از کُک متالورژیکی منطقه رور استفاده کنند که ناخالصی‌های آن، از جمله بور، تقریباً دو برابر نمونه‌های آمریکایی بود. این ناخالصی‌ها توان گرافیت در کندکردن نوترون‌ها را کم می‌کرد و دستیابی به واکنش هسته‌ای پایدار دشوارتر می‌شد. با اورانیوم و گرافیتی که دانشمندان آلمانی به آن دسترسی داشتند، ساخت راکتوری با قابلیت رسیدن به حالت بحرانی عملاً غیرممکن بود.

این پژوهش به مشکلات ساختاری برنامه هسته‌ای آلمان نیز اشاره می‌کند. دانشمندان این کشور در سه گروه جداگانه در برلین، گوتو و لایپزیگ فعالیت می‌کردند و رقابت شدید، اختلافات شخصی، مدیریت ناکارآمد و محدودیت در تبادل اطلاعات و منابع، روند تحقیقات را کند کرده بود. در مجموع، شکست برنامه هسته‌ای آلمان را نمی‌توان صرفاً به کمبود اورانیوم یا یک اشتباه محاسباتی نسبت داد. محدودیت منابع، کیفیت مواد اولیه، مشکلات مدیریتی و برآورد نادرست نیازهای فنی، همگی در ناکامی این پروژه نقش داشتند.

پژوهشگران نتایج مطالعه خود را در PNAS Nexus منتشر کرده‌اند.