Eine in PNAS Nexus veröffentlichte wissenschaftliche Studie widerlegt anhand von erhaltenen Uranklümpchen, Archivdaten und Computersimulationen die Annahme, dass das nationalsozialistische Deutschland kurz vor dem Bau eines funktionierenden Kernreaktors oder einer Atombombe stand. Die Rekonstruktion des letzten deutschen Reaktorexperiments (B8) zeigt einen massiven Materialmangel, der eine selbsterhaltende Kettenreaktion physikalisch unmöglich machte.
Wichtigste Punkte
Das B8-Reaktorexperiment: Im Frühjahr 1945 bauten deutsche Wissenschaftler unter Leitung von Werner Heisenberg in Haigerloch das Experiment B8, bei dem 664 Natururanklümpchen in schweres Wasser getaucht und von einem Graphitmantel umgeben wurden.
Neutronenmultiplikationsfaktor: Computersimulationen des Modells ergaben einen Multiplikationsfaktor von etwa 0,94. Für eine selbsterhaltende nukleare Kettenreaktion ist jedoch ein Wert von mindestens 1,0 erforderlich.
Massiver Materialmangel: Das Erreichen der Kritikalität hätte schätzungsweise 3,1 Tonnen Uran und 3,5 Tonnen schweres Wasser erfordert; tatsächlich standen dem B8-Experiment jedoch nur jeweils rund 1,5 Tonnen zur Verfügung.
Gesamtinventar-Defizit: Das gesamte geschätzte Uraninventar des deutschen Atomprogramms lag rund 20 % unter dem für einen Reaktor nötigen Wert, während das Defizit bei schwerem Wasser etwa 80 % betrug.
Allierte Sabotage: Die Versorgung mit schwerem Wasser aus der von Norsk Hydro betriebenen Fabrik in Norwegen wurde durch ein norwegisches Kommandounternehmen im Februar 1943 und gezielte US-Bombenangriffe im November 1943 massiv beeinträchtigt.
Untauglichkeit des Graphits: Das von den deutschen Forschern genutzte Graphit wies zu viele neutronenabsorbierende Verunreinigungen auf, als dass es als Ersatz für schweres Wasser in einem funktionierenden Reaktor hätte dienen können.
Widerlegung von Heisenbergs Behauptung: Nachkriegsbehauptungen von Werner Heisenberg, wonach das Experiment kurz vor dem Erfolg stand oder er das Programm aus moralischen Gründen bewusst verzögerte, finden in den physischen Messungen und Archivdokumenten keine Belege.
Glossar
Natururan: Uran in seiner natürlich vorkommenden Isotopenzusammensetzung, das zu über 99 % aus nicht direkt spaltbarem Uran-238 und nur zu etwa 0,7 % aus spaltbarem Uran-235 besteht (ungeäffert).
Schweres Wasser (Deuteriumoxid): Wasser, in dem der normale Wasserstoff durch das schwerere Isotop Deuterium ersetzt wurde; es dient als hervorragender Moderator in Kernreaktoren, da es Neutronen abbremst, ohne sie in hohem Maße zu absorbieren.
Neutronenmultiplikationsfaktor: Eine physikalische Kennzahl ($k$), die das Verhältnis von Neutronen einer Generation zu denjenigen der vorherigen Generation angibt; ein Wert unter 1,0 bedeutet eine absterbende Kettenreaktion.
Kritikalität: Der Zustand eines Kernreaktors, in dem die nukleare Kettenreaktion stabil und selbsterhaltend abläuft ($k = 1,0$).
Uran-Anreicherung: Ein industrieller Prozess zur Erhöhung des prozentualen Anteils des spaltbaren Isotops Uran-235 im Vergleich zu Uran-238, um waffenfähiges Material oder Brennstoff für bestimmte Reaktortypen zu erzeugen.
PNAS Nexus: Eine begutachtete, Open-Access-Wissenschaftsfachzeitschrift der National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten.
Graphitreflektor: Eine Schicht aus hochreinem Kohlenstoff (Graphit) um den Reaktorkern, die entweichende Neutronen in den Kern zurückwirft, um die Effizienz der Kettenreaktion zu erhöhen.