Историята на проекта за урана на Третия райх, както обикновено се представя, лично много ми напомня на книга със скъсани страници. Всичко това изглежда като история на непрекъснати неуспехи и неуспехи, програма с неясни цели и загуба на ценни ресурси. Всъщност е изграден своеобразен разказ за германската атомна програма, който е нелогичен, в който има значителни несъответствия, но който се налага усилено.
Въпреки това, някои данни, които успяхме да намерим в публикации, включително сравнително скорошни изследвания за историята на германските военно-технически разработки, ни позволяват да погледнем на германския проект за уран по съвсем различен начин. Нацистите се интересуваха предимно от компактен енергиен реактор и термоядрени оръжия.
Мощен реактор
Обширното и немско звучащо произведение "Wissenschaft für den Krieg" на Гюнтер Нагел, повече от хиляда страници, основано на богат архивен материал, предоставя много интересна информация за това как физиците от Третия райх са си представяли използването на атомна енергия. Книгата се занимава главно с тайната работа на изследователския отдел на Катедрата по сухопътни въоръжения, в която се работи и по ядрена физика.
От 1937 г. в този отдел Кърт Дибнер провежда изследвания в областта на инициирането на взривяване на експлозиви чрез радиация. Още преди първото изкуствено делене на уран да бъде извършено през януари 1939 г., германците се опитаха да приложат ядрената физика във военните дела. Министерството на сухопътните въоръжения веднага се заинтересува от реакцията на делене на уран, която стартира германския проект за уран и на първо място постави задачата пред учените да определят областите на приложение на атомната енергия. Заповедта е издадена от Карл Бекер, ръководител на отдела за сухопътни въоръжения, председател на Императорския научноизследователски съвет и генерал от артилерията. Инструкцията е изпълнена от физика -теоретик Зигфрид Флюге, който през юли 1939 г. направи доклад за използването на атомната енергия, обърна внимание на огромния енергиен потенциал на делящото се атомно ядро и дори направи скица на „уранова машина“, че е реактор.
Конструкцията на „урановата машина“лежи в основата на проекта за урана на Третия райх. Урановата машина беше прототип на енергиен реактор, а не производствен реактор. Обикновено това обстоятелство или се пренебрегва в рамките на разказа за германската ядрена програма, създадено предимно от американците, или е грубо подценявано. Междувременно въпросът за енергията за Германия беше най -важният въпрос поради острия недостиг на петрол, необходимостта от производство на моторно гориво от въглища и значителните трудности при добива, транспортирането и използването на въглища. Следователно първият поглед върху идеята за нов източник на енергия ги вдъхнови много. Гюнтер Нагел пише, че е трябвало да използва „урановата машина“като стационарен източник на енергия в промишлеността и в армията, за да я инсталира на големи бойни кораби и подводници. Последното, както се вижда от епоса за битката при Атлантическия океан, имаше голямо значение. Подводният реактор превърна лодката от гмуркане в наистина подводна и я направи много по-малко уязвима за противолодочните сили на противниците. Ядрената лодка не трябваше да изплува на повърхността, за да зареди батериите, а обхватът на нейните операции не беше ограничен от доставката на гориво. Дори една лодка с ядрен реактор би била много ценна.
Но интересът на германските дизайнери към ядрения реактор не се ограничаваше само до това. Списъкът на машините, на които смятаха да инсталират реактора, включваше например резервоари. През юни 1942 г. Хитлер и министърът на въоръженията на Райха Алберт Шпеер обсъждат проект за „голяма бойна машина“с тегло около 1000 тона. Очевидно реакторът е бил предназначен специално за този вид резервоар.
Също така ракетните учени се заинтересуваха от ядрения реактор. През август 1941 г. изследователският център Peenemünde поиска възможността за използване на „урановата машина“като ракетен двигател. Д -р Карл Фридрих фон Вайцакер отговори, че е възможно, но среща технически трудности. Реактивна тяга може да бъде създадена с помощта на продуктите на разпадане на атомно ядро или с помощта на някакво вещество, загрято от топлината на реактора.
Така че търсенето на енергиен ядрен реактор беше достатъчно значително, за да могат изследователските институти, групи и организации да започнат работа в тази посока. Още в началото на 1940 г. започнаха три проекта за изграждане на ядрен реактор: Вернер Хайзенберг в Института „Кайзер Вилхелм“в Лайпциг, Кърт Дибнер в катедрата по сухопътни въоръжения край Берлин и Пол Хартек в университета в Хамбург. Тези проекти трябваше да разделят наличните доставки на уранов диоксид и тежка вода помежду си.
Съдейки по наличните данни, Хайзенберг успя да сглоби и пусне първия демонстрационен реактор в края на май 1942 г. 750 кг уранов метален прах заедно със 140 кг тежка вода бяха поставени в две здраво завинтени алуминиеви полукълба, тоест вътре в алуминиева топка, която беше поставена в съд с вода. Първоначално експериментът мина добре, бе отбелязан излишък от неутрони. Но на 23 юни 1942 г. топката започва да се прегрява, водата в контейнера започва да кипи. Опитът за отваряне на балона беше неуспешен и в крайна сметка балонът избухна, разпръсквайки уранов прах в стаята, който веднага се запали. Огънят е потушен с големи трудности. В края на 1944 г. Хайзенберг построи още по-голям реактор в Берлин (1,25 тона уран и 1,5 тона тежка вода), а през януари-февруари 1945 г. той построи подобен реактор в мазето в Хайгерлох. Хайзенберг успя да получи приличен добив на неутрони, но не постигна контролирана верижна реакция.
Дибнер експериментира както с уранов диоксид, така и с уранов метал, изграждайки четири реактора последователно от 1942 г. до края на 1944 г. в Готов (западно от полигона Кумерсдорф, южно от Берлин). Първият реактор, Gottow-I, съдържаше 25 тона уранов оксид в 6800 кубчета и 4 тона парафин като модератор. G-II през 1943 г. вече е на метален уран (232 кг уран и 189 литра тежка вода; уранът образува две сфери, вътре в които е поставена тежка вода, а цялото устройство е поставено в контейнер с лека вода).
G-III, построен по-късно, се отличава с компактен размер на сърцевината (250 x 230 cm) и висок добив на неутрони; неговата модификация в началото на 1944 г. съдържа 564 урана и 600 литра тежка вода. Дибнер последователно разработва дизайна на реактора, като постепенно се доближава до верижна реакция. Накрая той успя, макар и с изобилие. Реактор G-IV през ноември 1944 г. претърпя катастрофа: избухна котел, частично се стопи уран, а служителите бяха силно облъчени.
От известните данни става съвсем очевидно, че германските физици са се опитали да създадат реактор с водна мощност с налягане под налягане, в който активна зона от метален уран и тежка вода да загрява светлата вода, която го заобикаля, и след това да може да бъде подадена до пара генератор или директно към турбина.
Те веднага се опитаха да създадат компактен реактор, подходящ за инсталиране на кораби и подводници, поради което избраха уранов метал и тежка вода. Явно не са построили графитен реактор. И изобщо не поради грешката на Уолтър Боте или защото Германия не можеше да произвежда графит с висока чистота. Най -вероятно графитният реактор, който би бил технически по -лесен за създаване, се оказа твърде голям и тежък, за да се използва като корабна електроцентрала. Според мен изоставянето на графитния реактор беше умишлено решение.
Дейностите по обогатяване на уран също бяха най -вероятно свързани с опити за създаване на компактен енергиен реактор. Първото устройство за разделяне на изотопи е създадено през 1938 г. от Клаус Клузиус, но неговата "разделителна тръба" не е подходяща като промишлен дизайн. В Германия са разработени няколко метода за разделяне на изотопи. Поне един от тях е достигнал индустриален мащаб. В края на 1941 г. д -р Ханс Мартин лансира първия прототип на центрофуга за разделяне на изотопи и на тази основа в Кил започва да се изгражда завод за обогатяване на уран. Историята му, представена от Nagel, е доста кратка. Той е бомбардиран, след това оборудването е преместено във Фрайбург, където е построен промишлен завод в подземен заслон. Nagel пише, че няма успех и заводът не работи. Най -вероятно това не е напълно вярно и е вероятно част от обогатения уран да е произведен.
Обогатеният уран като ядрено гориво позволи на германските физици да решат както проблемите за постигане на верижна реакция, така и за проектирането на компактен и мощен реактор с лека вода. Тежката вода все още беше твърде скъпа за Германия. През 1943-1944 г., след унищожаването на завод за производство на тежка вода в Норвегия, завод работи в завода Leunawerke, но получаването на тон тежка вода изисква консумация на 100 хиляди тона въглища за генериране на необходимата електроенергия. Следователно реакторът за тежка вода може да се използва в ограничен мащаб. Германците обаче очевидно не успяха да произведат обогатен уран за проби в реактора.
Опити за създаване на термоядрени оръжия
Въпросът защо германците не са създали и използвали ядрени оръжия все още се дискутира горещо, но според мен тези дебати засилиха влиянието на разказа за провалите на германския проект за уран, отколкото отговориха на този въпрос.
Съдейки по наличните данни, нацистите много малко се интересуваха от уранова или плутониева ядрена бомба и по -специално не направиха никакви опити да създадат реактор за производство на плутоний. Но защо?
Първо, германската военна доктрина остави малко място за ядрени оръжия. Германците се стремяха не да унищожават, а да завземат територии, градове, военни и промишлени съоръжения. Второ, през втората половина на 1941 г. и през 1942 г., когато атомните проекти навлязоха в етап на активно изпълнение, германците вярваха, че скоро ще спечелят войната в СССР и ще осигурят господство на континента. По това време бяха създадени дори многобройни проекти, които трябваше да бъдат реализирани след края на войната. С такива чувства те не се нуждаеха от ядрена бомба или по -точно не смятаха, че е необходимо; но реактор с лодка или кораб беше необходим за бъдещи битки в океана. Трето, когато войната започна да клони към поражението на Германия и стана необходимо ядреното оръжие, Германия пое по специален път.
Ерих Шуман, ръководител на изследователския отдел на катедрата по сухопътни въоръжения, предложи идеята, че е възможно да се опитат да се използват леки елементи, като литий, за термоядрена реакция, и да се запалят, без да се използва ядрен заряд. През октомври 1943 г. Шуман започва активни изследвания в тази посока, а подчинените му физици се опитват да създадат условия за термоядрен взрив в устройство от оръдие, при което два оформени заряда се изстрелват един към друг в цевта, като се сблъскват, създавайки висока температура и налягане. Според Нагел резултатите са впечатляващи, но недостатъчни, за да започне термоядрена реакция. Обсъжда се и схема на имплозия за постигане на желаните резултати. Работата в тази посока е спряна в началото на 1945 г.
Може да изглежда като доста странно решение, но имаше определена логика. Германия може технически да обогати урана до оръжейно качество. Тогава обаче уранова бомба изискваше твърде много уран - за да се получат 60 кг високообогатен уран за атомна бомба, бяха необходими 10,6 до 13,1 тона естествен уран.
Междувременно уранът се абсорбира активно от експерименти с реактори, които се считат за приоритетни и по -важни от ядрените оръжия. Освен това очевидно металът на уран в Германия е бил използван като заместител на волфрам в сърцевините на бронебойни снаряди. В публикуваните протоколи от срещите между Хитлер и министъра на въоръженията и боеприпасите на Райха Алберт Шпеер има индикация, че в началото на август 1943 г. Хитлер е разпоредил незабавно да засили преработката на уран за производството на ядра. В същото време бяха проведени проучвания за възможността за заместване на волфрам с метален уран, което приключи през март 1944 г. В същия протокол се споменава, че през 1942 г. в Германия е имало 5600 кг уран, очевидно това означава метален уран или по отношение на метал. Дали е вярно или не, остава неясно. Но ако поне частично бронебойни снаряди бяха произведени с уранови ядра, тогава такова производство също трябваше да консумира тонове и тонове уранов метал.
Това приложение е посочено и от любопитния факт, че производството на уран е стартирано от Degussa AG в началото на войната, преди разгръщането на експерименти с реактори. Урановият оксид е произведен в завод в Ораниенбаум (той е бомбардиран в края на войната, а сега е зона на радиоактивно замърсяване), а урановият метал се произвежда в завод във Франкфурт на Майн. Общо фирмата произвежда 14 тона уранов метал на прах, плочи и кубчета. Ако беше освободено много повече, отколкото беше използвано в експериментални реактори, което ни позволява да кажем, че металът на уран е имал и други военни приложения.
Така че в светлината на тези обстоятелства желанието на Шуман да постигне неядрено запалване на термоядрена реакция е напълно разбираемо. Първо, наличният уран не би бил достатъчен за уранова бомба. Второ, реакторите също се нуждаеха от уран за други военни нужди.
Защо германците не успяха да имат проект за уран? Тъй като едва постигнали деленето на атома, те си поставиха изключително амбициозната цел да създадат компактен енергиен реактор, подходящ като мобилна електроцентрала. За толкова кратко време и при военни условия тази задача едва ли би била технически разрешима за тях.
