De geschiedenis van het uraniumproject van het Derde Rijk, zoals dat meestal wordt gepresenteerd, doet mij persoonlijk sterk denken aan een boek met gescheurde pagina's. Het lijkt allemaal een geschiedenis van voortdurende mislukkingen en mislukkingen, een programma met onduidelijke doelen en een verspilling van waardevolle middelen. In feite is er een soort verhaal over het Duitse atoomprogramma opgebouwd, wat onlogisch is, waarin significante inconsistenties voorkomen, maar dat krachtig wordt opgelegd.
Sommige informatie die we echter in publicaties hebben kunnen vinden, waaronder relatief recente studies over de geschiedenis van de Duitse militair-technische ontwikkelingen, stellen ons in staat om op een heel andere manier naar het Duitse uraniumproject te kijken. De nazi's waren vooral geïnteresseerd in een compacte kernreactor en thermonucleaire wapens.
Vermogensreactor
Günther Nagels uitgebreide en Duits klinkende werk "Wissenschaft für den Krieg", meer dan duizend pagina's gebaseerd op rijk archiefmateriaal, biedt zeer interessante informatie over hoe natuurkundigen van het Derde Rijk het gebruik van atoomenergie voor ogen hadden. Het boek gaat vooral over het geheime werk van de onderzoeksafdeling van de afdeling Landbewapening, waar ook aan kernfysica werd gewerkt.
Op deze afdeling deed Kurt Diebner sinds 1937 onderzoek op het gebied van het initiëren van het tot ontploffing brengen van explosieven door middel van straling. Nog voordat de eerste kunstmatige splijting van uranium in januari 1939 werd uitgevoerd, probeerden de Duitsers kernfysica toe te passen op militaire aangelegenheden. Het ministerie van Landbewapening raakte onmiddellijk geïnteresseerd in de uraniumsplijtingsreactie, die het Duitse uraniumproject op gang bracht en in de eerste plaats de taak voor wetenschappers oplegde om de toepassingsgebieden van atoomenergie te bepalen. Het bevel werd gegeven door Karl Becker, hoofd van de afdeling Landbewapening, voorzitter van de Imperial Research Council en General of Artillery. De instructie werd vervuld door theoretisch fysicus Siegfried Flyugge, die in juli 1939 een rapport maakte over het gebruik van atoomenergie, de aandacht vestigde op het enorme energiepotentieel van de splijtbare atoomkern en zelfs een schets maakte van een "uraniummachine", die is, een reactor.
De bouw van de "uraniummachine" vormde de basis van het uraniumproject van het Derde Rijk. De uraniummachine was een prototype van een energiereactor, geen productiereactor. Meestal wordt deze omstandigheid ofwel genegeerd in het kader van het verhaal over het Duitse nucleaire programma, dat voornamelijk door de Amerikanen is gecreëerd, ofwel schromelijk onderschat. Ondertussen was de energiekwestie voor Duitsland de belangrijkste kwestie vanwege het acute olietekort, de noodzaak om motorbrandstof te produceren uit steenkool en aanzienlijke moeilijkheden bij de winning, het transport en het gebruik van steenkool. Daarom inspireerde de allereerste glimp van het idee van een nieuwe energiebron hen erg. Gunther Nagel schrijft dat het de "uraniummachine" moest gebruiken als stationaire energiebron in de industrie en in het leger, om het op grote oorlogsschepen en onderzeeërs te installeren. Dat laatste was, zoals blijkt uit het epos van de Slag om de Atlantische Oceaan, van groot belang. De onderzeeërreactor veranderde de boot van een duik in een echt onderwaterschip en maakte het veel minder kwetsbaar voor anti-onderzeeërtroepen van tegenstanders. De nucleaire boot hoefde niet aan de oppervlakte te komen om de batterijen op te laden, en het bereik van de operaties werd niet beperkt door de toevoer van brandstof. Zelfs een enkele kernreactorboot zou zeer waardevol zijn.
Maar de interesse van Duitse ontwerpers voor de kernreactor bleef niet hiertoe beperkt. De lijst met machines waarop ze dachten de reactor te installeren, bevatte bijvoorbeeld tanks. In juni 1942 bespraken Hitler en de Reichsbewapeningsminister Albert Speer een project voor een "groot gevechtsvoertuig" met een gewicht van ongeveer 1.000 ton. Blijkbaar was de reactor specifiek bedoeld voor dit soort tanks.
Ook raakten de raketwetenschappers geïnteresseerd in de kernreactor. In augustus 1941 vroeg het Peenemünde Research Center om de mogelijkheid om de "uraniummachine" als raketmotor te gebruiken. Dr. Karl Friedrich von Weizsacker antwoordde dat het mogelijk is, maar heeft technische problemen. Reactieve stuwkracht kan worden gecreëerd met behulp van de vervalproducten van een atoomkern of met behulp van een stof die wordt verwarmd door de hitte van een reactor.
De vraag naar een krachtige kernreactor was dus groot genoeg voor onderzoeksinstituten, groepen en organisaties om het werk in deze richting te starten. Al in het begin van 1940 begonnen drie projecten voor de bouw van een kernreactor: Werner Heisenberg aan het Kaiser-Wilhelm-Institut in Leipzig, Kurt Diebner aan de afdeling landbewapening bij Berlijn en Paul Harteck aan de universiteit van Hamburg. Deze projecten moesten de beschikbare voorraden uraniumdioxide en zwaar water onderling verdelen.
Afgaande op de beschikbare gegevens kon Heisenberg eind mei 1942 de eerste demonstratiereactor in elkaar zetten en lanceren. 750 kg uraniummetaalpoeder samen met 140 kg zwaar water werden in twee stevig vastgeschroefde aluminium halve bollen geplaatst, dat wil zeggen in een aluminium bal, die in een bak met water werd geplaatst. Het experiment verliep aanvankelijk goed, er werd een overmaat aan neutronen geconstateerd. Maar op 23 juni 1942 begon de bal oververhit te raken, het water in de container begon te koken. De poging om de ballon te openen was niet succesvol en uiteindelijk explodeerde de ballon, waarbij uraniumpoeder in de kamer werd verspreid, dat onmiddellijk vlam vatte. Het vuur werd met grote moeite geblust. Eind 1944 bouwde Heisenberg een nog grotere reactor in Berlijn (1,25 ton uranium en 1,5 ton zwaar water), en in januari-februari 1945 bouwde hij een soortgelijke reactor in de kelder van Haigerloch. Heisenberg wist een behoorlijke neutronenopbrengst te behalen, maar hij bereikte geen gecontroleerde kettingreactie.
Diebner experimenteerde met zowel uraniumdioxide als uraniummetaal en bouwde van 1942 tot eind 1944 vier reactoren achter elkaar in Gottow (ten westen van de testlocatie Kummersdorf, ten zuiden van Berlijn). De eerste reactor, Gottow-I, bevatte 25 ton uraniumoxide in 6800 kubussen en 4 ton paraffine als moderator. G-II zat in 1943 al op metallisch uranium (232 kg uranium en 189 liter zwaar water; uranium vormde twee bollen, waarbinnen zwaar water werd geplaatst, en het hele apparaat werd in een container met licht water geplaatst).
De later gebouwde G-III onderscheidde zich door een compacte kerngrootte (250 x 230 cm) en een hoge neutronenopbrengst; de modificatie begin 1944 bevatte 564 uranium en 600 liter zwaar water. Diebner werkte consequent het ontwerp van de reactor uit en naderde geleidelijk een kettingreactie. Ten slotte is hij erin geslaagd, zij het met een overvloed. Reactor G-IV kreeg in november 1944 een catastrofe te verduren: een boiler barstte, uranium smolt gedeeltelijk en werknemers werden zwaar bestraald.
Uit de bekende gegevens wordt het vrij duidelijk dat Duitse natuurkundigen probeerden een door water gemodereerde kernreactor te maken waarin een actieve zone van metallisch uranium en zwaar water het lichte water eromheen zou verwarmen, en dan zou het kunnen worden toegevoerd aan een stoomketel. generator of rechtstreeks naar een turbine.
Ze probeerden meteen een compacte reactor te maken die geschikt was voor installatie op schepen en onderzeeërs, daarom kozen ze voor uraniummetaal en zwaar water. Ze hebben blijkbaar geen grafietreactor gebouwd. En helemaal niet vanwege de fout van Walter Bothe of omdat Duitsland geen hoogzuiver grafiet kon produceren. Hoogstwaarschijnlijk bleek de grafietreactor, die technisch gemakkelijker te maken was, te groot en te zwaar om als scheepskrachtcentrale te worden gebruikt. Het verlaten van de grafietreactor was naar mijn mening een bewuste keuze.
Uraniumverrijkingsactiviteiten werden ook hoogstwaarschijnlijk geassocieerd met pogingen om een compacte kernreactor te creëren. Het eerste apparaat voor het scheiden van isotopen werd in 1938 gemaakt door Klaus Klusius, maar zijn "scheidingsbuis" was niet geschikt als industrieel ontwerp. In Duitsland zijn verschillende methoden voor isotopenscheiding ontwikkeld. Minstens één van hen heeft een industriële schaal bereikt. Eind 1941 lanceerde Dr. Hans Martin het eerste prototype van een isotopenscheidingscentrifuge en op basis hiervan werd in Kiel een uraniumverrijkingsfabriek gebouwd. De geschiedenis, zoals voorgesteld door Nagel, is vrij kort. Het werd gebombardeerd, waarna de apparatuur werd verplaatst naar Freiburg, waar een industriële fabriek werd gebouwd in een ondergrondse schuilplaats. Nagel schrijft dat er geen succes was en de plant niet werkte. Hoogstwaarschijnlijk is dit niet helemaal waar, en het is waarschijnlijk dat een deel van het verrijkte uranium is geproduceerd.
Verrijkt uranium als nucleaire brandstof stelde Duitse natuurkundigen in staat om zowel de problemen van het bereiken van een kettingreactie als het ontwerpen van een compacte en krachtige lichtwaterreactor op te lossen. Zwaar water was nog te duur voor Duitsland. In 1943-1944, na de vernietiging van een fabriek voor de productie van zwaar water in Noorwegen, was er een fabriek in bedrijf in de fabriek van Leunawerke, maar het verkrijgen van een ton zwaar water vereiste het verbruik van 100 duizend ton steenkool om de nodige elektriciteit op te wekken. De zwaarwaterreactor zou dus op beperkte schaal kunnen worden ingezet. De Duitsers slaagden er echter blijkbaar niet in om verrijkt uranium te produceren voor monsters in de reactor.
Pogingen om thermonucleaire wapens te maken
De vraag waarom de Duitsers geen kernwapens hebben gemaakt en gebruikt, wordt nog steeds fel bediscussieerd, maar naar mijn mening hebben deze debatten de invloed van het verhaal over de mislukkingen van het Duitse uraniumproject meer versterkt dan deze vraag beantwoord.
Afgaande op de beschikbare gegevens waren de nazi's zeer weinig geïnteresseerd in een uranium- of plutonium-kernbom, en deden ze met name geen enkele poging om een productiereactor te creëren voor de productie van plutonium. Maar waarom?
Ten eerste liet de Duitse militaire doctrine weinig ruimte voor kernwapens. De Duitsers probeerden niet te vernietigen, maar om gebieden, steden, militaire en industriële faciliteiten te veroveren. Ten tweede, in de tweede helft van 1941 en in 1942, toen atoomprojecten het stadium van actieve implementatie ingingen, geloofden de Duitsers dat ze spoedig de oorlog in de USSR zouden winnen en de dominantie op het continent veilig zouden stellen. In die tijd werden zelfs tal van projecten gecreëerd die na het einde van de oorlog zouden worden uitgevoerd. Met zulke gevoelens hadden ze geen atoombom nodig, of beter gezegd, ze vonden het niet nodig; maar voor toekomstige gevechten in de oceaan was een boot- of scheepsreactor nodig. Ten derde, toen de oorlog begon te neigen naar de nederlaag van Duitsland en kernwapens noodzakelijk werden, sloeg Duitsland een speciaal pad in.
Erich Schumann, het hoofd van de onderzoeksafdeling van de afdeling Landbewapening, bracht het idee naar voren dat het mogelijk is om te proberen lichte elementen, zoals lithium, te gebruiken voor een thermonucleaire reactie, en deze te ontsteken zonder een nucleaire lading te gebruiken. In oktober 1943 lanceerde Schumann actief onderzoek in deze richting, en de aan hem ondergeschikte natuurkundigen probeerden voorwaarden te scheppen voor een thermonucleaire explosie in een kanonachtig apparaat, waarbij twee gevormde ladingen in de loop op elkaar werden afgevuurd, botsend, waardoor hoge temperatuur en druk. Volgens Nagel waren de resultaten indrukwekkend, maar niet genoeg om een thermonucleaire reactie op gang te brengen. Ook is er gesproken over een implosieschema om tot het gewenste resultaat te komen. Het werk in deze richting werd begin 1945 stopgezet.
Het lijkt misschien een nogal vreemde oplossing, maar het had een bepaalde logica. Duitsland zou uranium technisch kunnen verrijken tot wapenkwaliteit. Een uraniumbom vereiste toen echter te veel uranium - om 60 kg hoogverrijkt uranium voor een atoombom te verkrijgen, was 10,6 tot 13,1 ton natuurlijk uranium nodig.
Ondertussen werd uranium actief geabsorbeerd door experimenten met reactoren, die als prioriteit en belangrijker werden beschouwd dan kernwapens. Bovendien werd blijkbaar uraniummetaal in Duitsland gebruikt als vervanging voor wolfraam in de kernen van pantserdoorborende granaten. In de gepubliceerde notulen van de ontmoetingen tussen Hitler en de Reichsminister van Bewapening en Munitie Albert Speer is er een aanwijzing dat Hitler begin augustus 1943 opdracht gaf om de verwerking van uranium voor de productie van kernen onmiddellijk te intensiveren. Tegelijkertijd werden studies uitgevoerd naar de mogelijkheid om wolfraam te vervangen door metallisch uranium, dat eindigde in maart 1944. In hetzelfde protocol wordt vermeld dat er in 1942 5600 kg uranium in Duitsland was, uiteraard betekent dit uraniummetaal of in termen van metaal. Of het waar was of niet bleef onduidelijk. Maar als tenminste gedeeltelijk pantserdoorborende granaten werden geproduceerd met uraniumkernen, dan moest die productie ook tonnen en tonnen uraniummetaal verbruiken.
Deze toepassing wordt ook aangegeven door het merkwaardige feit dat de productie van uranium werd gelanceerd door Degussa AG aan het begin van de oorlog, vóór de inzet van experimenten met reactoren. Uraniumoxide werd geproduceerd in een fabriek in Oranienbaum (het werd gebombardeerd aan het einde van de oorlog, en nu is het een radioactieve besmettingszone), en uraniummetaal werd geproduceerd in een fabriek in Frankfurt am Main. In totaal produceerde het bedrijf 14 ton uraniummetaal in poedervorm, platen en blokjes. Als er veel meer vrijkwam dan er in experimentele reactoren werd gebruikt, kunnen we stellen dat uraniummetaal ook andere militaire toepassingen had.
Dus in het licht van deze omstandigheden is Schumanns wens om een niet-nucleaire ontsteking van een thermonucleaire reactie te bereiken heel begrijpelijk. Ten eerste zou het beschikbare uranium niet voldoende zijn voor een uraniumbom. Ten tweede hadden de reactoren ook uranium nodig voor andere militaire behoeften.
Waarom hadden de Duitsers geen uraniumproject? Omdat ze amper de splijting van het atoom hadden bereikt, stelden ze zichzelf het uiterst ambitieuze doel om een compacte kernreactor te creëren die geschikt is als mobiele energiecentrale. In zo'n korte tijd en onder militaire omstandigheden was deze taak voor hen technisch nauwelijks oplosbaar.
