La storia del progetto dell'uranio del Terzo Reich, come viene solitamente presentata, personalmente mi ricorda molto un libro con le pagine strappate. Tutto appare come una storia di continui fallimenti e fallimenti, un programma con obiettivi poco chiari e uno spreco di risorse preziose. Si è infatti costruita una sorta di narrativa sul programma atomico tedesco, che è illogica, in cui vi sono notevoli incongruenze, ma che viene strenuamente imposta.
Tuttavia, alcune informazioni che siamo riusciti a trovare nelle pubblicazioni, inclusi studi relativamente recenti sulla storia degli sviluppi tecnico-militari tedeschi, ci consentono di guardare al progetto dell'uranio tedesco in un modo completamente diverso. I nazisti erano principalmente interessati a un reattore di potenza compatto e alle armi termonucleari.
reattore di potenza
Il vasto lavoro di Günther Nagel dal suono tedesco "Wissenschaft für den Krieg", più di mille pagine basate su un ricco materiale d'archivio, fornisce informazioni molto interessanti su come i fisici del Terzo Reich immaginavano l'uso dell'energia atomica. Il libro tratta principalmente del lavoro segreto del dipartimento di ricerca del Dipartimento degli armamenti terrestri, in cui si è svolto anche lavoro sulla fisica nucleare.
Dal 1937, in questo dipartimento, Kurt Diebner condusse ricerche nel campo dell'innesco della detonazione di esplosivi mediante radiazioni. Anche prima che la prima fissione artificiale dell'uranio fosse effettuata nel gennaio 1939, i tedeschi cercarono di applicare la fisica nucleare agli affari militari. Il Dipartimento degli armamenti terrestri si interessò immediatamente alla reazione di fissione dell'uranio, che lanciò il progetto tedesco sull'uranio e, prima di tutto, diede agli scienziati il compito di determinare le aree di applicazione dell'energia atomica. L'ordine è stato dato da Karl Becker, capo del Dipartimento degli armamenti terrestri, presidente del Consiglio imperiale di ricerca e generale dell'artiglieria. L'istruzione è stata soddisfatta dal fisico teorico Siegfried Flyugge, che nel luglio 1939 ha fatto una relazione sull'uso dell'energia atomica, ha attirato l'attenzione sull'enorme potenziale energetico del nucleo atomico fissile e ha persino disegnato uno schizzo di una "macchina dell'uranio", che è, un reattore.
La costruzione della "macchina dell'uranio" costituì la base del progetto sull'uranio del Terzo Reich. La macchina dell'uranio era un prototipo di reattore di potenza, non un reattore di produzione. Di solito questa circostanza o viene ignorata nel quadro della narrativa sul programma nucleare tedesco, creato principalmente dagli americani, o è grossolanamente sottovalutata. Nel frattempo, la questione dell'energia per la Germania è stata la questione più importante a causa della grave carenza di petrolio, della necessità di produrre carburante per motori dal carbone e delle notevoli difficoltà nell'estrazione, nel trasporto e nell'uso del carbone. Pertanto, il primo assaggio dell'idea di una nuova fonte di energia li ha ispirati molto. Gunther Nagel scrive che avrebbe dovuto usare la "macchina dell'uranio" come fonte stazionaria di energia nell'industria e nell'esercito, per installarla su grandi navi da guerra e sottomarini. Quest'ultimo, come si può vedere dall'epopea della Battaglia dell'Atlantico, fu di grande importanza. Il reattore sottomarino ha trasformato la barca da un'immersione in una vera subacquea e l'ha resa molto meno vulnerabile alle forze antisommergibile degli avversari. La nave nucleare non aveva bisogno di emergere per caricare le batterie e il suo raggio di azione non era limitato dalla fornitura di carburante. Anche un singolo reattore nucleare sarebbe molto prezioso.
Ma l'interesse dei progettisti tedeschi per il reattore nucleare non si limitava a questo. L'elenco delle macchine su cui pensavano di installare il reattore includeva, ad esempio, i serbatoi. Nel giugno 1942, Hitler e il ministro degli armamenti del Reich Albert Speer discussero un progetto per un "grande veicolo da combattimento" del peso di circa 1.000 tonnellate. Apparentemente, il reattore era destinato specificamente a questo tipo di serbatoio.
Inoltre, gli scienziati missilistici si sono interessati al reattore nucleare. Nell'agosto 1941, il Centro di ricerca di Peenemünde richiese la possibilità di utilizzare la "macchina dell'uranio" come motore a razzo. Il Dr. Karl Friedrich von Weizsacker ha risposto che è possibile, ma incontra difficoltà tecniche. La spinta reattiva può essere creata usando i prodotti di decadimento di un nucleo atomico o usando qualche sostanza riscaldata dal calore di un reattore.
Quindi la richiesta di un reattore nucleare di potenza era abbastanza significativa da consentire a istituti di ricerca, gruppi e organizzazioni di avviare il lavoro in questa direzione. Già all'inizio del 1940 iniziarono tre progetti per la costruzione di un reattore nucleare: Werner Heisenberg all'Istituto Kaiser Wilhelm di Lipsia, Kurt Diebner al Dipartimento degli armamenti terrestri vicino a Berlino e Paul Harteck all'Università di Amburgo. Questi progetti dovevano dividere tra loro le scorte disponibili di biossido di uranio e acqua pesante.
A giudicare dai dati disponibili, Heisenberg fu in grado di assemblare e lanciare il primo reattore dimostrativo alla fine di maggio 1942. 750 kg di polvere di uranio metallico insieme a 140 kg di acqua pesante sono stati posti all'interno di due semisfere di alluminio saldamente avvitate, cioè all'interno di una sfera di alluminio, che è stata posta in un contenitore con acqua. L'esperimento è andato bene all'inizio, è stato notato un eccesso di neutroni. Ma il 23 giugno 1942 la palla iniziò a surriscaldarsi, l'acqua nel contenitore iniziò a bollire. Il tentativo di aprire il pallone non ha avuto successo, e alla fine il pallone è esploso, spargendo polvere di uranio nella stanza, che ha subito preso fuoco. L'incendio è stato spento con grande difficoltà. Alla fine del 1944, Heisenberg costruì un reattore ancora più grande a Berlino (1,25 tonnellate di uranio e 1,5 tonnellate di acqua pesante), e nel gennaio-febbraio 1945 costruì un reattore simile nel seminterrato di Haigerloch. Heisenberg è riuscito a ottenere una resa di neutroni decente, ma non ha ottenuto una reazione a catena controllata.
Diebner sperimentò sia il biossido di uranio che l'uranio metallico, costruendo quattro reattori in successione dal 1942 alla fine del 1944 a Gottow (a ovest del sito di test di Kummersdorf, a sud di Berlino). Il primo reattore, Gottow-I, conteneva 25 tonnellate di ossido di uranio in 6800 cubi e 4 tonnellate di paraffina come moderatore. G-II nel 1943 era già su uranio metallico (232 kg di uranio e 189 litri di acqua pesante; l'uranio formava due sfere, all'interno delle quali veniva posta acqua pesante, e tutto il dispositivo fu posto in un contenitore con acqua leggera).
Il G-III, costruito successivamente, si distingueva per le dimensioni compatte del nucleo (250 x 230 cm) e un'elevata resa di neutroni; la sua modifica all'inizio del 1944 conteneva 564 uranio e 600 litri di acqua pesante. Diebner ha costantemente elaborato il design del reattore, avvicinandosi gradualmente a una reazione a catena. Alla fine ci riuscì, anche se con sovrabbondanza. Il reattore G-IV nel novembre 1944 subì una catastrofe: scoppiò una caldaia, l'uranio si sciolse parzialmente e i dipendenti furono fortemente irradiati.
Dai dati noti, diventa abbastanza ovvio che i fisici tedeschi hanno cercato di creare un reattore di potenza moderata ad acqua pressurizzata in cui una zona attiva di uranio metallico e acqua pesante avrebbe riscaldato l'acqua leggera che lo circonda, e quindi potrebbe essere alimentata a un vapore generatore o direttamente a una turbina.
Hanno subito cercato di creare un reattore compatto adatto all'installazione su navi e sottomarini, motivo per cui hanno scelto l'uranio metallico e l'acqua pesante. Apparentemente non hanno costruito un reattore di grafite. E niente affatto a causa dell'errore di Walter Bothe o perché la Germania non poteva produrre grafite di elevata purezza. Molto probabilmente, il reattore di grafite, che sarebbe stato tecnicamente più facile da realizzare, si è rivelato troppo grande e pesante per essere utilizzato come centrale elettrica di una nave. A mio parere, abbandonare il reattore di grafite è stata una decisione deliberata.
Le attività di arricchimento dell'uranio erano anche molto probabilmente associate ai tentativi di creare un reattore di potenza compatto. Il primo dispositivo per la separazione degli isotopi fu creato nel 1938 da Klaus Klusius, ma il suo "tubo divisore" non era adatto come design industriale. Diversi metodi di separazione degli isotopi sono stati sviluppati in Germania. Almeno uno di loro ha raggiunto una scala industriale. Alla fine del 1941, il Dr. Hans Martin lanciò il primo prototipo di una centrifuga per la separazione degli isotopi e su questa base iniziò a essere costruito un impianto di arricchimento dell'uranio a Kiel. La sua storia, come presentata da Nagel, è piuttosto breve. Fu bombardato, quindi l'attrezzatura fu trasferita a Friburgo, dove fu costruito un impianto industriale in un rifugio sotterraneo. Nagel scrive che non ci fu successo e che l'impianto non funzionò. Molto probabilmente, questo non è del tutto vero, ed è probabile che sia stato prodotto parte dell'uranio arricchito.
L'uranio arricchito come combustibile nucleare ha permesso ai fisici tedeschi di risolvere sia i problemi di ottenere una reazione a catena sia di progettare un reattore ad acqua leggera compatto e potente. L'acqua pesante era ancora troppo costosa per la Germania. Nel 1943-1944, dopo la distruzione di un impianto per la produzione di acqua pesante in Norvegia, era in funzione un impianto presso lo stabilimento di Leunawerke, ma ottenere una tonnellata di acqua pesante richiedeva il consumo di 100mila tonnellate di carbone per generare l'energia elettrica necessaria. Il reattore ad acqua pesante potrebbe quindi essere utilizzato su scala limitata. Tuttavia, a quanto pare i tedeschi non sono riusciti a produrre uranio arricchito per i campioni nel reattore.
Tentativi di creare armi termonucleari
La questione del perché i tedeschi non abbiano creato e utilizzato armi nucleari è ancora oggetto di accesi dibattiti, ma a mio parere, questi dibattiti hanno rafforzato l'influenza della narrativa sui fallimenti del progetto tedesco sull'uranio più che risposto a questa domanda.
A giudicare dai dati disponibili, i nazisti erano molto poco interessati a una bomba nucleare all'uranio o al plutonio e, in particolare, non fecero alcun tentativo di creare un reattore di produzione per la produzione di plutonio. Ma perché?
Primo, la dottrina militare tedesca lasciava poco spazio alle armi nucleari. I tedeschi cercarono non di distruggere, ma di impadronirsi di territori, città, strutture militari e industriali. In secondo luogo, nella seconda metà del 1941 e nel 1942, quando i progetti atomici entrarono nella fase di attuazione attiva, i tedeschi credevano che avrebbero presto vinto la guerra in URSS e si sarebbero assicurati il dominio sul continente. In questo momento furono creati anche numerosi progetti che avrebbero dovuto essere implementati dopo la fine della guerra. Con tali sentimenti, non avevano bisogno di una bomba nucleare, o, più precisamente, non pensavano che fosse necessaria; ma era necessaria una barca o un reattore per navi per future battaglie nell'oceano. In terzo luogo, quando la guerra iniziò a orientarsi verso la sconfitta della Germania e le armi nucleari divennero necessarie, la Germania prese una strada speciale.
Erich Schumann, capo del dipartimento di ricerca del Dipartimento degli armamenti terrestri, ha avanzato l'idea che sia possibile provare a utilizzare elementi leggeri, come il litio, per una reazione termonucleare e accenderlo senza utilizzare una carica nucleare. Nell'ottobre del 1943, Schumann lanciò una ricerca attiva in questa direzione e i fisici a lui subordinati cercarono di creare le condizioni per un'esplosione termonucleare in un dispositivo di tipo cannone, in cui due cariche sagomate furono sparate l'una verso l'altra nella canna, scontrandosi, creando alta temperatura e pressione. Secondo Nagel, i risultati sono stati impressionanti, ma non sufficienti per avviare una reazione termonucleare. È stato inoltre discusso uno schema di implosione per ottenere i risultati desiderati. I lavori in questa direzione furono interrotti all'inizio del 1945.
Può sembrare una soluzione piuttosto strana, ma aveva una certa logica. La Germania potrebbe tecnicamente arricchire l'uranio per ottenere una qualità militare. Tuttavia, una bomba all'uranio richiedeva allora troppo uranio: per ottenere 60 kg di uranio altamente arricchito per una bomba atomica, erano necessarie da 10,6 a 13,1 tonnellate di uranio naturale.
Nel frattempo, l'uranio è stato attivamente assorbito dagli esperimenti con i reattori, considerati prioritari e più importanti delle armi nucleari. Inoltre, a quanto pare, l'uranio metallico in Germania è stato utilizzato come sostituto del tungsteno nei nuclei dei proiettili perforanti. Nei verbali pubblicati degli incontri tra Hitler e il ministro degli armamenti e delle munizioni del Reich Albert Speer, c'è un'indicazione che all'inizio di agosto del 1943 Hitler ordinò di intensificare immediatamente la lavorazione dell'uranio per la produzione di nuclei. Allo stesso tempo, furono condotti studi sulla possibilità di sostituire il tungsteno con l'uranio metallico, che si conclusero nel marzo 1944. Nello stesso protocollo c'è una menzione che nel 1942 c'erano 5600 kg di uranio in Germania, ovviamente questo significa uranio metallico o in termini di metallo. Non era chiaro se fosse vero o no. Ma se almeno in parte i proiettili perforanti venivano prodotti con nuclei di uranio, allora tale produzione doveva anche consumare tonnellate e tonnellate di metallo di uranio.
Questa applicazione è indicata anche dal fatto curioso che la produzione di uranio sia stata avviata da Degussa AG all'inizio della guerra, prima dello spiegamento degli esperimenti con i reattori. L'ossido di uranio è stato prodotto in uno stabilimento di Oranienbaum (è stato bombardato alla fine della guerra e ora è una zona di contaminazione radioattiva) e l'uranio metallico è stato prodotto in uno stabilimento a Francoforte sul Meno. In totale, l'azienda ha prodotto 14 tonnellate di uranio metallico in polvere, lastre e cubetti. Se è stato rilasciato molto di più di quello utilizzato nei reattori sperimentali, il che ci permette di dire che l'uranio metallico aveva anche altre applicazioni militari.
Quindi, alla luce di queste circostanze, il desiderio di Schumann di ottenere un'accensione non nucleare di una reazione termonucleare è abbastanza comprensibile. Primo, l'uranio disponibile non sarebbe sufficiente per una bomba all'uranio. In secondo luogo, i reattori avevano bisogno di uranio anche per altre necessità militari.
Perché i tedeschi non hanno avuto un progetto sull'uranio? Perché, avendo a malapena raggiunto la fissione dell'atomo, si sono posti l'obiettivo estremamente ambizioso di creare un reattore di potenza compatto adatto come centrale elettrica mobile. In così poco tempo e in condizioni militari, questo compito era difficilmente risolvibile dal punto di vista tecnico.
