Skulle Nazityskland ha kunnat tillverka atombomber?

Många fysiker var oroliga över att Tyskland var på väg att skaffa sig kärnvapen under andra världskriget, inte minst eftersom möjligheten att klyva atomkärnan var en tysk upptäckt till att börja med.

Ett steg på vägen skulle ha varit att bygga en fungerande kärnreaktor. Fysikern Werner Heisenberg – en av de centrala personerna bakom kvantmekaniken – hävdade efter kriget att de nästan hade lyckats.

I själva verket var Tyskland långt från att kunna skapa en kontrollerad, självuppehållande kärnreaktion. Det har forskare nu kunnat visa i en studie som bygger på analyser av kvarlämnade dokument och material.

– Tyskland hade inte nödvändiga resurser, och antagligen inte nödvändig förståelse för vad man behövde göra, säger Cecilia Gustavsson, universitetslektor vid Uppsala universitet, som har läst studien.

Grunden för både kärnkraft och kärnvapen var upptäckten att det gick att klyva atomkärnor med hjälp av neutroner. Det avgörande experimentet gjordes av kärnkemisterna Otto Hahn och Fritz Strassmann i Berlin 1938, medan den teoretiska tolkningen och beräkningen av den frigjorda energin gjordes av fysikerna Lise Meitner och Robert Frisch. Lise Meitner och Otto Hahn hade länge gjort experiment tillsammans, så hon var också delaktig i förarbetet, men vid det här laget hade hon flytt från Tyskland och befann sig i Sverige.

Fysiker förstod genast potentialen i att använda den energi som frigörs. Det amerikanska Manhattanprojektet, som resulterade i den första atombomben, motiverades delvis med risken att Tyskland skulle hinna först med att konstruera kärnvapen.

Efter kriget visade det sig att nazistregimen inte hade prioriterat kärnteknisk forskning, men att försök ändå hade pågått utspridda på olika institutioner. Werner Heisenberg ledde arbetet med en reaktor som betecknades B8. Bedömningarna av den tyska kärntekniken bygger till viss del på en artikel som Werner Heisenberg själv skrev 1947, där han hävdade att reaktorn var mycket nära att nå nivån där de neutroner som skapas skulle räcka till för att driva reaktionen vidare i ett förlopp som kunde hålla igång sig självt. Det skulle bara ha behövts en relativt liten mängd mer uran, skrev han.

B8-reaktorn fanns i en källare byn Haigerloch. Den bestod av 664 urankuber, var och en med en sida på fem centimeter, som hängde längs kedjor och kunde sänkas ned i en behållare med tungt vatten omgiven av grafit. Reaktorn demonterades och laboratoriet förstördes av amerikanerna 1945. Numera finns ett museum på platsen där man kan se en rekonstruerad modell. Däremot finns mycket lite av de ursprungliga materialen bevarade.

Nu har en amerikansk forskargrupp använt sig av bevarade dokument och kemiska analyser av det uran och den grafit som användes för att göra beräkningar av hur reaktorn faktiskt kunde fungera.

– Det här är inte några spekulationer kring vad Heisenberg har skrivit, utan här blir det hårda fakta, säger Cecilia Gustavsson.

Resultaten av beräkningarna är att det skulle ha behövts över 1 200 urankuber och omkring 3 000 liter tungt vatten för att få reaktorn att fungera. Det är dubbelt så mycket uran och mer än dubbelt så mycket tungt vatten som faktiskt fanns i försöket. Forskarna visar dessutom att inte ens den totala mängden uran och tungt vatten som fanns tillgängligt i Tyskland under kriget hade räckt till.

Vetenskapshistoriker har tidigare föreslagit att Tyskland kunde ha kommit längre om de hade använt grafit i stället för tungt vatten för att moderera energin hos neutronerna som uppstår i reaktionen. Beräkningarna i den nya studien visar däremot att den typ av grafit som fanns tillgänglig i Tyskland inte var tillräckligt ren. Råvaran som användes för att tillverka grafit i USA var mycket bättre.

Manhattanprojektet hade alltså flera olika övertag: Det var en samordnad insats med stora resurser, ett tydligt mål och tillgång till rätt råmaterial.

– Studien väcker också tankar om hur svårt det är att framställa vapenplutonium, säger Cecilia Gustavsson.

Inte ens om B8-reaktorn hade fungerat hade det gett tillräckliga förutsättningar för att bygga en bomb. I Manhattanprojektet uppnåddes en kontrollerad kärnreaktion i december 1942. Det ledde till att andra typer av reaktorer kunde byggas för att få ut plutonium från klyvningsprodukterna och använda det till kärnvapen. Att separera ämnena och anrika den form av plutonium som behövs är i sig en teknisk utmaning som Tyskland inte var i närheten av att ta sig an.