دراسة مفاعل نووي لألمانيا النازية تكشف فجوة كبيرة في المواد

عندما وصل الجيش الأمريكي إلى المفاعل النووي التجريبي النهائي لألمانيا النازية، مفاعل B8، في عام 1945، اكتشف آلة لم تُجرِ تفاعلًا نوويًا متسلسلًا مستدامًا قط. وعلى الرغم من تفكيكهم لها، ظل سؤال قائمًا: إلى أي مدى كان الألمان قريبين من النجاح؟ وصف القائد العلمي للمشروع، فيرنر هايزنبرغ (Werner Heisenberg)، مفاعل B8 لاحقًا بأنه كان على بعد خطوة واحدة فقط من النجاح. وبعد عقود، وفرت مكعبا يورانيوم متبقيين وسلسلة من الوثائق الحربية للباحثين وسيلة لاختبار هذا الزعم. اكتشف تيموثي كويث (Timothy Koeth) وزملاؤه أن العقبات كانت أكبر بكثير مما وصفها هايزنبرغ.

كان المفاعل يحتاج إلى حوالي ضعفي كمية اليورانيوم المتاحة لديه، وإلى حوالي ضعفي كمية الماء الثقيل التي أنتجها المورد النرويجي خلال الحرب بأكملها.

تحليل المواد المطلوبة للمفاعل

استخدم مفاعل B8 اليورانيوم الطبيعي كوقود، والماء الثقيل كمهدئ للنيوترونات. وتلعب هاتان المادتان أدوارًا مختلفة في محاولة تحقيق انشطار نووي مستدام. عندما تنشطر ذرة يورانيوم، تطلق نيوترونات يمكن أن تسبب انشطار ذرات يورانيوم أخرى. يصل المفاعل إلى الحالة الحرجة عندما تطلق كمية كافية من النيوترونات لتوليد المزيد من الانشطار للحفاظ على التفاعل المتسلسل دون أن يخمد. ومع ذلك، في التصميم الألماني، كانت النيوترونات المنطلقة من الانشطار تتحرك بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يمكنها دعم هذه العملية بفعالية. يتمثل دور المهدئ في إبطاء هذه النيوترونات، مما يعزز قدرتها على إثارة انشطارات إضافية.

اختار العلماء الألمان الماء الثقيل لأنه يحتوي على الديوتيريوم، وهو نظير أثقل للهيدروجين. لذلك، لم يكن اليورانيوم وحده كافيًا، بل كان المفاعل يحتاج أيضًا إلى كمية كافية من المهدئ لدعم التفاعل المتسلسل.

فحص كويث وزملاؤه مكعبين من اليورانيوم الطبيعي من البرنامج النووي الألماني في زمن الحرب، واستعانوا بالسجلات التاريخية والتقارير الفنية والمراسلات ومصادر أرشيفية أخرى. وأظهر إعادة بناؤهم أن بلوغ الحالة الحرجة كان يتطلب حوالي ضعفي كمية اليورانيوم المتاحة لمفاعل B8. أما حاجة الماء الثقيل، فقد برزت كعقبة أكبر: فهي تعادل ضعفي إجمالي إنتاج شركة Norsk Hydro النرويجية في زمن الحرب. كان المنشأة النرويجية في فيمورك (Vemork) هي مصدر الماء الثقيل لألمانيا، مما جعل خطة المفاعل تعتمد على إمداد محدود استهدفته عمليات الحلفاء مرارًا وتكرارًا.

على الرغم من أن الجرافيت يمكن أن يستخدم كمهدئ للنيوترونات في بعض المفاعلات، اكتشف الباحثون أن الجرافيت في المناطق الخاضعة للسيطرة الألمانية لم يكن مناسبًا لهذا الغرض.

فجوة كبيرة في البرنامج النووي الألماني