- Der B8-Reaktor erreichte keine nachhaltige Kettenreaktion; Deutschland war vom Erfolg noch weit entfernt.
- Der Reaktor benötigte die doppelte Menge an Uran und Schwerwasser gegenüber den vorhandenen Beständen; die Versorgung war äußerst begrenzt.
- Deutschland wählte Schwerwasser als Neutronenmoderator, doch die Lieferungen waren durch alliierte Operationen beeinträchtigt.
- Die Forschung zeigt eine riesige Kluft zwischen dem deutschen Kernprogramm und der tatsächlichen Materialversorgung.
Als die US-Armee 1945 den endgültigen experimentellen Kernreaktor B8 in Nazi-Deutschland erreichte, fand sie eine Maschine vor, die nie eine nachhaltige nukleare Kettenreaktion erreicht hatte. Zwar bauten sie sie auseinander, doch eine Frage blieb: Wie nahe waren die Deutschen am Erfolg? Der wissenschaftliche Leiter des Projekts, Werner Heisenberg, beschrieb den B8-Reaktor später als nur einen Schritt vom Erfolg entfernt. Jahrzehnte später lieferten zwei erhaltene Urwürfel und eine Reihe von Kriegsdokumenten Forschern die Möglichkeit, diese Behauptung zu prüfen. Timothy Koeth und seine Kollegen stellten fest, dass die Hindernisse weit größer waren als von Heisenberg beschrieben.
Der Reaktor benötigte etwa die doppelte Menge des verfügbaren Urans sowie etwa die doppelte Menge an Schwerwasser, die der norwegische Lieferant während des gesamten Krieges produzierte.
Analyse der für den Reaktor benötigten Materialien
Der B8-Reaktor verwendete natürliches Uran als Brennstoff und Schwerwasser als Neutronenmoderator. Beide Materialien spielten bei dem Versuch, eine nachhaltige Kernspaltung zu erreichen, unterschiedliche Rollen. Wenn Uranatome spalten, setzen sie Neutronen frei, die weitere Uranatome spalten können. Der Reaktor erreicht den kritischen Zustand, wenn genügend Neutronen weitere Spaltungen auslösen, um die Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, ohne abzusterben. Im deutschen Design bewegten sich die bei der Spaltung freigesetzten Neutronen jedoch zu schnell, um den Prozess effektiv zu unterstützen. Die Aufgabe des Moderators besteht darin, diese Neutronen abzubremsen, wodurch ihre Fähigkeit steigt, zusätzliche Spaltungen auszulösen.
Deutsche Wissenschaftler entschieden sich für Schwerwasser, da es Deuterium enthält, ein schweres Isotop des Wasserstoffs. Daher reichte Uran allein nicht aus; der Reaktor benötigte auch ausreichend Moderator, um die Kettenreaktion zu tragen.
Koeth und seine Kollegen untersuchten zwei Würfel aus natürlichem Uran aus dem deutschen Kriegs-Kernprogramm und zogen historische Aufzeichnungen, technische Berichte, Korrespondenz und andere Archivquellen heran. Ihre Rekonstruktion zeigt, dass für den Erreichen der Kritikalität etwa die doppelte Menge des im B8-Reaktor vorhandenen Urans nötig gewesen wäre. Der Bedarf an Schwerwasser stellte ein noch größeres Hindernis dar: Er entsprach dem Zweifachen der gesamten Kriegsproduktion von Norsk Hydro in Norwegen. Die norwegische Anlage in Vemork war die deutsche Schwerwasserquelle, was das Reaktorprogramm von einer begrenzten Versorgung abhängig machte, die die Alliierten wiederholt angriffen.
Obwohl Graphit in manchen Reaktoren als Moderator dienen kann, stellten die Forscher fest, dass das in deutschem Kontrollgebiet verfügbare Graphit dafür ungeeignet war.
Erhebliche Lücke im deutschen Kernprogramm
Diese Lage offenbart den Unterschied zwischen Deutschlands kerntechnischen Ambitionen und einem der Kritikalität nahekommenden Reaktor auf der einen Seite und der riesigen Kluft zur benötigten Materialversorgung auf der anderen, was das Verständnis des B8-Experiments verändert. Heisenbergs Darstellung legt nahe, der Abstand zwischen Scheitern und Erfolg sei relativ eng gewesen; die Analyse hingegen identifiziert Engpässe, die nicht allein durch Anpassungen an der bestehenden Maschine zu überwinden waren. Ein funktionsfähiger Reaktor an sich würde auch keine Kernwaffe darstellen. Er stellte einen möglichen Weg zur Produktion von Spaltmaterial für eine Bombe dar, weshalb Deutschlands Fortschritt im Fokus des Manhattan-Projekts stand. Nach Einschätzung der Forscher fehlte Deutschland das Uran und der geeignete Moderator, um ihren endgültigen Reaktordesign eine nachhaltige Kettenreaktion zu ermöglichen.
Dilemma und Herausforderungen des deutschen Kernprogramms
Deutschlands Kernprogramm im Zweiten Weltkrieg stand vor erheblichen Herausforderungen bei der Materialversorgung, insbesondere bei Mangel an Uran und Schwerwasser. Obwohl Heisenberg einst glaubte, Deutschland stehe kurz vor dem Erfolg, überstiegen die tatsächlich benötigten Ressourcen bei weitem die verfügbare Versorgung, was die Grenzen deutscher Kernambitionen aufzeigt. Diese Situation beeinträchtigte nicht nur die Entwicklung deutscher Kernwaffen, sondern verstärkte auch die Aufmerksamkeit der Alliierten auf dessen Fortschritte. Zwar bedeutete der Betrieb eines Reaktors nicht die Produktion von Kernwaffen, doch war er ein entscheidender Weg zur Erzeugung von Spaltmaterial und beeinflusste damit die gesamte Kriegslage.