ナチス・ドイツの核反応炉研究、重大な物資不足を明らかにする

1945年、アメリカ軍がナチス・ドイツの最終実験用核反応炉B8炉に到達したとき、一度も持続的な核連鎖反応を起こしたことのない装置を発見した。彼らはそれを解体したが、一つの疑問が残った：ドイツ人は成功までどれほど近づいていたのか。プロジェクトの科学的指導者であるヴェルナー・ハイゼンベルク（Werner Heisenberg）は後に、B8炉は成功まであと一歩だったと表現した。数十年後、残されていた2個のウラン立方体と一連の戦時文書が、研究者たちにその主張を検証する手がかりを与えた。ティモシー・コース（Timothy Koeth）とその同僚たちは、ハイゼンベルクが語った障壁よりもはるかに大きな障壁があったことを発見した。

この反応炉には、保有していたウランの約2倍の量、そしてノルウェーの供給業者が戦争期間中に生産した重水の総量の約2倍が必要だった。

反応炉に必要な材料の分析

B8反応炉は天然ウランを燃料として、重水を中性子減速材として使用した。この2つの材料は、持続的な核分裂の試みにおいて異なる役割を果たした。ウラン原子が分裂すると、他のウラン原子の分裂を引き起こす中性子が放出される。十分な中性子がさらなる分裂を誘発し、連鎖反応が減衰せずに維持されるとき、反応炉は臨界状態に達する。しかし、ドイツの設計では、分裂によって放出される中性子の移動速度が速すぎて、この過程を効果的に支えることができなかった。中性子減速材の役割は、これらの中性子を減速させ、追加の分裂を誘発する能力を高めることである。

ドイツの科学者たちは重水を選択した。重水には水素の重い同位体である重水素（デューテリウム）が含まれているためである。したがって、ウランだけでは不十分であり、反応炉には連鎖反応を支えるために十分な減速材も必要だった。

コースとその同僚たちは、ドイツの戦時核計画に由来する2個の天然ウラン立方体を調べ、歴史記録、技術報告、通信記録、その他のアーカイブ資料を参照した。彼らの再構築によれば、臨界状態に達するにはB8炉が保有していたウランの約2倍の量が必要だった。重水の必要量はさらに大きな障壁を示していた：それはノルウェーのNorsk Hydro社が戦時中に生産した総量の2倍に相当した。ヴェモルク（Vemork）にあったノルウェーの施設がドイツの重水供給源であり、この反応炉計画を限られた供給に依存させることになり、連合国はこの供給を繰り返し標的とした。

石墨は一部の反応炉で中性子を減速できるが、研究者たちはドイツ支配地域内の石墨がこの用途には不適切であることを発見した。

ドイツ核計画の重大なギャップ

この状況は、ドイツの核への野心と臨界状態に近い反応炉との違い、そして必要とされた物資供給との間の巨大なギャップを明らかにし、B8実験の理解を変えるものとなった。ハイゼンベルクの主張は、失敗と成功の差が比較的小さいことを示唆していたが、分析では、既存の装置の調整だけでは克服できない不足が特定された。稼働する反応炉自体が核兵器を構成するわけではない。反応炉は、爆弾製造のための核分裂性物質を生産する可能性のある経路を示すものであり、それがドイツの進捗をマンハッタン計画の懸念事項とした。研究者たちの評価によれば、ドイツには最終反応炉設計で持続的な連鎖反応を実現するために必要なウランと適切な減速材が欠けていた。

ドイツ核計画のジレンマと課題

第二次世界大戦中、ドイツの核計画は物資供給の面から大きな課題に直面した。特にウランと重水の不足が深刻だった。ハイゼンベルクはドイツが成功に近づいていると考えていたが、実際には必要な資源が既存の供給を大きく上回っており、ドイツの核への野心の限界を示していた。この状況はドイツの核兵器開発に影響を与えただけでなく、連合国がその進捗に注目するきっかけともなった。反応炉の運転自体は核兵器の生産を意味しないが、核分裂性物質を生産する重要な経路であり、それが戦争の全体的な情勢に影響を与えた。