در جریان جنگ جهانی دوم، ایالات متحده برای ساخت بمب اتمی با سرعت تلاش می‌کرد؛ یکی از دلایل اصلی این رقابت، نگرانی از دستیابی آلمان نازی به چنین سلاحی پیش از آمریکایی‌ها بود. اما دانشمندان آلمانی واقعاً تا چه اندازه به این هدف نزدیک شده بودند؟ یک بررسی علمی جدید نشان می‌دهد که برنامه هسته‌ای نازی‌ها بسیار دورتر از موفقیت قرار داشت و حتی ادعاهای فیزیکدان برجسته این پروژه نیز با تردیدهای جدی روبه‌رو شده است.
پژوهشگران با بررسی مکعب‌های اورانیوم باقی‌مانده از آن دوران و اسناد تاریخی ثبت‌شده، محدودیت‌های اساسی آخرین راکتور آزمایشی هسته‌ای آلمان را شناسایی کرده‌اند. یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد مشکل این پروژه صرفاً کمبود چند ماده اولیه نبود، بلکه برای راه‌اندازی راکتور به مقادیر بسیار بیشتری اورانیوم و آب سنگین نیاز داشت؛ موادی که آلمان در طول جنگ به اندازه کافی در اختیار نداشت.
رقابت برای ساخت بمب اتمی
پروژه منهتن، برنامه محرمانه ایالات متحده برای ساخت سلاح هسته‌ای در طول جنگ جهانی دوم، تا حد زیادی تحت تأثیر احتمال دستیابی آلمان نازی به این فناوری قرار داشت. دانشمندان و مقام‌های آمریکایی می‌دانستند کشوری که زودتر به چنین دستاوردی برسد، از برتری نظامی بی‌سابقه‌ای برخوردار خواهد شد.
یکی از مسیرهای احتمالی برای ساخت بمب اتمی، طراحی راکتور هسته‌ای با قابلیت تولید پلوتونیوم بود؛ عنصری پرتوزا که می‌توان از آن در ساخت سلاح‌های هسته‌ای استفاده کرد. درون راکتور، اتم‌های اورانیوم تحت فرایندی به نام شکافت هسته‌ای قرار می‌گیرند. در این فرایند، هسته اتم‌ها شکافته می‌شود و علاوه بر انرژی، ذرات دیگری به نام نوترون آزاد می‌شوند. در شرایط مناسب، این نوترون‌ها شکافت هسته‌های دیگر را نیز تحریک می‌کنند و در نتیجه، واکنش زنجیره‌ای پایداری شکل می‌گیرد.
آلمان نازی نیز از طریق برنامه‌ای با نام اوران‌پروژه به تحقیقات هسته‌ای پرداخت، اما مورخان از مدت‌ها پیش درباره میزان پیشرفت دانشمندان آلمانی و فاصله آن‌ها تا ساخت یک راکتور عملیاتی اختلاف‌نظر داشته‌اند.
آخرین تلاش آلمان در این زمینه به راکتور آزمایشی موسوم به پشته B8 مربوط می‌شد که در سال ۱۹۴۵ تحت هدایت فیزیکدان آلمانی، ورنر هایزنبرگ، ساخته شد. این دستگاه از مکعب‌های اورانیوم طبیعی استفاده می‌کرد که در آب سنگین معلق بودند. آب سنگین ماده‌ای ویژه به شمار می‌رود که نقش مهمی در کنترل واکنش هسته‌ای ایفا می‌کند.
چرا آب سنگین برای راکتور آلمان نازی ضروری بود؟
آب سنگین از نظر ظاهری شباهت زیادی به آب معمولی دارد، اما اتم‌های هیدروژن موجود در آن یک نوترون اضافی دارند. همین تفاوت کوچک، این ماده را برای استفاده در برخی انواع راکتورهای هسته‌ای بسیار مناسب می‌کند.
آب سنگین در راکتور نقش کندکننده نوترون را بر عهده دارد؛ یعنی سرعت نوترون‌های آزادشده در جریان شکافت هسته‌ای را کاهش می‌دهد. نوترون‌های کندتر در شرایط مناسب احتمال بیشتری برای ایجاد شکافت‌های بعدی در اورانیوم دارند و به این ترتیب، ادامه واکنش زنجیره‌ای موردنیاز برای عملکرد راکتور را تسهیل می‌کنند.
با این حال، تأمین مقدار کافی آب سنگین به یکی از موانع اصلی برنامه هسته‌ای آلمان تبدیل شده بود. در طول جنگ جهانی دوم، تنها تأسیسات اروپایی قادر به تأمین آب سنگین موردنیاز برنامه آلمان، کارخانه نورسک هیدرو در منطقه وِمورک نروژ بود. آلمان پس از اشغال نروژ در آوریل ۱۹۴۰ کنترل این تأسیسات را به دست گرفت.
نیروهای متفقین با آگاهی از اهمیت این کارخانه برای اهداف هسته‌ای آلمان، عملیات خرابکاری و بمباران آن را در دستور کار قرار دادند. در ۱۶ نوامبر ۱۹۴۳، یک حمله هوایی گسترده از سوی آمریکا تأسیسات ومورک را هدف قرار داد و در نهایت، تلاش‌ها برای تولید آب سنگین در آنجا متوقف شد.
بررسی دوباره آخرین راکتور هسته‌ای هیتلر
نیروهای آمریکایی در سال ۱۹۴۵ راکتور B8 را کشف و از هم جدا کردند، اما این دستگاه هرگز به وضعیت بحرانی نرسیده بود. در فیزیک هسته‌ای، بحرانی شدن به شرایطی گفته می‌شود که واکنش زنجیره‌ای بتواند به‌صورت پایدار ادامه پیدا کند؛ به این معنا که هر نسل از واکنش‌های شکافت، نوترون‌های کافی برای حفظ نسل بعدی تولید کند.
رسیدن به این وضعیت، یکی از الزامات اساسی برای راه‌اندازی یک راکتور هسته‌ای متعارف به شمار می‌رود. برخلاف برداشتی که ممکن است از این اصطلاح ایجاد شود، بحرانی شدن به معنای نزدیک بودن راکتور به انفجار نیست، بلکه نشان می‌دهد واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای می‌تواند بدون نیاز به یک منبع خارجی نوترون ادامه یابد.
ورنر هایزنبرگ که هدایت تلاش‌های آلمان برای ساخت راکتور را بر عهده داشت، معتقد بود آزمایش B8 فاصله چندانی با رسیدن به این مرحله نداشته است. او استدلال می‌کرد که تنها افزایش نسبتاً محدودی در ذخیره اورانیوم می‌توانست دستگاه را به مرحله عملیاتی برساند.