Uranprojekt Third Reich: reactor de potencia y dispositivo de fusión


Reactor de Heisenberg en Heigerloch. Ahora es un museo

historia El proyecto de uranio del Tercer Reich, como generalmente se presenta, me recuerda personalmente a un libro con páginas rotas. Todo parece ser una historia de fallas y fallas continuas, un programa con objetivos oscuros y un desperdicio de recursos valiosos. De hecho, hay una cierta narrativa sobre el programa atómico alemán, que es ilógico, en el que hay inconsistencias significativas, pero que está fuertemente impuesto.

Sin embargo, parte de la información que se puede encontrar en publicaciones, incluidos estudios relativamente recientes sobre la historia de los desarrollos técnicos militares alemanes, nos permite ver el proyecto de uranio alemán de una manera completamente diferente. Los nazis estaban interesados ​​principalmente en un reactor de energía compacto y termonuclear оружие.



Reactor de potencia


El extenso trabajo de Guenther Nagel, de calidad alemana, Wissenschaft für den Krieg, que contiene más de mil páginas, basado en un rico material de archivo, proporciona información muy interesante sobre cómo los físicos del Tercer Reich imaginaron el uso de la energía atómica. El libro trata principalmente del trabajo secreto del departamento de investigación del Departamento de Armas Terrestres, que también trabajó en física nuclear.

Desde 1937, en este departamento, Kurt Dibner realizó investigaciones en el campo del inicio de la detonación de explosivos utilizando radiación. Incluso antes de que se llevara a cabo la primera fisión artificial de uranio en enero de 1939, los alemanes intentaron aplicar la física nuclear a los asuntos militares. El Departamento de Fuerzas Terrestres se interesó inmediatamente en la reacción de la fisión de uranio, que lanzó el proyecto de uranio alemán y, en primer lugar, estableció la tarea de los científicos para determinar el alcance del uso de energía atómica. Esto fue dado por Karl Becker, jefe del Departamento de Fuerzas Terrestres, presidente del Consejo de Investigación Imperial y artillería general. La instrucción fue llevada a cabo por el físico teórico Siegfried Flygge, quien en julio de 1939 elaboró ​​un informe sobre el uso de la energía atómica, llamó la atención sobre el enorme potencial energético de un núcleo atómico fisible e incluso dibujó un boceto de una "máquina de uranio", es decir, un reactor.

La construcción de la "máquina de uranio" formó la base del proyecto de uranio del Tercer Reich. El motor de uranio era un prototipo de un reactor de energía, no un reactor de producción. Por lo general, esta circunstancia se ignora en el marco de la narrativa sobre el programa nuclear alemán, creado principalmente por los estadounidenses, o se subestima en gran medida. Mientras tanto, el tema de la energía para Alemania era un tema crucial en vista de la aguda escasez de petróleo, la necesidad de producir combustibles para motores a partir de carbón y las dificultades significativas en la extracción, transporte y uso del carbón. Por lo tanto, la primera visión de la idea de una nueva fuente de energía los inspiró mucho. Gunter Nagel escribe que se suponía que debía usar la "máquina de uranio" como fuente estacionaria de energía en la industria y en el ejército, e instalarla en grandes buques de guerra y submarinos. Este último, como se puede ver en la batalla épica del Atlántico, fue de gran importancia. El reactor de la embarcación convirtió la embarcación en un verdadero submarino y lo hizo mucho menos vulnerable a las fuerzas antisubmarinas de los oponentes. El barco nuclear no necesitaba flotar para cargar las baterías, y su radio de acción no estaba limitado por el suministro de combustible. Incluso un barco con un reactor nuclear sería muy valioso.

Pero el interés de los diseñadores alemanes en el reactor nuclear no se limitó a esto. En la lista de automóviles en los que pensaban instalar el reactor, había, por ejemplo, tanques. En junio de 1942, Hitler y el Ministro de Armas del Reich, Albert Speer, discutieron un proyecto de un "gran vehículo de combate" que pesaba alrededor de 1000 toneladas. Aparentemente, el reactor estaba destinado específicamente para este tipo de tanque.

Además, los cohetes se interesaron en el reactor nuclear. En agosto de 1941, un centro de investigación en Peenemünde solicitó la posibilidad de utilizar una "máquina de uranio" como motor de cohete. El Dr. Karl Friedrich von Weizsäcker respondió que esto era posible, pero que enfrentaba dificultades técnicas. El empuje del chorro se puede crear usando los productos de desintegración del núcleo atómico o usando alguna sustancia calentada por el calor del reactor.

Por lo tanto, la demanda de un reactor de energía nuclear fue lo suficientemente significativa como para que los institutos de investigación, grupos y organizaciones inicien el trabajo en esta dirección. Ya a principios de 1940, tres proyectos comenzaron a construir un reactor atómico: Werner Heisenberg en el Instituto Kaiser Wilhelm en Leipzig, Kurt Dibner en el Departamento de Fuerzas Terrestres cerca de Berlín y Paul Hartek en la Universidad de Hamburgo. Estos proyectos tuvieron que dividir entre ellos las reservas disponibles de dióxido de uranio y agua pesada.

A juzgar por los datos disponibles, Heisenberg logró armar y lanzar el primer modelo de demostración del reactor a fines de mayo de 1942. Se colocaron 750 kg de polvo de metal de uranio junto con 140 kg de agua pesada dentro de dos hemisferios de aluminio firmemente atornillados, es decir, dentro de una bola de aluminio que se colocó en un recipiente con agua. Al principio, el experimento fue bien; se observó un exceso de neutrones. Pero el 23 de junio de 1942, la bola comenzó a sobrecalentarse, el agua en el tanque comenzó a hervir. El intento de abrir la pelota no tuvo éxito, y al final la pelota explotó, dispersando polvo de uranio en la habitación, que inmediatamente se incendió. El fuego se apagó con gran dificultad. A finales de 1944, Heisenberg construyó un reactor aún más grande en Berlín (1,25 toneladas de uranio y 1,5 toneladas de agua pesada), y en enero-febrero de 1945 construyó un reactor similar en el sótano de Heigerloch. Heisenberg logró obtener un rendimiento decente de neutrones, pero no logró una reacción en cadena controlada.

Dibner experimentó con dióxido de uranio y uranio metálico, construyendo cuatro reactores en sucesión desde 1942 hasta finales de 1944 en Gottow (al oeste de Kummersdorf, al sur de Berlín). El primer reactor Gottow-I contenía 25 toneladas de óxido de uranio en 6800 metros cúbicos y 4 toneladas de parafina como moderador. G-II en 1943 ya estaba en uranio metálico (232 kg de uranio y 189 litros de agua pesada; el uranio formó dos esferas, dentro de las cuales se colocó agua pesada, y todo el dispositivo se colocó en un recipiente con agua ligera).

Uranprojekt Third Reich: reactor de potencia y dispositivo de fusión
Esquema del reactor dibner experimental.

El G-III, construido más tarde, se distinguió por su tamaño de núcleo compacto (250 x 230 cm) y su gran rendimiento de neutrones; su modificación a principios de 1944 contenía 564 uranio y 600 litros de agua pesada. Dibner trabajó constantemente en el diseño del reactor, acercándose gradualmente a la reacción en cadena. Finalmente, tuvo éxito, sin embargo, con un excedente. El reactor G-IV en noviembre de 1944 se estrelló: la caldera explotó, el uranio se derritió parcialmente y los empleados fueron muy irradiados.


Solo las ruinas de concreto de todo el campo de entrenamiento de Kummersdorf y el sitio de prueba de Gottow

A partir de los datos conocidos, resulta bastante obvio que los físicos alemanes intentaron crear un reactor de agua a presión en el que una zona activa de uranio metálico y agua pesada calentara el agua ligera que lo rodea, y luego podría alimentarse a un generador de vapor o directamente a una turbina.

Inmediatamente intentaron crear un reactor compacto adecuado para su instalación en barcos y submarinos, por lo que eligieron uranio metálico y agua pesada. Aparentemente no construyeron un reactor de grafito. Y no se debió en absoluto al error de Walter Bothe o al hecho de que Alemania no podía producir grafito de alta pureza. Lo más probable es que el reactor de grafito, que sería técnicamente más simple de crear, resultó ser demasiado grande y pesado para ser utilizado como planta de energía de un barco. En mi opinión, abandonar el reactor de grafito fue una decisión deliberada.



Los intentos de crear un reactor de energía compacto también se asociaron muy probablemente con el enriquecimiento de uranio. El primer dispositivo de separación de isótopos fue creado en 1938 por Klaus Clusius, pero su "tubo divisor" no era adecuado como diseño industrial. En Alemania, se han desarrollado varios métodos de separación de isótopos. Al menos uno de ellos ha alcanzado escala industrial. A finales de 1941, el Dr. Hans Martin lanzó la primera centrífuga para la separación de isótopos, y sobre esta base, se inició una planta para el enriquecimiento de uranio en Kiel. Su historia en la presentación de Nagel es bastante corta. Fue bombardeado, luego el equipo fue transferido a Friburgo, donde se construyó una instalación industrial en un refugio subterráneo. Nagel escribe que no hubo éxito y que la planta no funcionó. Lo más probable es que esto no sea del todo cierto y, sin embargo, se obtuvo una cierta cantidad de uranio enriquecido.

El uranio enriquecido como combustible nuclear permitió a los físicos alemanes resolver los problemas de lograr una reacción en cadena y diseñar un reactor compacto y potente de agua ligera. El agua pesada todavía era demasiado cara para Alemania. En 1943-1944, después de la destrucción de la planta de agua pesada en Noruega, la instalación estaba funcionando en la planta de Leunawerke, pero recibir una tonelada de agua pesada requirió el consumo de 100 mil toneladas de carbón para la producción de la electricidad necesaria. Por lo tanto, el reactor de agua pesada podría usarse a escala limitada. Sin embargo, los alemanes aparentemente no lograron desarrollar uranio enriquecido para muestras en el reactor.

Intentos de crear un arma termonuclear


La cuestión de por qué los alemanes no crearon y usaron armas nucleares todavía se debate con vehemencia, pero, en mi opinión, estos debates reforzaron la influencia de la narrativa sobre los fracasos del proyecto de uranio alemán que respondieron a esta pregunta.

A juzgar por los datos disponibles, los nazis estaban muy poco interesados ​​en la bomba nuclear de uranio o plutonio y, en particular, no intentaron crear un reactor de producción para producir plutonio. Pero por que?

Primero, la doctrina militar alemana no dejaba mucho espacio para las armas nucleares. Los alemanes no buscaban destruir, sino apoderarse de territorios, ciudades, instalaciones militares e industriales. En segundo lugar, en la segunda mitad de 1941 y en 1942, cuando los proyectos nucleares entraron en la etapa de implementación activa, los alemanes creían que pronto ganarían la guerra en la URSS y asegurarían su dominio en el continente. En este momento, incluso se crearon numerosos proyectos que se suponía que se implementarían después de que terminara la guerra. Con tales sentimientos, no necesitaban una bomba nuclear, o mejor dicho, no creían que fuera necesaria; pero se necesitaba un reactor de barco o barco para futuras batallas en el océano. En tercer lugar, cuando la guerra comenzó a inclinarse hacia la derrota de Alemania, y las armas nucleares se hicieron necesarias, Alemania tomó un camino especial.

Erich Schumann, jefe del departamento de investigación del Departamento de Fuerzas Terrestres, propuso la idea de que puedes intentar usar elementos ligeros, como el litio, para una reacción termonuclear, y encenderlo sin usar una carga nuclear. En octubre de 1943, Schumann lanzó una investigación activa en esta dirección, y los físicos subordinados a él trataron de crear las condiciones para una explosión termonuclear en un dispositivo de tipo cañón, en el que dos cargas acumulativas dispararon hacia el barril, chocaron, creando alta temperatura y presión. Según Nagel, los resultados fueron impresionantes, pero insuficientes para iniciar una reacción termonuclear. También se discutió un régimen implosivo para lograr los resultados deseados. El trabajo en esta dirección se suspendió a principios de 1945.

Puede parecer una solución bastante extraña, pero tenía cierta lógica. Técnicamente, podrían enriquecer uranio a calidad de armas en Alemania. Sin embargo, la bomba de uranio requirió demasiado uranio: para producir 60 kg de uranio altamente enriquecido para una bomba atómica, se necesitaron de 10,6 a 13,1 toneladas de uranio natural.

Mientras tanto, el uranio fue absorbido activamente por experimentos con reactores, que se consideraron prioritarios y más importantes que las armas nucleares. Además, al parecer, el uranio metálico en Alemania se utilizó como sustituto del tungsteno en los núcleos de los proyectiles perforantes. En las actas publicadas de las reuniones de Hitler y el Ministro de Armas y Municiones del Reich, Albert Speer, hay una indicación de que a principios de agosto de 1943 Hitler ordenó aumentar de inmediato el procesamiento de uranio para la producción de núcleos. Al mismo tiempo, se realizaron estudios sobre la posibilidad de reemplazar el tungsteno con uranio metálico, que finalizó en marzo de 1944. En el mismo protocolo se menciona que en 1942 había 5600 kg de uranio en Alemania, obviamente, esto se refiere al uranio metálico o en términos de metal. Entonces, si fue o no, no quedó claro. Pero si se produjeron al menos parcialmente proyectiles perforantes con núcleos de uranio, entonces dicha producción también tenía que consumir toneladas y toneladas de uranio metálico.

Esta aplicación también está indicada por el hecho curioso de que la producción de uranio fue iniciada por Degussa AG al comienzo de la guerra, antes del despliegue de experimentos con reactores. El óxido de uranio se produjo en una planta en Oranienbaum (al final de la guerra fue bombardeado, y ahora es una zona de contaminación radiactiva), y el uranio metálico se produjo en una planta en Frankfurt. En total, la compañía produjo 14 toneladas de uranio metálico en polvo, placas y cubos. Si liberaron significativamente más de lo que se usó en los reactores experimentales, lo que sugiere que el uranio metálico también tuvo otro uso militar.

Entonces, a la luz de estas circunstancias, el deseo de Schumann de lograr el encendido no nuclear de una reacción termonuclear es bastante comprensible. En primer lugar, el uranio disponible no sería suficiente para una bomba de uranio. En segundo lugar, los reactores también requerían uranio para otras necesidades militares.

¿Por qué los alemanes fallaron el proyecto de uranio? Porque, apenas logrando la fisión atómica, se propusieron el objetivo extremadamente ambicioso de crear un reactor de energía compacto, adecuado como planta de energía móvil. En tan poco tiempo y en condiciones militares, esta tarea no era técnicamente factible para ellos.
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