В нацистской Германии разрабатывалось сразу несколько проектов, целью которых было расщепление урана. В новой работе исторические урановые образцы из Германии были проанализированы международной группой ученых, которым удалось установить аутентичность образцов урана и доказать, что в тех экспериментах немецким ученым не удалось реализовать незатухающей цепочки ядерного распада.
При взаимодействии нейтронов с ядром урана-235 это ядро поглощает нейтрон, превращаясь в неустойчивое ядро урана-236, которое затем распадается на два осколка, которые разлетаются в разные стороны с большой скоростью.
В процессе такого расщепления также выделяется от двух до трех новых нейтронов, которые могут вызвать начало цепной реакции. Однако для этого необходимо замедлять образующиеся нейтроны, так как поглощение ядрами быстрых нейтронов маловероятно. На атомных электростанциях необходимо точно и тщательно контролировать цепную реакцию для того, чтобы только один нейтрон из этих 2-3 мог индуцировать дальнейшую реакцию распада – это необходимо для постепенного высвобождения энергии.
Первую незатухающую ядерную реакцию в 1942 году в Чикаго осуществил Энрико Ферми.Как отмечает Мария Валлениус (Maria Wallenius) из Объединенного Исследовательского центра Института трансурановых элементов в Карлсруэ, до настоящего времени идут споры о том, преследовала ли немецкая ядерная программа исключительно военные цели или она была направлена на создание вырабатывающего энергию реактора, либо преследовались сразу обе цели.В Институте Физики Кайзера Вильгельма в Берлине Вернер Гейзенберг экспериментировал с урановыми пластинами, в то время как Курт Дибнер (Kurt Diebner) работал с урановыми кубами в штабе артиллерийско-технической службы вермахта. Последний эксперимент под кодовым названием B8 был проведен в марте 1945 после того как часть Института Кайзера Вильгельма была эвакуирована в Хайгерлох. Топливом для эксперимента было 1.5 тонны природного урана, сформированные в 664 «куба Гейзенберга». Валлениус поясняет исторические реалии: «Предполагалось, что незатухающая цепочка ядерных распадов будет инициироваться нейтронной бомбардировкой, однако попытка не удалась из-за слишком маленького размера реактора».Проводя ядерную экспертизу, исследователи из Германии, Австрии и Австралии изучили три исторических образца – порошок, полученный из куба Гейзенберга, предоставленный Немецким федеральным офисом защиты от радиации, небольшой кусочек металла из музея и несколько небольших фрагментов «пластины Виртца», которая относится к самому началу работы немецкого ядерного проекта, в котором Гейзенберг работал вместе с Виртцем. Результаты экспертизы сравнили с результатом анализа образцов необогащенного урана, относящихся к 1940 и более ранним годам.Чтобы определить время производства материала, исследователи изучили изотопный состав образцов, в том числе содержание урана-234 и тория-230. Как поясняет Валлениус, время появления пластинки Виртца – начало 1940-х годов, а для кубов Гейзенбера –1943/44 (эта информация была использована для дополнительного подтверждения аутентичности образцов). Исследователям также удалось определить географическое происхождение образцов – в этом им помогло изотопное распределение редкоземельных элементов и соотношение изотопов стронций-87 и стронций-86, поскольку оно зависит от места залегания урановой руды.
Оказалось, что урановая руда для нацистского ядерного проекта была извлечена из области Яхимов (территория современной Республики Чехия). В образцах также обнаружены следовые количества урана-236 и плутония-239, соответствующие их природному содержанию, что позволяет предполагать о том, эти образцы урана не подвергались значительной нейтронной атаке. Таким образом, можно утверждать, что немецким ученым так и не удалось осуществить самоподдерживающийся распад урана.
Источник: Angew. Chem. Int. Ed.. doi: 10.1002/anie.201504874