Uranprojekt第三帝国：动力堆和聚变装置
海格堡的海森堡反应堆。 现在是博物馆
故事 通常会介绍的第三帝国的铀项目，使我个人想起一本书页撕裂的书。 所有这些似乎都是一个连续失败和失败的历史，一个目的不明确的计划，浪费了宝贵的资源。 实际上，关于德国原子程序存在某种叙述，这是不合逻辑的，其中存在明显的不一致之处，但实施起来却很严格。
但是，可以在出版物中找到的一些信息，包括有关德国军事技术发展历史的较近期研究，使我们能够以完全不同的方式看待德国铀项目。 纳粹首先对紧凑型能源反应堆和热核感兴趣 武器.
动力堆
根瑟·纳格尔（Guenther Nagel）的Wissenschaftfürden Krieg作品具有德国品质，内容丰富，包含一千多页，以丰富的档案资料为基础，提供了有关第三帝国物理学家如何想象原子能使用的非常有趣的信息。 这本书主要涉及陆军部研究部门的秘密工作，该部门也从事核物理研究。
自1937年以来，库尔特·迪布纳（Kurt Dibner）在该部门进行了利用辐射引发爆炸物爆炸领域的研究。 甚至在1939年1939月进行第一次铀的人工裂变之前，德国人就试图将核物理应用于军事事务。 陆军部立即对铀裂变的反应产生了兴趣，铀裂变启动了德国铀项目，并首先为科学家确定了原子能使用范围确定了任务。 这是由陆军部负责人，帝国研究委员会主席兼炮兵总长卡尔·贝克尔（Karl Becker）给出的。 该指令是由理论物理学家齐格弗里德·弗莱格（Siegfried Flygge）进行的，他在XNUMX年XNUMX月草拟了一份有关原子能使用的报告，提请人们注意裂变原子核的巨大能量潜力，甚至还画出了“铀机器”（即反应堆）的草图。
“铀机器”的建造构成了第三帝国铀矿项目的基础。 铀发动机是能源反应堆的原型，而不是生产反应堆。 通常，这种情况在主要由美国人创建的德国核计划的叙述框架内被忽略，或者被大大低估了。 同时，鉴于石油的严重短缺，从煤炭生产汽车燃料的需求以及煤炭的开采，运输和使用方面的重大困难，德国的能源问题是至关重要的问题。 因此，对新能源概念的第一眼印象就极大地启发了他们。 贡特·纳格尔（Gunter Nagel）写道，应该将“铀机器”用作工业和军队中的固定能源，并将其安装在大型军舰和潜艇上。 从大西洋的史诗般的战斗中可以看出，后者极为重要。 船用反应堆将船从潜水变成真正的潜艇，使它更容易受到对手的反潜部队的攻击。 核动力船无需漂浮即可为电池充电，其作用半径不受燃料供应的限制。 即使是一艘带有核反应堆的船也非常有价值。
但是德国设计者对核反应堆的兴趣不仅限于此。 在他们认为安装反应堆的机器列表中，例如， 坦克。 1942年1000月，希特勒与德国国防部长阿尔伯特·斯佩尔（Albert Speer）讨论了一个重约XNUMX吨的“大型战车”项目。 显然，反应器专门用于这种储罐。
同样，火箭手也对核反应堆产生了兴趣。 1941年XNUMX月，位于Peenemünde的研究中心要求将“铀机器”用作火箭发动机的可能性。 Karl Friedrich vonWeizsäcker博士回答说这是可能的，但面临技术难题。 喷射推力可以利用原子核的衰变产物或通过反应堆的热量加热的某种物质产生。
因此，对核动力反应堆的需求足以使研究机构，团体和组织朝这个方向开展工作。 早在1940年初，就有三个项目开始建造原子反应堆：莱比锡的Kaiser Wilhelm研究所的Werner Heisenberg，柏林附近的陆军部的Kurt Dibner和汉堡大学的Paul Hartek。 这些项目必须将可用的二氧化铀和重水储备进行分配。
从现有数据来看，海森堡设法在1942年750月底组装并启动了该反应堆的第一个演示模型。 将140公斤铀金属粉末和23公斤重水放在两个用螺钉拧紧的铝半球内，即放在放置在盛水容器中的铝球内。 起初，实验进展顺利；注意到中子过多。 但是1942年1944月1,25日，球开始过热，水箱中的水开始沸腾。 试图打开球没有成功，最后球爆炸了，铀粉散布在房间里，立即起火。 扑灭大火非常困难。 1,5年底，海森堡在柏林建造了一座更大的反应堆（1945吨铀和XNUMX吨重水），XNUMX年XNUMX月至XNUMX月，他在海格洛克的地下室建造了一座类似的反应堆。 海森堡设法获得了不错的中子收率，但是他没有实现受控的链反应。
Dibner对二氧化铀和金属铀进行了试验，从1942年到1944年底在Gottow（位于柏林以南的Kummersdorf以西）相继建造了四个反应堆。 第一个Gottow-I反应器包含25立方米的6800吨氧化铀和4吨作为缓和剂的石蜡。 1943年的G-II已经使用金属铀（232公斤铀和189升重水；铀形成两个球体，里面放有重水，整个装置都放在装有轻水的容器中）。
实验性Dibner反应器方案
后来建造的G-III的特点是堆芯尺寸紧凑（250 x 230厘米），中子产量大； 1944年初对其进行了改造，其中包含564铀和600升重水。 Dibner不断设计反应器的设计，逐渐接近链式反应。 最终，他成功地获得了盈余。 1944年XNUMX月，G-IV反应堆坠毁：锅炉爆炸，铀部分熔化，员工受到极大的辐射。
仅整个库默斯多夫训练场和Gottow测试场的混凝土废墟
从已知数据来看，德国物理学家试图创建一个压水反应堆变得很明显，在该反应堆中，金属铀和重水的活跃区域将加热其周围的轻水，然后将其送入蒸汽发生器或直接送入涡轮机。
他们立即试图制造一种紧凑型反应堆，适合安装在船舶和潜艇上，这就是为什么他们选择金属铀和重水。 他们显然没有建造石墨反应堆。 这根本不是由于沃尔特·博特（Walter Bothe）的错误，也不是由于德国无法生产高纯度石墨。 石墨反应堆极有可能在技术上更易于制造，但事实证明它太大而笨重，无法用作船用发电厂。 在我看来，放弃石墨反应堆是一个有意的决定。
建立紧凑型能源反应堆的尝试也很可能与铀浓缩有关。 第一个同位素分离装置是克劳斯·克留修斯（Klaus Clusius）于1938年创建的，但他的“分流管”不适合作为工业设计。 在德国，已经开发了几种同位素分离方法。 其中至少有一个已经达到工业规模。 1941年底，汉斯·马丁（Hans Martin）博士启动了第一台用于分离同位素的离心机，并在此基础上在基尔开始建造浓缩铀的工厂。 她在Nagel的演讲中的故事很短。 它遭到轰炸，然后将设备转移到弗莱堡，在那里的地下掩体中建立了工业设施。 内格尔写道，没有成功，工厂也没有运转。 最有可能的是，这并不完全正确，尽管如此，还是可能获得了一定数量的浓缩铀。
浓缩铀作为核燃料使德国物理学家得以解决实现连锁反应和设计紧凑而强大的轻水反应堆的问题。 重水对于德国来说仍然太贵了。 在1943-1944年，挪威的重水厂遭到破坏后，该装置在Leunawerke厂工作，但要接收一吨重水，则需要消耗100万吨煤炭来生产必要的电力。 因此，重水反应器可以在有限的规模上使用。 但是，德国人显然未能为反应堆中的样品开发浓缩铀。
尝试制造热核武器
关于为什么德国人不制造和使用核武器的问题仍在激烈辩论中，但是我认为，这些辩论加强了关于德国铀项目失败的叙述的影响力，而不是回答了这个问题。
从现有数据来看，纳粹对铀或p核弹的兴趣不大，特别是没有试图建立生产reactor的反应堆。 但是为什么呢？
首先，德国军事学说没有为核武器留出太多空间。 德国人并不是要摧毁，而是要夺取领土，城市，军事和工业设施。 其次，在1941年下半年和1942年，当核项目进入积极实施的阶段时，德国人认为，他们将很快赢得苏联战争，并确保在欧洲大陆上的统治地位。 此时，甚至创建了许多本应在战争结束后实施的项目。 有了这样的想法，他们不需要核弹，或者说没有必要。 但是未来在海洋中的战斗需要船或轮船反应堆。 第三，当战争开始趋向于击败德国，并且核武器变得必要时，德国走了一条特殊的道路。
陆军部研究部门负责人埃里希·舒曼（Erich Schumann）提出了这样的想法，您可以尝试使用轻元素（例如锂）进行热核反应，并在不使用核电荷的情况下点燃它。 1943年1945月，舒曼朝这个方向展开了积极的研究，他的下属物理学家试图为大炮式装置中的热核爆炸创造条件，其中向枪管发射的两个累积装药相撞，从而产生高温和高压。 据内格尔说，结果令人印象深刻，但不足以引发热核反应。 还讨论了一种内爆疗法，以达到预期的效果。 这个方向的工作在XNUMX年初终止。
看起来好像是一个很奇怪的解决方案，但是他有一定的逻辑。 从技术上讲，它们可以将铀浓缩到德国的武器级质量。 但是，铀炸弹需要的铀过多-生产60公斤高浓缩铀用于原子弹炸弹，需要的天然铀为10,6吨至13,1吨。
同时，铀被反应堆实验吸收，这被认为是优先事项，比核武器更重要。 另外，显然，德国的金属铀被用作穿甲弹芯中的钨的替代品。 在希特勒和德国军械与弹药部长阿尔伯特·斯佩尔的会议记录中，有迹象表明，1943年1944月上旬，希特勒指示立即增加铀的生产以用于核心生产。 同时，进行了关于用金属铀替代钨的可能性的研究，该研究于1942年5600月结束。 在同一议定书中，有人提到XNUMX年德国有XNUMX公斤铀，显然，这是指金属铀或金属。 因此，是否存在，仍然不清楚。 但是，如果至少部分地用铀芯生产穿甲弹，那么这种生产还必须消耗大量的金属铀。
奇怪的事实也表明了这种应用，铀的生产是在战争开始时由德固萨公司在部署反应堆实验之前开始的。 铀氧化物是在奥拉宁鲍姆（Oranienbaum）的一家工厂生产的（战争结束时被炸，现在是放射性污染区），金属铀在法兰克福的一家工厂生产。 该公司总共生产了14吨粉末，板材和立方体铀金属。 如果它们的释放量大大超过实验堆所用的水平，则表明金属铀还具有军事用途。
因此，鉴于这些情况，舒曼实现热核反应的无核点火的愿望是可以理解的。 首先，可用的铀不足以制造铀弹。 其次，反应堆还需要铀来满足其他军事需要。
为什么德国人使铀项目失败？ 因为，他们几乎没有实现原子裂变，所以他们自己设定了一个极其雄心勃勃的目标，即要制造出适合用作移动发电厂的紧凑型能源反应堆。 在如此短的时间内，在军事条件下，这项任务对他们来说在技术上几乎是不可行的。
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