Uranwürfel zeigen: Nazi-Deutschland hatte keine Chance auf die Atombombe

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Hitlers Atomforscher waren nicht knapp am Durchbruch gescheitert, sondern meilenweit davon entfernt. Zu diesem Ergebnis kommt eine neue Studie, die soeben im Fachjournal PNAS Nexus erschienen ist. Ein Team um den Physiker Patrick Park von der Columbia University hat dafür mit Methoden der sogenannten nuklearen Archäologie den letzten Reaktorversuch des NS-Uranprojekts nachgerechnet. Ihr Fazit ist eindeutig: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Deutschland im Zweiten Weltkrieg weder einen Schwerwasser- noch einen Graphitreaktor hätte bauen können.“ Beteiligt waren außerdem Forschende der University of Maryland, des Pacific Northwest National Laboratory, der Texas A&M University und der Johns Hopkins University. Über die Studie hatte zuerst das Wissenschaftsmagazin Science berichtet.

Der letzte Versuch im Felsenkeller

Im Mittelpunkt steht der Versuchsreaktor B8, den Werner Heisenberg und sein Team im April 1945 in einem Felsenkeller im schwäbischen Haigerloch aufbauten. Er bestand aus 664 Uranwürfeln, die an Ketten in schwerem Wasser hingen, umgeben von einem Mantel aus Graphit. Ziel war eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion, also das, was dem Team um Enrico Fermi in Chicago bereits im Dezember 1942 gelungen war. Kurz darauf rückten alliierte Truppen in Haigerloch ein und stellten das Material sicher.

Nach dem Krieg stellte Heisenberg das Ergebnis als knappe Sache dar. In einem Artikel im Fachjournal Nature schrieb er 1947, der B8 sei „just insufficient“ gewesen, also gerade eben unzureichend, um eine sich selbst erhaltende Kernspaltung zu erreichen. Gefehlt habe nur eine „relatively small amount of uranium“, eine relativ kleine Menge Uran. In den folgenden Jahrzehnten vertraten Historiker:innen zudem die These, die Deutschen hätten besser wie die Amerikaner auf Reaktoren mit Graphit setzen sollen. Überprüfen ließ sich beides bisher nicht.

Doppelt so viel Uran und schweres Wasser nötig

Die Forschenden haben Uran, schweres Wasser und Graphit des B8 forensisch untersucht und historische Dokumente ausgewertet. Daraus bauten sie ein Modell der Neutronenphysik des Reaktors, das sie mit Messungen überprüften, die 1945 direkt am Versuch gemacht worden waren. Das Ergebnis:

• Neutronenbilanz: B8 erreichte einen Multiplikationsfaktor von 0,94. Für eine Kettenreaktion ist mindestens 1,0 nötig. Der Reaktor erzeugte also nur rund 94 Prozent der benötigten Neutronen.
• Uran: Für einen kritischen Reaktor wären etwa doppelt so viel Uran nötig gewesen, rund 3,1 Tonnen statt der eingesetzten 1,54 Tonnen.
• Schweres Wasser: Gebraucht hätte man etwa das 2,2-Fache, rund 3.100 Liter statt rund 1.400 Liter.
• Vorräte: Beide Mengen lagen deutlich über dem, was Deutschland im Krieg schätzungsweise zur Verfügung hatte, beim Uran um das 1,2-Fache, beim schweren Wasser um das 1,8-Fache. Die Werte lagen damit „weit über Heisenbergs Vorhersagen“, heißt es im Abstract der Studie.
• Graphit: Der Graphit stammte aus dem Vorgängerversuch B7 und enthielt 3,4 ppm Bor, das Neutronen schluckt. Selbst ein hypothetischer Reaktor aus Graphit und Natururan hätte damit nicht kritisch werden können.

Der Grund für das Graphit-Problem lag im Rohstoff. Der deutsche Graphit wurde aus metallurgischem Koks hergestellt, der von Natur aus mehr Bor enthält als Graphit auf Basis von Petrolkoks. Dieser war in den USA verfügbar und ermöglichte erst, dass der erste Reaktor Chicago Pile 1 kritisch wurde, wie die Forschenden schreiben.

Damit fehlte Deutschland jeder realistische Weg zu einem funktionierenden Reaktor. Ohne funktionierenden Reaktor gab es auch kein Plutonium, und ohne Plutonium oder große Mengen angereicherten Urans keine Bombe. Heisenberg habe den Abstand zum Erfolg im Nachhinein deutlich kleiner gemacht, als er war.

Der Mythos von Hitlers Bombe

Die Frage, wie nah Nazi-Deutschland der Atombombe kam, beschäftigt Historiker:innen seit Jahrzehnten. Die Angst davor war ein wichtiger Antrieb für das amerikanische Manhattan-Projekt. Ironischerweise war es auch eine Österreicherin, die zur theoretischen Grundlage beitrug: Die Wiener Physikerin Lise Meitner lieferte 1938 gemeinsam mit Otto Frisch die Erklärung für die Kernspaltung, die Otto Hahn und Fritz Straßmann in Berlin entdeckt hatten.

Es gibt auch Gegenstimmen zur These, dass die Deutschen weit vom Ziel entfernt waren. Der Historiker Rainer Karlsch vertrat 2005 in seinem Buch „Hitlers Bombe“ die These, dass deutsche Wissenschaftler:innen unter der Leitung von Kurt Diebner 1945 in Thüringen Tests mit einer nuklearen Sprengvorrichtung durchgeführt hätten. Diese Darstellung ist in der Fachwelt umstritten. Die neue Studie bezieht sich auf das Projekt von Heisenberg und dessen Reaktorversuch, nicht auf die konkurrierende Gruppe um Diebner.

Die erhaltenen Uranwürfel selbst sind heute über die Welt verstreut. Einige landeten nach dem Krieg in den USA, wo Forschende wie Timothy Koeth von der University of Maryland seit Jahren ihre Herkunft rekonstruieren. Im ehemaligen Felsenkeller in Haigerloch erinnert heute ein Museum an den letzten Versuch des NS-Uranprojekts.