בדיקות של קוביות ששרדו, מסמכי ארכיון והדמיות מחשב מראות כי הניסוי האחרון בהובלת ורנר הייזנברג נזקק להרבה יותר אורניום ומים כבדים משהיו זמינים לתוכנית הגרעין הגרמנית
במשך עשרות שנים העסיקה את ההיסטוריונים של המדע השאלה עד כמה התקרבה גרמניה הנאצית לפצצת אטום. מחקר שפורסם בכתב העת PNAS Nexus מציע תשובה מצומצמת יותר, אך בעלת משמעות רבה: אפילו הניסוי הגרמני האחרון בכור גרעיני היה רחוק מתגובת שרשרת המקיימת את עצמה. לפי השחזור, גם איחוד מלאי החומרים של קבוצות המחקר הגרמניות לא היה מספיק כדי להביא את המתקן לפעולה.
המסקנה מבוססת על שילוב של בדיקות בקוביות אורניום מקוריות, מחקר בארכיונים והדמיות מחשב. היא מערערת על טענתו של ורנר הייזנברג לאחר המלחמה, שלפיה תוספת קטנה של אורניום הייתה מספיקה להצלחת הניסוי. עם זאת, אין להסיק ממנה שהמחקר הכריע בכל שאלה על התוכנית הגרמנית, ובייחוד בשאלת כוונותיהם של המדענים שהשתתפו בה.
קובייה בשקית אוכל
אחד החפצים שהובילו למחקר הגיע אל טימותי קות מאוניברסיטת מרילנד בדרך בלתי שגרתית. לפי דיווחו של ריצ'רד סטון ב-Science, באוגוסט 2013 יצא קות לריצה בקמפוס בקולג' פארק. במהלך הריצה התקשרה אליו הממונה על בטיחות הקרינה באוניברסיטה וביקשה לפגוש אותו בדחיפות.
במגרש חניה היא פתחה את תא המטען של מכוניתה והוציאה שקית אוכל. בתוכה, עטופה במגבות נייר, הייתה קובייה אפורה שאורך צלעה כחמישה סנטימטרים. המשקל הגדול ביחס לגודלה הסגיר את החומר שממנו נעשתה: אורניום. פתק בכתב יד שנלווה אליה ייחס אותה לכור שניסתה גרמניה הנאצית לבנות.
הממונה מצאה את הקובייה במגירה במשרדו של חבר סגל בגאולוגיה שמת, כאשר פינו את המשרד. היא מסרה אותה לקות כמתנה לקראת יום הולדתו. החפץ הקטן הפך לנקודת מוצא למסע אחר שרידי תוכנית הגרעין הגרמנית — מסע שבסופו נאלץ קות לשנות גם את פרשנותו שלו להיסטוריה.
664 קוביות במרתף
הניסוי שנקרא B8 הוקם בשבועות האחרונים של מלחמת העולם השנייה בהייגרלוך שבדרום-מערב גרמניה. במעבדת מרתף תלתה קבוצתו של הייזנברג 664 קוביות אורניום בשרשראות וטבלה אותן במים כבדים. סביב המכל הייתה שכבת גרפיט, שנועדה להחזיר חלק מהנייטרונים הנמלטים אל חומר הדלק.
כדי להבין מדוע הניסוי נכשל, צריך להבחין בין ביקוע יחיד לבין תגובת שרשרת. כאשר גרעין אורניום מתבקע, הוא משחרר נייטרונים שיכולים לגרום לביקועים נוספים. אם יותר מדי נייטרונים בורחים מהמערכת או נבלעים בלי לחולל ביקוע, מספר הביקועים הולך ופוחת והתגובה דועכת.
למים הכבדים היה תפקיד מרכזי: הם האטו את הנייטרונים והגדילו את הסיכוי שיגרמו לביקוע של אורניום-235. במים כבדים מוחלף המימן הרגיל בדאוטריום, איזוטופ שבגרעינו יש גם נייטרון. מים כבדים בולעים פחות נייטרונים ממים רגילים, ולכן הם יכולים לשמש להאטת נייטרונים בכור המבוסס על אורניום טבעי.
אולם עצם נוכחותם של אורניום ומים כבדים אינה מבטיחה הצלחה. הכמות, ההרכב, הטוהר והסידור הגאומטרי של החומרים קובעים כמה נייטרונים ישרדו ויובילו לדור הבא של ביקועים.
החוקרים תיקנו את ההערכה הקודמת שלהם
בחיפושיו בארכיון הלאומי האמריקני בקולג' פארק מצא קות תיעוד של מאות קוביות אורניום נוספות שהיו בידי קבוצת מחקר גרמנית מתחרה. חלקן הגיעו לאחר המלחמה לשוק השחור באירופה. במאמר שפרסם ב-2019 עם חוקרת החומרים מרים היברט ב-Physics Today, הוא העלה את האפשרות שריכוז החומרים במקום אחד היה מאפשר לגרמנים להפעיל כור.
המחקר החדש בחן את האפשרות באמצעות תיאור מדויק יותר של החומרים שהיו בפועל בידי הגרמנים. קות ובריטני רוברטסון מהמעבדה הלאומית פסיפיק נורת'ווסט בדקו שתי קוביות: זו שנמסרה לו ב-2013 וקובייה נוספת שמצא בארון תיוק ב-2011. מדידת הצפיפות של אחת מהן חשפה נקבוביות פנימית; בדיקת ההרכב האיזוטופי של האחרת אישרה שמדובר באורניום טבעי ולא בדלק מועשר.
לצד הבדיקות אספו החוקרים נתונים היסטוריים על המים הכבדים ועל הגרפיט ששימשו בניסוי. פטריק פארק, המחבר הראשון של המחקר וכיום דוקטורנט באוניברסיטת פרינסטון, שילב את הממצאים במודל מחשב. השחזור התאים היטב למדידות הנייטרונים שתיעדה הקבוצה הגרמנית בזמן הניסוי.
פער קטן בנייטרונים, מחסור גדול בחומרים
לפי הדיווח ב-Science, מקדם ההתרבות של הנייטרונים במודל של B8 היה כ-0.94. פירוש הדבר הוא שמכל 100 נייטרוני ביקוע בדור אחד התקבלו כ-94 בדור הבא. בתגובת שרשרת יציבה המקיימת את עצמה, כל דור צריך לייצר את מספר הנייטרונים הדרוש להמשך התהליך ללא דעיכה.
לכאורה, הפער בין 94 ל-100 עשוי להישמע קטן. אולם אין יחס פשוט בין הפער הזה לבין כמות הדלק שיש להוסיף. באחת התצורות שנבדקו נדרשו כ-3.1 טונות אורניום וכ-3.5 טונות מים כבדים כדי להגיע לקריטיות, לעומת כ-1.5 טונות מכל חומר במתקן המקורי.
אלה דרישות של תצורה מסוימת שנבדקה במודל, ולא מספרים החלים על כל כור אפשרי. ובכל זאת, משמעותן ההיסטורית ברורה: לפי הערכת החוקרים, כמות האורניום הנדרשת הייתה גדולה בכ-20% מכל מלאי קוביות האורניום של התוכנית הגרמנית, וכמות המים הכבדים הייתה גדולה בכ-80% מהמלאי הכולל שלה. איחוד המשאבים לבדו לא היה פותר את הבעיה.
גם הגרפיט לא סיפק מוצא
אספקת המים הכבדים הגרמנית נפגעה במהלך המלחמה. החומר יוצר במפעל בנורווגיה הכבושה שנשען על החשמל ההידרואלקטרי של נורסק הידרו. קומנדו נורווגי חיבל במתקני המים הכבדים בפברואר 1943. הייצור חודש, אך בנובמבר אותה שנה הפציצו מטוסים אמריקניים את המתחם.
האם אפשר היה לעקוף את המחסור באמצעות גרפיט? גם גרפיט מסוגל להאט נייטרונים, אך זיהומים שבו עלולים לבלוע אותם. לפי ההדמיות, שהתבססו על הערכות היסטוריות של רמות הזיהום, הגרפיט הגרמני יחד עם מלאי האורניום של התוכנית לא היה יכול לשמש תחליף מוצלח למים הכבדים בכור פעיל.
מלטה גטשה, פיזיקאי מהאוניברסיטה הטכנית של דרמשטאדט וממכון מחקר השלום בפרנקפורט, שלא השתתף במחקר, אמר ל-Science כי ההתאמה בין הבדיקות, ההדמיות והמסמכים הארכיוניים מחזקת את המסקנות.
כור פעיל עדיין אינו פצצה
גם אילו הצליח B8 לקיים תגובת שרשרת, גרמניה הייתה נותרת רחוקה מייצור נשק גרעיני. כור יכול לייצר פלוטוניום, אך הצלחת ניסוי ראשוני אינה שקולה לייצור כמות מספקת של החומר ולהפיכתו לפצצה.
גטשה הסביר ל-Science כי ייצור פלוטוניום בכור היה המסלול המעשי היחיד שעמד בפני גרמניה בזמן המלחמה. המדענים הגרמנים בחנו גם העשרת אורניום, אך מאמציהם בתחום נותרו מוגבלים למחקר. היעד המיידי של B8 היה צנוע יותר: להוכיח שאפשר לקיים תגובת שרשרת.
לאחר התבוסה רמז הייזנברג כי חוסר נכונות לסייע לנאצים לנצח תרם לכישלון התוכנית. החישובים החדשים אינם יכולים להוכיח או להפריך כוונה מוסרית. קות, לעומת זאת, אמר ל-Science שלא מצא ראיות התומכות בסיפור של ריסון מכוון.
מה שהמחקר כן מאפשר הוא לבחון טענות טכניות בעזרת חפצים ששרדו, במקום להסתמך רק על זיכרונות שנכתבו לאחר המלחמה. קוביות האורניום מצביעות על מגבלות ממשיות של חומר, איכות ותכנון. הן גם מזכירות מדוע החשש מתוכנית הגרעין הנאצית היה משמעותי כל כך לבעלות הברית והיה בין הגורמים שהניעו את פרויקט מנהטן האמריקני.
שאלות ותשובות
מה מצאו החוקרים על הכור של הייזנברג?
הם מצאו שהניסוי B8 לא היה קרוב להצלחה במובן של תוספת קטנה של אורניום. בתצורה שנבדקה נדרשו כמויות אורניום ומים כבדים שחרגו אפילו מהמלאי הכולל שהחוקרים מעריכים שהיה לתוכנית הגרמנית.
מדוע השתמשו במים כבדים?
מים כבדים מאטים נייטרונים תוך בליעה מועטה יחסית שלהם. הדבר מסייע לקיים תגובת שרשרת באורניום טבעי, שבו רק חלק קטן מהאורניום הוא האיזוטופ הבקיע אורניום-235.
האם הצלחת הניסוי הייתה נותנת לנאצים פצצת אטום?
לא. תגובת שרשרת בכור הייתה שלב מוקדם בדרך אפשרית לייצור פלוטוניום. עדיין היו נדרשים ייצור חומר בכמות מספקת ושלבים טכנולוגיים נוספים לפיתוח נשק.
האם המחקר מוכיח שהייזנברג לא חיבל בתוכנית בכוונה?
לא. המחקר בוחן את התנאים הפיזיקליים ואת המשאבים של הניסוי. הוא אינו יכול לקבוע מה היו כוונותיהם האישיות של המדענים, אף שהוא מערער על הטענה הטכנית שהכור היה כמעט מוכן לפעולה.
המאמר המדעי
עוד בנושא באתר הידען
- חקר המקור של מטילי אורניום מגרמניה הנאצית
- בסוף, זה סיפור על שני חברים: הייזנברג ובוהר
- היטלר ופצצת האטום שהוא כל כך ניסה להשיג
- אדוארד טלר: מהאזהרה מפני פצצה נאצית ועד חזון פצצת המימן
- ג'יימס פרנק – יוצר כלי הנשק להשמדה המונית ולוחם נגדם
מקור: Richard Stone, Science, 1.10.2026.