Cubos de urânio revelam por que a Alemanha nazista fracassou na corrida nuclear

Durante a Segunda Guerra Mundial, a possibilidade de a Alemanha nazista desenvolver uma bomba atômica antes dos Estados Unidos era uma das preocupações que impulsionavam a corrida nuclear. Mais de 80 anos depois, uma nova pesquisa revela que o programa alemão estava muito mais distante de alcançar esse objetivo do que se acreditava.

Ao analisar cubos de urânio utilizados pelos cientistas nazistas e documentos históricos, pesquisadores descobriram que o último reator experimental da Alemanha não tinha material suficiente para funcionar. Segundo os cálculos, seriam necessárias quantidades de urânio e água pesada muito superiores às disponíveis no país durante a guerra.

O estudo, publicado na revista científica PNAS Nexus, contesta a avaliação do físico Werner Heisenberg, responsável pelo projeto, que afirmava que o equipamento precisava apenas de uma quantidade relativamente pequena de urânio adicional para operar.

A investigação foi conduzida por uma equipe liderada por Timothy Koeth, com a participação de pesquisadores que examinaram materiais preservados do programa nuclear alemão e registros da época.

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O que os cubos de urânio revelaram sobre o programa nuclear nazista?

A pesquisa se concentrou no B8, último reator nuclear experimental construído pela Alemanha nazista, em 1945, sob a direção de Heisenberg. O equipamento utilizava cubos de urânio natural suspensos em água pesada, substância necessária para ajudar a manter uma reação nuclear em cadeia.

Quando as forças americanas localizaram e desmontaram o reator, em 1945, ele ainda não havia atingido a chamada criticidade, condição em que uma reação nuclear em cadeia consegue se sustentar sem depender de uma fonte externa de nêutrons.

Heisenberg defendia que o B8 estava próximo desse estágio. Para verificar essa afirmação, os pesquisadores examinaram dois cubos de urânio sobreviventes do programa alemão e reuniram informações de relatórios técnicos, correspondências e documentos históricos.

A análise indicou que o reator precisaria de aproximadamente o dobro de urânio e mais que o dobro de água pesada em relação às quantidades que continha para alcançar uma reação nuclear sustentada. Esses materiais, porém, não estavam disponíveis em quantidade suficiente para os cientistas alemães.

Por que o reator nuclear da Alemanha nazista não funcionou?

O funcionamento de um reator nuclear depende de uma reação em cadeia. Nesse processo, núcleos de átomos de urânio se dividem, liberando energia e partículas chamadas nêutrons.

Quando esses nêutrons provocam novas fissões, a reação pode continuar. Para isso, é necessário que o reator tenha uma configuração adequada e materiais capazes de controlar o comportamento das partículas.

No projeto alemão, a água pesada desempenhava um papel fundamental. Embora seja semelhante à água comum, ela contém deutério, uma forma de hidrogênio cujo núcleo possui um próton e um nêutron.

Essa característica permite que a substância atue como moderadora de nêutrons, reduzindo a velocidade dessas partículas e aumentando a possibilidade de novas reações de fissão no urânio natural. O problema era a dificuldade de obter água pesada em quantidade suficiente.

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Durante a guerra, o principal fornecimento alemão dependia da instalação da Norsk Hydro, em Vemork, na Noruega, ocupada pelos nazistas em 1940.

A importância da fábrica para o programa nuclear levou os Aliados a realizar operações de sabotagem e bombardeios contra a instalação. Um ataque aéreo americano, em novembro de 1943, contribuiu para interromper a produção no local.

Com o abastecimento comprometido, a Alemanha enfrentava dificuldades para reunir o material necessário ao funcionamento do B8.

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Por que os cientistas alemães não substituíram a água pesada?

Os pesquisadores também investigaram se a Alemanha poderia ter utilizado grafite, uma forma de carbono capaz de desempenhar a mesma função de moderador de nêutrons em determinados reatores.

A alternativa já havia sido utilizada pelos Estados Unidos em 1942, quando cientistas conseguiram produzir a primeira reação nuclear em cadeia controlada e autossustentável do mundo.

No entanto, o grafite disponível em territórios controlados pela Alemanha apresentava impurezas que comprometiam seu desempenho. Entre elas estava o boro, elemento capaz de absorver nêutrons que seriam necessários para manter a reação nuclear. Isso tornava o material inadequado para substituir a água pesada nas condições disponíveis aos pesquisadores alemães.

Assim, além da escassez de urânio, o programa nazista enfrentava limitações nas duas alternativas de materiais moderadores consideradas para seus reatores.

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A Alemanha nazista esteve perto de construir uma bomba atômica?

O programa nuclear alemão, conhecido como Uranprojekt, buscava investigar aplicações da fissão nuclear durante a Segunda Guerra Mundial.

Uma das possíveis rotas para a produção de armas nucleares envolvia a construção de um reator capaz de gerar plutônio, material que pode ser utilizado em bombas atômicas. Por isso, desenvolver um reator funcional representava uma etapa importante para essa possibilidade.

Os resultados do novo estudo mostram, porém, que o B8 estava longe de atingir esse objetivo. A equipe concluiu que as quantidades necessárias de urânio e água pesada ultrapassavam os recursos disponíveis à Alemanha durante o conflito. A alternativa com grafite também enfrentava obstáculos relacionados à qualidade do material.

As descobertas contradizem a avaliação de Heisenberg de que bastaria um aumento relativamente modesto na quantidade de urânio para tornar o reator operacional.