在第二次世界大战期间，美国竞相开发原子弹，部分原因是担心纳粹德国可能首先建造出原子弹。但德国实际上离实现这一目标有多近呢？一项新的科学调查表明，纳粹核计划离成功远比它的首席物理学家所声称的要遥远。通过检查幸存的铀块和之前记录的历史证据，研究人员发现德国最后实验核反应堆存在重大局限性。他们的发现表明，该项目不仅仅是缺少一些材料。反应堆所需的铀和重水远超过德国在战争期间所可获得的数量。 开发原子弹的竞赛 曼哈顿计划是美国在第二次世界大战期间秘密开发核武器的努力，部分是由于纳粹德国可能首先实现类似突破的可能性。科学家们知道，谁能成功将获得前所未有的军事优势。开发原子弹的一种可能途径是建立能够生产钚的核反应堆，钚是一种可以用于核武器的放射性元素。在反应堆内，铀原子经历核裂变，这是一个原子核分裂并释放能量以及其他被称为中子的粒子的过程。在适当条件下，这些中子会触发更多的裂变反应，形成持续的链反应。 尽管纳粹德国通过名为Uranprojekt的项目追求核研究，但历史学家们长期以来一直争论其科学家离开发出可行的反应堆有多近。德国的最后一次尝试是一个名为B8堆的实验反应堆，于1945年在物理学家维尔纳·海森堡的指导下建造。该装置使用悬浮在重水中的自然铀块，重水是一种在控制核反应中发挥重要作用的专用物质。 重水对于纳粹德国反应堆的重要性 重水看起来与普通水非常相似，但其氢原子含有额外的中子。这一微妙的差异使其在某些核反应堆中特别有用。在反应堆中，重水作为中子调节剂，意味着它减慢裂变过程中释放的中子。较慢的中子更可能引发铀中的其他裂变反应，帮助维持正常运作的链反应。然而，获得足够的重水对于德国而言是一项重大障碍。在战争期间，唯一能够为德国项目提供重水的欧洲设施是挪威维莫克的挪威氢气厂。德国在1940年4月占领挪威后获得了该设施的控制权。认识到其对德国核野心的重要性，盟军通过破坏和轰炸行动瞄准了该工厂。1943年11月16日，一次重大的美国轰炸袭击摧毁了维莫克，导致该地的重水生产最终结束。 科学家重新审视希特勒的最终核反应堆 当美国军队在1945年发现并拆除B8反应堆时，它从未达到临界状态。在核物理学中，临界性是指链反应变为自持的那一点，每一代裂变反应产生足够的中子来维持下一代。达到这一阈值是操作常规核反应堆的基本要求。尽管其名称如此，但临界性并不意味着反应堆即将爆炸。它仅仅意味着核链反应可以在不依赖外部中子来源的情况下继续。领导德国反应堆工作的海森堡坚持认为，B8实验接近于达到这一里程碑。他辩称，该装置只需要相对适度的铀供应增加就能正常运作。但由蒂莫西·科斯和他的同事领导的一项新研究对这一评估提出了质疑。研究人员检查了曾在德国核项目中使用的两块幸存的天然铀块。他们还研究了历史记录、技术报告、信件和其他档案文件，以重建反应堆的能力，并确定其正常运作所需的条件。他们的发现勾画出德国核进展的截然不同的图景。 铀和重水的巨大短缺 根据研究人员的计算，B8反应堆需要大约两倍于它实际所含的铀和两倍于重水的量才能实现持续的核链反应。所需的数量超出了战争期间德国所能获得的材料。特别是，正常运作的反应堆所需的重水远远超过德国项目可以从其挪威供应中获得的数量。研究人员还检查了德国科学家是否可以通过使用石墨来避免重水短缺，石墨是一种形式的...