1945년 여름, 일본의 히로시마와 나가사키 도시에 원자폭탄이 투하되면서 제2차 세계대전이 끝났습니다. 그러나 처음에 핵분열을 발견한 사람은 독일 과학자였습니다. 그렇다면 왜 전쟁은 런던의 원자폭탄으로 끝나지 않았습니까? 즉, 독일군은 원자폭탄 제조에 실패했는데, 연합군은 왜 만들었습니까?
<인용문>“우리는 알려진 모든 무기보다 몇 배 더 큰 폭발을 일으킬 수 있는 핵물리학의 최신 발전에 여러분의 관심을 끌고 싶습니다. 이를 먼저 활용하는 나라가 다른 나라보다 압도적인 우위를 점하고 있다.”
독일 화학자 파울 하르텍이 1939년 4월 24일 에리히 슈만에게 보낸 편지에서 분명히 밝힌 말이다. 독일군에서 신무기 연구 부문을 이끌었던 슈만도 이를 잘 알고 있었다.
Harteck은 몇 달 전에 우연히 핵분열을 발견한 베를린의 화학자 Otto Hahn의 연구를 언급했습니다. Hahn은 베를린에 있는 자신의 연구실에서 중성자로 우라늄을 폭격했는데, 그 결과 놀랍게도 원자핵이 더 작아졌습니다. 그는 분명히 이런 방식으로 원자핵을 쪼개거나 오히려 분할할 수 있다는 것을 깨달았습니다. – 더 작은 원자핵에서. 게다가 이번 핵분열 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출됐다.
조금 후에 하나의 우라늄 핵이 분열하는 동안 여러 개의 중성자가 형성되어 연쇄 반응이 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 방출될 에너지의 양은 잠재적으로 엄청났습니다. 동시에 Harteck이 독일군에 이에 대해 브리핑했고, 미국의 물리학자 George Pegram도 미군에 같은 일을 했습니다. 원자폭탄 경쟁의 출발점이었다.
하이젠베르크
1939년 여름, 독일군은 Uranverein을 설립했습니다. (우라늄 클럽) op. 이 클럽은 원자폭탄의 가능성을 조사해야 하는 과학자들로 구성되었습니다. 회원으로는 Kurt Diebner, Paul Harteck, Otto Hahn, Hans Geiger(방사능 측정 장비인 가이거 계수기로 알려짐), Carl Friedrich von Weizsäcker 및 Walther Bothe가 있습니다.
"원자폭탄을 만드는 것이 가능하다면, 우리는 그것에 대해 노력해야 합니다"라고 Bothe는 첫 번째 회의에서 말했습니다. 1939년 9월 1일 독일이 폴란드를 침공하기 전부터 핵무기 사용 가능성에 대한 조사는 이미 최고 군사 및 정치 행정관들에 의해 심각하게 받아들여졌습니다.
9월 25일 Uranverein . Werner Heisenberg op.라고도 불립니다. 하이젠베르크는 제3제국이 여전히 보유하고 있는 최고의 과학자 중 한 명이었습니다. 그는 양자역학 분야의 선구적인 업적으로 1932년에 노벨 물리학상을 수상했습니다.
임계질량
하이젠베르크가 Uranverein에 합류한 직후 그는 프로젝트의 과학적 리더십을 맡았습니다. 첫 번째 기술적 문제는 우라늄의 부족이었습니다. 독일이 처리할 수 있는 우라늄 광산은 단 한 개뿐이었으며 이는 현재 체코 공화국의 요아힘스탈에 위치해 있었습니다.
하이젠베르크는 우라늄-235라고 불리는 핵에 92개의 양성자와 143개의 중성자가 있어야만 우라늄이 핵분열될 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 그러나 천연 우라늄 광석에서는 우라늄-235가 드물다. 대부분은 우라늄-238(핵에 중성자가 3개 더 있음)로 구성되어 있으며, 이 동위원소는 중성자와 충돌해도 분리되지 않습니다.
하이젠베르크는 제대로 작동하는 폭탄을 만들려면 엄청난 양의 우라늄-235가 필요하다고 믿었습니다. 이는 소위 '임계질량', 즉 연쇄반응을 계속 진행하는 데 필요한 우라늄의 최소량과 관련이 있습니다. 이제 우리는 우라늄의 임계 질량이 52kg에 불과하다는 것을 알고 있습니다. 그러므로 하이젠베르크는 그의 추정이 크게 틀렸다. 1940년에 Otto Frisch와 Rudolph Peierls는 700그램이라는 보다 현실적인 추정치를 내놓았습니다.
미국인들에게는 이 소량의 우라늄이 필요하다는 것은 원자폭탄이 원칙적으로 실현 가능하다는 것을 확인시켜주었습니다. 그러나 Frisch와 Peierls의 연구에 대해 잘 알고 있음에도 불구하고 Heisenberg는 수 톤의 우라늄이라는 임계 질량을 계속 유지했습니다. 이로 인해 그들은 불필요하게 어려움을 겪었습니다. 그렇게 많은 우라늄을 어디서 얻습니까? 이후 1942년 독일 보고서에서는 임계 질량이 10~100kg으로 언급되지만 누가, 어떻게 이를 생각해냈는지는 불분명합니다. 독일군은 임계질량의 정확한 값을 제대로 계산하지 못한 것 같습니다.
중수인가요 아니면 흑연인가요?
그러나 정확한 임계질량을 알든 모르든, 우라늄-238의 천연 우라늄 광석에서 우라늄-235를 분리하는 방법을 찾는 것이 과제였습니다. 원소들이 동일한 화학적 성질을 갖고 있기 때문에 어려운 작업입니다. 우란베라인 원자로 건설도 목표로 삼았다. 이를 통해 이전에는 누구도 해본 적이 없는 연쇄 반응을 일으킬 수 있었습니다.
우란베라인 천연 우라늄도 사용할 수 있기 때문에 원자로 건설에 우선순위를 두었습니다. 이 경우 동위원소 우라늄-235와 우라늄-238을 분리할 필요는 없었습니다. 독일이 저지른 가장 중요한 실수 중 하나는 원자로 건설을 위한 소위 감속재를 선택한 것입니다.
감속재는 핵분열 반응에서 방출되는 중성자를 억제하는 물질입니다. 이는 연쇄 반응을 유지하는 데 필요합니다. 두 명의 중재자가 분명했습니다:'중수'와 흑연. 중수는 물 분자의 두 개의 수소 원자가 두 개의 중수소 원자로 대체된 물의 한 형태입니다. 이는 핵에 (여분의) 중성자가 있는 수소 원자입니다.
독일군은 부분적으로 Walter Bothe 덕분에 결국 중수를 선택했습니다. 그는 실험 후에 흑연이 감속재로 적합하지 않다는 결론을 내렸습니다. 그러나 그의 결론은 틀렸습니다. 그는 불순물이 너무 많은 흑연을 테스트했습니다. 흑연 감속재는 가능한 한 순수해야 했습니다. 중수에 대한 선택은 독일인들에게 온갖 종류의 추가 문제를 야기했습니다. 중수는 노르웨이 공장에서만 소량으로 얻을 수 있었습니다. 그 결과 독일 프로젝트가 심각하게 지연됐다.
반면에 미국인들은 순수 흑연을 실험했습니다. 흑연은 중수보다 훨씬 더 쉽게 구할 수 있었습니다. 그 결과 1942년 12월까지 시카고의 미국인들은 순수 흑연 감속재를 갖춘 세계 최초의 실제 원자로를 완성했습니다. 결국 독일군은 작동 가능한 원자로를 건설하는 데 실패했습니다. 그들은 1945년 3월에 하이겔로흐(Haigerloch) 마을 아래 동굴에서 최선의 시도를 달성했습니다. 비록 독일이 멸망할 것이라는 것은 오랫동안 분명했지만 말입니다. 방출된 중성자 수는 지금까지 최고 수준이었지만 아직 연쇄반응을 지속시키기에는 충분하지 않습니다.
플루토늄
독일군이 중요한 원자로에 도달하지 못했다는 사실이 그들이 플루토늄 실험을 방해했을 수도 있습니다. 플루토늄은 우라늄-238의 붕괴 반응에 의해 형성될 수 있는 원소입니다. U-238은 중성자를 포획하여 우라늄-239로 바꿀 수 있습니다. 그 후, 중성자는 베타 붕괴를 통해 양성자로 두 번 변할 수 있으며, 그 후에 플루토늄-239가 형성됩니다. 미국의 물리학자 루이스 터너(Louis Turner)는 이 원소가 우라늄-235만큼 분열성이 있으며 이 아이디어는 곧 폰 바이츠제커(Von Weizsäcker)를 통해 독일에 전달되었다고 말했습니다. 플루토늄의 장점은 우라늄과 분리하기가 더 쉽다는 것입니다. 따라서 우라늄-235를 분리하지 않고도 천연 우라늄을 추출할 수 있습니다.
하이젠베르크도 플루토늄의 이점을 알았을 것입니다. 그러나 그는 독일이 원자로를 건설하는 데 어려움을 겪고 있음을 알고 있었기 때문에 플루토늄 폭탄은 전쟁이 오래 지연된 먼 미래까지 현실적인 가능성이 없을 것이라고 믿었습니다. 따라서 그는 1942년 여름 내무부에서 열린 회의에서 플루토늄 대안을 공개적으로 논의하지 않기로 결정했습니다.
하이젠베르크는 과학에는 시간이 필요하다고 확신했는데, 이는 히틀러와 그의 오른팔인 알베르트 스피어가 과학자가 아닌 이상 결코 이해하지 못할 일이었습니다. 하이젠베르크는 결과를 내야 한다는 불쾌한 압력을 받고 싶지 않았습니다. 그러나 플루토늄에 작용한 나가사키의 두 번째 원자폭탄에서 볼 수 있듯이 미국인들은 매우 적극적으로 플루토늄을 다루기 시작했습니다.
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'총력전'
독일 연구자들이 씨름해야 했던 것은 단지 순전히 과학적인 문제만이 아니었습니다. 1941년 여름, 히틀러가 수년간 기대했던 일, 즉 소련에 대한 공격이 시작되었습니다. 진격은 처음에는 순조롭게 진행되었지만, 겨울에 독일의 공세는 러시아의 혹독한 겨울 속에서 절망적으로 좌초되었습니다. 독일군은 추위, 굶주림, 피로로 한꺼번에 사망했습니다. 그러나 히틀러는 계속하고 싶어했습니다. 그는 자신의 적 스탈린을 물리쳐야 했고, 또 물리칠 것이었습니다.
독일은 '총력전'을 준비하고 있었습니다. 민간인을 포함한 사회 전체가 전쟁에 투입되었습니다.
Carl Friedrich von Weizsäcker와 Walther Bothe도 군 복무에 징집되었다는 사실은 독일 지도자들이 Uranverein에게 많은 것을 기대하지 않았음을 나타냅니다. 다행스럽게도 그의 좋은 인맥 덕분에 하이젠베르크는 두 사람이 자신의 프로젝트에서 강제로 떠나는 것을 막을 수 있었습니다.
그러나 Uranverein이 등장한 이후 가까운 미래에 나치 독일의 핵무기 개발을 돕지 않을 것입니다. Heereswaffenamt 독일 무기사단은 1942년 초에 전체 프로젝트를 나치 교육부에 넘기기로 결정했습니다.
게다가 자금 조달도 고갈될 위기에 처했다. 그러나 Albert Speer는 Heisenberg가 연구를 계속 지원하도록 확신할 수 있었습니다. 전체적으로 독일 연구자들은 원자폭탄 연구를 위한 충분한 공간을 확보하지 못했고 이로 인해 진행 속도가 상당히 느려졌습니다.
잘못된 우월감
독일의 접근 방식은 미국이 맨해튼 프로젝트에 착수하는 방식과 극명한 대조를 이루었습니다. 결국 미국의 원자폭탄으로 이어진 네바다 사막의 극비 프로젝트에는 수만 명의 인력이 투입됐고 정부는 이에 수십억 달러를 투자했다. 하이젠베르크는 아마도 실제로 적용 가능한 핵무기를 개발하는 데 그렇게 많은 돈과 많은 사람들의 헌신이 필요하다는 사실을 결코 깨닫지 못했을 것입니다.
미국인들은 나치가 핵분열을 시도하고 있다는 것을 알고 있었습니다. 예를 들어, 정보국은 1940년에 독일군이 노르웨이를 점령한 베르모르크(Vermork) 마을 근처에 있는 노르스크 하이드로(Norsk Hydro) 공장에 대한 감시를 강화했다는 사실을 알고 있었습니다. Norsk Hydro는 당시 중수를 생산하는 세계 유일의 공장이었습니다. 연합군은 공장을 파괴하려는 시도를 여러 차례 시도했지만 모두 실패했습니다.
반면에 독일인들은 부분적으로 정보 부족으로 인해 미국 프로젝트를 인식하지 못했습니다. 사실, 그들은 자신들이 훨씬 앞서 있고 누구도 따라잡을 수 없다는 – 잘못된 – 우월감을 갖고 있었습니다. 이에 대한 예시는 독일 과학자들이 전쟁 후 히로시마에 대한 미국의 폭탄에 대해 알았을 때 그것이 사기라고 생각했다는 것입니다. . 세탁하세요.
하이젠베르크의 임계질량에 대한 지식 부족과 우라늄-235의 분리, 원자재 부족, '총력전' 발발 이후 우라늄 프로젝트에 부여된 우선순위가 낮았기 때문에 하이젠베르크가 작동하는 원자폭탄은 전쟁이 끝난 후까지 현실적인 선택이 아닐 것이라고 믿었습니다. 그는 대량살상무기로 히틀러를 도와야 할지 여부에 대해 도덕적인 결정을 내릴 필요가 전혀 없었습니다.
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