纳粹德国为什么没能造出核武器? | 循迹晓讲
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|作者:戈德温男爵
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在众多后世历史学家对二战历史的“情景虚拟”讨论中,“如果纳粹德国抢先于美国造出了核武器”是一个热议的话题。
毫无疑问,如果纳粹先于盟国拥有了这件毁灭性武器,那么它肯定会毫不犹豫地将其用于战场,摧毁盟国的战争工业基础和士气,进而将人类拖入恐怖的深渊,所幸这一切并未发生。
虽然纳粹德国在总体物资与人力资源上无法与美国相比,但德国工业制造技术,以及在基础研究领域上的先进性也不容忽视,然而,为什么纳粹德国最终无法将这些相对优势最终落地,变成现实中可使用的武器,却是一个值得探究的问题。
由于在二战末期,整体德国的政府管理机构全部被摧毁了,导致科研机构和相关管理部门手中的档案文件四处散佚,或被销毁。所以,拼凑出一个德国核物理与武器研究的进度和发展历程是一件不轻松的事情。
|莱斯利·理查德·格罗夫斯(Leslie Richard Groves ,1896—1970),美国中将。第二次世界大战期间曾任美国陆军工程兵建筑部副部长、美国负责研制原子弹的曼哈顿工程区司令等职。
早在1943年,美国原子弹计划军方负责人格罗夫斯陆军少将就组织了一个代号阿尔索斯的团队,对纳粹德国在原子能利用方面取得的进展开始进行评估,负责的科学家是荷兰核物理学家塞缪尔·古德史密斯。
在接近二战尾声时,随着盟军深入德国本土,越来越多的科研实验场所和文献被盟军缴获,古德史密斯承认,虽然纳粹德国的核武器研究没有到达能够制造出真正大规模杀伤性核爆炸装置的地步,“但我们对于遭遇纳粹原子弹打击的恐惧,是有理由的。”
让我们把时针拨回到1938年圣诞节前夕,奥托·哈恩教授和助手弗里茨·施特拉斯曼在柏林威廉皇帝化学研究所,成功地用中子轰击了铀元素。
他们本来希望得到放射性元素镭,但结果显示,铀元素原子核在中子轰击碰撞中发生了破裂,产生了原子裂变现象。不仅如此,原有的铀元素原子质量消失的部分,有一部分转换成了能量,并且非常可观,单个原子能量如何完全释放,居然相当于两亿电子伏。
1939年4月,大名鼎鼎的法国物理学家居里在《自然》杂志发布了介绍核裂变的论文,一石激起千层浪,很快,欧洲各国物理学家就发出呼吁,提请对核裂变在科技和军事应用领域的价值予以注意。
同月,德国物理学家,汉堡大学的保罗·哈特克上书第三帝国战争部,提出关于开发核爆炸物的可行性研究,他断言“第一个将其利用的国家,将拥有其他国家无法超越的优势。”
|卡尔·海因里希·埃米尔·贝克尔(Karl Heinrich Emile Becker)在一战时曾协助过“巴黎大炮”的研发,是德国著名的火炮专家,由于《凡尔赛和约》对重型火炮的限制,他在德国火箭浪潮兴起后就把目光放在了火箭技术上,他认为“只要有足够威力的火箭,不仅可以代替短程战术火炮,甚至也可以代替远程重型火炮。”
为此,第三帝国物理技术学会会长亚伯拉罕·哈绍立刻组织了一次核物理学术研讨会,由于该问题的科研和应用与军事密不可分的关系,纳粹德国陆军军械局立刻介入,军械局研究处处长,柏林大学物理研究所声学部主任埃里希·舒曼,和局长贝克尔将军,决定在军械局内部成立核物理研究小组,就设在库默尔斯多夫陆军装备测试场。
同时,第三帝国教育部也成立了自己的“铀研究小组”,这几乎是第三帝国核武器开发项目从一开始就带有的痼疾:没有一个专门管理该项目的全国统一的综合研发联合体。
因为在纳粹领导的重床叠架的政府管理系统中,每个利益集团或者管理单位都竭力在自己的小圈子里“搞事”,以便向上邀宠,难以做到统一部署,集中资源与人力。
从1939年到1942年,德国铀研究的核心在莱比锡大学,算是帝国教育部下铀研究小组的一个分支,首先的工作是建造回旋极速器,把粒子加速到核物理学意义上课应用的能量,这部分工作一开始的主持人就是大名鼎鼎的德国理论物理学家——维尔纳·海森堡。
在汉堡,以保罗·哈特克为首的科学家则专注于研究铀元素的同位素分离和改良重水制造技术。
|沃纳·卡尔·海森堡(德文原名:Werner Karl Heisenberg,1901年12月5日—1976年2月1日),男,德国著名物理学家,量子力学的主要创始人,哥本哈根学派的代表人物,1932年诺贝尔物理学奖获得者。
1939年9月26日,闪击波兰的战役大局已定,陆军军械局下属核物理研究小组在柏林第二次开会,把建造核反应堆的构想以报告形式提交,海森堡已经对反应堆需要投入多少氧化铀进行了初步计算,并远见性地提出,制造超过常规炸药爆炸威力几个数量级的爆炸物而言,浓缩铀235是最单纯直接的方法。
另外,为了控制连锁反应的速度,必须要引入减速剂,海森堡提出减速剂最好利用纯净的石墨或者重水。
会议上,与会者已经谈到了许多具体操作细节,比如所需纯净铀235的质量,减速剂,反应堆的几何结构等等。
此时,在格托夫,距离库默尔斯多夫不远的村落,陆军军械所的试验站正式成立。
另外海军也不甘落于人后,在海军上将卡尔维策尔的推动下,由数学家赫尔穆特·哈赛为首,一个十人的研究小组利用位于Nienhof的物理研究中心开始工作,还找到了马克斯·玻尔的高足帕斯卡·乔丹来主持,然后帝国邮政部甚至也插了一脚,成立了自己的核物理研究小组。
|海森堡实验室里的试验反应堆,悬挂的小块为浓缩铀 图源于网络
在德国占领欧洲广大地区后,铀矿和重水的来源已经不成问题,世界上最大的铀生产企业布鲁塞尔联合矿业公司被纳粹德国掌握,在挪威,诺什克水电公司拥有全球领先的重水制造设备和技术,不过在1940年3月,在法国和英国的警示下,诺什克公司将全部重水库存紧急转运到了英国。
另外,围绕第一台回旋加速器的建造,纳粹德国内部各个核物理研究小组和他们背后的势力也开始了博弈,帝国邮政部倚仗长期的订货合作关系,抢先向西门子预定了一台,但立刻激发了其他研究机构的仇视,而陆军军备局下属的研究小组不得不屈尊使用巴黎法国科学院的回旋加速器。
在建造反应堆方面,铀235的提纯是一项耗资巨大的工程,著名物理学家古斯塔夫·赫兹发明了气体扩散分离法,这一提纯方法后来也被曼哈顿工程所使用。
但遗憾(幸运)的是,由于过分昂贵,看起来不经济,陆军军备局拒绝进一步提供更多的预算,使得纳粹德国各实验小组手中的纯净铀235数量始终不足。
1940年,在美国加州大学伯克利分校的回旋极速器实验中,科学家发现,中子轰击微小的铀原子后,产生了新元素,包括93号鎿和94号未知名元素,后来就被命名为钚,几乎在同时,德国科学家也在实验中发现了钚,物理学家魏茨泽克认为,这种高效物质完全可以用来制造高效能爆炸物。
但是魏茨泽克犯了一个错误,在计算时候他错误地认为一座标准核反应堆至少需要5吨铀235和重水,所以他的报告没有得到高层重视。
|尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔(丹麦文:Niels Henrik David Bohr,1885年10月7日—1962年11月18日),丹麦物理学家,哥本哈根大学硕士/博士,丹麦皇家科学院院士,1922年获得诺贝尔物理学奖。
1941年9月,海森堡在哥本哈根会见了尼尔斯·玻尔,两位在核物理研究领域泰山北斗级别的人物终于会面,海森堡将德国进行的铀研究项目告知了玻尔。
关于这次谈话的内容没有记录,后世的研究者各取所需,有的说,海森堡凭借自己知识分子的良知,希望玻尔将信息泄露给英美盟国,引发后者的注意,加快对于核裂变的研究,抢在德国之先造出原子弹,但另一些人说,海森堡在拉拢玻尔,为德国的核反应堆贡献自己的力量。
与此同时,德国国内核研究山头林立,各自为政的弊端更加明显,各方都在争权夺利,试图瓜分不多的原料。
挪威诺什克水电公司承诺,1941年可以为德国提供一吨重水,从来年开始每年可以提供1.5吨,西门子公司也答应为帝国邮政不和陆军军械局各制造一套粒子回旋加速器。
然而到了1941年底,战争的形式开始变化,首先,德军兵败莫斯科城下,闪击战六个月内打败苏联的愿景已成泡影,另外日军悍然袭击珍珠港,拉的德国也对美宣战,纳粹德国军政高层立刻意识到,战争的天平已经改变,对于军工产业和研究机构而言,他们得到了一个消息——只有能够在不久将来能够迅速投入实战的军事科技研究项目,才会获得慷慨的扶持。
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写到这里,各位看官大概已经了解到德国为什么不能和美国一样,造出大威力大当量的原子弹了。
首先家底薄,资源有限;第二研究初期胡乱上马各自为政;第三到了二战中期之后,急功近利的纳粹高层又觉得核裂变反应研究距离投入实战太遥远,不值得大规模投入资源和人力。
无论如何,1942年2月的德国核物理研讨会,还是邀请了来自德国国防军和党卫队的高层参加,埃里希·舒曼做了《作为武器的核物理学》主题报告,海森堡则向与会者介绍了从核裂变产生能源的理论基础问题。
但总体上,科学家们感到悲观,认为军备部门的领导人不会支持这个庞大,而前景不明的计划。
|保罗·约瑟夫·戈培尔(1897年10月29日-1945年5月1日)
不过,参会的德国宣传部长约瑟夫·戈培尔倒是对此兴致勃勃,立刻把它写到自己备忘录和日记里,准备以此为素材对德国人民进行新的一轮洗脑。
6月,研讨会第二阶段在柏林召开,除了德国最主要的核物理学家还包括帝国军工部长阿尔伯特·施佩尔,国内后备军司令佛洛姆将军,艾哈德·米尔希空军元帅等。
由于英国皇家空军对德国城市展开了猛烈空袭,所以米尔希提出,如何应对向英国本土,乃至美国本土进行空袭的计划,由于德国战略轰炸力量几乎为零,所以米尔希询问,是否能研制出一种威力超越现有常规炸弹的替代物,可以由少量远程轰炸机携带,投掷后产生巨大的破坏力。
作为回复,海森堡要求为铀235的分离制造请求更多的财政拨款和物资支持,他声称“在反应堆完成后,并不排除在将来的某天,一种效果超越现有爆炸物百万倍的新物质,被制造出来”在会间休息时,米尔希问他,如果摧毁一座城市,需要多少这种“神秘物质”,海森堡打了个手势“也就和一个菠萝差不多”。
确实,根据他的反复计算,海森堡已经得出了制造一颗原子弹所必要的临界质量,大约在10到100公斤之间,关于这个数量值,德国科学家和美国科学家的计算结果是一致的。
说到这里,就又有必要多说几句关于海森堡关于“制造一颗原子弹需要几吨纯铀235”的传闻,一方面有资料说,海森堡在广岛核爆后,表示“不可思议,因为一颗原子弹至少需要几吨纯铀”,当和他一起工作的奥托·哈恩则反问,为何这个论断和他以前的计算结果不一样,海森堡则表示,他一直没有计算出所需要的铀的确切质量,所以几十公斤和几吨都是可能的推算结果。
有鉴于此,一些科学史研究者就做出论断,海森堡的错误估计(如果存在),引导纳粹德国的核研究走进了歧路,但另一些人争辩说,海森堡在此后故意误报数字,或者故意拒绝交出准确的估算数字,是出于他身为科学家的个人良心,故意延误纳粹德国核武器的研制。
但真相如何,我们现在已经不得而知。
另外一个让德国不可能在美国之前造出大当量原子弹的因素,也在1942年出现了,就是德国的铀产量从这一年开始持续下降,尽管在莱比锡实验室,实验反应堆正在获得不断的成功,德国科学家证明,砌块式反应堆比原本的分层设置能获得更多的中子增值。
|BBC在战后的纪录片中重新还原的维莫克化学工厂内生产重水的机器。值得注意的是,维莫克工厂也是第二次世界大战时期欧洲唯一能够自产重水的工厂,而德国人90%的重水供应都来自于此。
在此期间,英国派遣的特种部队突击小分队两次袭击了挪威重水工厂,1944年2月20日,挪威抵抗组织又炸沉了德国运送残余重水的渡轮Hydro号,又使其损失了一部分重水。
在这种情况下,德国科学家只能通过德国境内生产的少量重水进行试验,进而加剧了几个不同研究小组之间的矛盾,总数只有区区2.5吨,其中一半掌握在海森堡手中。
到了1943年中部和底部,盟军战略空袭已经严重影响了德国整体经济和交通,大城市难以维持正常运转,科研就够也必须疏散,帝国物理研究学会被疏散到了图林根,而为德国核物理实验提供原料设备的工厂则都上了“盟军轰炸”的黑名单,包括西门子公司柏林实验室,林德公司,安舒茨公司在基尔的厂房和洛伊纳公司等
1944年3月,法兰克福的德谷萨公司厂房被空袭中严重损毁,金属铀的生产几乎完全中止,虽然半年之后,新的铀熔化炉在柏林附近的克吕瑙重新投产,月产量 一吨,但这点产量与曼哈顿工程的规模相比完全是小巫见大巫,况且中间还损失了半年时间。
|汉斯·卡姆勒,武装党卫军建筑与科技发展负责人 图源于网络
情急之下,纳粹德国开始独辟蹊径,试图通过空心装药技术引发氘氚反应,从而研制出一种爆炸力虽然小,但可以迅速投入使用的核爆装置,一个中空球体中间填满炸药,核心是氘。
根据计算一枚V2火箭携带的这种核聚变弹头,可以瞬间摧毁方圆一英里之内的所有建筑与生命,在德国北部著名的佩内明德实验基地(同时进行V1和V2飞弹的测试),有些材料证明,1944年10月德国曾经进行了一次比较成功的核爆炸实验。
德国空军少校鲁道夫·青赛尔在战后回忆说,自己被指派驾驶一架亨克尔111轻型轰炸机改装的观测机,从空中目睹了这次实验的结果:
“一道强烈闪光让整个大气层都变得通透发亮,2秒钟后,一波强大的压力气浪快速逼近,整个飞机机身在气流中剧烈颤抖,同时升腾的烟尘形成了一个巨大的球体,并且呈现出斑斓的色彩,在飞机内部也能感觉到外部的高温。根据测试,压力云团的直径大概有一万米左右,最终形成了一个巨大的蘑菇状,同时,强电磁干扰让我的飞机暂时无法和地面保持通讯。”
|右侧两者为A9与A10火箭 图源于网络
几乎在实验的同时,佩内明德实验基地的科学家一直在从事将这种炸弹装上导弹的尝试,代号“美洲火箭”,A10火箭的最高航程可以达5000公里,理论上能把弹头打到美国东海岸,希特勒下令,要不惜一切代价,让这种复仇武器V3投入实战,
在战争最后7个月,著名的武装党卫军科技项目与建筑负责人汉斯·卡姆勒将军成为了“V3”计划的太上皇,在此之前,他已经负责布置v1和V2导弹袭击了伦敦,安特卫普等城市。
|下西里西亚“巨人”基地中的神秘环形建筑,可能是大型回旋粒子加速器外部建筑的残骸 图源于网络
因为陆军掌控了佩内明德基地,卡姆勒和党卫队希望在自己的地盘上展开研发,把这个项目彻底作为自己的功绩,所以党卫队在波兰格但斯克附近的图切勒荒地设立了火箭研发基地,第二个基地则设在图林根,以便在前者落入苏军之手后继续展开研究。
党卫军头子希姆莱表示,党卫军的核武器研究项目必须严格禁止和隶属陆军海军的研究人员接触,空军也在加紧研发能够投掷两吨重“原子炸弹”的轰炸机亨克尔177。
不过到了这个时候,就连一部分最狂热的纳粹党人,例如党卫军伞兵和特种突击部队指挥官奥托·斯科尔兹纳,都怀疑这种炸弹产生的恐怖后果:“这岂不是意味我们赖以生存星球的终结吗,没有一个国家,任何有虔诚道德心的人类群体,能够负担得起这种超越自身负荷的责任,我们自己也难逃毁灭于这种复仇武器的命运,最后地球的幸存者只有亚马逊人或者苏门答腊人。”
此时,希特勒的内心也是矛盾的,他的空军副官尼克劳斯·冯·贝罗回忆说,在一次谈话中,希特勒得知图切勒基地已经制造出了大概7枚这样的炸弹,但他无法决定是否投入使用,一来是负责运送的火箭技术不过关,二来担心现有“铀元素炸弹”的威力不足摧毁同盟国的战争潜力和意志,如果贸然投入使用,将会导致同盟国更可怕的报复,也许是更大规模的空中战略轰炸,也许同盟国会迅速制造出类似的武器投向德国。
但这不妨碍戈培尔在1945年1月的新年演讲中,对德国人民保证,德国已经掌握了一种最新的秘密武器,它能够在24小时之内决定第三帝国的胜利。
在战争最后的5个月里,纳粹德国研制核武器的最后希望是党卫队建立的图林根基地,关于这一时期的档案文献几乎全部散失或者被销毁,只剩下当事人的口头佐证。
比如物理学家弗里茨·雷拜因在战后接受审讯时说,当时为了给中控核聚变炸弹中心设置一个稳定的微量中子源,他们考虑采用钚,帝国物理学会在距离不远的龙纳堡研究中心就有一套钚生产装置,为其昼夜不停地生产浓缩钚。
在1945月3月3日,在图林根的奥尔德鲁夫陆军演习场,发生了一次小规模疑似核试验,当量很小,只有大概100吨TNT炸药。
在附近瓦赫森堡的一名女目击证人克莱尔·维尔纳说:“大约在晚上九点20左右,森林里有了一道炫目的闪光,亮如白昼,接着在森林深处发生了剧烈的爆炸,升起了大量的烟尘。”
|1945年,美军在奥尔德鲁夫发现大批被烧焦的尸体。
另一名证人,是建筑工人海因兹·瓦克斯穆特,本来的任务是在演习场基地负责挖掘地下井,但第二天上午,他和其他工人一起被勒令穿上辐射防护服,在党卫军士兵的监视下干了一件极其厌恶的工作:“处理一堆集中营犯人的尸体,每具尸体都有严重的烧伤痕迹,可能是被当做实验体,用来测试某种秘密武器的威力,有一些犯人并未完全死亡,还在临终的痛苦中抽搐,有人曾低语:强光,烈火,所有人都死了,被烤糊了,什么都看不见了……后来……。”
3月16日,在柏林附近的霍亨林岑党卫队医院,党卫队高层召开了一个小型会议,根据党卫队上校鲁道夫布兰特回忆,在战争局势大势已去的情况下,大家都垂头丧气。
但希姆莱却兴致勃勃,声称近年来付出的大量艰苦劳动和风险,现在获得了惊人的成果,从现在起,一项高度机密的工程要日以继夜的进行,到了6月,火箭将携带一种可怕的毁灭性武器飞向英国,甚至美国。
为此希姆莱还特地开了两瓶少见的香槟和大家一起分享,然而就在4月12日,美军装甲部队开进了图林根,不到一个月后,德国宣布投降。
上世纪60年代,联邦德国物理技术署的科学家们,对图林根基地试验场进行了勘测,证明在1945年3月间,这里出现了一个巨大的,直径为100米左右的弹坑,再对土壤样本中的放射物含量进行测试后,科学家们判定,1945年初,这里确实发生过某种核试验,是一个明显通过核裂变释放能量的爆炸过程。
至于它是一枚纯粹散布核尘埃与污染物的“脏弹”,还是一颗小当量的空心装药核裂变炸弹,就不得而知了
|阿尔索斯计划的盟军科学家和助手勘测德国核物理研究机构建造的核反应堆 图源于网络
根据情报,从3月初到5月最终投降,希特勒和希姆莱依旧抱有某种乐观主义情绪,这也可以作为德国已经制造出某种基于核技术炸弹的旁证。
3月3日,希特勒视察了奥得河前线,对第九集团军司令官布塞上将提出:要尽可能守住方向,因为每多一天,每多一个小时,德国就有更多的时间将一些令敌人生畏的神奇武器发展完善并投入使用。
然而到了此时,纳粹手中的核武器威力有限,更缺乏成熟合格的投放手段,最终也未能挽救第三帝国灭亡的命运。
除了纳粹德国内部的争权夺利是导致纳粹核武器迟迟不能投入战场的主要因素以外,盟国对纳粹德国的战略轰炸和自身在核武器上的研发投入,最终没让纳粹德国将这种恐怖的武器研制成功,屠杀更多的人类。
(END)
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