Määramatuse printsiibiga kuulsaks saanud Heisenberg astus Natsi-Saksamaa nn uraaniklubisse (Uranverein) kohe programmi alguses 1939. aastal, vahetult pärast tuumalõhustumise võimalikkuse avastamist. Kokku suunas ta nii oma kodulähedases ülikoolis Leipzigis kui ka keiser Wilhelmi füüsika instituudis Berliinis kaheksat suuremahulist katseseeriat, mille eesmärk oli tõestada uraanist energia tootmise teostatavust. Sõjajärgsel perioodil kasutas Heisenberg liitlaste luureteenistuste tegevusest tekkinud tühimikku, et anda Saksamaa tuumaprogrammist oma nägemus.

Nii kirjutas ta 1947. aasta ajakirjas Nature, et Haigerlochis ehitatud B8 reaktoril jäi kriitilise massi saavutamisest puudu vaid "suhteliselt väike kogus" uraani. Aasta hiljem ilmunud teadusülevaates väitis ta, et soovitud tulemuseks olnuks vaja tuumakütust umbes poole rohkem. Avaldused jagasid kaasaegsed ajaloolased ja teadlased kahte leeri: ühed uskusid Heisenbergi väiteid materjalipuudusest, teised aga leidsid, et Saksamaa valis algusest peale vale tee, eelistades rasket vett Ameerika eeskujul katsetatud grafiidile.

Columbia ülikooli ja teiste teadusasutuste uurijad eesotsas Patrick Parkiga analüüsisid nüüd 1945. aasta aprillis valminud B8 tuumareaktori komponente. Töörühm soovis selgitada, kui lähedale Saksa teadlased päriselt töötavas tuumareaktorini jõudsid. Erinevalt puhtalt arhiivimaterjalidele ja toonaste teadlaste sõnavõttudele toetumisele võtsid fookusesse Heisenbergi kasutada olnud uraani, raske vee ja grafiidi omadused.

Arhiividokumentide ja ehtsate uraanikuupide abil lõid autorid B8 reaktori arvutimudeli. Füüsikud rakendasid lisaks kohtuekspertiisi meetodeid, et määrata uraani tihedus ja raske vee puhtus. Arvuti jäljendas seega 1945. aasta katseandmeid ja andis teadlastele aluse Heisenbergi väidete arvutuslikuks kontrolliks.

Materjalipuuduse mõju

Uus mudel näitas, et B8 reaktor poleks toona tuumateadlaste käsutuses olnud materjaliga kuidagi tööle hakanud. Heisenbergil oli Haigerlochis kasutada 664 uraanikuupi ja 1400 liitrit rasket vett. Sõltuvalt reaktori konfiguratsioonist oleks Saksa töörühmal läinud vaja vähemalt 1,9–2,7 korda rohkem uraani ja 2,1–2,4 korda rohkem rasket vett. Isegi kui teadlased oleksid kogunud kõik tuumaprogrammi käsutuses olnud varud Saksamaal ja Norras, jäänuks neil toorainest ikkagi puudu.

Füüsikud tõdesid, et süsteem vajanuks kordades suuremat kütusekogust isegi sajaprotsendiliselt puhta raske vee puhul. Nad nentisid, et Saksa sõjatööstus ei suutnud vajalikku materjali toota.

Mõned ajaloolased on varem pakkunud, et sakslased võinuks kasutada raske vee asemel süsinikku. Ameeriklased panid oma esimese reaktori tööle just tänu naftakoksist tulnud puhtale grafiidile. Naftablokaad jättis sakslased ilma sobivast toorainest ja nad pidid leppima kivisöest pärit alternatiiviga.

Teadlaste mudel kinnitas, et Saksa grafiit sisaldas pidevaks ahelreaktsiooniks liiga palju neutroneid neelavat boori. Autorid testisid virtuaalselt erinevaid uraani ja grafiidi osakaale. Nad leidsid, et toonase Saksa toorainega ei tekkinud ahelreaktsiooni mitte üheski seades. Autorid kirjutasid, et puhas grafiit andis seega ameeriklastele olulise eelise.

Uurijad osutasid ka Saksamaa majanduse struktuursetele probleemidele: tuumaprogrammi olemus käis otseselt vastu tolleaegse Saksamaa tööstuslikele prioriteetidele. Nad tõdesid, et grafiiditehased konkureerisid sõjamasina ja terasetööstuse vajadustega.

Uuringul esineb ka teatud piiranguid. Tuumamudel toetub osaliselt arhiivimaterjalidel ja füüsikud uurisid reaalseid proove alles aastaid hiljem laboris. Uurijad eeldasid oma andmetes, et grafiidi sisse jäänud boori hulk kahanes koos teiste mineraalidega.

Toona kasutatud raske vee täpse puhtuse hinnang põhineb aga 1947. aasta laborianalüüsist. Autorid lisasid, et nad ei tea täpselt, kui palju vesi selleks ajaga saastus, ja see tõsiasi jätab arvutustesse väikese ebatäpsuse. Üldpilt füüsilisest materjalipuudusest püsib aga faktipõhisena. Siiski annab kasutatud tuumaarheoloogia meetodid nende sõnul kõige selgema vastuse Natsi-Saksamaa tuumaprojekti tegeliku seisu kohta.

Uuring ilmus ajakirjas PNAS Nexus.