Wie weit Deutschland im "Dritten Reich" bei der Kernforschung war

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J. Robert Oppenheimer und der Bau der Atombombe in der geheimen Forschungsstadt in Los Alamos in New Mexico in den USA zu Zeiten des Zweiten Weltkriegs ist der Stoff des jetzt gestarteten Kinofilms "Oppenheimer". Die US-Regierung befürchtete damals, dass die Deutschen ebenfalls an einer Atombombe arbeiteten. Dafür gibt es bis heute keine eindeutigen Belege. Erwiesen ist allerdings, dass sie an einem Atomreaktor gearbeitet haben – und mit ihren Berechnungen gar nicht mal so falsch lagen. Die Hinweise dazu liefern besondere Uranwürfel.

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Veröffentlichung dieses Textes mit freundlicher Genehmigung des American Institute of Physics. Er stammt von Timothy Koeth und Miriam Hiebert. Koeth war zum Zeitpunkt der Veröffentlichung außerordentlicher Forschungsprofessor an der Fakultät für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen der University of Maryland. Hiebert war dort Doktorandin. Erstmals erschien dieser Artikel in deutscher Sprache in der Ausgabe 11/2019 von MIT Technology Review unter dem Titel "Das Rätsel der Uranwürfel".

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Im Sommer 2013 fand ein Würfel aus Uran mit circa fünf Zentimeter Seitenlänge und einem Gewicht von etwa fünf Pfund seinen Weg zu uns an die University of Maryland. Als ob das plötzliche Erscheinen dieses ungewöhnlichen Metallwürfels nicht rätselhaft genug war, kam er mit einer Nachricht, die ­lautete: "Aus dem Reaktor, den Hitler zu bauen versuchte. Ein Geschenk von Ninninger."

Die Welt trat in das nukleare Zeitalter ein, als die Trinity-Bombe am 16. Juli 1945 in der Nähe von Alamogordo, New Mexico, detonierte. Das Manhattan-Projekt, in dem diese Bombe konstruiert wurde, entstand als Reaktion auf die Befürchtung, dass Wissenschaftler in Nazi-Deutschland an einer eigenen atomaren Waffe arbeiten. Der Würfel sollte offenbar ein Überbleibsel dieses gescheiterten Unterfangens darstellen.

Aber wie kam ein Stück Uran aus Deutschland 70 Jahre später nach Maryland? Wie viele von diesen Würfeln gibt es da draußen? Was ist mit dem Rest passiert? Wer ist Ninninger? Auf der Suche nach Antworten auf all diese Fragen haben wir einige neue Erkenntnisse über das deutsche Atomprogramm selbst gewonnen. Die wohl weitreichendste ist: Die Deutschen hätten tatsächlich einen Atomreaktor bauen können.

Unsere Untersuchung der Herkunft des Würfels begann mit dem Offensichtlichen. Der Hinweis "Aus dem Reaktor, den Hitler zu bauen versuchte" bezog sich zweifellos auf das Kernforschungsprogramm, das deutsche Wissenschaftler während des Zweiten Weltkriegs durchgeführt haben. An diesem Forschungsprogramm waren mehrere deutsche Physiker beteiligt; der vielleicht bekannteste war Werner Heisenberg.

Deutsche Kernforscher an drei Standorten

Anstatt unter zentraler Leitung so zusammenzuarbeiten, wie es die Wissenschaftler des Manhattan-Projekts schließlich tun würden, wurden die deutschen Kernforscher in drei Gruppen eingeteilt, die jeweils eine eigene Experimentserie durchführten. Jede Gruppe wurde nach der Stadt benannt, in der die Experimente stattfanden: Berlin (B), Gottow (G) und Leipzig (L). Obwohl die Deutschen ihre Arbeit bereits 1941 – fast zwei Jahre vor Beginn der ernsthaften US-Bemühungen – begannen, waren ihre Fortschritte jedoch extrem langsam.

Im Winter 1944, als die Alliierten ihre Invasion in Deutschland begannen, versuchten die deutschen Kernforscher immer noch verzweifelt, einen Reaktor zu bauen, in dem eine sich selbst erhaltende Kernspaltung ablief. Ohne die immensen Fortschritte des Manhattan-Projekts zu kennen, hofften die Deutschen, dass sie, obwohl sie mit ziemlicher Sicherheit den Krieg verlieren würden, auf diese Weise wenigstens den Ruf ihrer Wissenschaft zu retten.

Um ihre Versuche fortsetzen zu können, wurden die von Heisenberg geleiteten Berliner Reaktorversuche nach Süddeutschland verlegt. Sie landeten schließlich in einer Höhle ­unter einem Schloss in der kleinen Stadt Haigerloch in der Schwäbischen Alb.

In diesem Höhlenlabor baute Heisenbergs Team sein letztes Experiment: B-VIII, das achte Experiment der Berliner ­Gruppe. Heisenberg beschrieb den Aufbau des Reaktors in seinem 1953 erschienenen Buch "Nuclear Physics": Der experimentelle Kernreaktor umfasste 664 Uranwürfel mit einem Gewicht von jeweils etwa fünf Pfund. An 78 Aluminiumkabeln hingen die Würfel zu Ketten aufgereiht am Deckel eines Kessels, der mit schwerem Wasser geflutet wurde. Der Kessel war von einer ­ringförmigen Wand aus Graphit umgeben, das die bei der ­Kernspaltung frei werdenden Neutronen reflektieren sollte. ­Diese Konfiguration war das beste Design, das das deutsche Programm erreicht hatte, aber sie reichte nicht aus, um eine ­selbsttragende Kernspaltung und somit einen kritischen Reaktor zu betreiben.

Unser Würfel war Teil von Heisenbergs B-VIII-Experiment. Die Flächen des Würfels enthalten große Hohlräume aus Blasen, die sich bei einem Grobgussverfahren gebildet haben. Diese Eigenschaften stehen im Einklang mit den frühen Uranaufbereitungsmethoden, bei denen die Metallkomponenten einzeln gegossen wurden.

Zwei der Kanten des Würfels haben Kerben, die sorgfältig von Hand gefeilt wurden. Sie hätten als Schienen gedient, um das Kabel zu halten, mit dem die Würfel im B-VIII-Aufbau aufgehängt wurden.

Wir haben zerstörungsfreie analytische Techniken und nu­kleare Forensik am B-VIII-Reaktorwürfel eingesetzt, um seine Identität genauer zu bestätigen. Die hochauflösende Gamma­strahlenspektroskopie des Würfels zeigte, dass seine Zusammensetzung die von Natururan ist, das nicht abgereichert oder angereichert ist. Die Spektroskopie bestätigte auch, dass der ­Uranwürfel nie Teil eines Reaktors war, der die Kritikalität ­erreichte; er enthielt keine verräterischen Spaltprodukte wie beispielsweise Cäsium-137. Beide Ergebnisse stimmen mit dem überein, was über das im B-VIII-Reaktorbetrieb verwendete Uran dokumentiert wurde, was uns zu dem Schluss führt, dass es sich bei dem Würfel tatsächlich um einen authentischen aus Heisenbergs Experiment handelt.

Die Mission Alsos

Die nächste Frage war, wie eine Komponente des deutschen Kernreaktor-Experiments auf der Westseite des Atlantiks landete. Die Antwort liegt in einem gut untersuchten und ausführlich dokumentierten Aspekt der Geschichte des Zweiten Weltkriegs: der Mission Alsos.

Als die alliierten Streitkräfte 1944 in das von Deutschland besetzte Gebiet vorstießen, befahl Leslie Groves, Kommandant des Manhattan-Projekts, eine verdeckte Mission mit dem Namen Alsos (griechisch für „Haine“). Sie sollte Informationen über den Stand des deutschen Wissenschaftsprogramms sammeln – aus allen wissenschaftlichen Disziplinen von der Mikro­skopie bis zur Luftfahrt. Ihre drängendste Aufgabe war zu erfahren, wie weit deutsche Physiker bei der Erforschung von Kernreaktionen gekommen waren.

Als die Alliierten in Süddeutschland einmarschierten, ­bauten Heisenbergs Wissenschaftler B-VIII schnell ab. Die ­Uranwürfel wurden in einem nahe gelegenen Feld vergraben, das schwere Wasser wurde in Fässern versteckt, und einige der bedeuten­deren Dokumente wurden in einer Latrine versteckt. Als das Alsos-Team Ende April 1945 in Haigerloch ankam, wurden die an dem Experiment beteiligten Wissenschaftler verhaftet und verhört. Heisenberg selbst war bereits auf einem Fahrrad im Schutz der Nacht mit fünf Uranwürfeln im Rucksack nach ­Osten geflüchtet.

Am 27. April 1945 wurden die restlichen 659 Uranwürfel ausgegraben und zusammen mit dem Schwerwasser nach Paris und später unter der Kontrolle des Combined Development Trust in die USA verschifft. Das CDT war eine zuvor von ­Groves zwischen den USA und Großbritannien gegründete kollaborative Organisation, um zu verhindern, dass feindliche Länder wie die Sowjetunion genügend Kernmaterial für die Entwicklung eines eigenen Atomprogramms erhalten.

Das Design des Kernreaktors hätte funktionieren können

Wenn diese Würfel in die USA verschifft wurden, was geschah dann mit ihnen, nachdem sie angekommen waren? Die offensichtlichste Verwendung für große Mengen an natürlichem Uranmetall zu dieser Zeit war die Waffenanreicherung am Oak Ridge National Laboratory. Doch angesichts des makellosen Zustands unseres Würfels muss etwas anderes passiert sein. Vielleicht fanden nach der Ankunft in New York einige Würfel ihren Weg in die Hände eines oder mehrerer Beamter des Manhattan-Projekts als Kriegsbeute. Der Versuch festzustellen, wer unseren Würfel und andere wie ihn verteilt haben könnte, ­führte uns zu den National Archives am College Park, Maryland, wo wir eine weitere Facette der Geschichte entdeckten.

Heisenberg selbst schrieb 1953: "Die Apparatur war noch ­etwas zu klein, um eine Kernspaltungsreaktion unabhängig ­aufrechtzuerhalten, aber eine leichte Vergrößerung hätte ausgereicht, um den Prozess der Energieerzeugung zu starten." ­Diese Aussage bestätigte kürzlich eine Monte-Carlo-Simula­tion des B-VIII-Reaktorkerns. Sie zeigte, dass die Analyse der Deutschen korrekt war: Der Reaktorkern hätte mit dieser Menge an Uran und seiner Konfiguration keine selbsttragende Kernspaltung erreichen können. Aber das Design hätte funktionieren können, wenn die Deutschen 50 Prozent mehr Uranwürfel verwendet hätten. Viele Wissenschaftler haben daher lange Zeit gedacht, dass die deutschen Wissenschaftler unmöglich einen funktionierenden Kernreaktor hätten bauen können, weil sie nicht genug Uran hatten.

Wohin gingen die Uranwürfel aus Haigerloch hin?

Doch auf der Suche nach Informationen darüber, wohin die 659 Haigerloch-Würfel gingen, stießen wir im Nationalarchiv auf Informationen, die diese Vermutung widerlegen. Wir ­fanden eine Box mit der Bezeichnung "Deutsches Uran", die ­Hunderte von kürzlich freigegebenen Dokumenten enthielt, in denen über andere Uranwürfel in Deutschland diskutiert wurde. Etwa 400 weitere Würfel in exakter Größe und Form der Haigerlocher befanden sich demnach in Deutschland als Teil eines anderen, später aufgegebenen Reaktorversuchs unter der Leitung von Kurt Diebner von der Gottow-Experimentiergruppe. Das kombinierte Inventar wäre mehr als ausreichend gewesen, um im B-VIII-Reaktor Kritikalität zu erreichen.

Diese Würfel befeuerten nach dem Krieg einen Schwarzmarkt für Uran in ganz Osteuropa. Da die Alliierte Kontrollkommission deutschen Bürgern verbot, auch nur kleinste Mengen an Uran zu besitzen, nahmen die Schwarzmarkthändler an, dass die Würfel eine Seltenheit seien und gingen ein ­erhebliches persönliches Risiko ein, um sie zu verkaufen. Aus Archivdokumenten geht hervor, dass US-Beamte alle paar Monate ­obskure Briefe mit entsprechenden Angeboten erhielten. Einer ging etwa an den Leiter der Atomenergiekommission, David Lilien­thal, in dem Würfel für Hunderttausende von Dollar angeboten wurden, damit sie nicht an Unternehmen verkauft würden, die „nicht als sonderlich freundlich für die Vereinigten Staaten ­angesehen werden“. Da die USA zu diesem Zeitpunkt über ­genügend Uranerz verfügten, konterten sie diese Angebote in der Regel mit dem üblichen Preis für Rohuran, der etwa sechs Dollar pro Pfund betrug. Das Nationalarchiv ist vollgepackt mit solchen fantastischen Geschichten von Betrügern und Schmugg­lern, die versuchten, aus dem Handel mit Schwarzmarkt-Uran Gewinn zu erzielen.

Eine dieser Geschichten handelt beispielsweise von den Deutschen Helmut Goltzer und Gisela Nitzke, die 1952 wegen des Besitzes eines Uranwürfels verhaftet und zu lebenslanger Haft verurteilt wurden. Dem Zeitungsartikel über die Verhaftung sind Fotos beigefügt, und auf ihnen sieht das aus ihrer Wohnung entnommene Uran nahezu genauso aus wie der in unserem Besitz befindliche Würfel. Als der Physiker Max von Laue während des Prozesses von dem beschlagnahmten Uran hörte, schrieb er einen Brief an einen gewissen Herrn Bierman, in dem er darum bat, den Würfel für seine Forschung in Besitz zu nehmen, da er "unwiederbringlichen Wert darstellte, da Uran, wie Sie wissen, in Deutschland nicht gekauft werden konnte".

Die Dokumente im Nationalarchiv deuten auch darauf hin, dass die Mehrheit der Würfel schließlich in der Sowjetunion landeten. Gordon Arneson, Sonderassistent des Außenministers, erklärte in einer Mitteilung von 1953, dass jedes Mal, wenn „uns ein Angebot von einem Kilogramm oder zwei von U-235 für etwa eine Million Dollar unterbreitet wird, die Gefahr besteht, dass die Materialien in die UdSSR verkauft werden, wenn die USA sie nicht kaufen. Es scheint, dass sich schließlich eine solche Bedrohung materialisiert hat.“ Was mit den Würfeln bei ihrer Ankunft in der Sowjetunion passiert ist, ist unbekannt.

"Geschenk von Ninninger"

Auch zu unserem Würfel bleiben offene Fragen: Wenn er nicht in Oak Ridge verarbeitet wurde, wo war er dann in den letzten 70 Jahren, und gibt es noch mehr da draußen? Der zweite Satz auf der Notiz, die bei unserem Würfel war, "Geschenk von Ninninger", lieferte einige Hinweise, aber nur wenig Antworten. Ein bizarrer Glücksfall, der für Wissenschaftler fast zu gut ist, um daran zu glauben, brachte uns jedoch weiter. Timothy Koeth stöberte einige Tage nach Erhalt des Würfels in einem Gebrauchtwarenladen herum. Und dort stieß er auf ein Buch: "Minerals for Atomic Energy" von Robert D. Nininger, das 1954 veröffentlicht wurde.

Trotz des offensichtlichen Schreibfehlers im Namen muss der Autor der Mann sein, auf den in der Notiz verwiesen wird. Obwohl Robert Nininger 2004 in Rockville, Maryland, starb, bestätigte ein kurzer Telefonanruf bei seiner Witwe unseren Verdacht. Nininger hatte den Würfel anscheinend einem Freund gegeben, und er wechselte noch einmal den Besitzer, bevor er zu uns kam. Im März 1945, nur einen Monat vor der Beschlagnahme von Materialien durch Alsos in Haigerloch, wurde Nininger zum Interim Property Manager für die Murray Hill Area des Manhattan-Projekts in New York City ernannt. Die Murray Hill Area beaufsichtigte die Uranbeschaffung des CDT. So war Murray Hill wahrscheinlich der Ort, an den die Würfel aus Europa geliefert wurden.

Zehn weitere Würfel in privaten und öffentlichen Sammlungen wurden im ganzen Land identifiziert. Einen hat etwa die Smithsonian Institution in ihrer Sammlung neben Uranschlamm aus dem Chicagoer Pile-1-Reaktor. Beides wird in Washington, D.C., in einer massiven Einrichtung gelagert, die an einen Indiana-­Jones-Film erinnert. Jeder Würfel hat eine andere Geschichte, doch die meisten dieser Geschichten sind unvollständig. Wir hoffen, dass wir schließlich alle Würfel und ihre Geschichten auf eine gemeinsame Quelle zurückführen können.

Denn die Würfel repräsentieren nicht nur eine vergangene Ära der Wissenschaft, als die Forschung gerade begann, die subatomare Welt zu entdecken. Sie haben auch eine ­monumentale Rolle in der Geschichte gespielt. Die Würfel und die Wissenschaft, die sie repräsentieren, prägen auch Jahrzehnte später noch das moderne Leben.

Am wichtigsten ist jedoch, dass die Geschichte der Würfel die Geschichte eines wissenschaftlichen Versagens ist. Wenn auch eines Versagens, das es wert ist, gefeiert zu werden. Das Experiment, das von einigen der größten wissenschaftlichen Köpfe dieser Zeit entworfen wurde, funktionierte nicht. Zum Glück für uns ließen der wettbewerbsorientierte Ansatz und die begrenzten Ressourcen des deutschen Kernforschungs­programms Heisenberg und seine Kollegen scheitern. In der Wissenschaft wie auch in anderen grundlegenden mensch­lichen Bestrebungen tun wir gut daran, uns daran zu erinnern, dass wir nur dann wirklich am besten sind, wenn wir unsere Differenzen beiseitelegen und zusammenarbeiten.

Timothy Koeth ist außerordentlicher Forschungsprofessor. Miriam Hiebert ist Doktorandin. Beide arbeiteten zum Zeitpunkt der Veröffentlichung (MIT Technology Review 11/2019) an der Fakultät für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen der University of Maryland.

(jle)