Bekræftelse af stamtavlen for urankuber fra Nazitysklands mislykkede atomprogram

Under Anden Verdenskrig, Nazityskland og USA var kapløb om at udvikle nuklear teknologi. Før Tyskland kunne lykkes, Allierede styrker afbrød programmet og konfiskerede nogle af urankuberne i hjertet af det. Den ultimative skæbne for det meste af det uran er ukendt, men et par kuber, der menes at være forbundet med programmet, er i USA og Europa. I dag, videnskabsmænd rapporterer indledende resultater fra nye metoder, der er under udvikling for at bekræfte deres herkomst. Teknikkerne kan også hjælpe med efterforskning af ulovlig handel med nukleart materiale.

Forskerne vil præsentere deres resultater på efterårsmødet i American Chemical Society (ACS).

En terning er på Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), men ingen er sikker på, hvordan det kom dertil, siger Jon Schwantes, Ph.D., projektets hovedefterforsker. Gennem samarbejdspartnere, herunder Timothy Koeth, Ph.D., ved University of Maryland, laboratoriet har også adgang til et par andre kuber. "Vi ved ikke med sikkerhed, at kuberne er fra det tyske program, så først vil vi slå fast, "Siger Schwantes. "Så vil vi sammenligne de forskellige terninger for at se, om vi kan klassificere dem efter den særlige forskningsgruppe, der har skabt dem."

I begyndelsen af ​​1940'erne, flere tyske videnskabsmænd konkurrerede om at udnytte nuklear fission til at producere plutonium fra uran til krigen. Holdene omfattede Werner Heisenbergs gruppe i Berlin (senere flyttet til Haigerloch for at forsøge at undgå allierede tropper) og Kurt Diebners hold ved Gottow. Uran terninger blev produceret til at brænde atomreaktorer på disse steder. Måler omkring 2 tommer på hver side, hundredvis af kuberne blev hængt på kabler nedsænket i "tungt" vand, hvor deuterium erstatter lettere brint. Forskerne håbede, at radioaktivt henfald af uran i samlingerne ville udløse en selvbærende nuklear kædereaktion - men designet mislykkedes.

Amerikanske og britiske styrker beslaglagde nogle af Heisenberg-urankuberne ved Haigerloch i 1945, og mere end 600 af disse terninger blev sendt til USA. Nogle kan være blevet brugt i den amerikanske atomvåbenindsats - som blev lanceret delvist på grund af frygt for, at Tyskland udviklede atomvåben - og nogle få tilhører samlere og steder, herunder PNNL. De andres opholdssted, inklusive hundredvis af Diebner terninger, er ukendte.

PNNL bruger sin prøve til at hjælpe med at uddanne internationale grænsevagter og nuklear forensiske forskere til at opdage nukleart materiale. Det er mærket som en Heisenberg-terning, men støtte for den påstand er anekdotisk, siger Brittany Robertson, som præsenterer værket på ACS Fall 2021. "Vi havde ikke nogen egentlige målinger til at understøtte den påstand, " siger Robertson, en ph.d.-studerende, der arbejder på laboratoriet. For at bevise kubens oprindelse, hun begyndte at ændre nogle analytiske teknikker til at kombinere med Schwantes' etablerede retsmedicinske metoder. Robertson vendte sig til radiokronometri, atomfeltets version af en teknik, som geologer bruger til at bestemme alderen på prøver baseret på indhold af radioaktive isotoper.

Da terningerne først blev støbt, de indeholdt ret rent uranmetal. Som tiden gik, radioaktivt henfald omdannede noget af uranet til thorium og protactinium. Robertson tilpasser en radiokronometriprocedure for bedre at adskille og kvantificere disse elementer i PNNL's terning. Deres relative koncentrationer vil vise, hvor længe siden kuben blev lavet. Hun forfiner også denne metode til at analysere sjældne jordarters urenheder i objektet. De kunne afsløre, hvor det oprindelige uran blev udvundet, hvilket kunne indikere, om det var produceret til Heisenberg- eller Diebner-gruppen.

I mellemtiden Robertson og Schwantes samarbejder med PNNLs Carlos Fraga, Ph.D., at teste kubernes belægninger, som tyskerne anvendte for at begrænse oxidationen. PNNL-teamet opdagede for nylig, at terningen ved University of Maryland er belagt med styren - et uventet fund, da Heisenbergs gruppe brugte en cyanidbaseret belægning. Imidlertid, holdet har nu erfaret, at nogle af kuberne fra Diebners gruppe, som brugte en styren-baseret belægning, blev sendt til Heisenberg, som prøvede at samle mere brændstof til sin reaktor. "Vi er spændte på, om netop denne terning var en af ​​dem, der var forbundet med begge forskningsprogrammer, " siger Schwantes. "Også, dette er en mulighed for os til at teste vores videnskab, før vi anvender den i en egentlig nuklear retsmedicinsk efterforskning."

Mens forskerne er fascineret af at arbejde med materiale fra atomalderens begyndelse, disse genstande er unægtelig knyttet til en forfærdelig tid i historien. "Jeg er glad for, at det nazistiske program ikke var så avanceret, som de ønskede, at det skulle være ved krigens afslutning, " siger Robertson, "fordi ellers verden ville være et meget andet sted."