Článek
Analýza archivních dokumentů VTU (1953):
Německý výzkum atomové energie a konstrukce jaderné zbraně .
Úvodní dokument představuje oficiální spisový přebal Vojenského technického ústavu (VTU), konkrétně 14/1. oddělení, datovaný do dubna roku 1953. Spis nese označení tajnosti (přeškrtnutá kolonka s označením důvěrnosti a tajnosti) a jednací číslo, které odkazuje na souběžně vyřízenou agendu pod č.j. 010243/E - 1953.
Hlavním věcným obsahem spisu jsou „Poznatky o atomické energii“ svázané se jménem Kloubík Vl. ing. Na straně jsou zachována schvalovací razítka a podpisy náčelníka skupiny (npor. Korbel), náčelníka oddělení a náčelníka odboru. Finální schválení spisu proběhlo 22. dubna 1953. V pravé části je červené kontrolní razítko z novodobé archivní prověrky s datem 11. března 2022, potvrzující provedení deklasifikace (odtajnění).
Strana 1 (Hodnocení vojenské kontrarozvědky – HS-VKR) Tento list obsahuje text psaný na stroji s rukopisnými korekturami, nadepsaný jako „1. HS VKR“ (Hlavní správa vojenské kontrarozvědky). Dokument hodnotí zpravodajský materiál o pokusech a konstrukci atomových pecí (reaktorů) v Německu, které byly československé straně předány v letech 1945–1946 pod č.j. 085009/14-1953.
Kontrarozvědka podrobuje německé materiály kritice. Uvádí, že některé pasáže jsou nejasné a vědecky nesprávné. Hlavní chybu spatřuje v německých snahách o urychlování neutronů v elektromagnetickém poli. Text správně poznamenává, že neutrony jakožto částice bez elektrického náboje na toto pole nereagují a jejich směr či rychlost nelze elektromagneticky ovlivnit. Zpravodajci vyvozují, že se ve skutečnosti muselo jednat o proces brzdění neutronů na termickou rychlost, kdy mají největší pravděpodobnost vyvolat štěpnou reakci. Závěrem VKR konstatuje, že i přes časový odstup (v roce 1953 již byly principy obecně známé) má elaborát vysokou studijní hodnotu pro pochopení konstrukce německých reaktorů a doporučuje jej předložit k prostudování ministerstvu národního obratu (MNO-VTH) plk. Ing. Pátkovi.
K textu je přiložena zpráva o 25 listech.
Strana 2 (Fyzikální základy a objev štěpení) Strana nadepsaná jako „Pokusy a poznatky vedoucí ke konstrukci atomové bomby v Německu“ uvádí historický přehled vědců, kteří na spontánním rozbíjení atomu pracovali: Hahn, Strassmann, Planck, Wagner, Westphal a Backe. Fyzikální text popisuje mechanismus ozařování Uranu 238 neutrony. Uran přijme jeden neutron, změní se na izotop 239 a následným rozpadem (emisí jednoho elektronu) se posouvá v periodické soustavě o jedno číslo výše na Neptunium (prvek 93) a dále na Plutonium (prvek 94). Text zmiňuje, že Hahn a Strassmann prováděli pokusy s těmito transurany. Při ostřelování uranu neutrony však vzniká i velké množství jiných radioaktivních jader, která byla původně považována za transurany, ale chemický rozbor ukázal, že jde o lehčí elementy (antimon, telur, selen, brom atd.). List je ve spodní části doplněn rukopisnými diagramy štěpných řetězců, které zobrazují rozpad Uranu 235 po záchytu neutronu na baryum (Ba) a krypton (Kr) za uvolnění dalších neutronů. Strana 3 (Mechanismus řetězové reakce a moderace) Text pokračuje popisem uvolňování vnitřní energie jádra. Vysvětluje, že protony v jádru se kvůli stejnému elektrickému náboji odpuzují a drží pohromadě jen s obtížemi. Stačí proto relativně malý vnější impuls (přívod energie v podobě neutronu), aby se jádro rozskočilo. Oba vzniklé úlomky uranového jádra od sebe letí velkou rychlostí, přičemž se jejich kinetická energie mění v energii tepelnou.
Klíčovým poznatkem strany je chování různých izotopů uranu. Rychlé neutrony uvolněné ze štěpení jsou pro udržení řetězové reakce v Uranu 238 nebo Thoriu neúčinné. Pro štěpení Uranu 235 je naopak nutné uvolněné neutrony zpomalit (zabrzdit). Jako nejúčinnější brzdící prostředek (moderátor) uvádí dokument obyčejnou vodu, v níž neutrony narážejí do stejně těžkých protonů vodíku a ztrácejí tím polovinu své energie a rychlosti. Obyčejná voda však vykazuje nevýhodnou vlastnost – neutrony sama pohlcuje.
Strana 4 (Využití těžké vody a kritická hmota) Kvůli parazitnímu pohlcování neutronů v obyčejné vodě dokument deklaruje, že pro řetězovou reakci se musí použít těžká voda (Deuterium). Text konstatuje, že izotop U 238 se pro řetězovou zbraň nehodí a izotop U 234 je v přírodním uranu zastoupen pouze z 0,006 %, což jeho využití vylučuje. Hlavní pozornost se proto soustředí na izolaci U 235, který je v přírodním uranu zastoupen pouze z 0,7 %. Při konstrukci atomové pece nebo bomby je nutné zvolit takový tvar tělesa, aby se zabránilo úniku (difuzi) neutronů ven z uranové hmoty. Z matematického hlediska je nejvýhodnější kulovitý tvar, kde je povrch vzhledem k objemu nejmenší. Aby mohl probíhat nepřetržitý proces štěpení, minimální průměr uranové koule (kritické množství) musí činit 40 cm.
Text zmiňuje, že v berlínském K. W. Institutu a v koncernu AEG byly testovány různé separační metody (elektrolytická, difuzní, hmotnostní spektroskopie), přičemž nejlepších výsledků bylo dosaženo kombinovanou difuzní a elektromagnetickou metodou.
Strana 5 (Termodynamická regulace a chlazení) Strana popisuje chování řetězové reakce v čase. Rozbitím U 235 se zdvojnásobuje počet neutronů, což vede k lavinovitému růstu tepelné energie. Dokument uvádí zajímavý fyzikální limit: jakmile tepelná energie dosáhne hodnoty 1000 °C, celá reakce se v důsledku tepelné roztažnosti materiálu automaticky zastaví. Aby se tomuto samovolnému přerušení předešlo, němečty vědci mísili U 235 s látkami schopnými absorbovat či zpomalovat neutrony (deuterium, kadmium, parafín) v přesně stanoveném poměru. Současně zavedli intenzivní chlazení celé reakční komory pomocí tekutého vzduchu. Dokument podotýká, že tento princip chlazení se pravděpodobně zachoval i v pozdějších amerických konstrukcích. Brzdění neutronů je tak definováno jako druhá nejdůležitější technická překážka při konstrukci atomové bomby.
Strana 6 (Přehled německých metod izolace Uranu 235) Tato strana přehledně sumarizuje a bodově hodnotí 10 metod, které němečtí vědci zkoušeli pro izolaci čistého izotopu U 235: •
Metoda I až V (Negativní výsledky): Elektrolytická metoda, frakcionovaná destilace, chemické výměnné reakce, rychlá difuze stupňovaná teplotou a fotochemická reakce skončily s negativním výsledkem. •
Metoda VI (Masový spektroskop): Přinesla určité výsledky i ve velkém měřítku, ale proces byl vyhodnocen jako velice pomalý. •
Metoda VII a VIII (Difuze a kanálové paprsky): Využití centrifugální síly a katodové roury přineslo neurčité či potvrzené dobré výsledky. •
Metoda IX (Katodové roury s elektromagnetem): Nejspěšnější německá metoda (později využitá i Američany). Využívala silný elektrický proud z dynama vedený přes speciální konstrukci cívky ponořené do tekutého vzduchu (později tekutého helia o teplotě -270 ° C\ . Tímto podchlazením se docílilo vytvoření magnetického pole, které bylo 5krát silnější než za normálních podmínek. Směs uranových plynů byla vedena nad magnetickým polem, kde došlo k odklonění a separaci jednotlivých izotopů. Pro plnění bomb se vyžadoval čistý U 235, případně směs s čistotou nad 82 %. •
Metoda X (Thermodifuzní metoda): Vykazovala buď negativní, nebo velmi slabé výsledky. Strana 7 (Provozní parametry a historická srovnání) V horní části list rekapituluje vlastnosti U 235: smíšen s obyčejnou vodou vyvíjí obrovskou energii, kterou lze přeměnit v páru. Následuje sekce poznámek s konkrétními čísly: • Množství U 235 použité při německých pokusech s atomovou bombou nikdy nepřesáhlo 28 gramů. •
Dokument obsahuje historickou poznámku o nasazení zbraní v Americe proti Japonsku (v textu jsou původní čísla škrtána a přepisována): uvádí hmotnost první bomby 3000 g a druhé 3500 g (dobové odhady/údaje VTU). V sekci „Podmínky k hladkému průběhu řetězové reakce“ se opakuje nutnost ozařovací komory o průměru 40 cm. Pokud by bylo výbušné těleso menší, většina neutronů by unikla bez užitku ven. Základním zákonem úspěšné reakce je, že každý zaniklý neutron musí vyprodukovat nejméně jeden nový neutron.
Strana 8 (Fyzikální rovnice deuteria a emise neutronů) Tato strana kombinuje text s matematicko-fyzikálními vzorci. Rozebírá reakci deuteria (těžké vody) jako zdroje neutronů pro bombardování uranu. Je zde uveden exaktní zápis reakce: \text{Proton }(1g) + \text{Neutron }(1g) = \text{Deutron }(1,9976g) + \text{kvantum } (0,0024g) Tento úbytek hmotnosti (0,0024\text{ g}) odpovídá uvolněné energii o velikosti 58 000 kWh.
Dále je popsána technická aparatura pro emisi neutronů z těžké vody. Emise se dosahuje bombardováním těžké vody pomocí elektronů vysílaných z běžného elektronového pramene (elektronové roury). Uvolněné neutrony jsou pomocí elektromagnetu a rotujícího magnetického pole uváděny do spirálního pohybu ve skleněné tubě, kde dosahují vysoké rychlosti. Po opuštění skleněné roury dopadají přímo na atomy U 235, čímž okamžitě startují řetězovou reakci. Celé zařízení se ovládá olověným stínítkem.
Strana 9 (Konstrukční schéma atomové bomby) Poslední strana dokumentu obsahuje finální technický rozpad zbraně. Předkládá taxativní seznam 20 základních konstrukčních prvků, ze kterých se německá atomová bomba skládala:
1. Plášť z Duralu 232
2. 4 stabilizátory (směrová křídla)
3. Houba s padákem
4. Čtyřnásobná vrtule / turbinový tvar (zřejmě náporový zapalovač či stabilizátor)
5. Elektrické Dynamo
6. Dva transformátory
7. Elektronová roura
8. Silný elektromagnet
9. Spiralová trubice
10.Trubice s deuteriem
11.Kruhové elektromagnetické pole
12.Skleněná výpadní roura pro neutrony
13.Olověné stínítko
14.Olověná komora s uranovou směsí
15.Chladicí komora s kapalným O_2 (kyslíkem)
16.Elektrická zápalka
17.Zdvihadlo olověného stínítka
18.Závěsná osa
19.Izolace ze skleněné vlny
20.Izolace Kadmia a Parafín
