O cubo de urânio de Heisenberg e o fracassado reator nuclear nazista

No verão boreal de 2013, o professor de ciência de materiais da Universidade de Maryland (EUA) e especialista em aceleração de partículas Tim Koeth recebeu um estranho presente de aniversário. Envolto em um papel marrom havia um cubo metálico de cor cinza quase negra de cinco centímetros de lado (125 cm3) e 2,4 quilos de peso. Não suspeitou do que era até ler o que estava no verso do papel e que traduzido do inglês significa: “Trazido da Alemanha, do reator nuclear que Hitler tentou construir. Presente de Ninninger”. Koeth dedicou boa parte dos últimos cinco anos a estudar o misterioso cubo e a história por trás dele. Sua conclusão é que a Alemanha chegou bem perto de desenvolver a energia nuclear.

A primeira coisa que Koeth fez foi averiguar quem era esse Ninninger. Mesmo morto há mais de uma década, localizou sua viúva para descobrir que durante a Segunda Guerra Mundial havia sido o responsável pelo armazenamento de urânio do Projeto Manhattan (de onde saiu a bomba atômica) em seu centro de Nova York. Por esse caminho chegou até Haigerloch, um pequeno povoado a 70 quilômetros de Stuttgart, no sudoeste da Alemanha, para onde foi de férias. Lá, em uma adega de cerveja hoje transformada em museu, o teórico quântico e prêmio Nobel de Física de 1932, Werner Heisenberg, levou seus laboratórios quando, no inverno europeu de 1944, as tropas Aliadas ameaçavam entrar em território alemão.

Werner Heisenberg levou seu reator nuclear a uma adega de cerveja diante da ofensiva final dos aliados

Pouco depois de, em 1939, três colegas alemães descobrirem a fissão nuclear e a enorme quantidade de energia que liberava, a agência de armamentos do Exército alemão (Heereswaffenamt, que construiu a poderosa máquina de guerra dos nazistas) recrutou os melhores físicos do país para que estudassem as possíveis implicações bélicas da descoberta. Após um ano de estudo teórico e experimentos, Heisenberg elaborou um relatório para a Heereswaffenamt no qual dizia que “a construção de uma bomba nuclear mediante a separação de isótopos de urânio e a produção de plutônio em um reator era, a princípio, factível, mas os dois caminhos precisariam de muitos anos. Estavam fora do alcance dos meios da Alemanha em tempos de guerra e provavelmente além das capacidades dos inimigos da Alemanha”, lembrou recentemente o físico Klaus Gottstein, que trabalhou com Heisenberg após a guerra.

Aparentemente, os nazistas acreditaram em Heisenberg e abandonaram a ideia da bomba. Na verdade, continuaram tentando obtê-la em uma série de experiências paralelas realizadas por um de seus físicos, Kurt Diebner, que até o final da guerra continuou fazendo testes com o urânio em Gotaw, em pleno centro da Alemanha. Enquanto isso, Heisenberg recebeu aprovação para pesquisar já sob controle civil, primeiro em Berlim e depois em Haigerloch, a geração de energia elétrica de base nuclear com o desenvolvimento de um reator. Trabalhava nisso quando os Aliados chegaram ao pequeno povoado alemão.

“Essa experiência foi a última tentativa e a que chegou mais perto de criar um reator nuclear autossustentável, mas não possuíam urânio suficiente no núcleo para consegui-lo”, diz Koeth, que conta sua peripécia histórico-científica no último número da revista do Instituto Americano de Física, Physics Today. A uranium machine de Heisenberg eram 664 cubos de urânio como o que foi dado a Koeth unidos por aço entrelaçado e suspensos em um tanque de água pesada (óxido de deutério), para moderar a reação, e tudo isso cercado por um anel de grafite. O aparelho se chamava B-VIII, foi a oitava tentativa e última experiência, que ocorreu em março de 1945, apenas um mês antes da chegada dos soldados norte-americanos. Mas como disse o físico alemão, faltava massa crítica. Os cubos eram de urânio-235, o único físsil e, portanto, com capacidade para provocar uma reação em cadeia de fissão nuclear.

Ainda que o reator estivesse meio desmontado quando os Aliados chegaram, sem a água pesada e os cubos de urânio escondidos, de seus estúdios e dos documentos recuperados de uma privada, os norte-americanos deduziram que, pelo menos ali, não havia nenhuma bomba nuclear e o reator sequer poderia gerar e manter uma reação controlada. Heisenberg reconheceu isso anos depois em um documento: “O aparelho ainda era muito pequeno para sustentar uma reação de fissão de maneira independente, mas um ligeiro aumento em seu tamanho poderia bastar para iniciar o processo de geração de energia”. Koeth traz o dado: “Foi calculado que o reator experimental de Haigerloch precisaria de 50% a mais de urânio para funcionar”.

O que chama a atenção é que os nazistas possuíam essa quantidade extra. Nos Arquivos Nacionais dos EUA, o professor norte-americano encontrou uma caixa chamada German Uranium. Dentro não havia muita informação sobre os 664 cubos de Heisenberg, dos quais foram recuperados 659 enterrados em um campo próximo. Mas encontrou diversos relatórios sobre outro lote de 400 cubos dos quais haviam perdido a pista. Eram o material usado por Diebner, rival e brigado com Heisenberg, nas experiências militares de Gotaw.

“Se os alemães tivessem concentrado seus recursos [como fez o Projeto Manhattan], em vez de mantê-los dispersos em experiências rivais, pode ser que tivessem conseguido desenvolver um reator nuclear funcional”, diz a pesquisadora da Universidade de Maryland e coautora da pesquisa, Miriam Hiebert.

Há 10 anos, um grupo de físicos italianos utilizou os escritos de Heisenberg sobre o experimento B-VIII e criou um modelo de até onde chegaram os alemães, vendo que estavam no caminho certo. “Ainda que o reator nuclear B-VIII ainda estivesse longe da criticidade (que é k=1, enquanto o B-VIII estava em torno de k=0,85), a distância até um reator autossustentável era pequena. Parece que os alemães tinham todos os elementos para calcular corretamente a massa crítica antes de desenvolver o reator. De certa maneira, é estranho como não chegaram à configuração correta”, diz o físico de partículas da Agência Italiana para as Novas Tecnologias, a Energia e Desenvolvimento Sustentável (ENEA) e principal autor da pesquisa, Giacomo Grasso.

"O verdadeiro problema foi a tentativa, de Heisenberg, de evitar ou de pelo menos atrasar o máximo possível que os nazistas tivessem o poder atômico"

A análise do cubo de Koeth mediante espectroscopia de raios gama mostra que não foi usado em nenhum reator que conseguisse a mencionada criticidade. E não é o único cubo que conta a mesma história. Em 2015, físicos do à época Instituto de Elementos Transurânicos, um centro de pesquisa em segurança nuclear ligado ao Centro Comum de Pesquisa (JRC) da UE, submeteram a uma profunda análise forense outro dos cubos de Heisenberg, esse encontrado nas proximidades de sua casa de verão nos anos 60.

Após determinar que o cubo foi produzido em setembro de 1943, viram que estava quase sem uso: “Não vemos nenhuma evidência (ou seja, produtos de fissão e níveis elevados de U-236 e Pu-239) que indiquem que o cubo tenha sido exposto a uma irradiação de nêutrons significativa. Não houve, portanto, reação em cadeia autossuficiente”, diz o principal autor da pesquisa e analista forense nuclear da direção de segurança nuclear do JRC, Klaus Mayer, que acrescenta: “Isso sugere que o programa alemão não estava próximo de obter um reator operacional”.

O que faltou a eles? Provavelmente não quiseram. É a opinião de Giacomo Grasso: “O verdadeiro problema foi a tentativa, de Heisenberg, de evitar ou pelo menos atrasar o máximo possível que os nazistas tivessem o poder atômico. Toda a comunidade científica da época estava surpresa pelo atraso mostrado pelos alemães em ter um programa nuclear. Evidentemente, ninguém pode dizer com segurança o que aconteceu e por que não conseguiram”.

Onde estão os outros cubos?

M.Á.C.

Dentro do Projeto Manhattan, os norte-americanos colocaram em andamento a Operação de Inteligência Alsos. Seu objetivo inicial era saber até onde haviam chegado os alemães no desenvolvimento da energia atômica e, portanto, da bomba. Com o desembarque em terras europeias, o objetivo se modificou: agora se tratava de reunir toda a documentação sobre o programa nuclear nazista e capturar os cientistas que participavam dele... antes que os soviéticos o fizessem.

Foram comandos da Operação Alsos os primeiros a chegar a Haigerloch e os que, em 27 de abril de 1945, localizaram 659 dos 664 cubos do reator de Heisenberg. Após uma escala em Paris, devem ter chegado em Nova York, onde Ninninger (ver acima) deve ter ficado com o que deram a Koeth. O professor acha que a maioria deve ter acabado como combustível para armas atômicas no Laboratório Nacional de Oak Ridge. Nesses cinco anos de investigação, entretanto, já encontrou uma dezena deles.

Mas cinco não estavam no buraco de Haigerloch. Provavelmente Heisenberg os levou. O genial físico fugiu de bicicleta de Haigerloch dois dias antes da chegada dos norte-americanos. Durante três dias pedalou até chegar em sua casa de verão, em Urfeld, ao sul da Baviera, a 320 quilômetros de distância. Lá esperava encontrar sua família e lá foi preso por membros do Alsos. 20 anos depois, crianças encontraram dois cubos como o de Koeth no leito de um rio próximo à casa. É o material analisado pelos forenses nucleares do JRC.

Em relação aos 400 cubos de Kurt Diebner, o rival de Heisenberg, o mais provável é que tenham sido levados à União Soviética.