Na manhã de 16 de julho de 1945, no deserto do Novo México, os Estados Unidos realizaram a primeira detonação nuclear da história. O teste, chamado Trinity, foi uma demonstração inédita do poder destrutivo que agora estava nas mãos americanas. A Alemanha já havia se rendido, mas a guerra seguia no Pacífico, e o Projeto Manhattan, o programa americano de armas nucleares, finalmente cumprira seu objetivo: desenvolver uma bomba atômica de verdade. O modelo testado ali era o mesmo que devastaria a cidade de Nagasaki menos de um mês depois.
Começava assim a chamada Era Atômica. Nas décadas seguintes, a disputa pelo poder do átomo estaria no centro de grande parte das tensões entre os EUA e a União Soviética, durante a Guerra Fria.
É curioso pensar que os americanos passaram metade da guerra imaginando que o seu programa nuclear precisava, na verdade, correr atrás do prejuízo. Criado em 1942, o Projeto Manhattan foi uma resposta ao programa nuclear da Alemanha Nazista, o Uranprojekt, que desde 1939 já vinha experimentando com a fissão nuclear (a reação nuclear que dá energia aos reatores nucleares e faz as bombas explodirem, explicada em mais detalhes abaixo).
Contudo, como a história mostrou, as ambições atômicas do Reich não foram muito longe. A principal aposta do Uranprojekt era um reator nuclear funcional, etapa indispensável para produzir plutônio, uma das duas rotas possíveis até a bomba. (A outra é enriquecer urânio, que dispensa reatores.) Só que os avanços foram muito lentos, e o programa perdeu a prioridade entre os investimentos de guerra do governo alemão em 1942. Depois disso, a ideia de uma bomba nuclear nazista virou assunto de ficção especulativa.
Se as pesquisas não tivessem freado, teriam os nazistas sido capazes de criar suas próprias bombas atômicas?
A resposta, segundo um novo estudo publicado no periódico PNAS Nexus, é não, ao menos pela rota do reator: com o urânio e água pesada de que dispunha, a Alemanha não conseguiria fazer seus reatores atingirem a criticalidade, isto é, sustentar uma reação em cadeia. As evidências disso estão em cubos de urânio recuperados do programa nuclear nazista, que sobreviveram ao tempo e foram encontrados nos Estados Unidos, onde passaram pela nova análise.
O urânio é a principal matéria-prima dos reatores nucleares. Na natureza, ele existe em duas versões, chamadas isótopos: o urânio-238, que forma cerca de 99,3% do total, e o urânio-235, que representa só 0,7%. Mas é esse pedacinho raro, o urânio-235, que importa: seu núcleo se parte ao absorver um único nêutron , uma partícula minúscula que existe dentro dos átomos. Esse processo é a fissão nuclear.
Quando o núcleo se parte, libera muita energia e se divide em dois pedaços menores, que lançam em média 2,4 novos nêutrons. Esses nêutrons podem atingir outros átomos de urânio-235 e provocar novas fissões, num efeito dominó. Numa bomba, esse efeito dominó dispara de forma descontrolada, em frações de segundo. Já num reator, ele é mantido sob controle, com as fissões acontecendo num ritmo constante e a energia saindo aos poucos.
Para que isso aconteça, é preciso atingir a chamada criticalidade: o ponto em que cada fissão provoca, em média, exatamente uma nova fissão, e a reação passa a se sustentar sozinha. É esse estado que dá energia aos reatores nucleares. Alcançá-lo exige uma quantidade mínima de material físsil, a “massa crítica”, que não é um número fixo: ela depende do formato do conjunto, da pureza do urânio e dos materiais ao redor, como o moderador e o refletor de nêutrons.
Atingida a criticalidade, o reator ainda serviria a um segundo propósito. Parte dos nêutrons é capturada pelo urânio-238, que se transforma em plutônio-239, um material que pode ser separado quimicamente e usado no núcleo de bombas atômicas. Por isso, acumulando urânio suficiente, os alemães poderiam usar seus reatores para produzir plutônio.
O último reator experimental produzido pelos nazistas foi o B8, construído em um laboratório na cidade de Haigerloch. Ele consistia de 664 cubos de urânio suspensos e imersos em um tanque de água pesada – que, diferente da água normal, tem átomos de hidrogênio com um nêutron a mais (os chamados deutérios) e consegue desacelerar os nêutrons soltos, facilitando a fissão nuclear. Além disso, o B8 também era revestido por uma camada de grafite, que refletia os nêutrons de volta para o material físsil.
Mas o reator B8 nunca atingiu a criticalidade. E, para Werner Heisenberg, o físico que liderou o programa nuclear alemão, foi por pouco. “O material disponível em Haigerloch era insuficiente por pouco para atingir a [criticalidade]. Uma quantidade relativamente pequena de urânio teria, com toda probabilidade, sido suficiente”, escreveu em um artigo da Nature em 1947.
Agora, pesquisadores contestam essa ideia. De acordo com a nova análise, nem reunindo todo o estoque de urânio em posse da Alemanha, haveria o suficiente para fazer o reator funcionar.
Para entender o quão longe os nazistas realmente estavam de construir a bomba atômica, os cientistas olharam para a composição de dois cubos de urânio usados no reator B8. O primeiro foi encontrado em 2011, em um armário de arquivo; o outro, em 2013, largado na gaveta de um escritório na Universidade de Maryland, EUA, junto de uma nota dizendo: “Retirado do reator que Hitler tentou construir”.
O reator B8 foi desmontado em 1945, quando os exércitos dos Aliados avançaram sobre o território alemão. Nisso, alguns de seus cubos de urânio passaram a circular pelos mercados negros da Europa, enquanto outros foram parar nas mãos dos cientistas do Projeto Manhattan, nos Estados Unidos. Dos cerca de 1.100 cubos do Uranverein, só 14 são conhecidos hoje, em coleções particulares, universitárias e de museus.
A partir da densidade de um dos cubos, os cientistas descobriram a porosidade interna; a partir da composição isotópica do outro, confirmaram que o material era urânio natural. Somando essas medições com registros históricos da água pesada e do grafite no reator, o estudo pôde reproduzir um modelo com medidas de nêutrons compatíveis com as originais do B8.
Os limites do projeto ficaram claros. Para que um reator nuclear atinja uma reação em cadeia, a cada 100 nêutrons liberados por uma fissão, mais 100 deveriam ser gerados. No caso do B8, criavam-se apenas 94. Para resolver isso, os nazistas precisariam do dobro de urânio e 2,2 vezes a água pesada para colocar o reator em prática – muito além das quantidades indicadas nos cálculos de Heisenberg.
A água pesada, por sua vez, era escassa. Toda a produção da Europa vinha de uma fábrica na Noruega, controlada pelos alemães. Das cerca de 2,8 toneladas fabricadas durante a guerra, uma parte foi levada pelos franceses em 1940, outra se perdeu quando um reator experimental de Heisenberg explodiu, em 1942, e outra foi afundada por comandos noruegueses em 1944. Restou cerca de 1,8 tonelada para toda a Alemanha, e um reator capaz de funcionar pediria mais de 3.
Sobrava uma alternativa? Alguns historiadores acham que sim: os americanos construíram seu primeiro reator com grafite (o mesmo carbono do lápis), e os alemães deveriam ter feito igual. No B8, o grafite só refletia nêutrons de volta para o núcleo, mas o estudo simulou um reator hipotético em que ele fizesse o papel da água pesada. O resultado foi negativo, por causa do boro, uma impureza que absorve nêutrons como um ralo. O grafite alemão, feito de carvão mineral, tinha cerca de 3,4 partes de boro por milhão. O americano, feito de coque de petróleo e muito mais purificado, tinha 1,4. Com o material que a Alemanha realmente tinha, nenhum arranjo de urânio natural chegaria à criticalidade.
Em ambos os casos, a escassez de recursos era praticamente insuperável: a necessidade por urânio era 20% maior do que a quantidade total de urânio em posse do programa nuclear alemão, enquanto a demanda por água pesada ultrapassava os recursos disponíveis em 80%.
