Un’ulteriore limitazione al processo di fabbricazione della bomba da parte dei tedeschi, venne dagli esperimenti di Heisenberg sui primi reattori a fissione. Come già sottolineato, Heisenberg si era interessato alla possibilità di progettare un reattore già dal 1939. I primi che riuscì a realizzare, furono del 1942. Un prototipo, detto a sandwich, era costituito da lastre tra loro parallele, contenenti ossido di uranio U3O8 tra loro alternate e immerse in acqua pesante. Per migliorarne l’efficienza, tale schema fu perfezionato da Heisenberg sostituendo le lastre piane con gusci concentrici sferici di ossido di uranio immersi in acqua pesante. Il prototipo era una sfera di 700 chilogrammi con un diametro di 80 centimetri, in cui una piccola sorgente di radio-berillio poteva essere iniettata attraverso un cunicolo. La sorgente di radio-berillio funziona come emettitore di neutroni: il berillio infatti, assorbendo particelle alfa emesse dal radio, emette a sua volta neutroni e può dare inizio al processo a catena.
Ra -> Rn + alfa
Be + alfa -> C + n
Questi primi reattori, detti L-IV, iniziarono a mostrare da subito i loro limiti e durante le prime prove a provocare incidenti. L’uranio è infatti piroforico e, interagendo con l’ossigeno dà luogo a combustioni. Un incidente di questo tipo si verificò quando un po’ di polvere di uranio fuorisucì nella fase di iniezione nel reattore. La polvere a contatto con l’atmosfera si incendiò, dando vita a fiamme alte 8 metri. Si trattò di un’esplosione chimica che però diffuse uranio nei laboratori in cui venne effettuata la prova. Taluni individuano in questo il primo incidente nucleare.
Schematizzazion e prototipo del primo reattore tedesco a sandwich (Heisenberg) (immagine tratta da doi.org/10.3390/jne2010002, D. C. I.)
Nel giugno 1942 si verificò una seconda fuoriuscita di uranio nella vasca d’acqua in cui la sfera era tenuta per essere raffreddata. L’uranio, ossidandosi, liberò atomi di idrogeno che interagendo con l‘atmosfera, non appena la sfera fu tolta dall’acqua per essere esaminata, produssero un’esplosione. Venne così utilizzata dell’acqua per sedare l’incendio, che a sua volta a contatto con l’uranio generò un’ulteriore combustione incrementando l’incendio con fiamme alte 6 metri. Questi inconvenienti determinarono l’interruzione del progetto di Heisenberg che non poté portarlo a Berlino, come inizialmente previsto e fu costretto a continuare in solitudine il progetto.
Una dettagliata analisi delle ragioni che non consentirono al regime nazista di costruire una bomab nucleare si trovano nell’articolo qui linkato.