Under andra världskriget, Nazityskland och USA tävlade för att utveckla kärnteknik. Innan Tyskland kunde lyckas, Allierade styrkor störde programmet och beslagtog några av kuberna av uran i hjärtat av det. Det ultimata ödet för det mesta uranet är okänt, men några kuber som tros vara associerade med programmet finns i USA och Europa. I dag, forskare rapporterar initiala resultat från nya metoder som utvecklats för att bekräfta deras ursprung. Teknikerna kan också hjälpa till med undersökningar av olaglig handel med kärnämne.

Forskarna kommer att presentera sina resultat på höstmötet i American Chemical Society (ACS).

En kub är vid Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), men ingen är säker på hur det kom dit, säger Jon Schwantes, Ph.D., projektets huvudutredare. Genom samarbetspartners, inklusive Timothy Koeth, Ph.D., vid University of Maryland, labbet har också tillgång till några andra kuber. "Vi vet inte med säkerhet att kuberna är från det tyska programmet, så först vill vi fastställa att "Schwantes säger." Sedan vill vi jämföra de olika kuberna för att se om vi kan klassificera dem enligt den specifika forskargrupp som skapade dem. "

I början av 1940-talet flera tyska forskare tävlade om att utnyttja kärnklyvning för att producera plutonium från uran för kriget. Lagen inkluderade Werner Heisenbergs grupp i Berlin (flyttade senare till Haigerloch för att försöka undvika allierade trupper) och Kurt Diebners lag vid Gottow. Urankuber producerades för att driva kärnreaktorer på dessa platser. Mäter ca 2 tum på varje sida, hundratals kuber hängdes på kablar nedsänkta i "tungt" vatten, där deuterium ersätter lättare väte. Forskarna hoppades att radioaktivt sönderfall av uran i församlingarna skulle släppa loss en självbärande kärnkedjereaktion-men designen misslyckades.

USA och brittiska styrkor tog beslag på några av Heisenbergs uranbitar vid Haigerloch 1945, och mer än 600 av dessa kuber skickades till USA. Vissa kan ha använts i USA:s kärnvapensatsning – som lanserades delvis på grund av rädsla för att Tyskland utvecklade kärnvapen – och några tillhör samlare och platser inklusive PNNL. Var de andra bor, inklusive hundratals Diebner -kuber, är okända.

PNNL använder sitt prov för att utbilda internationella gränsbevakningar och kärntekniska forskare för att upptäcka kärnämne. Det är märkt som en Heisenberg -kub, men stödet för det påståendet är anekdotiskt, säger Brittany Robertson, som presenterar arbetet vid ACS hösten 2021. "Vi hade inga faktiska mätningar för att säkerhetskopiera det påståendet, säger Robertson, en doktorand som arbetar på labbet. För att bevisa kubens ursprung, hon började modifiera några analytiska tekniker för att kombinera med Schwantes etablerade kriminaltekniska metoder. Robertson vände sig till radiokronometri, kärnfältets version av en teknik som geologer använder för att bestämma ålder på prover baserat på radioaktivt isotopinnehåll.

När kuberna först kastades, de innehöll ganska ren uranmetall. Allteftersom tiden gick, radioaktivt sönderfall förvandlade en del uran till torium och protaktinium. Robertson anpassar en radiokronometriprocedur för att bättre separera och kvantifiera dessa element i PNNL:s kub. Deras relativa koncentrationer kommer att visa hur länge sedan kuben gjordes. Hon förädlar också denna metod för att analysera föroreningar av sällsynta jordartsmetaller i föremålet. De kunde avslöja var det ursprungliga uranet bröts, vilket kan indikera om det producerades för Heisenberg- eller Diebner -gruppen.

Under tiden, Robertson och Schwantes samarbetar med PNNL:s Carlos Fraga, Ph.D., för att testa kubernas beläggningar, som tyskarna tillämpade för att begränsa oxidationen. PNNL-teamet upptäckte nyligen att kuben vid University of Maryland är belagd med styren-ett oväntat fynd sedan Heisenbergs grupp använde en cyanidbaserad beläggning. Dock, teamet har nu fått veta att några av kuberna från Diebners grupp, som använde en styrenbaserad beläggning, skickades till Heisenberg, som försökte samla mer bränsle till sin reaktor. "Vi är nyfikna på om just den här kuben var en av dem som är associerade med båda forskningsprogrammen, "Säger Schwantes." Dessutom, det här är en möjlighet för oss att testa vår vetenskap innan vi tillämpar den i en verklig kärnteknisk kriminalteknisk utredning."

Medan forskarna är nyfikna på att arbeta med material från början av kärnkraftsåldern, dessa föremål är onekligen kopplade till en hemsk tid i historien. "Jag är glad att det nazistiska programmet inte var så avancerat som de ville att det skulle vara i slutet av kriget, "Robertson säger, "för annars, världen skulle vara en helt annan plats."