Der Forschungsreaktor Haigerloch war eine deutsche Kernreaktor-Versuchsanlage. Sie wurde während der Endphase des Zweiten Weltkriegs Anfang 1945 in einem Felsenkeller im hohenzollerischen Haigerloch gebaut.
In diesem letzten Großversuch des Uranprojekts mit dem Namen B8 wurde eine nukleare Kettenreaktion durch Neutronenbeschuss von Uran in schwerem Wasser herbeigeführt und beobachtet. Die Kritikalität der Kettenreaktion wurde nicht erreicht; die Anlage war auch nicht für einen Betrieb im kritischen Zustand ausgelegt, und die heute für sie oft verwendete Bezeichnung Reaktor trifft deshalb nur eingeschränkt zu. Spätere Berechnungen ergaben, dass der Reaktor etwa die eineinhalbfache Größe hätte haben müssen, um kritisch werden zu können.
Die US-amerikanische Spezialeinheit Alsos fand die Anlage am 23. April 1945 und demontierte sie am folgenden Tag. Die beteiligten Wissenschaftler wurden gefangen genommen und die verwendeten Materialien in die Vereinigten Staaten ausgeflogen. Heute befindet sich am ehemaligen Standort des Reaktors das Atomkeller-Museum.
Vorgeschichte Vorangegangene Reaktorversuche mini|hochkant|Werner Heisenberg, ab 1942 Leiter des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Physik Das Hauptziel des deutschen Uranprojekts im Zweiten Weltkrieg war die technische Nutzbarmachung der im Jahr 1938 von Otto Hahn und Fritz Straßmann experimentell erforschten und von Lise Meitner und Otto Frisch theoretisch erklärten Kernspaltung. In einer Reihe von Reaktorversuchen, genannt „Großversuche“, wollte man die theoretischen Überlegungen zur Energiegewinnung aus Uran praktisch erproben. Hierzu beschoss man Natururan in schwerem Wasser als Moderator mit Neutronen und beobachtete die sich dabei ergebende Vermehrung der Neutronen. Die Forscher des Uranprojekts bezeichneten ihr Entwicklungsziel nicht als Reaktor, sondern als „Uranmaschine“ oder „Uranbrenner“.W. Heisenberg, K. Wirtz: Großversuche zur Vorbereitung der Konstruktion eines Uranbrenners. In: Naturforschung und Medizin in Deutschland 1939–1946. Für Deutschland bestimmte Ausgabe der FIAT Review of German Science, Bd. 14 Teil II (Hrsg. W. Bothe und S. Flügge), Wiesbaden: Dieterich. Abgedruckt auch in: Stadt Haigerloch (Hrsg.): Atommuseum Haigerloch, Eigenverlag, 1982, S. 43–65.
Unter Leitung des Nobelpreisträgers Werner Heisenberg wurden am Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in Berlin-Dahlem von 1941 bis 1944 insgesamt sieben Großversuche mit Namen B1 bis B7 durchgeführt. Dabei untersuchten die Physiker mit wachsendem Erfolg Platten aus Uranmetall verschiedener Dicke auf ihre Reaktivität. An einer zweiten Stelle, dem Physikalischen Institut der Universität Leipzig, wurden von Heisenberg und seinen Mitarbeitern in den Jahren 1941 und 1942 vier weitere Versuche L-I bis L-IV mit konzentrisch angeordneten Schichten von Uranpulver und schwerem Wasser unternommen. Beim Versuch L-IV, als bereits eine Neutronenvermehrung festgestellt worden war, entzündete sich nach einer Knallgasbildung das Uranpulver, und die gesamte Anlage verbrannte. Personen kamen nicht zu Schaden. Das Ereignis stellt – sensu lato – den ersten überlieferten „Reaktorunfall“ der Geschichte dar – Jahre bevor an eine kommerzielle Nutzung der Kernspaltung überhaupt nur zu denken gewesen wäre. Die Versuche in Leipzig wurden eingestellt und fernerhin nur noch kompaktes metallisches Uran verwendet.
Parallel dazu arbeitete in der Versuchsstelle Gottow bei Berlin unter der Leitung von Kurt Diebner eine weitere Gruppe an ähnlichen Versuchen. In ihren drei Versuchen G1 bis G3 wurden 1942 und 1943 mit guten Resultaten Uranwürfel statt Platten eingesetzt; als Moderator wurde dabei neben schwerem Wasser auch Paraffin verwendet. Die Heisenberg- und die Diebner-Gruppe standen in Konkurrenz um die knappen Materialien. Im Paraffin wirkt sowohl der Wasserstoff als auch der Kohlenstoff der enthaltenen Kohlenwasserstoffe als Moderator. Noch heute werden die Neutronen aus kleineren Neutronenquellen oft mit Paraffin abgebremst. Versuche, Kernreaktoren mit organischen Stoffen zu kühlen/moderieren, kamen jedoch bisher nicht über das Versuchsstadium hinaus.
Verlagerung der Forschungen mini|Karte der Hohenzollerischen Lande Im Jahr 1943 waren alle größeren deutschen Städte von alliierten Bombenangriffen bedroht. Daher beschloss man, das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in eine ländlichere Gegend auszulagern. Die Anregung, dafür die Hohenzollerischen Lande zu nutzen, ging wahrscheinlich auf den Leiter der Fachsparte Physik im Reichsforschungsrat Walther Gerlach zurück, der an der Universität Tübingen studiert hatte, dort auch Ende der 1920er Jahre Professor gewesen war und daher die Gegend kannte. Für den süddeutschen Raum sprach auch, dass er bis dahin von Luftangriffen weitgehend verschont geblieben war. Außerdem favorisierten die beteiligten Wissenschaftler Süddeutschland, um im Falle einer Niederlage nicht in sowjetische Gefangenschaft zu geraten.Dahl: Heavy Water and the Wartime Race for Nuclear Energy, S. 254.
In der Folge wurde das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in das von Haigerloch 15 Kilometer entfernte Hechingen ausgelagert und dort in den Textilbetrieben Grotz und Conzelmann sowie im Brauereigebäude des ehemaligen Franziskanerklosters Sankt Luzen untergebracht. Die Verlagerung erfolgte in mehreren Schritten; etwa ein Drittel des Instituts zog bis Ende 1943 nach Hechingen, im Laufe des Jahres 1944 folgten Carl Friedrich von Weizsäcker und Karl-Heinz Höcker aus Straßburg und schließlich Heisenberg selbst. Parallel dazu wurde das Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie mit Otto Hahn und Max von Laue in das nahe gelegene Tailfingen (heute Albstadt-Tailfingen) verlagert.
Im Januar 1945 waren vom Uranverein nur noch Karl Wirtz, Kurt Diebner und einige Techniker in Berlin geblieben. Wirtz war gerade dabei, den bis dahin größten deutschen Reaktorversuch im immer noch intakten Dahlemer Institutsbunker aufzubauen, als die Rote Armee bis auf 80 Kilometer vor Berlin vorstoßen konnte. Daraufhin beschloss Gerlach am 27. Januar 1945, den fast abgeschlossenen Versuchsaufbau abzubrechen. Er fuhr umgehend nach Berlin, um alle Wissenschaftler und Materialien nach Süddeutschland zu evakuieren.
Vorbereitungen Der Felsenkeller
mini|hochkant|Der heutige Eingang zum Felsenkeller mit der darüber liegenden Kalkschicht und der Schlosskirche Bereits am 29. Juli 1944 war der zufällig entdeckte Kartoffel- und Bierkeller des Haigerlocher Schwanenwirts für monatlich 100 Reichsmark als neuer Standort des Berliner Forschungsreaktors angemietet worden. Der Felsenkeller war Anfang des 20. Jahrhunderts für einen Tunnelbau der Hohenzollerischen Landesbahn angelegt worden. Er war im schmalen Eyachtal in den Berg unter der dortigen Schlosskirche getrieben und gegen Bombenangriffe durch eine 20 bis 30 Meter dicke Felsschicht aus Muschelkalk geschützt.Dahl: Heavy Water and the Wartime Race for Nuclear Energy, S. 255.
Das etwa 20 Meter lange und etwa drei Meter hohe Tunnelstück besaß einen trapezförmigen Querschnitt, wobei die Decke etwa vier Meter und der Boden etwa fünf Meter breit waren. Der Tunnel war auf seiner gesamten Länge durch hölzerne Stützbalken abgestützt, die in einem Abstand von zwei Metern angebracht waren. Ein kleiner zweiteiliger Vorbau verbarg den Eingang.
Im hinteren Teil des Felsenkellers wurde für den Reaktor eine drei Meter tiefe zylindrische Grube ausgehoben, an der Kellerdecke wurde ein Transportkran installiert und in der verlassenen Bierstube auf der gegenüberliegenden Straßenseite wurde ein Dieselgenerator aufgebaut. Bis Ende 1944 waren die Umbauarbeiten im Felsenkeller, der als „Höhlenforschungsstelle“ getarnt wurde, so weit fortgeschritten, dass dort mit dem Aufbau des Reaktors begonnen werden konnte.
Transport der Materialien Am 31. Januar 1945 verließen Gerlach, Wirtz und Diebner an der Spitze eines kleinen Konvois die Hauptstadt. Ihnen folgten mehrere Lastwagen, die mit einigen Tonnen schwerem Wasser, Uran, Graphit und technischer Ausrüstung beladen waren. Nach einer nächtlichen Fahrt auf eisglatter Autobahn hielt der Konvoi am folgenden Tag etwa 240 Kilometer südlich von Berlin im thüringischen Stadtilm, wohin Diebners Arbeitsgruppe im vorangegangenen Sommer verlagert worden war. Gerlach glaubte, dass Diebners Laboratorium fortgeschrittener wäre als das von Heisenberg, und beschloss kurzerhand, die Materialien dort abzuladen. Sehr verärgert über die Änderung des Plans kontaktierte Wirtz Heisenberg in Hechingen, der sofort zusammen mit von Weizsäcker nach Stadtilm aufbrach und nach abenteuerlicher Reise mit Fahrrad, Eisenbahn und Auto drei Tage später dort eintraf.Dahl: Heavy Water and the Wartime Race for Nuclear Energy, S. 256.
Vor Ort versuchte Heisenberg Gerlach davon zu überzeugen, die Materialien doch nach Haigerloch zu schaffen. Die beiden fuhren am 12. Februar 1945 nach Hohenzollern, um die Lage vor Ort zu inspizieren. Wirtz blieb indessen in Stadtilm, um sicherzustellen, dass die Materialien nicht in Diebners Experimenten verwendet wurden. Nachdem sich Gerlach in Haigerloch vergewissert hatte, dass der Felsenkeller als neuer Standort des Reaktors besser geeignet war, stimmte er der erneuten Verlagerung zu. Wieder wurden Lastwagen beschafft und am 23. Februar 1945 brach der Physiker Erich Bagge mit einem neuen Konvoi von Haigerloch auf, um die Materialien von ihrem Lager in Stadtilm abzuholen.
Vier Wochen nach der Abreise aus Berlin kamen Ende Februar 1945 schließlich 1,5 Tonnen Uran, 1,5 Tonnen schweres Wasser, 10 Tonnen Graphit und eine geringe Menge Cadmium in Haigerloch an. Das Uran war in Sankt Joachimsthal im Sudetenland abgebaut worden und stammte von der deutschen Degussa. Das schwere Wasser war von Norsk Hydro in Norwegen produziert worden. Zudem war von dem Physiker Fritz Bopp aus Berlin eine 500 Milligramm schwere Radium-Beryllium-Probe als Neutronenquelle eingeflogen worden. Bei Diebner in Stadtilm verblieben über zehn Tonnen Uranoxid sowie geringe Mengen an Uranmetall und schwerem Wasser.
Der Forschungsreaktor Die Anlage mini|Skizze des Forschungsreaktors mini|Die räumliche Anordnung der Uranwürfel in einem kubisch-flächenzentrierten Gitter Als die Materialien in Haigerloch eingetroffen waren, wurde umgehend mit dem Wiederaufbau der Versuchsanlage begonnen. An der Konstruktion und an den Experimenten arbeiteten führend von Weizsäcker und Wirtz. Heisenberg selbst leitete das Projekt von Hechingen aus, er fuhr oft mit dem Fahrrad zwischen den beiden Städten hin und her. Weitere vor Ort am Projekt beteiligte Wissenschaftler waren neben Bagge und Bopp unter anderem Horst Korsching und Erich Fischer.
Die äußere Hülle des Reaktors bestand aus einem Betonzylinder, in den ein Kessel aus Aluminium mit 210,8 Zentimetern Durchmesser und 216 Zentimetern Höhe eingesetzt wurde. Der Aluminiumkessel lagerte auf Stützbalken aus Holz, die auf dem Boden lagen, der Zwischenraum wurde mit normalem Wasser aufgefüllt. In den Aluminiumkessel wurde ein weiterer Kessel aus einer sehr leichten Magnesium-Legierung mit einem Durchmesser von 124 Zentimetern und der gleichen Höhe eingesetzt. Der Magnesiumkessel war bereits im Großversuch B6 verwendet worden, der Aluminiumkessel war erstmals im Großversuch B7 zum Einsatz gekommen. Beide Kessel wurden von der Berliner Firma Bamag-Meguin hergestellt.Dahl: Heavy Water and the Wartime Race for Nuclear Energy, S. 257.