В начале апреля 1941 года состоялось очередное совещание ведущих физиков-ядерщиков Германии. Подводились итоги, один печальнее другого. «Перед нами стоят две проблемы, – писал Пауль Хартек в докладной записке, направленной им в отдел вооружений сухопутных войск. – 1. Производство тяжелой воды. 2. Разделение изотопов… Первая более актуальна, так как, судя по имеющимся данным, при наличии тяжелой воды машина [6] будет работать и без обогащения изотопов урана. Кроме того, изготовливать тяжелую воду все же проще и дешевле, чем обогащать изотопы U-235».
Напомним, что в октябре 1940 года в Лейпциге уже пришлось проводить специальную конференцию, чтобы обсудить разделение изотопов урана. Тогда лейпцигский физик Багге, с интересом выслушав своих коллег, за какой-то месяц придумал совершенно новый способ разделения изотопов. Нужно получить узкий «молекулярный луч», состоящий из тех и других беспорядочно перемешанных изотопов, и пропустить его сквозь систему из двух вращающихся бленд. Известно, что через определенное время молекулы в «луче» перегруппируются: тяжелые отстанут от более легких. Скорость вращения бленд подбираем так, чтобы «пакет» легких изотопов успел проскочить вперед, в отстойник, а остальные – нет.
В начале апреля Багге подал записку с этим предложением своему начальнику, доктору Баше, и 23-го отбыл в Париж. Его просили помочь оборудовать циклотрон.
Пока он работал в Париже вместе с Гентнером и – не удивляйтесь – Жолио-Кюри, тоже под страхом репрессий участвовавшем в немецком «урановом проекте», докладная записка дошла до профессора Хартека, и в конце июля он был срочно отозван. 2 августа он побывал в Мюнхене, где встретился с «высшим авторитетом» – профессором Клузиусом. «Он считает прибор [7] дельным», – отметил Багге.
Весь следующий месяц молодой ученый курсирует между Берлином, Лейпцигом и Килем, консультируясь у различных специалистов, так и не собранных вермахтом в единую научную «шарашку». Более всего его волнует, каким должен быть испаритель, важнейшая часть схемы.
Одиннадцатого сентября Багге попадает на прием к начальству – Шуману и Дибнеру. Тут он впервые узнает истинную цель «уранового проекта». Речь заходит о финансах. Дибнер жалуется, как много денег отнимает это «разделение изотопов». Но зачем же нужно отвлекаться на этот интересный, но побочный процесс, недоумевает Багге. Ведь ядерный реактор, вероятно, будет работать и на обычном уране, надо только запастись тяжелой водой. «Да, реактор будет, но не взрывчатка», – прозвучало в ответ.
И что же? Вместо того, чтобы всемерно интенсифицировать работы, на два месяца Багге вновь отпускают в Париж. Лишь в конце ноября он возвращается, чтобы выступить с докладом об «изотопном шлюзе» перед ведущими специалистами в этой области. Его слушают Хартек, Клузиус, Бонхеффер, Коршинг и Вирц, а также начальство – Баше и Дибнер. Решено «непременно» построить подобную установку. К тому времени самой идее минул уже год.
Тем временем не покладая рук работал и невольный соперник Багге – доктор Вильгельм Грот из Гамбурга. Он создавал ультрацентрифугу для обогащения U-235. За три года до того американский физик Дж. У. Бимс описал «газовую центрифугу» на страницах «Review of Modern Physics». Вот ее-то Грот и пожелал приспособить для обработки «непокорного» гексафторида урана. Раз газ сопротивляется термодиффузии, возьмем его «катаньем», ведь центрифуга сортирует атомы потому, что их массы разнятся.
В начале августа 1941 года Грот ведет переговоры с доктором К. Байерле, одним из руководителей фирмы «Anschuetz & Co» из Киля. Уже через неделю фирма получает заказ на строительство опытного образца центрифуги. 22 октября ее чертежи готовы. Уже запаслись и электродвигателем, развивавшим скорость до 60 000 оборотов в минуту. Общую стоимость работ Байерле оценил в 12 000—15 000 рейхсмарок.
А вот другие фирмы, с которыми пришлось иметь дело, действовали куда медлительнее. Так, ротор для центрифуги Грот хотел изготовить из очень прочного стального сплава. Он обратился на завод Круппа, но там просили подождать месяцев восемь. Пришлось обойтись сплавом из легких металлов, благо в Ганновере его выплавили к середине декабря. Планировалось, что уже в феврале 1942 года машина заработает. «Ежедневно она будет выпускать около двух килограммов гексафторида урана, чей изотоп U-235 будет обогащен на 7 процентов», – писал Грот в декабре 1941 года.
В общем, после памятной конференции в Лейпциге ученые увлеченно предлагали все новые идеи, и к концу «мрачного 1941-го» серьезно прорабатывались сразу семь (!) методов обогащения U-235: метод с использованием масс-спектрографа в лаборатории Арденне; термодиффузия; «изотопный шлюз»; ультрацентрифуга; «разделительная труба» (вариант термодиффузии); разделение изотопов в жидких соединениях урана и диффузия изотопов в металлах-носителях. Стоило бы упомянуть и восьмой метод – диффузию гексафторида урана сквозь пористые стенки. Изотоп урана U-235 легче проникает сквозь них, и, многократно повторяя процесс, мы обогащаем этот изотоп.
Немецкий ученый Густав Герц, лауреат Нобелевской премии 1925 года, придумал метод газовой диффузии еще в начале тридцатых годов, разделяя изотопы неона. Но на него-то как раз и не обратили никакого внимания. Зря! Именно действуя по этому методу, изотопы с успехом разделяли и в Англии, и в США.
На пороге создания атомной бомбы
Итак, подготовительные работы вчерне были завершены. У ученых появилась уверенность, что расщепленное атомное ядро может стать источником энергии невиданной ранее мощности. Что делать дальше?
Летом 1941 года немецкие физики вновь стали подумывать о том, что плутоний мог бы заменить уран, с которым было столько хлопот. И помог им в этом новый, весьма колоритный сотрудник – профессор Фриц Хоутерманс, появившийся в конце 1940 года в лаборатории барона Арденне.
Его история не совсем обычна для Германии, но типичная для СССР. В 1933 году, когда к власти в Германии пришли нацисты, он бежал из страны. Бежал не в Америку, не во Францию, как его коллеги, а в Россию. Здесь его вскоре записали в шпионы, и, избежав знакомства с немецким концлагерем, он попал в советский.
В 1939 году, после подписания пакта Молотов-Риббентроп, его выпустили из застенков Берии и этапировали в казематы гестапо. (Знали бы наши особисты, кого отпускают!..) Там он просидел всего три месяца и был освобожден, однако ему запретили работать в государственных учреждениях. И тогда его спас профессор Макс фон Лауэ. Он порекомендовал его барону Арденне, которого, как мы уже видели, академические ученые со счастливой судьбой недолюбливали и чурались.
Хоутерманс стал для Арденне настоящей находкой. В августе 1941 года опальный профессор отпечатал на пишущей машинке 39 страничек, озаглавленных им «К вопросу о начале цепной реакции деления ядер». В своем сообщении первым из немецких ученых Хоутерманс подробно описал цепную реакцию под действием быстрых нейтронов, а также рассчитал критическую массу U-235, то есть наименьшую массу, при которой может протекать самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.
В первую очередь, его интересовал элемент, позднее названный плутонием. Вот доводы ученого. В природном уране содержится гораздо больше изотопа U-238, чем U-235. Так не логичнее ли использовать этот распространенный изотоп, чем тратить столько времени и сил на разделение изотопов? «Каждый из нейтронов, абсорбируемый ураном-238, а не участвующий в расщеплении урана-235, содействует тем самым появлению нового ядра, которое можно расщепить с помощью тепловых нейтронов», – писал Хоутерманс. За несколько месяцев до этого физик из Вены И. Шинтльмайстер показал, что при обстреле изотопа U-238 нейтронами возникает трансурановый элемент (номер 94). Используя его, продолжал Хоутерманс, можно создать новое взрывчатое вещество. Дело лишь за химиками. Нужно придумать, как отделить этот 94-й элемент от урана.
Эта скромная статья, написанная опальным ученым («за возможность написания этой работы я благодарю барона Манфреда фон Арденне»), стала этапной в судьбе немецкой ядерной физики. Ее автор убедительно показал, что незачем разделять изотопы. Надо идти другим путем. Но к его доводам все-таки не прислушались.
А между тем в марте 1941 года эксперимент, проведенный в Беркли, показал, что плутоний так же легко расщепляется, как и уран-235.
Во второй половине 1941 года фирма «Norsк-Hydro» получила заказ на производство полутора тонн тяжелой воды. Работы начались 9 октября, но к концу года было готово лишь 350 с небольшим килограммов. Кроме того, к концу года было получено более двух с половиной тонн чистого порошкового урана.
Однако Гейзенберг и Депель, повторяя у себя в Лейпциге эксперимент с урановым реактором, вновь использовали оксид урана, а не металлический порошок. Правда, теперь у них было целых 164 килограмма тяжелой воды. Оксид урана (142 килограмма) поместили внутрь алюминиевого шара диаметром 75 сантиметров. Два слоя оксида разделяла тонкая алюминиевая сфера. Источник нейтронов находился в центре. Реактор «упрятали» в резервуар с водой.
