Глава 3 Альтернатива: плутоний

Глава 3

Альтернатива: плутоний

Уже в первую военную зиму все понимали, что, если Германия хотела достичь своей цели и создать урановую бомбу, следовало начинать со строительства уранового реактора. Создание реактора преследовало двойную цель: во-первых, только таким образом можно было осуществить практическую проверку всех теоретических выводов, сделанных в рамках работы по программе. Во-вторых, правительство и военные власти получили бы материальное подтверждение реальности будущих успехов, поскольку каждый уже тогда понимал, что создание новой сверхмощной бомбы будет связано с огромными трудностями и значительными расходами. В течение двух последующих лет в Германии практически перестали упоминать об атомной бомбе как таковой: все усилия были сосредоточены на выполнении промежуточной задачи, создании уранового реактора. Это, конечно, не означало, что в Германии отказались от самой идеи создания бомбы.

Еще во время первых совещаний в Берлине все поняли, что перед ними имеются два возможных варианта действий: они могли наугад использовать различные сочетания урана или урановых соединений вместе с различными веществами-замедлителями, отслеживая и фиксируя результаты. Такой эмпирический подход имел свои преимущества. С другой стороны, этот метод был довольно рискованным и подразумевал наличие в распоряжении ученых самого широкого спектра необходимых компонентов. Второй вариант подразумевал действия на основании предварительных теоретических выводов относительно хода цепной реакции. Кто-то мог тщательно просчитать многочисленные «ядерные константы»: эффективное сечение используемых материалов в зависимости от расчетной энергии, которая будет получена при бомбардировке нейтронами. Измерение этих констант требовало значительного времени и высокой квалификации ученого. Однако при таком методе работы значительно снижался расход материалов. В 1940 году, когда уран, чистый углерод, бериллий и тяжелая вода были чрезвычайной редкостью, экономия материалов была очень значительным фактором. В Германии того времени, как и в других европейских странах, возможности экспериментаторов были сильно ограничены имевшимися в их распоряжении реальными ресурсами.

В 1940 году была проведена серия экспериментов в Лейпциге, Берлине, Гейдельберге, Вене и Гамбурге. Ученые пытались определить значения констант для различных материалов, применяемых в ядерной реакции. В июне профессор Боте в Гейдельберге рассчитал рассеивание тепловых нейтронов в графите. Позднее профессора Гейзенберг и Допель (последнему помогала жена) вычислили это значение для тяжелой воды, а той же осенью были определены показатели для оксида урана. Возможно, работы Боте являлись наиболее значительными из перечисленных выше, поскольку углерод по сравнению с тяжелой водой, несомненно, является более распространенным материалом. Боте доказал, что углерод очень высокой степени очистки может быть использован в ядерной реакции в качестве замедлителя. В то же время физики из Лейпцига настаивали на применении в реакторе тяжелой воды, поскольку в этом случае они считали возможным использовать в качестве ядерного топлива природный уран. В некоторых других институтах и лабораториях достигли значительных успехов в определении критической массы и энергии, выделяемой в результате реакции деления ядра урана.

После того как стали более или менее ясными значения констант, ученые в Берлине приступили к изучению переменных, а также к разработке самого реактора. Физики-теоретики Института имени кайзера Вильгельма во главе с фон Вайцзеккером сделали необходимые расчеты и пришли к заключению, что загрузка многоуровневого реактора конструкции, предложенной Гартеком, составит около двух тонн оксида урана и примерно полтонны тяжелой воды. Эту массу предполагалось разместить в пять или шесть уровней в реакторе, высота которого составит от 70 до 90 сантиметров.

В качестве альтернативы был предложен вариант построения сферического многоуровневого реактора, в котором топливо и замедлитель располагались бы концентрическими уровнями; при этом общая загрузка составила бы всего 320 литров тяжелой воды на 1,2 тонны оксида урана. Однако было очевидным то, что второй вариант было бы более сложно воплотить с технической точки зрения. Кроме того, ученые рассчитали, что размещение вокруг реактора дополнительного отражающего углеродного слоя, который, отталкивая нейтроны, воспрепятствовал бы их утечке из реактора наружу, позволило бы еще более сократить размеры реактора. Примерно в это же время профессор Боте поделился с Гейзенбергом сомнениями относительно собственных выводов, сделанных в декабре 1939 года в докладе в военном ведомстве. И действительно, когда Гейзенберг через два месяца провел математический анализ доклада Боте, оба с сожалением пришли к заключению, что чистый графит не настолько эффективен в роли замедлителя ядерной реакции, как это казалось на первый взгляд. По тем же причинам немецкие ученые были склонны отказаться от гелия, так как в случае применения этого газа в качестве замедлителя недопустимо росли размеры реактора. Оказалось, что никакой другой материал не мог здесь конкурировать с тяжелой водой.

В январе 1940 года все пребывали в уверенности, что при наличии достаточного количества тяжелой воды цепную реакцию можно было инициировать, используя в качестве ядерного топлива природный уран. 15-го числа в дружеском письме профессору Гейзенбергу Гартек писал, что считает производство тяжелой воды не менее важной задачей, чем добыча урана. «Поскольку бремя этих экспериментов все равно упадет на плечи нам, бедным экспериментаторам, – вопрошал он, – хотелось бы знать, кто в Германии занимается производством тяжелой воды, и занимается ли этим кто-либо вообще?» Далее Гартек продолжает: «Исходя из моего собственного опыта совместной работы с военными, я считаю, что, если полагаться на них, для производства необходимого количества тяжелой воды нам потребуется несколько лет. В то же время я считаю, что, поручив выполнение этой задачи компетентным людям в нашей тяжелой промышленности, этот срок будет значительно сокращен».

За девять дней до этого в управлении доктора Дибнера в Берлине уже состоялось совещание по этому вопросу, на котором присутствовал профессор Гейзенберг, а также его коллеги – ученые физик Карл Вирц и химик Карл Фридрих Бонхоффер. Было видно, что проблема производства тяжелой воды поставила военных в тупик. Дибнер спросил мнение Гейзенберга о том, следует ли немедленно построить в Германии предприятие по производству тяжелой воды, на что профессор мудро заметил, что для начала он предпочел бы изучить процесс поглощения нейтронов, имея для экспериментов небольшое количество этого материала. Для его, Гейзенберга, исследований не потребуется более нескольких литров этой жидкости. Дибнер обещал немедленно закупить в Норвегии десять литров. Далее Гейзенберг продолжил, что строительство предприятия конечно же будет необходимо, однако руководить им должны ученые, физики и химики. Эти же слова он повторил 18 января в своем письме профессору Гартеку, посоветовав ему обязательно переговорить по поводу производства тяжелой воды с Бонхоффером. В то же время Гейзенберг был убежден, что первые эксперименты с использованием тяжелой воды были обязаны проделать именно физики.

Было маловероятным, что все потребности Германии в тяжелой воде будут удовлетворены за счет Норвегии. Ранее, несколько лет назад, профессор Гартек и доктор Суэсс работали над получением этой жидкости путем реакции каталитического обмена. Однако после вступления в эксплуатацию норвежского предприятия исследования были прекращены, поскольку в них уже не видели необходимости. 24 января Гартек написал письмо военному руководству, в котором предложил возобновить изучение процесса каталитического обмена. При этом он опирался на расчеты Гейзенберга, согласно которым расход в реакторе урана и тяжелой воды должен был быть примерно одинаковым, то есть требовались многие тонны и того и другого материала.

В случае, если норвежцы откажутся поставлять в Германию необходимое количество тяжелой воды, немцам придется получать ее путем электролиза. При этом производство одной тонны тяжелой воды будет сопряжено с расходом 100 тысяч тонн угля. Военное руководство было шокировано этими расчетами; в то же время Гартек получил от военных нагоняй за то, что осмелился действовать через их голову, обратившись напрямую к Гейзенбергу. Ему строго указали на то, что «ввиду особой секретности проекта впредь запрещается прямой обмен информацией между различными институтами. В случаях необходимости вся переписка должна вестись только через управление вооружений вермахта». Гартека проинформировали, что на совещании в начале января было принято решение о массовом производстве тяжелой воды на территории Германии.

Предложенный Гартеком и Суэссом процесс был намного дешевле электролиза. Он заключался в следующем: если пропускать обычный водород через воду в присутствии катализатора, происходила реакция, равновесие в которой наступало тогда, когда в жидкости образовывалось примерно в три раза больше атомов тяжелого водорода, чем в газе. Гартек предложил создать предприятие, на котором производство тяжелой воды основывалось бы на этом процессе. Он предложил обсудить эту идею с профессором Бонхоффером в Лейпциге. Военные согласились, и вскоре Гартек встретился с Бонхоффером, который также одобрил идею применения принципа каталитического обмена наряду с процессом гидрирования. В конце февраля в письме с пометкой «по прочтении уничтожить»

Бонхоффер писал Гартеку, что обсудил его предложение на предприятии «И.Г. Фарбен» по производству аммония в Мерсенбурге, где «все с восторгом восприняли эту идею». На предприятии производилось около шести миллионов кубических футов водорода в час. Сам же Бонхоффер по поводу предложения Гартека высказался так: «Любая идея выживает или умирает, в зависимости от того, кто будет ее катализатором».

В то же самое время германское правительство обратилось напрямую к норвежской фирме «Norwegian Hydro». Как рассказывала об этом норвежская сторона, представитель «И.Г. Фарбен», обладавшей процентами собственности этой компании, обратился на предприятие в Рьюкане с просьбой продать все наличные запасы тяжелой воды, всего 185 килограммов вещества с чистотой 99,6 и 99,9 процента. В дальнейшем немцы обещали и впредь закупать у этой компании тяжелую воду на очень выгодных условиях. Сложность состояла в том, что возможности компании составляли 10 килограммов в месяц, а немцам было нужно ежемесячно по меньшей мере 100 килограммов. Удивленные норвежцы спросили немецких коллег, где они собираются использовать такое количество этого вещества. Германская сторона предпочла уклониться от прямого ответа. В феврале 1940 года поступил ответ от норвежской стороны, в котором с сожалением отмечалось, что они не в состоянии удовлетворить запросы Германии в тяжелой воде.

В то же время в течение лета 1939 года французская группа физиков под руководством Фредерика Жолио-Кюри продолжала серию экспериментов, логически вытекавших из подтвержденной возможности цепной реакции урана. Применяя в качестве «топлива» оксид урана, в своем реакторе они попытались опробовать в качестве замедлителя воду, углерод, а также твердый диоксид углерода. В августе того же года они поместили блоки оксида урана, которым была придана сферическая форма, в воду. Воду при этом пытались использовать в качестве замедлителя. В результате ученые смогли стать свидетелями слабого кратковременного подобия цепной реакции, однако было очевидно, что вода больше поглощает, чем замедляет нейтроны.

Когда началась война, один из ведущих физиков группы был призван в армию. Однако его коллеге Хансу Халбану удалось добиться от французского министра вооружений М. Даутри обещания на поставку для дальнейших экспериментов 10 тонн графита. Наконец, в феврале 1940 года Жолио сам обратился к Даутри и попросил его обеспечить физиков необходимым количеством тяжелой воды, поскольку, с точки зрения ученого, этот материал был «наиболее интересным ингредиентом» для смешивания с оксидом урана. Жолио упомянул в этой связи 185 килограммов запасов норвежцев в Рьюкане. Этого количества, по мнению ученого, было достаточно для проведения важнейшего из экспериментов.

Даутри немедленно направил в Осло соответствующий запрос через М. Жака Аллье, лейтенанта французской секретной службы и одновременно представителя французского банка, имевшего контрольный пакет акций в «Norwegian Hydro». Кроме того, вездесущий Аллье представлял управление взрывчатых веществ в министерстве обороны Франции. Он решил «обратиться к здравому смыслу» управляющего директора компании доктора Акселя Ауберта и не просчитался, поскольку по истечении всего нескольких дней между сторонами было подписано соглашение, в соответствии с которым в распоряжение Франции бесплатно передавались все наличные запасы тяжелой воды.

Кроме того, отдельным пунктом соглашения оговаривались права Франции на запасы тяжелой воды, которые будут произведены в последующие годы. После подписания соглашения Аллье по секрету рассказал Ауберту о том, с какой целью французам нужна норвежская продукция. В ответ Ауберт попросил передать самые лучшие пожелания французскому премьер-министру господину Даладье и «заверить его, что наша компания не возьмет за эту продукцию ни одного сантима, лишь бы это способствовало победе Франции». Всего через несколько дней бесценные емкости с тяжелой водой были тайно вывезены из Норвегии, и спустя еще некоторое время они благополучно прибыли в Париж в распоряжение с нетерпением ожидавших прибытия этого груза французских физиков.

Одним из важнейших выводов, сделанных Гейзенбергом, было заключение о затухании цепной реакции по мере роста температуры. Отсюда следовало, что наиболее активно реакция будет протекать при низких температурах. 8 апреля, приблизительно одновременно с тем, как французы приступили к первым экспериментам с использованием так нелегко им доставшейся тяжелой воды, уже упоминавшийся в этой книге профессор Пауль Гартек побывал на предприятии по производству аммония в Мерсенбурге. Там он ознакомил директора по исследованиям этой компании доктора Херольда, члена нацистской партии, с планом строительства экспериментального уранового реактора, в котором оксид урана будет со всех сторон обложен «сухим льдом» – диоксидом углерода, веществом, которое в течение относительно длительного времени способно сохранять температуру минус 78 градусов. Оно просто в производстве и медленно испаряется. Кроме того, при получении этого вещества легко добиться его высокой чистоты.

Этот эксперимент должен был стать незабываемым. Такое могло сравниться только с временами, когда Гартек работал в лаборатории под руководством Резерфорда, одного из величайших физиков– экспериментаторов ХХ века. Тогда, шесть лет назад, по возвращении в Германию профессор Гартек настаивал на том, что у германской науки не будет будущего, если она не перестроит работу своих лабораторий по образцу британских. Однако его мнение не нашло поддержки в ученых кругах его страны.

Компания, в которой работал Херольд, конечно же была заинтересована в практическом использовании результатов эксперимента, поэтому он, во-первых, предложил бесплатно обеспечивать ученых сухим льдом и, во-вторых, проводить все исследования на его предприятии. Однако один из руководителей «И.Г. Фарбен» доктор Бутефиш настоял на том, что эксперименты будут проходить в Гамбурге.

Стояла весна, и до конца мая на сухой лед в Германии не ожидалось большого спроса. Гартек, которого убедили в том, что его потребности в этом веществе будут удовлетворены за один день, отправился готовить оборудование и материалы. Он отправил Дибнеру заявку на уран в количестве от 100 до 300 килограммов; одновременно пришло подтверждение военного руководства о том, что целый вагон сухого льда готов к отправке в Гамбург. Доктор Баше обещал, что очень скоро он предоставит в распоряжение Гартека не менее 100 килограммов оксида урана, правда, с условием, что тот будет пользоваться материалом не очень долго.

Проблема состояла в том, что каждый ученый хотел первым провести этот важнейший эксперимент. Профессор Гейзенберг запросил у военного командования от 500 до 1000 килограммов оксида урана, на что получил от Дибнера ответ, что он не первый в очереди. Пока в наличии было всего 150 килограммов; предполагалось, что в мае эта цифра вырастет до 600 килограммов, а в июне – до одной тонны. Дибнер предложил Гейзенбергу попытаться договориться с Гартеком, который тоже претендовал на эти запасы. Тогда лауреат Нобелевской премии написал Гартеку письмо, в котором просил уступить ему несколько сот килограммов драгоценного материала. «Конечно же, – добавил он, – если у Вас есть какие-либо причины торопиться с проведением Вашего эксперимента, Вы имеете несомненный приоритет. Однако я предложил бы Вам пока удовлетвориться количеством 100 килограммов».

Это привело Гартека в ярость. Он помнил, что всего через несколько недель по железной дороге в Гамбург должны прийти примерно 10 тонн диоксида углерода. Если ждать июня, то получение этого материала ставилось под сомнение, поскольку все производители к этому времени начнут работать для нужд владельцев холодильников. К тому же профессор Кнауэр уже предоставил все необходимое для проведения эксперимента оборудование. «Единственное, чего нам теперь не хватает для проведения решающего эксперимента, – это вещество 38 (оксид урана). Нам понадобится этот материал всего лишь с 20 мая максимум по 10 июня. Блоки сухого льда нельзя будет хранить более примерно одной недели, поэтому мы закончим очень быстро». Единственной причиной, почему Гартек просил от 100 до 300 килограммов оксида урана, было то, что он пребывал в уверенности, что это составляет все наличные запасы страны. «Безусловно и неоспоримо то, что чем большее количество оксида урана мы используем в эксперименте, тем более точными будут результаты, поэтому я убедительно прошу Вас обеспечить нам максимально возможное количество этого вещества».

К концу первой недели мая 1940 года была завершена подготовка места проведения эксперимента. Дибнер обещал предоставить в распоряжение Гартека «несколько сот килограммов» оксида урана. Гартек умолял Херольда задержать доставку диоксида углерода из Мерсенбурга настолько, насколько это представляется возможным. Он рассчитывал успеть получить находившуюся у профессора Гейзенберга часть запасов оксида урана. Позвонив 6 мая в Берлин, Гартек заявил Дибнеру, что для проведения эксперимента такого масштаба ему необходимо не менее 600 килограммов оксида урана. Через три дня он письменно запросил Дибнера, какое именно количество материала будет предоставлено в его распоряжение. Эти данные были нужны Гартеку для выполнения математических расчетов эксперимента. Ученый вновь заверял военных, что надеется получить очень важные результаты.

Наконец, на последней неделе мая Гартек получил обещанный оксид урана и, конечно, в гораздо меньшем количестве, чем он ожидал. Военные «расщедрились» на четверть того, что было запрошено. Сотрудники Института имени кайзера Вильгельма с явной неохотой поделились частью своих запасов. В сопроводительном письме профессор Розе писал: «По распоряжению управления вооружений вермахта отправляем вам 50 килограммов оксида вещества 38. Хайль Гитлер!» Еще через несколько дней в Гамбург прибыло чуть больше 100 килограммов, отправленных лично профессором Рилем из компании «Auer». Но это было все.

Гартек получил от военных строгое предупреждение, что в результате его экспериментов оксид урана ни в коем случае не должен был быть «загрязнен». Это было похоже на предупреждение первого лорда адмиралтейства британскому адмиралу перед величайшей битвой Первой мировой войны о том, что тот ни в коем случае не должен повредить поступившие в его распоряжение два новых крейсера. Однако на этом сходство заканчивалось: тот адмирал спустя месяц вернул крейсера и с британской бесстрастностью доложил командованию о потоплении почти всей эскадры фон Шпее у берегов Китая, извинившись заранее за то, что на крейсерах могут быть обнаружены «полученные по его неосмотрительности повреждения».

Увы, с германским ядерным проектом дела обстояли несколько иначе: корабль Гартека отправился воевать с законами физики, и, когда дым битвы рассеялся, обнаружилось, что неприятель, хотя он и был сильно потрепан, все еще на плаву.

На первой неделе июня в дополнение к полученным 185 килограммам оксида урана в лабораторию Гартека прибыли 15 тонн диоксида углерода. Профессор Гартек соорудил из сухого льда постройку высотой более двух метров и чуть меньшей толщиной. Внутри он равномерно распределил оксид урана на пять блоков, а в самом центре расположил радий-бериллиевый источник нейтронов. 3 июня он отрапортовал в Берлин, что все предварительные расчеты уже проведены и теперь необходимо подождать одну неделю, пока не закончится эксперимент. Сам он уже понимал, что, имея столь незначительное количество оксида урана, не может рассчитывать на успех и его эксперимент обречен. У него не было возможности рассчитать показатель увеличения количества нейтронов, поскольку этот процесс просто невозможно было наблюдать. Ученые удовлетворились расчетами показателя рассеивания нейтронов в твердом диоксиде углерода, а также поглощения нейтронов ураном. Полный отчет об эксперименте был закончен к августу. Главным результатом оказалось то, что размеры реактора оказались значительно большими, чем это предполагалось ранее. Несмотря на то что ученые группы Гартека рассчитывали провести еще один эксперимент с использованием пятиметрового куба сухого льда и одной или двух тонн оксида урана, Гартек был настолько подавлен оппозицией со стороны своих коллег из других институтов, что этот эксперимент, к сожалению, так и не состоялся.

Оккупация Германией Норвегии в апреле 1940 года и захват единственного в мире предприятия по производству тяжелой воды сразу же увеличили шансы немцев на успешное воплощение проекта. Норвежцы защищали Рьюкан и предприятие электролиза водорода в Веморке с фанатичным упорством. Городок находится в 120 километрах к западу от Осло. Ближайший крупный населенный пункт Конгсберг пал 13 апреля, всего через три дня после начала германского вторжения. Но неутомимый Аллье засыпал Рьюкан приказами «всеми средствами оборонять город». Наверное, поэтому этот населенный пункт стал последним в Южной Норвегии сдавшимся немцам. Германские солдаты вступили в него 3 мая. Переговоры по поводу тяжелой воды в еще более жестком, по сравнению с январем, тоне начались практически сразу. Но теперь немцы с разочарованием убедились, что весь запас тяжелой воды еще несколько недель назад был эвакуирован во Францию. Кроме того, этим фактом подтверждались их опасения, что и союзники заинтересованы исследованиями урана отнюдь не в академических целях. Позже, в 1944 году профессор Гартек писал: «Контакты с фирмой «Norwegian Hydro», единственным производителем материала SH.200 (тяжелая вода) в мире, показали, что в то время фирма могла обеспечить нас лишь очень небольшим количеством этого вещества. Однако сотрудники фирмы заявили, что после соответствующей модернизации предприятие в Веморке способно давать до 1,5 тонны SH.200 в год».

Остановившись на этом пункте, было бы полезно бросить быстрый взгляд на еще одну из принимавших участие в набиравшем обороты конфликте сторон. «К тому времени, когда я присоединился к участникам проекта, – вспоминает генерал Гровс, назначенный в 1942 году главой американской атомной программы, – исследования в области применения атомной энергии шли с нарастающей активностью уже с января 1939 года, когда Лиза Мейтнер открыла всем, что атом может быть расщеплен».

Это открытие определило два противоположных направления для дальнейших исследований: большинство физиков понимали, что расщепление ядра атома может быть использовано либо для получения энергии, либо для создания сверхбомбы. В то же время во главе тех, кто был заинтересован вторым направлением, а именно использованием атомной энергии в военных целях, были ученые, на себе испытавшие новый мировой порядок Гитлера. Физики, родившиеся в США, как и их коллеги в Великобритании, не привыкли работать в направлении применения новых открытий в интересах армии. Именно еврейские эмигранты из стран оси привлекли внимание американцев к тому, какую опасность таит в себе германская атомная программа. Все пять ученых, благодаря чьей настойчивости и энергии были начаты работы над американским атомным проектом (Сцилард, Вигнер, Теллер, Вайскопф и Ферми), как отмечалось в отчете Смита, были по происхождению иностранцами. Кроме того, все они, кроме Ферми (женатого на еврейке), были евреями. В Великобритании ядро ученых, занятых в работах по атомной программе, были выходцами из Германии.

17 марта 1939 года, за месяц до того, как немецкие ученые впервые обратились к военному командованию в Берлине, Ферми по собственной инициативе встретился с высшими офицерами министерства ВМС США в Вашингтоне. Во время встречи он рассказал им о возможности достичь контролируемой цепной реакции урана при помощи медленных нейтронов или взрывной реакции с использованием быстрых нейтронов. Он особенно горячо предупреждал руководство ВМС США о последствиях получения ядерного оружия Германией. Тем не менее он так и не смог ни в чем убедить чиновников министерства. Летом неутомимый Ферми обратился за помощью к Альберту Эйнштейну. Совместно со Сцилардом и Вигнером они обсудили возможность получения при помощи экономиста с Уолл-стрит Александра Заха, имевшего доступ к президенту США, государственной поддержки. Зах составил письмо президенту, и Эйнштейн подписал его.

В датированном 2 августа письме президента Рузвельта уведомили о возможности создания бомбы, разрушительная мощь которой способна стирать с лица земли целые города. Сама Америка располагала незначительными месторождениями урана. Основные запасы этого вещества находились в Конго, Чехословакии и Канаде. «Я знаю, что в настоящее время Германия прекратила продажу урана, добытого в Чехословакии, – писал в том письме Эйнштейн. – То, что Германия уже предпринимает первые шаги, можно понять из назначения сына заместителя иностранных дел фон Вайцзеккера в Институт имени кайзера Вильгельма в Берлине, где сейчас повторяют некоторые из опытов с ураном, проделанные в Америке».

По распоряжению Рузвельта был создан консультативный комитет по урану, главой которого был назначен руководитель лаборатории Бюро стандартов доктор Л. Бриггс. В ноябре 1939 года комитет обратился за финансовой поддержкой к правительству США в связи с необходимостью закупки четырех тонн графита и 50 тонн оксида урана, то есть американские ученые также работали над измерением сечения поглощения нейтронов в углероде. Необходимые денежные суммы так и не были выделены, и в течение последующих шести месяцев никаких изменений в ходе американского атомного проекта не произошло.

7 марта 1940 года Альберт Эйнштейн написал президенту Рузвельту второе письмо, в котором вновь предупреждал об исходящей из Германии угрозе:

«После начала войны интерес к исследованиям в области урана в Германии значительно возрос. Мне сообщили, что теперь этой проблемой занимается еще одно учреждение, а именно Институт физики имени кайзера Вильгельма. При поддержке правительства там была создана группа ученых-физиков под руководством фон Вайцзеккера, которая сотрудничает с учеными из Института химии. Прежний директор института был выслан из страны и, вероятно, не вернется в Германию до конца войны».

Несомненно, под «прежним директором» подразумевался доктор Петер Дебай. Именно он и рассказал миру о начавшихся в Институте имени кайзера Вильгельма в Далеме исследованиях в рамках урановой программы. В конце апреля Дебай, наконец, прибыл в Америку. В беседе с журналистами он рассказал о причинах, побудивших его покинуть свой пост в институте в Далеме. Немецкие власти проинформировали Дебая, что его лаборатория вскоре понадобится им «для других целей». После того как он осторожно расспросил коллег, выяснилось, что большая часть института теперь была предназначена для проведения исследований в рамках урановой программы. Результатом интервью Дебая стала опубликованная в газете «Таймс» огромная статья, в которой в преувеличенно мрачных тонах рассказывалось, как в далекой Германии все физики, химики и инженеры получили указания «оставить свои прежние работы и посвятить все свое время новой проблеме. Как стало доподлинно известно, все эти сотрудники работают не покладая рук в лабораториях Института имени кайзера Вильгельма в Берлине».

Примерно в то же время новости о немецком ядерном проекте, правда, другим путем, достигли берегов Британии. В этой стране группа ученых проводила исследования в том же направлении, что и их коллеги в Америке, Германии и Франции. В середине 1939 года профессор Томсон из Королевского колледжа в южном Кенсингтоне получил от министерства ВВС оксид урана. Он провел ряд экспериментов с быстрыми и медленными нейтронами, используя в качестве замедлителя воду и твердый парафин. В ходе экспериментов англичанам так и не удалось добиться цепной реакции. Профессор Дж. Чедвик из Ливерпуля экспериментальным путем пришел к выводу, что цепная реакция взрывного типа возможна при использовании как быстрых, так и медленных нейтронов. В своих опытах он пользовался переданной ему частью запаса оксида урана из Королевского колледжа. Кроме того, в начале 1940 года около 250 килограммов оксида урана было отправлено в Бирмингем. В этом городе работал доктор Отто Фриш, выехавший после начала войны из нацистской Германии и решивший остаться в Англии.

Фриш только что опубликовал в одном из научных журналов интервью, в котором выразил свое мнение по поводу создания сверхбомбы: «Если этот процесс не является невозможным в принципе, он должен быть непреодолимо дорогим». Тем не менее после того, как в Бирмингеме Фриш близко сошелся с другим эмигрантом из Германии профессором Рудольфом Пайерлсом, после долгих бесед и споров ему пришлось изменить свое мнение по поводу супербомбы. Двое ученых пришли к выводу, что, если при проведении опыта природный уран заменить чистым ураном-235, при этом добившись превышения некой «критической» массы урана, произойдет взрыв огромной разрушительной силы. По результатам исследований ученые подготовили два меморандума. Первый из них представлял собой составленный на трех страницах отчет с рекомендациями по «строительству супербомбы». Ученые предложили использовать в качестве заряда такой бомбы пять килограммов чистого урана-235. При этом, по их оценкам, удастся добиться мощности эквивалентной одновременному взрыву «нескольких тысяч тонн динамита».

Очевидным препятствием при этом являлись редкость урана-235 и сложность получения значительной массы этого вещества. Так же как и немецкие военные в конце 1939 года, англичане считали, что применение реакции тепловой диффузии Клузиуса – Диккеля поможет преодолеть эти трудности. Реакция состоит из огромного множества (более 100 тысяч) этапов, однако в конце концов позволит получить 90-процентный уран-235.

Во втором меморандуме, подготовленном одновременно с первым, Фриш и Пайерлс коротко и доходчиво описали конструкцию урановой бомбы, ее стратегические преимущества и недостатки.

Ученые предупредили, что, поскольку вся теоретическая часть была исследована и опубликована, они не исключают, что в Германии уже приступили к практическому этапу создания нового оружия. Этот факт будет трудно установить, поскольку для получения нужного изотопа урана не будет необходимости возведения крупного предприятия, которое попало бы в поле зрения секретных служб из-за своих размеров. Они советовали контролировать характер эксплуатации находящихся под контролем Германии месторождений урана, а также закупки этого материала за рубежом. Что касается самого предприятия по производству изотопа урана-235, ученые предположили, что его возглавит доктор К. Клузиус, профессор химии университета в Мюнхене и автор лучших методик по выделению изотопов. Таким образом, необходимую информацию можно будет почерпнуть исходя из его местонахождения и занимаемой должности.

Ученые-эмигранты настаивали на сохранении в тайне необходимости выделения урана-235 для создания нового оружия, поскольку, если этот факт станет известен немецким ученым, они быстро сумеют выйти на правильный путь в создании сверхмощной бомбы. Они подчеркивали, что не существует никакой иной защиты от нового оружия, кроме как немедленное его создание в лагере союзников. Работы следовало начинать немедленно, независимо от наличия сведений об активной работе над подобной программой в Германии.

Британская правительственная комиссия все еще рассматривала оба меморандума, пытаясь взвесить «возможность производства атомной бомбы во время войны», когда в Лондон прибыл французский лейтенант Жак Аллье с неоспоримыми доказательствами работы немцев над атомной программой. Он проинформировал англичан об имевших место в начале года попытках немцев заполучить норвежские запасы тяжелой воды. Речь тогда шла о двух тоннах. Кроме того, на первом же заседании британской комиссии 10 апреля Аллье рассеял все сомнения относительно целей приобретения немцами тяжелой воды: норвежцы рассказали лейтенанту об интересе, который проявляли представители Германии к ходу французской программы по созданию урановой бомбы.

Кроме того, Аллье привез с собой составленный французской разведкой список немецких ученых, работающих над ядерным проектом. Он рекомендовал установить их местонахождение. Список был представлен председательствовавшему на заседании комиссии Генри Тизарду, который, «несмотря на явное волнение, в котором пребывал Аллье, отнесся к заявлению француза скептически»: «Несомненно, факт попытки Германии закупить значительное количество тяжелой воды вызывает интерес». Однако Тизард полагал, что это может быть лишь превентивной мерой, попыткой лишить остальные страны доступа к этим запасам. Ведь, продолжал рассуждать Тизард, другим шагом в этом направлении со стороны немцев должны были стать попытки обратиться к бельгийской фирме «Union Miniere» с аналогичным запросом относительно ее запасов урана. Однако он до сих пор ничего не слышал о том, чтобы немцы обращались в эту компанию с подобным предложением.

Представитель министерства экономического противодействия предложил попытаться лишить Германию возможности закупок оксида урана в Бельгии. В ответ Тизард усомнился в целесообразности закупки тысяч тонн этого материала, настаивая на том, что эти запасы следует просто вывезти с территории Бельгии в Великобританию.

Министерство действовало с присущей ему неповоротливостью, и, когда месяц спустя немецкие армии обрушились на Бельгию, значительная часть этих запасов все еще находилась там.

Вплоть до июня 1940 года компания «Union Miniere» ежемесячно поставляла в Германию не более одной тонны урановых компонентов. Теперь же она получила срочный заказ на поставку немецкой фирме «Auer» до 60 тонн очищенного урана. В течение последующих пяти лет немцы получили с принадлежавших Бельгии месторождений около трех с половиной тысяч тонн соединений урана. Под наблюдением доктора Эгона Иве (руководителя одного из филиалов компании «Auer», завода редкоземельных металлов в Ораниенбурге) эти материалы были переправлены в Центральную Германию в город Штассфурт, где на заброшенных соляных месторождениях были возведены соответствующие объекты по их хранению, принадлежавшие Промышленно-исследовательской ассоциации (WiFo).

Именно отсюда фирма «Auer» теперь получала необходимые ей соединения урана с натрием и аммонием.

В мае того же года в министерстве экономического противодействия узнали, что Германия потребовала от предприятия в Веморке увеличения ежемесячного производства тяжелой воды до 1500 килограммов. Только теперь министерство снабжения приступило к изучению возможного эффекта взрыва нацистской урановой бомбы в сердце столицы Великобритании.

В конце июня 1940 года, сразу же после оккупации Парижа, доктор Курт Дибнер и профессор Эрих Шуман снизошли до посещения лаборатории профессора Фредерика Жолио в «College de France». Наиболее ценной частью оборудования здесь был недостроенный циклотрон американского производства. Все именитые французские физики, за исключением самого Жолио, к тому времени спешно выехали из Парижа в Лондон. Дибнеру удалось заручиться обещанием Жолио-Кюри сотрудничать с немцами и разрешением завершить установку и пользоваться циклотроном. Работы начались в июле, и вскоре была создана «парижская группа» под руководством профессора Вольфганга Гентнера.

Немецким ученым удалось понять и заново организовать работы, которые планировали провести их французские коллеги. Перед тем как покинуть Париж, французы готовились к проведению небольшого эксперимента с использованием 100 литров тяжелой воды, смешанной с оксидом урана. Для немцев было важно то, что независимо и одновременно с профессором Гартеком французы поняли необходимость раздельного размещения в «котле» урана и замедлителя. Французские ученые предложили помещать кубические или сферические блоки замедлителя в массу урана (а не наоборот). Применяя кубы твердого парафина, который с его высоким содержанием водорода является неплохим замедлителем, который сбрасывался в кубическую массу оксида урана, они добились действительно впечатляющих результатов. В дальнейшем французами планировалось продолжение опытов с использованием в качестве топлива оксида урана или даже металлического урана, а в качестве замедлителя – графита или тяжелой воды. Но тут вмешалась война, и ученые были вынуждены отправиться в Англию. Доктор Дибнер был первым из немецких исследователей, применявших в своих опытах материалы кубической формы, однако в его экспериментах форму куба имело урановое топливо, а не замедлитель.

К концу июня 1940 года, когда сражения на полях Европы вновь прекратились, позиция Германии в ядерной гонке была впечатляющей и тревожащей: у немцев было немного тяжелой воды, но был завод по ее производству; Германия располагала тысячами тонн урановых соединений очень высокой степени очистки; немцы почти завершили установку своего циклотрона; страна располагала значительным количеством грамотных физиков, химиков и инженеров, и этот фонд не был еще поглощен ненасытными аппетитами тотальной войны. И наконец, здесь располагалась самая развитая тяжелая химическая промышленность в мире.

Вплоть до того времени немецкие ученые имели доступ к открыто публиковавшимся в американской научной прессе результатам исследований, которые могли способствовать в создании ядерного оружия и которых в самой Германии еще не удавалось достичь. В частности, там были опубликованы статьи, подтверждающие способность деления под воздействием нейтронов ядер урана, тория и крайне редкого протоактиния. При этом атомы первого из перечисленных веществ были способны к делению под воздействием как быстрых, так и медленных нейтронов, а двух других – только при их бомбардировке быстрыми нейтронами. Благодаря опубликованной в американском журнале «Physical Review» статье[7] немецкие ученые узнали, что экспериментальным путем установлено, что медленные нейтроны лучше применять, чтобы вызвать деление ядер урана-235. Обладающие большей энергией нейтроны более охотно захватываются атомами урана-238; при этом образуется уран-239.

15 июня в журнале появилась еще одна длинная статья, в которой своими исследованиями делились двое ученых: проведя опыты на большом циклотроне в Беркли, они пришли к выводу о существовании нового трансуранового элемента, получившего позже название плутоний. Новый элемент был получен путем воздействия бета-лучами на нестабильный элемент № 93 в периодической таблице, в свою очередь полученный из урана-239. Насколько стабильным являлся новый элемент, видно из примера, приведенного самими авторами: «При альфа-излучении период полураспада альфа-частиц составит порядка миллиона лет и более». Публикация статьи вызвала волну возмущения в Англии, поскольку, если верить теории Бора и Уиллера, экспериментаторы доказали не только практическую ценность самой теории, но и невольно доказали, что открытый ими новый химический элемент № 94, или плутоний, так же подвержен цепной реакции деления, как и уран-235. Многим ученым стран-союзниц показалось, что в условиях войны публикация подобных научных статей вообще недопустима. По просьбе Джеймса Чедвика британские власти направили в США письмо протеста.

Когда британские власти обратились с запросом по поводу хода реализации ядерных исследований в США и достигнутых результатов, в ответ их заверили, что вряд ли эти результаты будут применены в военных целях. Несмотря на то что ряд немецких физиков работают над подобной программой, считалось, что союзникам удалось ввести правительство рейха в заблуждение относительно достигнутых ими успехов и времени начала практического применения результатов исследований и что ученые союзников якобы сосредоточились на решении более срочных задач.

В некоторой степени это соответствовало действительности: по разным причинам видные ученые Германии не предпринимали сколь-либо значительных усилий для того, чтобы заострить интерес руководства рейха на решении задачи по созданию атомной бомбы. И все же физики уже работали в этом направлении. Карл Фридрих фон Вайцзеккер, физик-теоретик, был одним из почитателей журнала «Physical Review». Эта привычка вызывала удивление и подозрительность соседей – пассажиров, когда он просматривал журнал на английском языке, отправляясь в метро из лаборатории домой или наоборот, и молодой ученый не раз ловил на себе настороженные, неприязненные взгляды. В июле, еще не успев получить номер журнала за прошлый месяц, он теоретически пришел к тем же выводам относительно продуктов распада урана-238, которые двое его американских коллег доказали экспериментально. Вайцзеккер сидел в вагоне метро, когда его впервые осенила мысль относительно того, что после захвата нейтронов ядра атомов урана-238 должны преобразоваться в новый элемент, который подобно урану– 235 подлежал дальнейшему распаду. Существенная разница состояла в том, что, отличаясь от урана своими химическими свойствами, новый элемент мог быть довольно просто отделен в реакторе химическим способом от радиоактивного урана. Единственным просчетом в теории фон Вайцзеккера было его предположение, что на этом этапе процесс распада остановится на элементе № 93 (нептуний), который, по мнению ученого, и должен был обладать свойствами, сходными с ураном-235. На самом деле американцы, а также двое физиков Кембриджского университета экспериментальным путем доказали, что нептуний распадался до следующего элемента, занимавшего в периодической таблице № 94 (плутоний), который и обладал свойствами, делающими его пригодным для достижения ядерного взрыва. В июне 1940 года факт существования как нептуния, так и плутония уже был теоретически обоснован физиками из Вены Шинтльмейстером и Гернеггером, однако о результатах своих исследований они заявили только в конце года. В то же время фон Вайцзеккер составил на пяти страницах доклад «О возможности извлечения энергии из урана-238», в котором он указывал три возможных способа применения радиоактивного урана, одним из которых был «взрыв».

До тех пор пока немцы не узнали о возможном альтернативном решении проблемы путем использования плутония, они сосредоточивали усилия на выделении изотопа урана-235 из общей массы соединений урана. При этом, как это предвидели Фриш и Пайерлс, для достижения нужного результата они применяли метод газовой диффузии Клузиуса – Диккеля. Если в наши дни кто-то будет удивлен многочисленными ошибками, допущенными при этом немецкими учеными, ему следует вспомнить, что к концу 1940 года не существовало надежных способов выделения изотопов, за исключением разве что изотопов водорода, да и то последнему способствовала большая разница в их массах.

В течение мая профессор Гартек и доктор Грот в Гамбурге исследовали высокие коррозийные свойства газообразного гексафторида урана. В течение четырнадцати часов они воздействовали на сталь, легкие сплавы и никель этим газом, разогретым до температуры 100 градусов, а затем измеряли вес металла. Оказалось, что сталь не выдерживает такого воздействия. Вес никеля при 100 и даже при 350 градусах, напротив, оставался практически неизменным. Следует отметить, что в те времена никель был одним из самых редких металлов в Германии, что служило еще одним препятствием на пути осуществления германской ядерной программы. 10 июля военное руководство проекта обратилось с письмом к работавшему в Мюнхене профессору Карлу Клузиусу, признанному эксперту в вопросах выделения изотопов. Профессора просили заменить гексафторид урана каким-нибудь другим материалом. Через восемь дней профессор ответил, что единственным летучим соединением урана, обладающим нужными свойствами, является пентахлорид урана, однако использование этого материала представляется ему еще более сложным, чем применение гексафторида урана. В обозримом будущем можно было начать использовать карбонильный уран после его гидрирования или хлорирования, однако сейчас он, Клузиус, не видел альтернативы гексафториду урана. На предприятии «И.Г. Фарбен» в Леверкузене, имевшем большой опыт в получении фторсодержащих соединений, приступили к широкомасштабному производству этого крайне ядовитого газа.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.