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 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.