Во второй записке ученые популярно описывали принцип действия бомбы из урана-235 и касались стратегических преимуществ и недостатков такой бомбы. Они также указывали, что, поскольку все необходимые для начала теоретические данные были уже опубликованы, следует считаться с возможностью разработки атомного оружия в Германии, однако добавляли, что обнаружить признаки работ такого рода может оказаться нелегким делом, так как завод по разделению изотопов, по их мнению, не будет столь большим, чтобы обратить на себя внимание. Поэтому, предлагали Фриш и Пайерлс, было бы весьма полезным получить данные об эксплуатации урановых рудников, находящихся под контролем немцев, и выяснить, закупают ли они уран в других странах. Они также указывали и имя возможного руководителя завода по разделению изотопов. "По всей вероятности, завод будет находиться под руководством доктора К. Клузиуса (профессора физической химии в Мюнхенском университете), изобретателя самого лучшего метода разделения изотопов. Поэтому информация о его местонахождении и положении может оказаться весьма полезной". И еще одно весьма важное утверждение было высказано ими: отмечая необходимость держать в строжайшем секрете содержание обеих записок, они утверждали, что в Германии еще никто не догадался о возможности создания сверхбомбы на чистом уране-235, но даже малейший намек наведет немцев на мысль о ней. А мощь бомбы такова, что от нее не укрыться ни в одном убежище, и единственным средством защиты явится угроза ответного применения такой же бомбы. Это последнее и указывало на необходимость незамедлительного начала работы над бомбой, даже не дожидаясь сведений о состоянии атомных дел в Германии.
Обе записки были направлены в специальную Британскую правительственную комиссию, созданную для рассмотрения "возможностей изготовления атомных бомб в военное время". Они попали туда как раз в то время, когда в Лондоне появился Жак Алье, лейтенант французской службы, доставивший сведения о работах немцев в области атомной энергии. Алье сообщил британскому правительству о попытках немцев заполучить в Норвегии тяжелую воду (упоминалось количество около двух тонн). Когда состоялось первое совещание комиссии, интерес Германии к тяжелой воде уже ни у кого не вызывал сомнений.
Алье сообщил также о своем разговоре с одним норвежцем, который беседовал с немецким ученым, побывавшим в Норвегии; немец не скрывал своего интереса к атомным исследованиям во Франции. Этим, однако, не исчерпывались сведения, доставленные Алье. Он привез список немецких атомщиков - плоды его работы во французской разведке - и настаивал на выяснении места пребывания и занятий лиц, перечисленных в списке. Алье был чрезвычайно возбужден и даже напуган полученными сведениями, и это вызвало у сэра Генри Тизарда довольно скептическое отношение. Но в то же время и он оценил всю важность известия о попытке немцев закупить в Норвегии запасы тяжелой воды. Правда, по мнению Тизарда, оно еще не доказывало, что немцы уже делают бомбу; их интерес к тяжелой воде мог лишь отражать стремление перехватить ее запасы и тем самым лишить все остальные страны возможности воспользоваться тяжелой водой. Тем не менее Тизард счел необходимым снова запросить "Юньон Миньер", не проявляли ли немцы интереса к закупке урана.
Министерству экономической войны, в компетенции которого находились дела такого рода, было поручено принять меры и лишить Германию доступа к запасам окиси урана в Бельгии. Тем не менее Тизард не рекомендовал закупать тысячи тонн окиси урана, он предлагал просто переместить их в Англию. Министерство действовало с должной всякому министерству неповоротливостью, и, когда месяц спустя германские полчища вторглись в Бельгию, большая часть запасов оказалась в их руках. Как стало известно впоследствии, с июня 1940 года и в течение всей войны из Бельгии в Германию вывезли 3500 тонн урановых соединений. Здесь они хранились в здании у заброшенной соляной шахты под Стассфуртом.
Первое совещание комиссии происходило еще в довольно спокойной обстановке. Но уже через три-четыре недели она резко изменилась. Теперь немцы завладели Норвегией и до британского правительства вскоре дошло о приказе немцев Норвежской гидроэлектрической компании довести выработку тяжелой воды в Веморке до 1500 килограммов в год. Это количество произвело должное впечатление на англичан, и министерство снабжения срочно приступило к изучению возможных последствий атомного нападения на крупный британский город.
В конце июля 1940 года, сразу же после захвата Парижа, физическую лабораторию профессора Фредерика Жолио в Коллеж де Франс посетили Эрих Шуман и Курт Дибнер. Лаборатория опустела. Все сколько-нибудь известные физики успели к этому времени покинуть Париж, а некоторым даже удалось попасть в Англию. Правда, сам Жолио остался на месте.
Осталось на месте и оборудование лаборатории, в том числе и самая ценная установка - новейший американский циклотрон, который еще даже не успели ввести в эксплуатацию. У немцев циклотронов вообще не было. Дибнеру удалось добиться договоренности относительно работы немецких физиков в лаборатории. Немцы брали на себя и ввод циклотрона в строй. Работы начались в июле, и вскоре образовалась Парижская группа немецких физиков под руководством Вольфганга Гентнера.
Этой группе удалось восстановить многие французские исследовательские работы. Так, французы намеревались провести опыт, изготовив пасту из окиси урана и сотни литров тяжелой воды. Но не довели его до конца. В страну вошли немцы. Очень важными и ценными оказались для немецких физиков данные о сходстве путей, по которым шли французы и Хартек. Как и последний, французы высказывали идею о раздельном размещении урана и замедлителя в реакторе. Правда, по мнению французов, кубики или сферы из замедляющего вещества должны были вводиться в массу урана, а немецкий подход был обратным. Помещая кубики из парафина (богатого водородом химического соединения, а потому являющегося довольно хорошим замедлителем) в сфере из окиси урана, французы добились весьма обнадеживающих результатов. И уже намечали дальнейшее развитие этого направления, рассчитывая применить в качестве замедлителя графит и тяжелую воду, а в качестве топлива - окись урана или даже металлический уран. Но обстоятельства нарушили их планы. Особенно заинтересовала работа самого Дибнера, более того, она была очень для него кстати, ведь он первым в Германии предложил использовать в реакторе кубические конфигурации. Правда, в отличие от французов, он предлагал делать кубики не из замедлителя, а из урана.
Таким образом, в июне 1940 года, когда над Францией смолкла битва и на четыре года воцарилась оккупация, позиции Германии в ядерной гонке были весьма внушительными и даже устрашающими: у нее не было больших запасов тяжелой воды, но зато она захватила единственный в мире завод тяжелой воды, она стала обладательницей тысяч тонн весьма чистых урановых соединений, установила контроль над почти построенным циклотроном, она располагала еще не обескровленными тотальной войной кадрами физиков, химиков, инженеров, а ее химическая промышленность была самой мощной в мире.
К тому же вплоть до июня 1940 года Германия неограниченно пользовалась результатами ядерных исследований, публиковавшимися в американской научной прессе без всякой цензуры. И, надо сказать, среди этих результатов нашлось много и таких, которые в Германии получить было бы вовсе невозможно. Так, в американском журнале появилось сообщение, что не только уран, но торий и протактиний могут расщепляться; первый - под воздействием и быстрых, и медленных нейтронов, а вторые два - только быстрых. А в марте и апреле 1940 года в журнале "Физикал ревью" были опубликованы сведения, важность которых вообще невозможно переоценить. Благодаря этим публикациям немцам стало известно об экспериментальном доказательстве того, что вероятность расщепления урана-235 медленными нейтронами более высока и что нейтроны определенной энергии весьма охотно захватываются ураном-238, который при этом превращается в уран-239. 15 июня, буквально за несколько дней перед тем, когда наконец была введена цензура на сообщения о ядерных исследованиях, все в том же "Физикал ревью" появилось длинное письмо двух американских физиков, в котором они сообщали о новом, чрезвычайно важном открытии, сделанном ими на крупнейшем в мире циклотроне в Беркли. Им удалось доказать существование нового трансуранового элемента (теперь он известен под названием плутония); он возникал при излучении бета-частиц из нестабильного элемента № 93, получаемого, в свою очередь, из урана-239. В этом письме указывался и период полураспада плутония: "При испускании альфа-частиц период полураспада должен быть более миллиона лет".
Публикация этого письма привела англичан в ужас. И не мудрено, ведь если теория Бора и Уилера была верна - а она подтверждалась всеми американскими опытами, - тогда новый элемент № 94, или плутоний, должен расщепляться подобно урану-235. Это мгновенно поняли некоторые физики, как только прочитали письмо в "Физикал ревью", и вряд ли они могли приветствовать публикацию такого рода в дни, когда Британия уже вела войну с Германией. Сэр Джемс Чедвик потребовал от британских властей послать энергичный протест американцам.
Но до американцев еще не дошло, что происходит в Европе, и, вероятно, даже самые дальновидные из них не могли представить катастрофу, которая разразится в Европе всего через два месяца. Не представляли в те дни американцы и возможностей атомной энергии. Когда британские власти поинтересовались успехами американцев в атомной физике, то получили заверения, что урановые исследования вряд ли могут иметь какое-либо военное значение. В то же время американцам было известно, что немецкие физики ведут урановые исследования; но военный характер этих исследований они объясняли исключительно тем, что немецкие физики намеренно и успешно вводили в заблуждение свое правительство, единственно ради того, чтобы иметь возможность спокойно работать над чисто научными проблемами.
Все же в этом была и доля правды: в ту пору серьезные ученые, хотя и по разным причинам, еще не принимали активного участия в правительственном атомном проекте, целью которого было создание урановой бомбы. Однако направленность их собственных работ была таковой, что рано или поздно эти работы должны были сомкнуться с работами по атомному проекту. И даже скорее рано, чем поздно.
Как уже говорилось, американские научные журналы прочитывались немецкими физиками от корки до корки. Особенно - "Физикал ревью". Одним из самых внимательных читателей журнала был Вайцзеккер. Он не расставался с ним ни в Институте, ни дома; он читал его в метро по пути на работу и на обратном пути, не обращая внимания на пассажиров берлинской подземки, которые удивленно, а иной раз и подозрительно косились на соседа по вагону, читающего технический и к тому же иностранный журнал. В одну из таких поездок (это было в июле месяце, еще до того как в Германии появились июньские номера американских журналов) Вайцзеккеру впервые пришла в голову мысль, что атом урана 238, захвативший нейтрон, претерпит превращение и станет атомом нового элемента, расщепляемого подобно урану-235 нейтронами. Но при этом возникало одно чрезвычайно важное различие: новый элемент должен был химически отличаться от урана, и, следовательно, отделить его от облученного урана даже с помощью химических методов было уже возможно.
Это теоретическое предположение Вайцзеккера оказалось неточным лишь в одном: в те дни он считал, что процесс распада должен завершаться элементом № 93 (теперь он называется нептунием), этому элементу он и приписывал способность к расщеплению и возможность использовать его для создания взрывчатого вещества вместо урана-235. На деле же американские физики и двое физиков из Кембриджа показали, что нептуний, распадаясь, образует еще один элемент - № 94 (ныне плутоний), который был достаточно стабильным и мог использоваться в качестве ядерной взрывчатки. Не знал в ту пору Вайцзеккер и другого: нептуний и плутоний были уже открыты экспериментальным путем. Это удалось сделать в июне 1940 года двум венским физикам Шинтельмейстеру и Хернеггеру. О своем открытии они, однако, сообщили только в конце года. Но Вайцзеккер не дожидался подтверждения своих рассуждений. Как и многие его коллеги, он тотчас направил письмо в военное министерство. Оно занимало всего пять страниц, и в нем говорилось "о возможностях извлечения энергии из урана-238"; упоминалось также, что новый элемент, возникающий при облучении урана в реакторах, можно было бы использовать трояко, и в частности как "взрывчатое вещество".
4
До того как немецкие ученые отчетливо поняли, что сулит им плутониевая альтернатива, они продолжали искать практическое решение задачи получения больших количеств урана-235. Их надежды, как и предвидели Фриш и Пайерлс, были в основном сосредоточены на процессе газовой диффузии, предложенном Клузиусом и Диккелем. С позиций сегодняшнего дня нетрудно осудить немецких ученых за множество ошибок на пути к правильному методу разделения изотопов урана. Однако они не покажутся столь уж грубыми, если вспомнить, что в ту пору еще вообще не умели получать изотопы в сколько-нибудь ощутимых количествах. Исключением являлся лишь тяжелый водород, но и то потому, что между обычным и тяжелым водородом имеется очень большое различие: дейтерий вдвое тяжелее водорода.
В мае 1940 года Хартек и Грот в Гамбурге проводили исследования коррозионного действия особо чистого газообразного шестифтористого урана. В этот газ, нагретый до температуры 100° С, они помещали кусочки стали, некоторых сплавов, чистого никеля. Продержав образец в газе 14 часов, они вынимали его и взвешивали. Стальной образец сильно менялся в весе. Сталь не выдерживала воздействия газа, зато вес никелевого образца оставался прежним. Не изменился он даже после того, как Хартек и Грот повторили опыт при температуре 350° С. Никель оказался самым устойчивым из всех металлов. Но в ту пору именно он считался самым дефицитным, и это в какой-то степени повлияло на всю судьбу уранового проекта в Германии. Результаты испытаний, проведенных Хартеком, были обескураживающими, срочно требовались какие-то новые решения. Тогда военное министерство направило Карлу Клузиусу в Мюнхен письмо, в котором запрашивало его совета относительно возможности замены шестифтористого урана каким-либо другим соединением. Через неделю Клузиус ответил, что единственной возможной заменой, единственным известным соединением урана, которое в данном случае может рассматриваться, является пятихлористый уран. Однако его применение сулит едва ли меньшие, а возможно и большие, трудности, чем применение шестифтористого урана.
Таким образом, в то время считалось, что единственный путь для получения урана-235 есть метод разделения изотопов с применением шестифтористого урана. На заводе "ИГ Фарбениндустри" в Леверкузене, где имелся богатый опыт работы с соединениями фтора, началось сооружение установки для производства больших количеств этого газа.
Однако нашлись в Германии и такие ученые, которые понимали, что метод разделения изотопов в газовой среде очень сложен на практике и к тому же вовсе не единственный. Сам Клузиус, один из его авторов, искал новых путей. Он намеревался разработать такой метод обогащения урана, в котором в качестве рабочих агентов использовались бы жидкие растворы, а не газ. Он предложил военному министерству одно из возможных решений: "Накопленный нами опыт работы с летучими соединениями урана показывает, что подлинного успеха мы можем добиться только в случае, если перейдем к процессу, в котором рабочими агентами являются жидкости". Подобного мнения придерживался и физик из Гейдельберга Флейшман. Почти одновременно с Клузиусом он нашел сходное решение. По предложению Флейшмана, следовало воспользоваться слегка измененным процессом, примененным Юри для выделения изотопа азота; этот процесс, подобно новому процессу Клузиуса, также основывался на законе распределения Нернста, и, по мысли Флейшмана, в нем должны были участвовать два раствора: водный раствор нитрата урана в эфире. Теория показывала, что в эфире концентрация ионов урана-235 должна повышаться, а это, в свою очередь, позволит затем выделять нужный изотоп физическими методами.
Предложения Клузиуса не были голословными, уже с января 1940 года у себя в Мюнхене он начал опытную проверку нового принципа. Ему удалось разделить ионы натрия и лития, и в мае он сообщал об обнадеживающих результатах. Однако, когда он и его сотрудник Майерхаузер попытались этим же способом разделять ионы элементов, имеющих большее сродство (а такими являются редкоземельные элементы), их постигла неудача. Ученым пришлось обратиться к другому, более сложному принципу разделения, принципу "встречного потока".
Новый принцип также подвергся экспериментальной проверке в лаборатории Клузиуса. Здесь на первых порах была установлена металлическая, а затем стеклянная колонна для разделения и начались поиски наиболее подходящей соли урана. В первых опытах, которые успел провести Клузиус, он работал с солями редкоземельных элементов - перхлоратом неодима и перхлоратом иттрия. Опыты определенно указывали на преимущества процесса с использованием жидких растворов и даже на его практическую перспективность.
И все же конкретного решения не мог предложить никто. Когда в октябре 1940 года в Лейпциге собрался Бунзеновский научный конвент, трудности практического применения известных методов разделения для массового производства урана-235 стали предметом особого рассмотрения. На этом Конвенте были предложены некоторые новые методы. Так, Вальхер описал опыты получения небольших количеств изотопов с помощью масс-спектрометра, а профессор Мартин доложил о работе, проведенной его институтом в Киле. Здесь осваивался совершенно новый метод, основанный на применении ультрацентрифуг и особой техники "умножения". Правда, новизна метода была относительной в том смысле, что работа над ним началась сравнительно давно. А в самые первые дни войны Мартин уже получил от военного министерства приказ доложить о состоянии работы в области разделения изотопов. Поскольку теперь это должно было делаться во имя "интересов ядерных исследований", ему было предложено закончить первый опытный образец установки как можно скорее. Однако приказ военного министерства сам по себе еще не есть решение проблемы, и даже спустя год с лишним, в октябре 1940 года, многие технические трудности оставались все еще не преодоленными.
По существу ни один метод не давал возможности получать уран-235 в достаточных количествах. Никаких плодов не принес и Бунзеновский научный конвент. Он лишь подтвердил отсутствие сколько-нибудь подходящих для практики методов разделения изотопов урана.