И все-таки вовсе не технические препятствия были главной причиной медленного разворачивания работ по атомному проекту. Куда больше помех научной работе создавали сами власти, их отношение к науке вообще. Уже с самых первых дней войны немецкая экономика была всецело поставлена на удовлетворение непосредственных нужд блицкрига. Головокружение от первых военных успехов привело немцев к выводу о полном превосходстве их военной техники, и в те дни вряд ли кому приходила в голову мысль о необходимости ее совершенствования, о проведении новых научно-исследовательских работ, направленных на создание более совершенного оружия. Научные лаборатории оказались в тяжелом положении, они вынуждены были работать на оборудовании, которым успели запастись до войны, получить же новое было в ту пору совершенно безнадежным делом.
И, разумеется, в первую очередь и острее всего немецкие физики ощущали отсутствие циклотрона. Именно циклотрон являлся самым необходимым орудием для штурма атомного ядра. Именно с помощью циклотроне американцы получили первые, хотя и ничтожные, но достаточные для исследований количества плутония. Именно циклотрон позволил сделать это еще задолго до того, как был пущен в эксплуатацию первый атомный котел. Германия же значительно отставала от США. Только в 1938 году гейдельбергский Физический институт кайзера Вильгельма, руководимый Боте, оказался в состоянии выдать первые заказы на изготовление узлов и деталей для циклотрона, но было уже поздно; теперь в первую очередь снабжались работы, непосредственно связанные с войной; работы по изготовлению циклотрона очень затянулись. Ввести его в эксплуатацию удалось только в конце 1943 года.
В первые месяцы 1940 года на атомной сцене возникла новая фигура, к которой "чистые физики" отнеслись с плохо скрываемым пренебрежением. Новым претендентом на долю в атомном пироге оказался выдающийся немецкий инженер барон Манфред фон Арденне. Он обратился к сотруднику Гана профессору Филипу (занимавшемуся исследовательской аппаратурой и оборудованием) с предложением добиваться от одного из ведомств, подчиненных Герингу, субсидий на постройку установок для "расщепления атома". Филип в принципе не возражал, но считал, что было бы бестактным действовать через голову Фонда кайзера Вильгельма и одновременно посоветовал Арденне не обращаться с таким делом к министру просвещения Бернгарду Русту, который не желает даже слышать об атомных исследованиях.
Арденне последовал совету Филипа и решил искать другие богатые источники субсидий. Вскоре он узнал о большом и богатом исследовательском департаменте при министерстве почт. Арденне добился приема у министра почт Онезорге. Арденне прочитал ему популярную лекцию о роли открытия Гана в деле создания урановой бомбы и, комментируя программу строительства военных судов в США, особенно напирал на возможность использовать "урановые реакторы в качестве источников энергии на кораблях". Еще до свидания с Онезорге Арденне имел возможность выяснить у Гана и Гейзенберга количество чистого урана-235, потребное для создания бомбы; это количество, по их оценке, должно было оказаться очень небольшим, всего несколько килограммов. "Во время беседы, - пишет Арденне, - я выразил мнение, что с помощью высокоэффективных масс-сепараторов (чертежи которых уже были созданы) технически вполне возможно получать уран-235 в количестве килограммов. Для этого нужно лишь, чтобы правительство рейха решилось направить таланты крупных электриков к этой цели".
Беседа с фон Арденне произвела столь сильное впечатление на министра почт, что Онезорге немедленно запросил аудиенции у самого Гитлера. И вскоре был принят для доклада фюреру об урановой бомбе. Разумеется, в конце .1940 года Гитлеру, опьяненному своими успехами, когда полная победа казалась совсем близкой, и в голову не пришло серьезно отнестись к предложению, которое указывало средство для победы. Возможно, оно было неприятно ему, ибо, по мнению фюрера, главным фактором победы был его военный гений, а не какое-то оружие. И он не упустил случая поиздеваться над Онезорге. Обратившись к присутствующим, Гитлер язвительно сказал, что пока все министры и генералы тщетно ломали головы над тем, как выиграть войну, министр почт принес готовое решение.
Арденне дожидался Онезорге в его министерстве. Тот вернулся от Гитлера обозленным и все еще не успокоившимся после пережитого унижения, но не сдавшимся - предложения Арденне были включены в план исследовательских работ министерства почт. Так наряду с группой, возглавляемой Дибнером, и группой физических институтов кайзера Вильгельма в Германии возникла третья группа атомщиков под началом фон Арденне.
Создание новой группы было встречено остальными двумя с большим неудовольствием и подозрительностью; Арденне был для них кем-то вроде самозванца, его научная подготовка и научные методы казались остальным атомщикам по меньшей мере нестрогими. И хотя Арденне уже не первый год читал в Берлине курсы физики, математики и химии, ученые академического толка не признавали его, тем более что он никогда не был близок с "высоколобыми" из окружения Гейзенберга. И все-таки его, видимо, побаивались и старались всячески отвадить от атомной кормушки; возможно, не без внушения Гейзенберга, 10 октября 1940 года лабораторию Арденне посетил Вайцзеккер и весьма настойчиво пытался убедить Арденне, что, по мнению Гейзенберга, создание атомной бомбы невозможно принципиально, так как эффективное сечение урана уменьшается при повышении температуры и, следовательно, взрывная цепная реакция не возникнет. Научный авторитет Гейзенберга был непререкаем и для Арденне. Он не мог не поверить словам Вайцзеккера и потому полностью сосредоточил усилия на том, чтобы убедить своего высокого покровителя в необходимости строительства "установок для расщепления атома". Онезорге пошел ему навстречу и выделил средства для строительства в лаборатории Арденне в Лихтерфельде ускорителя Ван де Граафа с рабочим напряжением 1 миллион вольт. Кроме того, Онезорге учредил вторую ядерную исследовательскую лабораторию в Мейерсдорфе, где был установлен каскадный генератор Филипса. В обеих лабораториях начались работы и по созданию шестидесятитонных циклотронов. Однако прежде чем их успели закончить, было решено положиться на парижский циклотрон, установленный в Коллеж де Франс. Еще с сентября 1940 года там обосновался ведущий немецкий специалист по циклотронам профессор Вольфганг Гентнер, который в свое время работал в Калифорнии у самого Лоуренса.
5
Среди материалов, захваченных в Бельгии, было большое количество ураната натрия. Две тонны этого вещества переправили в Берлин для экспериментов, которые намеревался проводить фон Дросте. И хотя уранат натрия, вывезенный из Бельгии, содержал много химических примесей, Дросте решил попытаться использовать его для осуществления цепной реакции. Уранат натрия упаковали в 2000 бумажных пакетов, а затем сложили из этих пакетов куб высотой около метра. Надо сказать, что эксперимент и по замыслу, и по исполнению был довольно схож с тем, который попытался провести четырьмя месяцами раньше Хартек. Различие состояло лишь в том, что Хартек использовал в качестве замедлителя сухой лед, а Дросте надеялся, что роль замедлителя сыграют бумага и вода. Эксперимент Дросте не дал никаких положительных результатов. Единственным выводом, который можно было бы сделать, было подтверждение необходимости пользоваться материалами, содержащими минимальное количество вредных химических примесей.
Эксперимент фон Дросте оказался последним, так сказать, промежуточным экспериментом. В начале октября было закончено строительство и оборудование Вирусного флигеля, проводившееся под руководством Карла Виртца.
В задней части лаборатории Вирусного флигеля помещался выложенный кирпичом круглый бассейн глубиной около двух метров. Вода в этот бассейн поступала из лаборатории выращивания вирусов, оттуда же подавалась и электроэнергия. Бассейн заполнялся обычной водой, которая должна была играть одновременно роль защиты и отражателя для нейтронов. При необходимости воду можно было в течение часа откачать из бассейна с помощью быстродействующего насоса. Над бассейном находился портальный кран, предназначенный для подъема и опускания реакторного контейнера. В соседних помещениях разместили насосы, необходимое лабораторное и научное оборудование, а также контейнер для хранения радиоактивного источника нейтронов.
Вероятности того, что вопреки предосторожностям и благоприятным результатам теоретических расчетов котел все-таки может выйти из-под контроля, создатели Вирусного флигеля уделили не особенно много внимания. Правда, они все же в какой-то мере помнили о ней и на случай, если худшее все-таки произойдет, стены и крышу Вирусного флигеля сделали из легких и хрупких материалов. Надо сказать, что и американцы, запуская свой первый котел, шли на риск. Но у них это был единственный случай, все последующие реакторы они уже строили в почти ненаселенных районах. Что же касается Вирусного флигеля, то он находился в сердце Берлина.
Гораздо большее внимание было уделено предосторожностям при обращении с окисью урана, но не потому, что это вещество радиоактивно - оно совершенно нерадиоактивно, - а потому, что окись урана чрезвычайно ядовита. В Вирусном флигеле ученые должны были работать в специальной одежде и обуви, защищать глаза очками и пользоваться респираторами.
В декабре 1940 года в Вирусном флигеле закипела работа. Гейзенберг, Вайцзеккер, Виртц и еще двое физиков начали собирать первый атомный котел. Контейнер котла представлял собой алюминиевый цилиндр с диаметром 1,4 метра с такой же высотой. Торцы цилиндра были слегка выпуклыми. В контейнер они заложили тонкими чередующимися слоями окись урана и парафин. Затем контейнер погрузили в бассейн с водой, игравшей роль защиты от нейтронов.
Что должно произойти, никто из участников опыта не знал. Проведенные незадолго до того расчеты показывали, что даже при использовании в качестве замедлителя только парафина в котле начнется размножение нейтронов. Но насколько возрастет количество нейтронов, что произойдет, когда в сердцевину котла введут первичный источник нейтронов, не брался предсказывать никто. На этот вопрос должен был ответить опыт. Оставалось лишь ввести в котел источник первичных нейтронов. И вот он уже введен через трубу в самую сердцевину котла… Котел не подавал даже признаков жизни. Самые тонкие измерения не показали наличия нейтронов. Даже те нейтроны, которые излучал введенный в котел источник, полностью поглощались и не выходили наружу.
Через несколько недель ученые провели два новых опыта. Как и раньше, в качестве замедлителя они взяли парафин. Но зато количество ядерного топлива значительно увеличили. На сей раз в тот же алюминиевый цилиндр закладывали 6800 килограммов окиси урана. Физики проверили два различных варианта, две различные конфигурации. Но тщетно. Ни один из вариантов не дал желаемого размножения нейтронов.
Как мы помним, Гейзенберг ни за что не хотел переехать в Берлин. Он не оставил Лейпцига, где под его руководством также велись работы в области атомной энергии. В этом городе опытами с котлом на окиси урана и парафине непосредственно занимался профессор Дёппель. Сущность опытов оставалась той же самой, но конструкция котла была иной. Контейнер котла представлял собой алюминиевую сферу, внутри которой, подобно игрушечной русской матрешке, помещались алюминиевые сферы меньшего диаметра, отделявшие друг от друга чередующиеся слои окиси урана и парафина. Всего слоев было четыре. Конструкция котла была очень сложной, и потому эксперимент, запланированный еще в июне 1940 года, удалось провести через много месяцев. Результаты же оказались ничуть не более обнадеживающими, чем результаты опытов в Вирусном флигеле.
Гейзенбергу не оставалось ничего лучшего, как признать неудачу. Однако она убедила его в невозможности создания реактора на окиси урана и обычной воде или парафине.
Только тяжелая вода, которой все еще не располагали немецкие физики, вероятно, позволила бы применить в качестве атомного топлива окись урана.
Пожалуй, самой ценной работой того периода были опыты, проведенные в Гейдельберге. Здесь Вальтер Боте и Фламмерсфельд провели очень точные измерения коэффициента размножения нейтронов и вероятности резонансного поглощения нейтронов, воспользовавшись простейшей конструкцией - огромным горшком из обожженной глины, в который они загрузили смесь из 4,5 тонны черной окиси урана и 435 килограммов воды. Полученные результаты привели их к тому же выводу, что сделал и Гейзенберг; создать котел на окиси урана и тяжелой воде теоретически возможно.
В конце 1940 года было принято решение о производстве чистого металлического урана. Сейчас уже невозможно установить, кто из ученых явился инициатором нового подхода, но так или иначе военное министерство высказалось за то, что окончательный решающий эксперимент должен быть проведен на чистом металлическом уране.
Берлинская "Ауэр гезельшафт", поставщик высокочистой окиси урана, не располагала производственными возможностями для восстановления металлического урана из окиси. Но у доктора Риля имелись хорошо налаженные связи с франкфуртской фирмой, обладавшей очень высокой репутацией в области переработки редких металлов. Этой фирмой была "Дегусса", или "Германская корпорация по очистке золота и серебра". Фирмы были связаны друг с другом уже не первый год, их сотрудничество началось, когда "Дегусса" по заказу "Ауэр гезельшафт" провела работы по восстановлению металлического тория из его окислов. Получив металлический торий, "Ауэр гезельшафт" начала его коммерческое использование. А "Дегусса" решила создать под руководством доктора Вайсса постоянно действующую установку для получения металлического тория на своем заводе № 2, помещавшемся на Гутлейтштрассе, 215. С 1938 года по декабрь 1940 года на установке было получено свыше 200 килограммов тория.
После решения военного министерства роль этой установки чрезвычайно возрастала. Теперь, благодаря сходству технологических процессов, ее решено было использовать для получения металлического урана из очищенной окиси, поступавшей из "Ауэр гезельшафт". Восстановление урана выполнялось при температуре 1100° С в атмосфере инертного газа аргона с помощью флюса из хлорида кальция. Однако в получаемом таким способом металлическом уране содержалось много примесей, даже больше, чем в исходной окиси урана. Они возникали вследствие применения кальциевого флюса. А между тем металлический уран высокой чистоты можно было получать и с помощью более распространенного способа - электрометаллургического. Но "Дегусса" продолжала придерживаться своего прежнего способа, считая его наиболее удобным для получения чистого металлического урана. Все же были попытки применения других методов. Так, в Берлине доктор Хорст Коршинг пытался получать высокочистый уран на основе электролиза. Но Риль счел этот способ неэкономичным.
Каковы бы ни были причины такого отношения, фактом остается то, что весь чистый уран, выпускавшийся во время войны в Германии, изготавливался франкфуртской фирмой "Дегусса". Первые 280,6 килограмма тяжелого и очень опасного черного порошка, полученные еще на лабораторных установках, прибыли в управлении "Ауэр гезельшафт" в конце 1940 года. Чистый металлический уран предназначался специально для немецкого атомного проекта.
Возможно, некоторым читателям покажется, что автор уделяет слишком большое внимание вопросам получения урана. Однако этому есть веские причины. Ведь к концу 1940 года в Германии уже было поставлено на промышленные рельсы производство чистого металлического урана в форме порошка, причем максимальный месячный выход металла достигал одной тонны. В Америке же в ту пору еще и не мечтали о подобных количествах металлического урана. Только в конце 1942 года там сумели набрать для знаменитого атомного котла, построенного Энрико Ферми, шесть тонн металлического урана. Этот котел стал первым в мире действующим реактором.
В Германии нужное количество металлического урана имелось гораздо раньше; "Дегусса" выпустила семь с половиной тонн чистого металлического урана, и 99% этого количества было передано для атомных работ. Неудачу Германии в деле создания атомной бомбы и атомного реактора часто объясняют слабостью ее промышленности в сравнении с американской. Но, как мы теперь можем видеть, дело заключалось не в слабости немецкой промышленности. Она-то обеспечила физиков необходимым количеством металлического урана.
Дело в том, что немецкие ученые не сумели правильно использовать его. И, следовательно, списывать неудачу на счет низкого промышленного потенциала Германии нет оснований. Виною по существу оказался невысокий научный потенциал, слабость ученых третьего рейха.
Как это случилось, читатель узнает в следующих главах.
Роковая ошибка
1
Случилось так, что первые военные трудности Германии совпали с кризисом немецких атомных исследований. В те самые месяцы, когда наметился перелом в битве за Британию, а союзники Германии создали чреватое серьезными опасностями положение на Балканах, немецкие ученые впервые ясно представили себе сколь мало обоснованными оказались их надежды на возможности создания сравнительно простых методов выделения чистого урана-235. А вскоре за этим последовала и другая обескураживающая новость: гейдельбергская группа, занимавшаяся исследованиями графита, сообщила о новых данных, которые вопреки всем ожиданиям указывали на полную непригодность этого материала для использования в качестве замедлителя.
Еще в конце 1940 года немецкие физики не предвидели никаких сколько-нибудь серьезных трудностей на пути военного применения атомной энергии. Но уже в самом начале 1941 года то, что представлялось им концом пути, оказалось на деле лишь крутым поворотом, за которым раскрылась беспредельная даль нового научного поиска.
Забраковав в январе 1941 года графит, немецкие ученые совершили роковую ошибку. Теперь это хорошо известно. Но поражает и поныне, почему они приняли это заключение за истину, почему не усомнились в нем. Ведь всего полугодием раньше экспериментальное определение ядерных констант графита дало весьма благоприятные результаты. Тогда в сравнительно несложном эксперименте удалось измерить длину диффузий тепловых нейтронов, оказавшуюся равной 61 сантиметру. После этого эксперимента профессор Боте с уверенностью ожидал, что в совершенно чистом графите длина диффузии возрастет до 70 сантиметров. И этого было бы вполне достаточно для успешного применения дешевого и доступного материала в качестве отличного замедлителя в урановых котлах.