Новые эксперименты в Гейдельберге были завершены в январе 1941 года. Что-то, где-то было сделано не так, и измерения на метровой сфере из электрографита фирмы "Сименс", считавшегося исключительно чистым, дали вместо ожидаемых 70 только 35 сантиметров. А это привело Боте к выводу о невозможности создать котел на необогащенном уране и графите. Чтобы применять графит, считал Боте, ядерное топливо должно быть обогащено ураном-235. Как ни странно, он почти не допускал мысли о загрязнении использовавшегося в эксперименте графита примесями водорода или азота.
Попытки получить сверхчистый углерод предпринимались в Германии еще за несколько лет до опытов, проведенных в Гейдельберге. Так, в Гёттингене профессор Йос ставил опыты по получению сверхчистого углерода, совершенно свободного даже от малейших следов бора. Он подвергал нагреву различные углеводы, включая разнообразные сахара и крахмал, и ему удавалось получать исключительно чистый углерод. Однако после опытов Боте эффективность даже самого чистого углерода как замедлителя нейтронов была поставлена под сомнение и от дальнейших опытов с углеродом отказались.
Справедливости ради следует упомянуть об очень сходной ошибке, допущенной в Кембридже. Здесь в то время работали бежавшие из Франции фон Халбан и Коварский. Оки опытным путем пытались установить, возможно ли возникновение цепной реакции при использовании графита. Полученные ими результаты тоже оказались отрицательными.
А ведь в Германии дело могло бы принять совершенно иной оборот, если бы коллеги Хартека отнеслись к его опыту с сухим льдом более лояльно. Тогда он почти наверняка провел бы свой второй эксперимент с большим количеством урана и сухого льда и узнал бы истинную величину поглощения нейтронов. Однако читатель уже, видимо, убедился, что неудача Хартека была не случайной, а являлась следствием общего состояния дел в немецкой науке. Ему еще не раз придется убедиться, сколь пагубно сказывалось оно на многих начинаниях физиков-атомщиков в Германии. Именно общим состоянием дел только и можно объяснить, почему никто из физиков не попытался проверить результаты Боте. Кто знает, как обернулось бы дело, если бы опыты Боте были своевременно повторены и его ошибка исправлена. К счастью, эта ошибка, роковая для судеб немецкого атомного проекта, оказалась счастливой для всего человечества. Она стала главным препятствием и помешала немцам создать критический реактор на графите и уране, то есть реактор такого же типа, как первый в мире действующий реактор, созданный американцами два года спустя. Ошибка Боте лишила немцев выбора - теперь всю ставку они делали на тяжелую воду.
Вся работа ставилась в зависимость от этой жидкости, по каплям получаемой на заводе высокой концентрации в оккупированном Рьюкане. Департамент армейского вооружения решил командировать кого-нибудь из физиков в Норвегию, с тем чтобы на месте разобраться в положении и выяснить, нельзя ли ускорить производство тяжелой воды. Выбор пал на Карла Виртца, который до войны являлся почти единственным специалистом по тяжелой воде. Однако истинная роль этого человека в немецком атомном проекте не ограничивалась консультациями по тяжелой воде, со временем он стал одним из его основных участников. Виртц слышал о главном инженере завода в Веморке, докторе Йомаре Вруне, он читал некоторые работы о тяжелой воде, написанные Вруном совместно с профессором Лейфом Тронстадом. Однако Виртцу не пришлось встретиться с Вруном.
В мирное время тяжелой воды, выпускавшейся Норвежской гидроэлектрической компанией, с лихвой хватало для всех научных лабораторий мира, но этого количества было явно недостаточно для удовлетворения запросов германского военного министерства. Лишенное надежд на применение графита, оно теперь требовало тяжелую воду в количествах, исчисляемых тоннами. Посетив норвежский завод, Виртц убедился я неэкономичности процесса получения тяжелой воды даже при повторном окислении обогащенного водорода и его повторном электролизе. Убедился он и в другом - и при самом идеальном процессе, проводимом в самых идеальных условиях, получение одного грамма тяжелой воды все равно будет обходиться баснословно дорого: на каждый грамм потребуется затратить 100 киловатт-часов электроэнергии. В Германии с ее тепловыми электростанциями, работающими на угле, за каждый грамм пришлось бы платить одну марку. Не говоря уже о нехватке электроэнергии, такая стоимость неумолимо указывала на полное отсутствие возможности строительства завода тяжелой воды в самой Германии.
Последствия ошибки Боте сказались бы значительно меньше, если бы немцам стал известен какой-либо практически пригодный метод повышения концентрации урана-235. Тогда им удалось бы построить реакторы, в которых в качестве замедлителя была бы пригодна даже обычная вода. Но и в этом немецких физиков постигла неудача. Работы по разделению изотопов методом Клузиуса - Диккеля с использованием шестифтористого урана, проводившиеся в Гамбурге, не дали ожидаемого эффекта, и в начале 1941 года Хартеку и Йенсену пришлось признать свое поражение.
Им нелегко было отказаться от метода Клузиуса - Диккеля. И, прежде чем пойти на это, они не один раз пытались переработать и усовершенствовать аппарат. Сначала они надеялись сделать его в Гамбурге, в своей лаборатории, где соорудили колонну из никелевых труб высотой более четырех метров. По внутренней трубе колонны пропускали перегретый пар, а внешнюю охлаждали, но находившийся в пространстве между трубами шестифтористый уран не желал "работать". Тогда было решено построить на заводе "ИГ Фарбениндустри" в Леверкузене колонну высотой пять с половиной метров и вновь попытаться разделить изотопы урана. В этой колонне, как и во всех прежних, ученые без труда разделили изотопы ксенона и, используя метан, сумели даже выделить углерод-13. Но при тех рабочих температурах, которые удавалось получить на внутренней трубе колонны, разделения изотопов урана почти не происходило: за семнадцать суток непрерывной работы колонны удалось получить всего только один грамм шестифтористого урана, в котором концентрация урана-235 лишь вдвое превысила нормальную.
В попытках отыскать причину неудачи высказывались самые разные догадки. Так, мюнхенский физико-химик Вальдман предполагал, что в колонне шестифтористый уран разлагается под действием высокой температуры. Была проведена специальная проверка - газ не разлагался. Пробовали воспользоваться и другим рабочим газом, пятихлористым ураном, но он действительно разлагался на четыреххлористый уран и хлор, как и предсказывал в свое время Клузиус.
Не лучше обстояли дела и с другим методом разделения, которым занимался в Гейдельберге Флейшман. Поначалу теоретические данные сулили полный успех, ко прошло несколько месяцев, и весной 1941 года все надежды развеялись в прах.
Немецкие ядерщики оказались перед лицом кризиса…
Не предвидя трудностей, они слишком легко отнеслись к делу и совершенно не позаботились о поисках серьезных резервных вариантов. Правда, Клузиус и его сотрудники предлагали весьма изящный способ разделения изотопов с помощью жидких соединений урана. Метод был разработан теоретически и дело оставалось за малым… нужно было открыть подходящие жидкие соединения урана.
В марте 1941 года ведущие участники атомного проекта встретились вновь. Их встреча прошла в безрадостной и даже тяжелой обстановке; все они чувствовали, что зашли в тупик, но никто не мог предложить чего-либо нового.
Подводя итоги совещания, профессор Хартек писал военному министерству:
Совещание установило, что в первую очередь необходимо решить две задачи:
1) производство тяжелой воды;
2) разделение изотопов урана.
Решение первой задачи в кратчайшие сроки представляется более рациональным и реалистическим, поскольку при использовании тяжелой воды теоретически можно создать реактор даже на необогащенном уране. Кроме того, производство тяжелой воды в количествах, необходимых для создания реактора, несравненно дешевле, чем двух- или трехкратное повышение концентрации урана-235, требуемое для замены тяжелой воды обычной.
Касаясь второй задачи, Хартек делал вывод, что, пока не будет найден лучший метод разделения изотопов урана, нынешние методы могут рассматриваться "только для применения в тех специальных случаях, когда вопросы стоимости отодвигаются на второй план". Под этими специальными случаями Хартек подразумевал изготовление атомных взрывчатых веществ.
В мае он и доктор Виртц снова посетили завод в Веморке. Они поехали туда, чтобы наметить пути реализации предложений Виртца о повышении производительности завода. На этот раз они встретились с его главным инженером доктором Вруном. Брун сразу же почувствовал их стремление всячески избежать распросов о предназначении тяжелой воды, и эта уклончивость уже сама по себе убедила Бруна в чрезвычайной важности, которую немцы придают продукции его фирмы. Что же касается немецких физиков, то они получили вполне удовлетворившую их информацию. Она убедила их в возможности наладить снабжение тяжелой водой. -
Но вторая задача, указанная Хартеком, - разделение изотопов - все еще оставалась не решенной. Чтобы ускорить дело, военное министерство согласилось поддерживать проведение нескольких параллельных работ. Одной из них была работа, предложенная ассистентом Гейзенберга в Лейпциге Эрихом Багге, который, как помнит читатель, в первые дни войны помогал Дибнеру созвать совещание физиков.
Еще в ноябре 1940 года, примерно через месяц после Бунзеновского научного конвента в Лейпциге, Багге подготовил статью, посвященную самоновейшей (как тогда казалось) возможности достаточно производительного обогащения редких изотопов. В весьма упрощенном виде его предложение сводилось к следующему: узкий пучок молекул подлежащих разделению изотопов пропускается через систему щелей, открываемых и закрываемых в строго определенные моменты времени вращающимися затворами; скорость вращения затворов должна подбираться таким образом, чтобы через щели проходили "пакеты молекул" одного типа и не проходили пакеты молекул другого типа. В соответствии с законом распределения скоростей молекул, данным еще Максвеллом, скорость более легких молекул в пучке должна превышать скорость более тяжелых молекул, и, следовательно, через некоторое время после старта легкие молекулы окажутся впереди. При разделении урана легкие изотопы можно будет с помощью затворов как бы отсекать от тяжелых, а затем откачивать в соответствующий контейнер.
В начале апреля, совсем незадолго до получения написанного Хартеком отчета, Дибнер вызвал Багге в Департамент армейского вооружения. Здесь он срочно оформил перевод Багге в группу, работавшую в Далеме, и откомандировал его во Францию, где от Багге требовалась помощь Жолио и Гентнеру в пуске циклотрона. Перед отъездом Багге подал записку с изложением сути своего изобретения, которое он назвал "изотопный шлюз". В июле, когда Багге уже обжился в Париже, приехал Дибнер. Он привез довольно мрачные новости о безуспешных попытках найти подходящий метод разделения изотопов. А одна из новостей касалась непосредственно Багге и оказалась радостной для него. Пока он жил в Париже, непосредственный начальник Дибнера по Департаменту доктор Баше направил записку об изотопном шлюзе в Гамбург, чтобы узнать мнение Хартека. Теперь Багге надлежало немедленно возвратиться в Германию. 2 августа Багге был уже в Мюнхене, где имел беседу с Клузиусом, экспертом по разделению изотопов. "Он считает изотопный шлюз вполне работоспособным", - записал Багге в своем дневнике.
Весь месяц Багге метался из города в город: Берлин, Лейпциг, снова Берлин, Киль, - и везде вел переговоры со специалистами, которые могли бы посоветовать что-либо ценное для его" изобретения. Особенно он нуждался в советах тех, кто мог помочь в деле создания главного узла установки - печи, специально предназначенной для испарения тяжелых металлов.
11 сентября ему пришлось предстать перед самим профессором Шуманом. Вот дневниковая запись Багге:
"Совещание с участием доктора Баше. Очень похоже на допрос, но с положительным (для меня) исходом".
И, вероятно, именно в тот день, а не раньше, Багге впервые понял истинные причины столь горячего интереса военных к проблеме разделения изотопов. Ему случайно довелось услышать один многозначительный разговор Дибнера и Баше. Они прикидывали возможности осуществления всех работ по разделению изотопов. Баше спросил Дибнера, стоит ли направлять на это дело средства и людей, которых с каждым днем не хватает все больше, если доказана возможность создания реактора на необогащенном уране и тяжелой воде. Дибнер без раздумий ответил, что, хотя получение урана-235 и не играет принципиальной роли в создании реакторов, этот изотоп совершенно необходим для изготовления взрывчатого вещества. Слова Дибнера и открыли Багге, для какой цели предназначаются установки разделения изотопов.
После встречи с Шуманом Дибнер вновь отослал Багге в Париж, пообещав отозвать его не позже середины сентября. Однако вызов пришел только в конце ноября 1941 года. В Берлине собралась комиссия, состоявшая из специалистов по разделению изотопов. В нее входили Хартек, Клузиус, Вонхоффер, Коршинг, Виртц, а также Дибнер и Баше. Перед комиссией Багге должен был уже окончательно защищать проект своего изотопного шлюза. Это вполне удалось ему, и тут же было принято твердое решение о начале строительства установки, "окончательное и бесповоротное", как сказал Хартек.
С того дня, как Багге подготовил свою первую записку, и до принятия окончательного решения прошло двенадцать месяцев…
Примерно одновременно с Багге один из лучших гамбургских сотрудников Хартека доктор Вильгельм Грот приступил к работе над тем, чему суждено было стать самым далекоидущим начинанием среди работ по разделению изотопов в Германии. Грот занялся разработкой ультрацентрифуги, предназначенной для повышения концентрации урана-235.
К мысли о возможности обогащения урана с помощью центрифуги Грота и независимо от него профессора Мартина из Киля привела статья американца Бимса, опубликованная тремя годами ранее в журнале "Ревью оф модерн физик". В статье Бимс описал изобретенную им газовую центрифугу.
И Грот, и Мартин остановили свой выбор на пресловутом шестифтористом уране. Правда, в ультрацентрифуге явление тепловой диффузии уже не играло никакой роли. Главное преимущество ультрацентрифуги в том и состояло, что в ней разделение изотопов происходило исключительно вследствие различия масс изотопов урана, равных 235 и 238, а абсолютное значение этих масс оказывалось совершенно несущественным.
Чтобы воплотить новый принцип в металл, Гроту пришлось потратить немало сил и времени в поисках фирмы, которая согласилась бы и была бы в состоянии изготовить опытный образец центрифуги. В начале августа Грот вступил в переговоры с доктором Бейерле, главным специалистом - исследователем фирмы "Аншютц и К°". Эта фирма специализировалась в области производства гироскопических приборов и, следовательно, имела опыт в деле создания высокооборотных устройств. Через неделю был подписан контракт. А уже 10 октября в Гамбург поступили первые синьки. Еще через девять дней после совещания в Киле, к 22 августа, комплект чертежей был полностью закончен. Помимо того фирма успела изготовить для ультрацентрифуги электрический двигатель на 60 тысяч оборотов в минуту. Общая стоимость опытного образца ультрацентрифуги должна была составить 10-15 тысяч марок.
24 октября в Департаменте армейского вооружения для обсуждения метода разделения, предложенного Гротом, собрались Хартек, Баше и Дибнер. Быстрота, с которой разворачивалась работа, и особенно оперативность фирмы "Аншютц и К0" произвели на участников встречи столь хорошее впечатление, что было решено выразить фирме официальную благодарность.
И не зря. Другие фирмы оказались куда менее усердными. Так, ротор для центрифуги, который должен выдерживать колоссальные механические нагрузки, предполагалось изготовить из особо прочной специальной стали. Подобную сталь можно было получить только у "Круппа". Но фирма не торопилась, она обещала выполнить заказ только через восемь месяцев. Гроту пришлось пойти на изготовление ротора из легкого сплава. Изготовить нужный сплав - "Бондур" - взялась ганноверская фирма "Объединенные заводы легких сплавов", но срок она назначила тоже не малый - почти два месяца. Чтобы ускорить пуск центрифуги, гамбургский институт решил делать ротор и вакуумную камеру в собственных мастерских, фирме же "Аншютц и К°" предстояло сосредоточить усилия на создании системы привода центрифуги. Окончание работ по всем узлам намечалось на конец февраля. Проверку работы центрифуги решили провести на ксеноне и лишь после этого перейти к разделению изотопов урана. В декабре 1941 года Грот писал: "Теоретически ультрацентрифуга должна давать в сутки до двух килограммов шестифтористого урана, в котором концентрация урана-235 будет доводиться до 7% и даже несколько выше".
Так через несколько месяцев после мартовского совещания, констатировавшего отсутствие надежных методов разделения изотопов, наметился выход из тупика. И, отдавая должное изобретательности немецких специалистов, следует сказать, что если вначале они по существу делали ставку только на метод Клузиуса - Диккеля, то к концу 1941 года они проводили исследования не менее семи методов обогащения урана: масс-спектрографического (в лаборатории Арденне), термодиффузии, метода разделительной колонны (варианта метода тепловой диффузии), метода "вымывания" (основанного на законе распределения Нернста), метода шлюзования изотопов, метода диффузии изотопов в металлах-носителях и, наконец, метода ультрацентрифугирования.
Однако неизвестно ни одной Попытки воспользоваться методом газовой диффузии того же шестифтористого урана через пористую перегородку. И это тем более странно, что еще в самых первых исследованиях изотопов его использовал Астон, а затем усовершенствовал в Германии Густав Герц. Именно метод Герца с огромным успехом применили англичане и американцы для разделения, изотопов урана. Немецкие же физики начисто упустили его из виду.
Летом 1941 года перед немецкими учеными вновь возникла "плутониевая альтернатива".
Это случилось благодаря появлению в лаборатории Арденне, в Лихтерфельде, нового работника. Он пришел к Арденне в начале 1941 года. Это был профессор Фриц Хоутерманс, человек острого ума, обладавший замечательной способностью видеть вещи с неожиданной стороны. Судьба Хоутерманса была очень нелегкой, ему пришлось познакомиться с тюрьмами у себя на родине и даже за ее пределами. Гестапо не сводило с него глаз и ему было запрещено работать в государственных учреждениях. Лаборатория Арденне была частной, и ее хозяин рискнул взять к себе Хоутерманса, которого настойчиво рекомендовал сам Макс фон Лауэ.