Таким образом, на данном этапе перед физиками из «Уранового общества» стояли две проблемы. Во-первых, необходимо было оценить пригодность различных материалов в качестве замедлителя, производя для этого хотя бы базовые расчеты и измерения. После предстояло продумать оптимальную конструкцию ядерного реактора. Во-вторых, требовалось найти способ получить большое количество урана-235.
Багге было поручено выяснить, является ли тяжелая вода оптимальным замедлителем. Гартек должен был продолжить подготовительные работы по разделению изотопов урана посредством термодиффузии, а также сравнить эффективность выделения свободных нейтронов в реакторах различной конфигурации. Задачей Гейзенберга стало изучение возможности осуществить самоподдерживающуюся цепную реакцию ядер урана с учетом известных физических свойств материалов, которые могут использоваться в реакторе.
Шуман сообщил всем, что военное министерство обратилось к Физическому институту Общества кайзера Вильгельма в Берлине с официальным требованием разместить «урановый проект» на своей базе. В связи с этим всех иногородних участников «Уранового общества» просили переехать в Берлин. Однако практически все они отказались, поскольку им гораздо удобнее было оставаться у себя и приезжать в столицу только раз или два в неделю. Каждый ученый горел желанием внести свой вклад в новое дело, однако для них «Урановое общество» оставалось лишь одним из многих проектов, которыми они занимались параллельно с преподаванием. Ни у кого пока не было даже мысли о том, что в недалеком будущем придется спешно отказаться от такой привычной жизни университетского работника.
Тяжелая вода
Гейзенберг погрузился в изучение необходимой литературы и в декабре 1939 года предоставил военному министерству первую часть детального отчета под названием «Возможность производства технической энергии делением ядра урана». Данная работа Гейзенберга и легла в основу будущей ядерной программы Германии.
Ученый изначально все свои усилия направил на изучение физических процессов, происходящих в ядерном реакторе или, как его еще называли, «урановом котле». Он не видел необходимости отделять эти процессы от тех, которые будут происходить в урановой бомбе, считая их просто противоположными концами сплошного спектра. Одним концом должен был стать реактор, построенный на природном уране с использованием подходящего замедлителя. На другом конце спектра, таким образом, находилось взрывное устройство, состав которого должен быть максимально приближен к «чистому» урану-235.
По расчетам Гейзенберга, для создания реактора, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная реакция, требуется свыше тонны урана и приблизительно тонна тяжелой воды. Реактор должен иметь сферическую форму и стабильно работать при температуре около 800°C. Габариты реактора можно несколько уменьшить, используя послойное расположение его элементов, что настойчиво предлагал сделать Гартек. Гейзенберг дополнил его отчет, отметив в качестве заключения, что, по всей видимости, дальнейшее уменьшение размеров реактора возможно за счет обогащения используемого урана изотопами U235. Обогащение урана, по его словам, было «единственным способом получения взрывчатого вещества, сила которого на несколько порядков превышает все, чем до этой поры располагало человечество». На данном этапе исследований Гейзенберг пока еще не выяснил, что станет лучшим замедлителем — тяжелая вода или графит.
Военное министерство предложило контракт на производство и поставку большого количества обогащенной окиси урана компании Auer, руководство которой находилось в Берлине. Auer могла поставлять уран из окрестностей чехословацкого Йоахимсталя
[21]. Радиологической лабораторией компании в то время руководил Николай Риль, русский химик. Когда-то он изучал ядерную химию и физику у Гана и Мейтнер и теперь немедленно разместил производственное оборудование в Ораниенбурге, всего в 32 километрах севернее Берлина. Первая тонна окиси урана была поставлена уже в начале 1940 года.
Получить нужное количество тяжелой воды было сложнее. Единственным предприятием, производящим ее в промышленных масштабах, был завод норвежской компании Norsk Hydro. Тяжелая вода вырабатывалась там как побочный продукт при производстве удобрений. Первую ее партию получили в 1934 году. Завод, действовавший в поселке Веморк неподалеку от города Рьюкан в губернии Телемарк, находился на возвышенности среди фьордов. Это был дальний уголок Норвегии, удаленный от Осло на 240 километров к западу.
Таким образом, более подходящим кандидатом на роль замедлителя казался графит: он был легко доступен в чистом виде и в больших количествах. Однако предварительные результаты, полученные командой исследователей из Гейдельберга, которую возглавлял химик Вальтер Боте, уже позволяли сделать вывод о непригодности графита в подобном качестве, поскольку он слишком быстро поглощал свободные нейтроны. То же предсказывал и Вайцзеккер, проведя в Берлине теоретические изыскания вместе со своей группой.
Во втором отчете Гейзенберга, предоставленном в военное министерство в феврале 1942 года, было четко видно, что он все больше склоняется к тяжелой воде как замедлителю в реакторе. Конечно, такой вариант считался менее удобным: получить то количество субстанции, которое требовалось для нужд проекта, было весьма непросто. Дибнер думал о необходимости сооружения завода по производству тяжелой воды в самой Германии. Но, по мнению Гейзенберга, для начала достаточно найти всего несколько литров тяжелой воды и опытным путем проверить ее пригодность в качестве замедлителя. Дибнер пообещал доставить ему десять литров с завода Norsk Hydro.
Однако норвежцы не были расположены к сотрудничеству. С Norsk Hydro связался представитель гигантского германского химического синдиката IG Farben, владевшего пакетом акций этой норвежской компании. Он предложил выкупить все имевшиеся в наличии запасы тяжелой воды. В то время завод в Веморке производил около десяти литров в год, что полностью удовлетворяло не совсем понятные нужды исследовательских лабораторий — основных клиентов предприятия. На вопрос о том, зачем ему нужно такое большое количество тяжелой воды, представитель IG Farben вразумительного ответа дать не смог. Норвежцы принесли свои извинения и ответили на его просьбу отказом, заявив, что не могут дать немцам того, что они хотят.
Вскоре после этого визита к Norsk Hydro с похожим предложением обратился Жак Аллье — и получил прямо противоположный ответ. Аллье был представителем Banque de Paris et des Pays Bas, владевшего контрольным пакетом акций норвежской компании, и лейтенантом Второго бюро — французской военной разведслужбы. Жолио-Кюри, находившийся в Париже, также пришел к выводу о возможности использования тяжелой воды в качестве замедлителя в реакторе и сообщил министру вооружений о важности этой субстанции для ядерных исследований.
Аллье прибыл в Осло под вымышленным именем. Имея при себе чек на 36 миллионов франков, он попытался начать переговоры о продаже ему всей тяжелой воды, что была в наличии на заводе. Но когда стало ясным ее истинное предназначение, директор Norsk Hydro Аксель Оберт безвозмездно передал французскому правительству всю тяжелую воду, какая имелась на предприятии. «Передайте [им]
[22], что наша компания не возьмет ни сантима за эту продукцию, если она хоть как-то поможет Франции одержать победу», — сказал он. Из Веморка тяжелую воду сначала тайно перевезли самолетом в Эдинбург, а затем на пароме и по железной дороге переправили в Париж.
