Споры во время конференции в Берлине 16 сентября так и не дали однозначного ответа на вопрос, какой из изотопов урана подвержен реакции деления при захвате нейтрона, хотя все ученые склонялись к мысли, что речь может идти только об уране-235. Для окончательного выяснения этого вопроса следовало выделить различные изотопы и понаблюдать за тем, как они ведут себя под воздействием нейтронов. Эта задача была вначале поручена профессору Паулю Гартеку, которому при помощи методики Клузиуса и Диккеля уже удалось получить изотопы ксенона и ртути. Процесс, получивший название «тепловой диффузии», состоял в том, что газообразное соединение урана помещалось между двумя вертикальными поверхностями, имеющими различную температуру. Согласно существовавшей теории, самый легкий изотоп, в данном случае уран-235, должен собраться ближе к более горячей пластине и пройти обычный процесс конвекции. Сепараторное устройство состояло из двух концентрических трубок, нагретых до разной температуры: внутренняя нагревается больше, чем внешняя. На первый взгляд процесс был несложным.
Вскоре для Гартека и его коллег стало очевидным, что в качестве рабочего газа в реакции должно было применяться чрезвычайно агрессивное вещество гексафторид урана. Этот газ обладает очень высокими коррозийными свойствами, и с ним вступает в реакцию большинство материалов, из которых сделана аппаратура. Кроме того, при температуре выше 50 градусов это вещество затвердевало. То же самое происходило при контакте со множеством материалов, включая воду. Профессору Гартеку было необходимо иметь всего около одного литра этого «ужасного» газа, весившего 12 граммов.
Свойства гексафторида урана подробно описал профессор О. Руфф. 25 сентября 1939 года, когда Польша уже была захвачена немецкими войсками, Гартек написал дружеское послание Руффу, в котором как ученый ученого попросил его помочь получить требуемое количество этого газа. Через две недели германский химический концерн «И.Г. Фарбен» согласился произвести необходимое количество нужного Гартеку вещества. Была достигнута договоренность о передаче концерну для этих целей 100 граммов урана. В лаборатории Гартека в Гамбурге уже были подготовлены основные детали сепаратора Клузиуса – Диккеля.
В тот день, когда Гартек написал профессору Руффу, в Лейпциге профессор Гейзенберг вместе с доктором Багге работали над аппаратурой, позволявшей подсчитать количество нейтронов, освобожденных в результате реакции деления урана. Когда днем позже, 26 сентября, Гейзенберг отправился в Берлин для участия во второй конференции физиков-ядерщиков в управлении вооружений армии, он уже понимал, что существует два различных способа освобождения энергии уранового ядра. Первый предполагал поместить строго определенную массу урана в нечто, представляющее собой «урановую топку». При втором способе атомная энергия освобождалась путем взрыва. Первый способ был основан на получении смеси урана с некоторыми другими веществами, играющими роль замедлителей быстрых нейтронов, полученных в процессе реакции деления, без их поглощения. По своим свойствам нейтроны, обладавшие определенной энергией, особенно легко поглощались ураном-238. Поэтому для того, чтобы не потерять их на последующих стадиях цепной реакции, их энергию следовало «погасить», для чего и применялись вещества, получившие название «замедлители».
Второй, «взрывной» способ предполагал использование редкого изотопа уран-235, который, по мнению ученых, в процессе деления выделял так называемые «тепловые нейтроны».
В Гамбурге профессор Гартек обсудил со своим коллегой доктором Гансом Суэссом, внуком знаменитого австрийского геолога, создание уранового реактора. Суэсс предложил использовать в качестве замедлителя так называемую тяжелую воду. Гартек был поражен совпадением: пять лет назад он работал под руководством Резерфорда в Кэвендишской лаборатории, и первым заданием, полученным молодым Гартеком от великого англичанина, было производство небольшого количества тяжелой воды. Так случилось, что именно та тяжелая вода была использована М. Олифантом, Гартеком и Э. Резерфордом для обоснования термоядерной реакции, процесса, который лег в основу создания водородной бомбы.
Тогда Гартек сам разработал и построил ячейку для электролиза очень маленького размера, около 30 сантиметров высотой, через которую он в течение нескольких недель пропускал электрический ток. Затем из многих литров воды он получил то небольшое количество, которое, как оказалось, было почти чистой тяжелой водой. А сейчас Суэсс предлагает использовать тяжелую воду в ядерном реакторе? Гартек прекрасно понимал, что для реактора потребуется несколько тонн жидкости, а не те жалкие несколько кубических сантиметров, которые ему тогда удалось получить. Разве правительство рейха пойдет на то, чтобы финансировать проект, требующий таких огромных затрат? И все же перед тем, как отправиться в Берлин на конференцию, он подготовил специальный доклад под названием «Расположение урана и тяжелой воды на разных уровнях для предотвращения резонансного поглощения ураном-238». Самым важным в сделанных Гартеком выводах было то, что в «урановой топке» или «реакторе» урановое топливо и замедлитель, идеальными свойствами которого обладала тяжелая вода, не должны были смешиваться. Они должны были быть физически отделены друг от друга путем размещения их на разных уровнях реактора.
Таким образом, на второй конференции перед немецкими физиками были поставлены две главные задачи: во-первых, им предстояло разработать процесс получения в больших количествах урана-235. Во-вторых, следовало определить эффективное сечение[5] для всех веществ, которые могли быть использованы в качестве замедлителей для обеспечения выполнения реакции при воздействии на урановое топливо медленными нейтронами.
Перед профессором Гейзенбергом была поставлена задача провести теоретические исследования возможности цепной реакции урана в зависимости от характеристик рассеивания нейтронов при расщеплении ядер урана. Доктор Багге вернулся в Лейпциг, где проводил исследования эффективного сечения столкновения для ядер тяжелого водорода. Профессору Гартеку поручили продолжать попытки извлечения изотопа урана-235 с помощью метода тепловой диффузии Клузиуса – Диккеля. Кроме того, он должен был определить зависимость увеличения количества нейтронов от конструкции уранового реактора. Каждый ученый получил свою часть задания из общей программы исследований, разработанной за несколько дней до конференции Дибнером и Багге.
Начиная с 20 сентября 1939 года программа называлась «Предварительный рабочий план проведения первоначальных экспериментов в области использования реакции деления атомного ядра».
Каждого ученого заверили, что он получит необходимые ассигнования на проведение таких работ.
В то же время профессор Шуман заявил о намерении военных переподчинить себе Институт физики имени кайзера Вильгельма в Берлин-Далеме и сделать его рабочим центром для деятельности группы исследований в области ядерной физики. Все ученые, привлеченные к работам в рамках проекта, должны были перейти в этот институт и работать вместе.
Сам по себе план был необходимым и логичным. Однако он неожиданно столкнулся с сопротивлением самих ученых, многие из которых предпочитали остаться звездами первой величины в своих провинциальных институтах, нежели превратиться в «малые планеты в сверхгалактике Берлина». Один за другим они давали согласие на участие в работах над проектом, но наотрез отказывались переезжать в Берлин. Например, Гартек писал военному руководству: «Мне придется остаться в Гамбурге. Но я могу каждую неделю приезжать в Берлин на один-два дня». Гамбург находился в двух часах езды от Берлина, чего нельзя было сказать о таких более отдаленных исследовательских центрах, расположенных в Гейдельберге, Мюнхене или Вене. В группу ведущих физиков, которые все-таки собрались в Берлине, вошли такие ученые, как фон Вайцзеккер, Вирц, Бопп, Борман и Фишер.
Мотивы, по которым эти люди согласились работать над атомным проектом, совершенно не совпадали со стремлениями их зарубежных коллег. Наряду с такими факторами, как естественное любопытство и стремление быть поближе к месту, где делаются «мировые открытия», были и другие причины. Маттаух объясняет это так: «Мы были рады случаю спасти себя от призыва в армию, а также предоставленной нам возможности продолжать научные исследования в привычной нам области и привычными методами». С ним соглашается профессор фон Лауэ: отныне он считал эту работу своей самой важной задачей. Как и другие молодые физики, фон Вайцзеккер признает, что в 1939 году он принял это предложение военных, потому что участие в других научных проектах не смогло бы спасти его от военной службы.
