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.
Право на производство нескольких тонн очищенного оксида урана получила компания «Auer», одна из берлинских фирм с безупречной репутацией в области получения редкоземельных металлов. В частности, компания обладала большим опытом получения из моназита соединений тория, который затем использовался в производстве знаменитых калильных сеток для газовых фонарей. Необходимость изоляции радиоактивного мезотория при проведении промышленных работ делала необходимым иметь высокопрофессиональный радиологический отдел, который организационно входил в центральную лабораторию компании. Во главе лаборатории стоял тридцативосьмилетний химик, уроженец Санкт-Петербурга доктор Николай Риль. Ученик О. Гана и Л. Мейтнер, Риль и сотрудники его лаборатории осуществляли контроль всей выпускаемой фирмой «Auer» продукции.
После оккупации Чехословакии компания «Auer» являлась одним из первых немецких предприятий, начавших промышленную разработку урановых рудников в Иоахимштале. На этом предприятии были созданы небольшие запасы урана в виде неочищенного ураната натрия и оксида урана. Эти вещества были получены в качестве побочного продукта при выделении радия. Доктор Риль сознавал важность урановой программы и лично контролировал получение и хранение материалов. Он занимал пост директора лаборатории до самого конца войны.
Через несколько недель после получения заказа от военного ведомства Риль создал в Ораниенбурге небольшое предприятие по добыче урана с производительностью около одной тонны очищенного оксида урана в месяц. Несмотря на то что компании «Auer» удавалось производить очистку оксида урана от примесей редкоземельных металлов, в настоящее время ученые считают, что в конечном продукте недопустимо высоким оставалось содержание бора, обладающего способностью активно поглощать нейтроны. Тем не менее к началу 1940 года военные получили от предприятия первую тонну чистейшего оксида урана.
До этого времени считалось, что все запасы этого вещества находились в руках профессора Эсау. За два месяца до начала конференции в Берлине институты физики и химии в Далеме не могли приступить к экспериментам, так как не имели в своем распоряжении ураносодержащих веществ. Конечно, этими материалами располагал профессор Эсау, получивший их в министерстве экономики Германии еще до начала войны. Получив от военного ведомства распоряжение возвратить эти запасы, профессор, который уже начал считать их своей собственностью, пришел в негодование. Еще большее недовольство вызвало указание об отзыве в Берлин целого ряда ведущих ученых из Геттингена. И все же распоряжение об откомандировании в столицу таких физиков, как Иоос, Ганле и Маннкопф (профессора Ганле при этом буквально выдернули из кровати посреди ночи), Эсау был склонен рассматривать как всего лишь неблагоприятное стечение обстоятельств. Он немедленно отправил Ганле телеграмму, которая, впрочем, не дошла до адресата, так как была задержана военной цензурой. Исследовательская группа из Геттингена практически прекратила свое существование.
В середине ноября Эсау обратился с жалобой к своему руководителю в министерстве образования профессору Ментцелю. Однако тот отказал ему в поддержке, заявив, что в министерстве вооружений работают над урановой программой уже в течение нескольких лет и Эсау попросту украл идею у военных. Потрясенный Эсау обратился с письмом напрямую к генералу Беккеру. Он напомнил генералу, что «сама проблема возникла не ранее января этого года», поэтому заявление Ментцеля просто нелепо. Эсау настаивал на том, что не важно, какая именно организация встанет во главе программы: достаточно просто обеспечить четкое взаимодействие между ее участниками. К тому же только ему, Эсау, и никому другому, принадлежала инициатива о начале работы над урановой программой. «Коварный захват его детища военными», по словам оскорбленного профессора, создавал серьезную угрозу работе группы ученых-физиков имперского исследовательского комитета (директором которого являлся не кто иной, как Ментцель) и репутации самого Эсау как главы отдела физики. И все же на Беккера эти аргументы не подействовали. Запасы урана были изъяты у Эсау и переданы в распоряжение соответствующих научных институтов, которые наконец приступили к экспериментальным исследованиям.
В начале декабря, встретив в коридоре Лейпцигского института доктора Эриха Багге, профессор Гейзенберг, не в силах скрыть своего волнения, пригласил его к себе в кабинет. До этого момента Гейзенберг занимался проблемой стабилизации цепной реакции медленных нейтронов. Профессору удалось решить ее. Написав мелом на доске несколько уравнений, Гейзенберг объяснил Багге, что по мере увеличения температуры в ходе реакции уменьшается эффективное сечение урана, а это значит, что по достижении определенной температуры автоматически произойдет замедление хода реакции. Возможность управления реакцией зависит от характеристик реактора, то есть от его размеров и того, достигается ли в нем температура в несколько сот или несколько тысяч градусов. В качестве подтверждения своих слов Гейзенберг привел пример: если 1,2 тонны урана смешать с тонной тяжелой воды и поместить в сферическое тело радиусом 60 сантиметров, которое, в свою очередь, погрузить в воду, которая выполняет функции защитного слоя, стабилизация реакции произойдет при температуре 800 градусов по Цельсию.
6 декабря профессор Гейзенберг, отчитываясь перед военными, заявил, что, если принять предложение Гартека и отделить уран от замедлителя, удастся добиться значительного уменьшения размера реактора. Такой реактор будет выделять максимальное расчетное количество энергии до тех пор, пока небольшая часть урана не вступит в реакцию или не будет настолько зашлакована продуктами деления, что произойдет падение температуры[6].
Последняя часть отчета Гейзенберга свидетельствует о том, каких значительных успехов успели достичь немецкие ученые всего за два месяца работы в рамках атомной программы:
«Заключение: открытая Ганом и Штрасманом реакция деления урана дает возможность получения огромного количества энергии. Самым надежным методом получения такой энергии является использование в реакторе обогащенного урана-235. Чем больше будет степень обогащения этого изотопа, тем меньше будут размеры реактора. Обогащение урана-235 является единственным способом уменьшения размеров реактора примерно до объема одного кубического метра.
Только таким способом возможно производство взрывчатого вещества, мощность которого во много раз превосходит все известные в настоящее время аналоги.
В то же время для производства энергии может быть использован и обычный уран, без применения обогащенного урана-235. При этом к урану следует добавлять другие вещества, применение которых ведет к замедлению процесса выделения ураном нейтронов без их поглощения. Обычная вода для этого не подходит. Рекомендуется применение тяжелой воды и графита высшей очистки. Малейшее загрязнение воспрепятствует процессу выделения энергии».
Кроме того, профессор Гейзенберг предупреждал, что реактор сам по себе является источником вредного нейтронного и гамма-излучения.
По своим свойствам упомянутая уже несколько раз тяжелая вода идеально подходит для замедления быстрых нейтронов до такой энергии, которая не позволяет им быть захваченными ураном-238 и в то же время обеспечивает эффективную реакцию деления урана-235. Как видно из самого названия этого вещества, оно примерно на 11 процентов тяжелее обычной воды, поскольку атомы водорода в нем заменены атомами тяжелого водорода, или дейтерия, и его формулой является не Н2О, а D^. Ядро дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона, в отличие водорода, ядро которого состоит всего из одного протона. Тяжелая вода замерзает при температуре 3,81 градуса; температура кипения этого вещества при нормальном давлении составляет 101,42 градуса, а не 100, как у обычной воды. По мере уменьшения давления разница еще более возрастает.
