В то время коммерческим производством тяжелой воды занималась всего одна фирма в местечке Веморк, недалеко от города Рьюкан в Южной Норвегии. Тяжелая вода производилась в качестве побочного продукта при электролизе водорода. В 1932 году американский ученый Ури доказал, что выделяемый в процессе электролиза воды водород содержит в 5–6 раз меньше дейтерия, чем вода, которая остается в секциях батареи. И действительно, если на первом этапе процесса гидролиза 100 тысяч галлонов (примерно 450 тысяч литров) разлагаются на водород и кислород, в батарее остается около одного галлона, который примерно на 99 процентов состоит из тяжелой воды. Этот принцип был использован в работе предприятия в Веморке. В гранитном здании электростанции, построенной у водопада Рьюкан– Фосс, были установлены генераторы немецкого производства мощностью 120 тысяч киловатт. Большая часть этой энергии поступала в расположенное рядом здание, где происходил процесс электролиза воды.
Если бы была применена описанная выше упрощенная схема получения тяжелой воды, то значительная часть тяжелого водорода была бы просто потеряна на ее последующих этапах. Однако начиная с 1934 года удалось оптимизировать три последних этапа реакции электролиза, состоящей из девяти этапов: выделенный водород связывался с кислородом, образуя воду, которая вновь использовалась для получения тяжелой воды. Свободный водород, выделенный в ходе первых шести этапов, использовался для получения искусственного аммония, который, в свою очередь, применялся для получения удобрений. В результате девяти этапов реакции получалась вода с содержанием дейтерия около 13 процентов. Далее в результате разработанного норвежским профессором Лейфом Тронстадом и доктором Иомаром Бруном процесса концентрация тяжелой воды доводилась до 99,5 процента. После оккупации Норвегии посланный на предприятие немецкий ученый описал эту технологию как «шедевр мысли норвежских ученых и инженеров».
Предприятие в Веморке начало работать в конце 1934 года и до 1938 года произвело всего 40 килограммов тяжелой воды. До конца 1939 года ежемесячный выпуск составлял всего 10 килограммов. В то же время нигде больше немцы не располагали предприятиями по производству тяжелой воды. Их самое крупное предприятие по электролизу располагало генераторами мощностью всего 8 тысяч киловатт. Теперь приходилось лишь надеяться на то, что норвежцы согласятся сотрудничать с ними и окажут помощь в снабжении этим важным веществом.
В течение ноября и декабря 1939 года в лаборатории профессора Пауля Гартека в Гамбурге приступили к исследованиям в рамках двух новых направлений: профессором Кнауэром и доктором Суэссом была установлена аппаратура наблюдения за концентрацией нейтронов в циркулирующем растворе гексагидрата уранилдинитрата. Путем экспериментов предполагалось определить число нейтронов, выделяемых в процессе деления урана в различных заданных условиях. Одновременно в лаборатории Клузиуса – Диккеля начались опыты с использованием в качестве рабочего газа гексафторида урана. В первых экспериментах для выделения изотопов ксенона, тяжелого газа, изотопы которого были хорошо изучены в институте Гартека, использовалась сепараторная труба Клузиуса – Диккеля. Ученые хотели проверить, похожи ли свойства гексафторида урана на свойства ксенона.
Гексафторид урана Гартек получил с предприятия «И.Г. Фарбен» в Леверкузене. Сразу же начались поиски металла, способного противостоять высоким коррозийным свойствам этого вещества. В то же время гамбургская лаборатория специально для опытов с ураном-235 начала возведение сепараторной трубы большего размера, высотой около восьми метров, нагреваемой паром. В середине декабря профессор Шуман разрешил Гартеку еще до получения официального контракта тратить в рамках проекта до 6 тысяч рейхсмарок.
После Рождества 1939 года Гартек отправился в Мюнхен, где встретился с профессором Клузиусом. Клузиус без какой-либо поддержки со стороны государства работал над возможностью выделить из ураносодержащего сложного раствора уран-235. Этот процесс был основан на законе распределения, открытом Вальтером Нернстом.
Этот закон может быть сформулирован следующим образом: «В течение двух этапов вещество делится таким образом, что соотношение его концентраций на каждом этапе является постоянной величиной, так как в ходе каждого этапа его молекулярный состав не изменяется». (Термин «этап» рассматривается как физическое понятие.)
Иначе говоря, используя две несмешивающиеся жидкости, Клузиус надеялся получить изотопы урана-238 и урана-235. Предполагалось, что более легкий изотоп будет растворен в одной из жидкостей, а более тяжелый – в другой. Оба ученых считали, что такой метод мог оказаться удачным, и его следовало опробовать.
Решение о передаче Института физики имени кайзера Вильгельма в Далеме военным столкнулось с определенными трудностями. Директором института был знаменитый голландский физик– экспериментатор Петер Дебай. Поскольку предполагалось, что отныне институт будет работать над секретным проектом, ему предложили принять немецкое гражданство или уволиться. Дебай наотрез отказался сменить гражданство. Между ним и властями был достигнут компромисс: ученый принял приглашение отправиться с курсом лекций в нейтральную Америку. Он покинул Германию в январе 1940 года и назад уже не вернулся.
Шуман рекомендовал заменить Дебая доктором Дибнером, однако против такого назначения единодушно выступили основатели института, в частности президент Альберт Фоглер. В отличие от Дебая Дибнер не обладал большим авторитетом ученого. В конце концов он был представлен сотрудникам как временно замещающий директора на время его зарубежной поездки. С самого дня отъезда директора института в Далеме наметилась трещина в отношениях между Дибнером и группой Гейзенберга, что значительно ослабило последующие работы немецких ученых в рамках атомного проекта.
Доктор Карл Вирц в разговоре с фон Вайцзеккером заметил, что «к руководству институтом неожиданно пришли нацисты». Сам же он и придумал ответ на вопрос, как выйти из такого положения: путем интриг ученые должны обеспечить присутствие в институте профессора Гейзенберга, который конечно же однажды займет место директора, обойдя выскочку Дибнера. Недолго думая фон Вайцзеккер отправился к Дибнеру и предложил тому пригласить Гейзенберга в институт в качестве советника. Ничего не подозревавший Дибнер согласился. Фон Вайцзеккер поспешил обрадовать коллегу-заговорщика: Дибнер ничего не заподозрил, Гейзенберг вскоре приедет. Профессор с семьей останется жить в Лейпциге, а в Берлин будет приезжать один раз в неделю.
В июле 1940 года на территории Института биологии и вирусологии имени кайзера Вильгельма, рядом с Институтом физики, началось строительство небольшого деревянного здания, выделенного под новую лабораторию. Именно здесь был построен первый немецкий урановый реактор.
Для того чтобы избежать визитов нежелательных гостей, лаборатория получила название «Вирус-Хаус».
Глава 3
Альтернатива: плутоний
Уже в первую военную зиму все понимали, что, если Германия хотела достичь своей цели и создать урановую бомбу, следовало начинать со строительства уранового реактора. Создание реактора преследовало двойную цель: во-первых, только таким образом можно было осуществить практическую проверку всех теоретических выводов, сделанных в рамках работы по программе. Во-вторых, правительство и военные власти получили бы материальное подтверждение реальности будущих успехов, поскольку каждый уже тогда понимал, что создание новой сверхмощной бомбы будет связано с огромными трудностями и значительными расходами. В течение двух последующих лет в Германии практически перестали упоминать об атомной бомбе как таковой: все усилия были сосредоточены на выполнении промежуточной задачи, создании уранового реактора. Это, конечно, не означало, что в Германии отказались от самой идеи создания бомбы.
Еще во время первых совещаний в Берлине все поняли, что перед ними имеются два возможных варианта действий: они могли наугад использовать различные сочетания урана или урановых соединений вместе с различными веществами-замедлителями, отслеживая и фиксируя результаты. Такой эмпирический подход имел свои преимущества. С другой стороны, этот метод был довольно рискованным и подразумевал наличие в распоряжении ученых самого широкого спектра необходимых компонентов. Второй вариант подразумевал действия на основании предварительных теоретических выводов относительно хода цепной реакции. Кто-то мог тщательно просчитать многочисленные «ядерные константы»: эффективное сечение используемых материалов в зависимости от расчетной энергии, которая будет получена при бомбардировке нейтронами. Измерение этих констант требовало значительного времени и высокой квалификации ученого. Однако при таком методе работы значительно снижался расход материалов. В 1940 году, когда уран, чистый углерод, бериллий и тяжелая вода были чрезвычайной редкостью, экономия материалов была очень значительным фактором. В Германии того времени, как и в других европейских странах, возможности экспериментаторов были сильно ограничены имевшимися в их распоряжении реальными ресурсами.
