Первые совещания, проходившие в Берлине, показали, что действовать можно двумя способами. Во-первых, поступать эмпирически: меняя наугад те или иные замедлители, меняя схему расположения топлива, выбирать лучший вариант. У этого метода есть свои плюсы, но многое здесь зависит от случайности. Другой способ основан на теоретических изысканиях. Мы можем заранее судить о том, как будет протекать цепная реакция деления ядер урана. Для этого нам надо знать, например, «эффективные поперечные сечения» различных материалов при разных скоростях обстрела их нейтронами. Такие показатели можно измерить заранее, хотя это отнимает много времени и требует особого умения. Зато для проведения таких измерений нужны крохотные пробы материала, что немаловажно в 1940 году, когда в Германии не хватало урана, тяжелой воды, чистого углерода и бериллия. В конце концов, немецкие ученые, как и их западные коллеги, избрали третий путь. Они попытались совместить оба метода, действуя то по теории, то наугад.
В 1940 году в различных немецких лабораториях – в Лейпциге, Берлине, Гейдельберге, Вене и Гамбурге – был проведен ряд важных экспериментов. Так, летом и осенью 1940 года Гейзенберг и Депель (вместе с женой) ставят опыты с оксидом урана и тяжелой водой. Судя по всему, в реакторе на тяжелой воде можно использовать обычный уран, а не обогащенную смесь U-235.
Не менее важен эксперимент профессора Боте из Гейдельберга, проведенный в июне 1940 года. Он показывает, что абсолютно чистый углерод тоже можно использовать в качестве замедлителя, а ведь получить это вещество куда проще, чем тяжелую воду.
В Берлине, в Институте физики, Вейзцзеккер и его помощники начали конструировать будущий реактор. В конце февраля его решили строить «по схеме профессора Хартека»: две тонны оксида урана и полтонны тяжелой воды расположатся вперемешку, в пять или шесть слоев. Высота реактора – 70—90 сантиметров.
Можно было построить и сферический реактор, хотя это намного труднее. Зато топлива и тяжелой воды для него требуется меньше: 1,2 тонны и 320 литров. Кстати, расчеты показали, что, если покрыть любой реактор отражательной оболочкой из углерода, нейтроны не будут его покидать и размеры еще можно уменьшить.
Впрочем, в феврале 1940 года Гейзенберг, вернувшись к докладной записке, поданной два месяца назад, дополнил ее подробным математическим расчетом. К сожалению для немецкой науки, он пришел к выводу, что использовать чистый графит в качестве замедлителя вовсе не так эффективно, как показалось поначалу. Гелий тоже не годится, ибо реактор окажется слишком громоздким. Остается тяжелая вода.
Дибнер провел совещание, на котором обсуждались все проблемы, связанные с тяжелой водой. Участвовавшие в нем Гейзенберг, физик Карл Вирц и специалист по физической химии Карл Фридрих Бонхеффер, пришли к заключению, что трудностей впереди еще очень много. Гейзенберг предложил взять вначале пару литров тяжелой воды и проверить, насколько она проницаема для нейтронов. Дибнер пообещал закупить у норвежцев ведро тяжелой воды. Только убедившись на практике, что она годится для работы реактора, стоило приступать к строительству собственной установки для ее выпуска.
Неделю спустя Хартек послал письмо своим военным шефам: судя по расчетам Гейзенберга, уран и тяжелая вода понадобятся нам для реактора в одинаковых пропорциях, то есть надо раздобыть примерно две тонны тяжелой воды. И тут уж на норвежцев нет никакой надежды. Надо самим налаживать ее производство.
Однако для получения всего одной тонны тяжелой воды с помощью электролиза, как это делают норвежцы, придется израсходовать на выработку электроэнергии сотни тысяч тонн угля. Военных такая картина ужаснула.
Тогда Хартек вспомнил, что несколько лет тому назад вместе с Зюссом они разработали новый метод производства тяжелой воды с помощью каталитического обмена. Однако тогда никого он не заинтересовал, поскольку проще было покупать тяжелую воду для лабораторных опытов у норвежцев. Теперь же иное дело. Похоже, что так добывать тяжелую воду будет дешевле, чем электролитическим способом.
Вскоре, с согласия военных, решили построить опытную установку. Хартек писал Бонхефферу, что установку для каталитического обмена ему хотелось бы разместить при каком-нибудь уже действующем предприятии, где занимаются гидрогенизацией. В конце февраля он получил ответное письмо. В нем говорилось, что на знаменитом заводе «Лейнаверке» «очень заинтересовались этой идеей». С технической точки зрения проблем не предвиделось, «дело лишь за катализатором».
Тем временем в Норвегию приехал представитель концерна «ИГ Фарбениндустри», который своими денежными вливаниями содействовал работе фабрики в Рьюкене. Но не текущие дела интересовали его и не финансовая отчетность – представитель всемогущего концерна явился, чтобы затребовать у норвежцев все хранящиеся у них запасы тяжелой воды: 185 килограммов чистотой 99,6 и 99,9 процентов. «Далее же, – обольщал он руководителей фирмы, – последует новый обширный заказ. Единственное, в чем трудность, далее нам потребуется не 10 килограммов воды в месяц, а целых 100».
Удивленные собеседники робко поинтересовались, зачем нужны столь огромные по тем временам запасы тяжелой воды. Однако немец ловко уклонился от прямого ответа. Норвежцам все это не понравилось, и в феврале 1940 года руководители фирмы «Norsк-Hydro» официально известили своих немецких партнеров, что, к сожалению, не смогут выполнить такой большой заказ.
Видимо, они стали подозревать, для чего немцам нужно столько тяжелой воды. Ведь еще летом 1939 года Ф. Жолио-Кюри окончательно убедился, что цепная реакция деления ядер урана возможна. Более того, он создал модель уранового реактора, состоящую из блоков оксида урана, погруженных в обычную воду, которая должна служить «замедлителем» нейтронов. Однако вода в основном абсорбировала электроны, а не тормозила их. В феврале 1940 года Жолио-Кюри узнает, что на складе норвежской фирмы «Norsк-Hydro» хранится 185 килограммов тяжелой воды, и обращается к министру вооружений Франции Раулю Дотри с просьбой закупить эти запасы воды для проведения важнейшего эксперимента. И она была отправлена к французам.
Так что, когда весной 1940 года немецкие войска вторглись в Норвегию и после тяжелых боев 3 мая захватили фабрику, склады ее оказались пусты.
Ни льда, ни урана…
В начале апреля 1940 года – в то время как французские физики начали, наконец, эксперименты с тяжелой водой, добытой ими с таким трудом, – Пауль Хартек посетил завод «Лейнаверке». Он загорелся новой идеей и спешил побеседовать с доктором Херольдом, директором завода по научной части и ярым национал-социалистом.
– В моем реакторе урановый оксид будет помещен в сухой лед, – рассуждал Хартек. – Сухой лед или твердая углекислота легко подвергается обработке и сравнительно долго хранится при температуре минус 78 градусов, медленно испаряясь. Таким образом уран при делении не будет особо нагреваться…
Хартек слыл блестящим экспериментатором. В начале тридцатых годов он работал некоторое время в лаборатории Резерфорда. В 1934 году вместе с Э. Резерфордом и М. Олифантом он открыл тритий – радиоактивный изотоп водорода с массовым числом 3. Вернувшись домой, он ужаснулся, поняв, как плохо поставлена экспериментальная работа в немецких лабораториях.
– Мы по всем статьям уступаем британцам, и, если хотим, чтобы немецкая наука удержала свои ведущие позиции, обязаны наверстать упущенное, – заявил он без обиняков коллегам.
Этот вывод оскорбил многих немцев, полагавших, что «Германия превыше всего», и они, при случае, готовы были сунуть палки в колеса критикану.
Но тут Хартеку повезло. Доктор Херольд, презрев интриги, предложил исследователю, выглядевшему как правоверный нацист (ученый носил такие же усики, как сам фюрер), целый вагон углекислоты, да еще и бесплатно.
Итак, с сухим льдом проблем не было. Хартек уже выбрал подвал, в котором хотел проводить эксперимент, но следовало позаботиться и об уране. Он попросил Дибнера прислать от ста до трехсот килограммов.
При этом обольщенный открывшимися перспективами ученый не учел одного: не он один мечтал построить первый в стране урановый реактор. Весной 1940 года заявки слетались к Дибнеру «как коршуны». Гейзенберг домогался целой тонны уранового оксида. Дибнер, словно нерадивый школьник, отчитывался перед маститым профессором: «Сейчас у нас всего 150 килограммов, к концу мая будет 600 килограммов, и только к концу июня получим тонну».
В целях экономии осторожный Дибнер намекнул Гейзенбергу, что неплохо было ему провести эксперимент вместе с Хартеком. Однако нобелевский лауреат, не желая расставаться со своими планами, снисходительно отметил ту спешку, с коей его юный коллега порывался проверить собственную гипотезу:
«Ваши опыты нужно предварить необходимыми на то измерениями, и я сам хотел бы заняться оными, – писал Гейзенберг. – Я прошу Вас удовлетвориться пока лишь ста килограммами». Сам Гейзенберг тоже готов был идти на жертвы ради успеха коллеги и, отказавшись от тонны оксида урана, добивался от Дибнера всего нескольких сот килограммов.