Примерно такую же ошибку в Кембридже совершили ученые – эмигранты из Франции X. Халбан и Л. Коварски, которые за год до этого помогли союзникам овладеть мировыми запасами тяжелой воды: они проводили эксперименты с использованием очищенного графита, пытаясь достичь цепной реакции. Как и у немцев, результаты были неутешительными.
Если бы результаты работы немецких физиков не повлияли на решимость профессора Пауля Гартека в Гамбурге продолжать свои опыты с использованием двуокиси углерода и оксида урана, начатые в 1940 году, возможно, тогда у них, наконец, появились бы точные данные о поглощении нейтронов чистым углеродом. К сожалению, досадная ошибка Боте так и не была оспорена его коллегами. И в то время как в Германии все отказались от мысли применения углеродных замедлителей, построенный два года спустя в США первый урановый реактор работал именно с графитовыми замедлителями; предприятия по производству плутония в Ханфорде, США, также использовали графитовые замедлители. Что касается германской атомной программы, она теперь полностью зависела от тонкой струйки тяжелой воды, поступавшей в рейх с предприятия из Веморка близ Рьюкана.
Доктор Карл Вирц, ведущий физик Института физики в Берлин-Далеме, по распоряжению управления вооружений отправился инспектировать завод в Веморке. Вирц вошел в число ученых, занятых в атомном проекте, благодаря своей довоенной специализации – он занимался тяжелой водой и ее свойствами. Высокий, большеголовый, с нервной быстрой речью, Вирц стал одним из ведущих немецких ученых, работавших над атомным проектом. Он был на «ты» с главным инженером завода в Веморке доктором Йомаром Бруном. Брун вместе с профессором Лейфом Тронстадом был автором исследования плотности тяжелой воды.
Целью поездки Вирца не было определение потенциальных возможностей по увеличению производства тяжелой воды. Было известно, что компания «Norwegian Hydro» выпускала тяжелую воду в количествах, достаточных для удовлетворения только потребностей лабораторий, и, конечно, не могла обеспечить необходимые рейху многие тонны этого вещества. В отчете Вирца указывалось на то, что производственный процесс был крайне неэкономичным: он предусматривал повторное окисление водорода и его вторичный электролиз. Вирц подчеркивал, что даже в идеальных условиях для производства одного грамма тяжелой воды потребуется 100 киловатт-часов энергии, затраты на которые в Германии составляли одну рейхсмарку. Отсюда следовало, что строительство предприятия по производству тяжелой воды на территории Германии было бы нецелесообразным даже при условии, что германская экономика окажется в состоянии выдержать эту дополнительную нагрузку.
Возможно, печальный результат неверных вычислений свойств графитового замедлителя оказался бы менее ощутимым для германской атомной программы, если бы ученым удалось найти оптимальный процесс обогащения урана-235, то есть увеличение концентрации этого изотопа в общей массе урана. Если бы эта задача была решена, то в качестве замедлителя ядерной реакции можно было бы использовать обычную воду. Однако и здесь в начале 1941 года Гартеку и Иенсену пришлось признать свое поражение: при работе с гексафторидом урана оказалось невозможным применение процесса газоотделения Клузиуса – Диккеля. В лаборатории в Гамбурге была установлена четырехметровая двустенная никелевая труба, которая нагревалась за счет поступления пара на ее внутреннюю стенку. Соответственно охлаждение осуществлялось за счет понижения температуры внешней трубы. Между трубами был пропущен гексафторид урана, но все оказалось безрезультатным. Тогда на предприятии «И.Г. Фарбен» в Леверкузене была построена труба еще больших размеров, около пяти метров, и эксперимент был повторен. Однако при работе в заданном температурном режиме с гексафторидом урана результат снова оказался нулевым. Только спустя семнадцать дней, при работе с вдвое превышавшим нормальное содержанием урана-235 в гексафториде урана, удалось получить менее чем однопроцентный показатель обогащения урана. Мюнхенский физик-химик Л. Вальдман предположил, что причиной столь удручающего результата может быть то, что при таких высоких температурах происходил распад гексафторида, но это было не так. Таким образом, оказалось, что у немцев не было выбора: как и предвидел Клузиус, пентахлорид урана был неподходящим материалом для такой реакции, так как даже при отсутствии воды он распадался на тетрахлорид урана и хлор.
В конце 1940 года Р. Флейшман, который проводил подобные эксперименты в Гейдельберге, но с использованием стеклянных трубок, теоретически обосновал возможность получения в ходе процесса искомых изотопов урана. Однако к весне 1941 года все потеряли надежду на успех и этих экспериментов. Поскольку никто заранее не предвидел таких трудностей, ученые не рассматривали альтернативных вариантов обогащения урана, за исключением процесса с применением жидкостей, разработанного Клузиусом и его коллегами в Мюнхене. Они вновь подтвердили свою приверженность принципу «обратного хода», но предупредили, что необходимо найти подходящую форму раствора. В марте, когда ученые встретились на очередном совещании, каждый из них ощущал зловещую тень безысходности, нависшую над программой. Профессор Пауль Гартек проинформировал военных о том, что все работы зашли в тупик.
«Участники конференции считают, что нам срочно предстоит решить две важнейшие проблемы:
1. Производство тяжелой воды.
2. Выделение изотопов урана.
Из этих двух проблем решение первой в ближайшем будущем представляется наиболее важным, поскольку согласно существующей теории при наличии тяжелой воды реактор будет работать даже без обогащенного урана. Кроме того, производство для уранового реактора значительного количества тяжелой воды кажется нам, несомненно, более экономичным и простым процессом, чем двойное или тройное обогащение урана-235, необходимое для того, чтобы перейти к использованию (в качестве замедлителя) обычной воды».
Говоря о второй проблеме, профессор Гартек заключил, что, если в ближайшее время не будет найден лучший способ выделения изотопов урана, к имеющемуся решению следует прибегать «только в особых случаях, когда экономичность не имеет определяющего значения». Под этим Гартек подразумевал получение атомных боеприпасов.
В мае вместе с доктором Вирцем он снова посетил норвежский завод в Веморке. Гартек хотел убедиться, насколько предложения Вирца помогут увеличить производство тяжелой воды. Там он впервые встретился с главным инженером предприятия доктором Бруном. Брун обратил внимание на то, что немцы тщательно избегают разговоров относительно целей использования тяжелой воды. В то же время он заметил, насколько важным для них является получение значительного количества этой жидкости.
Итак, перед немецкими учеными стояла непреодолимая задача по обогащению урана-235. Военные решили поддержать несколько проектов в этой области. Авторство первого из них принадлежало ассистенту Института Гейзенберга в Лейпциге доктору Эриху Багге, который помогал доктору Дибнеру в первые недели работы над атомным проектом.
Через месяц после октябрьского 1940 года совещания в Лейпциге (о нем речь шла ранее) Багге предложил свой способ относительно быстрого выделения редких изотопов, показавшийся руководителям проекта оригинальным и перспективным. В нескольких словах его способ подразумевал создание узкого «молекулярного луча» нужного вещества, который проходит между двумя заслонками, вращающимися на определенной скорости с тем, чтобы зазор между ними приостанавливал прохождение одной «порции» молекул, пропуская другую. По закону распределения скоростей, установленному Максвеллом еще в середине XIX века, более легкие молекулы движутся в «луче» быстрее, чем тяжелые. Таким образом, через какое-то время более легкие изотопы «обгонят» более медленные тяжелые. В случае с ураном предусматривалось отделение движущейся заслонкой более легкого изотопа в специальную емкость.
В начале апреля доктора Багге вызвали на совещание с участием доктора Дибнера и военных чинов в Берлине. Это произошло как раз перед тем, как Гартек представил свой знаменитый отчет. Дибнер сначала перевел Багге в Институт физики имени кайзера Вильгельма в Далеме, а затем 23-го числа отправил его в Париж помогать Жолио-Кюри и Гентнеру в восстановлении циклотрона. Перед тем как отправиться в Париж, Багге оставил руководству описание своего устройства, которое он назвал «изотопным шлюзом». Он все еще был во Франции, когда в конце июля туда прибыл Дибнер с новостью, что работы над выделением урановых изотопов зашли в тупик.
После того как стало понятно, что проект находится в кризисном состоянии, непосредственный руководитель Дибнера доктор Баше отправил проект Багге в Гамбург профессору Гартеку для рассмотрения
