Известно, что тяжелая вода – это вода, в которой атомы обычного водорода заменены атомами дейтерия, его тяжелого изотопа (помимо протона их ядра содержат еще и нейтрон). «Эта вода» примерно на 11 процентов тяжелее обычной; она замерзает при 3,81 и кипит при 101,42 градусах Цельсия. Но самое главное: она замедляет нейтроны до такой скорости, что изотопы урана U-238 не могут их уловить, зато эти нейтроны все еще способны расщепить изотопы U-235.
В канун Второй мировой войны единственной фирмой, выпускавшей тяжелую воду в «промышленных количествах», была норвежская «Norsk-Hydro». Она действовала при Веморкской гидроэлектростанции, близ городка Рьюкан на юге Норвегии (станция, вырабатывавшая 120 000 киловатт дешевой электроэнергии, располагалась рядом с гигантским водопадом Рьюканфосс).
Тяжелая вода являлась побочным продуктом водородного электролиза. Еще в 1932 году американский ученый Г. К. Юри доказал, что вода, остающаяся после электролиза в ячейках, содержит гораздо больше тяжелого водорода, чем обычно. Если подвергать электролизу 100 000 литров воды до тех пор, пока в ячейках не останется всего литр воды, то в этом литре содержание тяжелой воды достигнет 99 процентов. По этому принципу фирма «Norsк-Hydro» и изготавливала тяжелую воду. Ее чистота достигала 99,5 процентов. Немецкий ученый, присланный проинспектировать эту установку вскоре после оккупации Норвегии, назвал ее «шедевром, созданным трудом норвежских ученых и инженеров».
Установка начала действовать в 1934 году. До 1938 года здесь изготовили всего 40 килограммов тяжелой воды. Потом ее производство увеличилось, но и в конце 1939 года здесь выпускали не более десяти килограммов воды в месяц. Впрочем, выбора у немецких военных не было. Ведь мощность самой крупной в Германии установки по водородному электролизу не превышала 8000 киловатт.
Вопрос был лишь в том, согласятся ли норвежцы поставлять тяжелую воду в Германию?
Тем временем военные власти принялись выполнять свое собственное решение о передаче Института физики в Далеме в их ведение и сразу же столкнулись с проблемой. «Есть человек – есть проблема». Этим человеком был директор института, знаменитый нидерландский физик-экспериментатор Петер Дебай, лауреат Нобелевской премии 1936 года. Иностранец не мог возглавить секретный немецкий проект. Это противоречило всем принципам. Великого ученого поставили перед выбором: либо принять немецкое гражданство, либо покинуть институт. Неожиданное приглашение из США разрешило дилемму. Ученого, прожившего в Германии почти всю свою жизнь, просили выступить с циклом «лекций». В 1940 году Дебай переехал в Америку и более не возвращался.
Так немецкий атомный проект потерял первого ценного сотрудника.
Шуман же предложил назначить директором института своего ставленника, доктора Дибнера. Но тут воспротивился новый президент Общества имени императора Вильгельма, Альберт Феглер. Разве можно сравнивать с самим Дебаем какого-то Дибнера? В конце концов, того назначили временным «уполномоченным руководителем» института в Далеме – «на время отсутствия Дебая».
Так наметился раскол между «самозванцем Дибнером», с одной стороны, и «учителем Гейзенбергом» и его многочисленной свитой, с другой стороны. Этот раскол в среде немецких физиков немало навредил общему делу и замедлил работу над «урановым проектом».
Тем временем, в июле 1940 года, по соседству с Институтом физики, на участке, принадлежавшем Институту биологии и вирусных исследований, начали строить небольшую деревянную лабораторию. Здесь собирались разместить первый в Германии «докритический» урановый реактор. Чтобы отпугнуть непрошеных гостей, над дверями здания повесили табличку «Лаборатория вирусов».
Уже в первую военную зиму немецким ученым стало ясно, что строительством уранового реактора их работа не ограничится. Впереди их ждет «урановая бомба». Создать реактор нужно по двум причинам: во- первых, тогда ученые могут проверить теорию практикой, а во-вторых, что еще важнее, если удастся построить реактор, то и правительство, и вермахт убедятся, что ученым по плечу и создание бомбы, несмотря на те огромные трудности, которые они теперь все яснее сознавали.
В последующие два года ученые почти не вспоминали о бомбе. Все их помыслы были заняты ближайшей, пусть и промежуточной, целью: урановым реактором. Это вовсе не означает, – как порой пытаются убедить нас некоторые историки, – что немцы вовсе не думали о создании «супербомбы». Нет, они лишь предпочитали постепенно идти от победы к победе. Правда, оглядываясь на путь, ими пройденный, мы можем выразиться и иначе: «От поражения к поражению».
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.
