В прошлой статье мы оставили немцев с проблемами тяжелой воды в 1940м году (ссылка выше). Предлагаю посмотреть, что же происходило в это время за океаном-там тоже происходило много интересных событий.
В других странах также начинается движение
А там дела обстояли так. 17 марта 1939 года в Вашингтоне Э. Ферми встречается с сотрудниками морского министерства и объясняет им, что немцы могут создать оружие нового типа – атомную бомбу. Его вежливо выслушали, да и только. Тогда он обращается к коллегам и после ряда консультаций 2 августа 1939 года Эйнштейн, Ферми, Силард и Вигнер направляют коллективное письмо президенту США Ф. Рузвельту, в котором сообщают о возможности изготовления бомбы нового типа, способной уничтожать целые города. 7 марта 1940 года подзуживаемый коллегами Эйнштейн направляет второе письмо Рузвельту.
Но дело тронулось с мертвой точки лишь в конце апреля 1940 года, когда в США приехал Петер Дебай, ученый, сбежавший из нацистской Германии и бывший в курсе ядерных исследований. Через несколько дней в «Нью‑Йорк таймс» появилась пространная статья, посвященная «урановому проекту» в Германии. Она была выдержана в самых мрачных тонах.
В мае 1940 года в Лондоне стало известно, что немцы намерены увеличить производство тяжелой воды на захваченной фабрике в норвежском городе Рьюкан до полутора тонн ежегодно. Специалисты пытались подсчитать возможный ущерб в случае взрыва немецкой «сверхбомбы» в одном из крупных английских городов.
Разрушенные надежды 1940 года
В июне 1940 года немецкие войска заняли Париж. Немедленно туда приехали Дибнер и Шуман и обнаружили в лаборатории Кюри американский циклотрон, смонтированный, правда, наполовину. Но и это уже было хорошим подспорьем в деле разделения частиц! Правда, тяжелую воду застать не удалось.
Подводя промежуточный итог - минуло полтора года с тех пор, как Ган и Штрассман открыли цепную реакцию. За это время немецкие физики‑ядерщики добились немалых успехов в работе над атомным проектом. Они располагали уже тысячами тонн урановых соединений; в их владении оказалась фабрика по выпуску тяжелой воды, хотя склады ее были пусты; у них появился циклотрон, пусть и недостроенный; химическая промышленность Германии была ведущей в мире; наконец, к работе были привлечены лучшие физики, химики и инженеры страны. Все шло к тому, что немцы будут первыми в ядерной гонке. Но многочисленные проблемы на их пути никуда не делись.
В октябре 1940 года в Лейпциге пришлось проводить специальную конференцию, чтобы обсудить многочисленные трудности, возникшие при разделении изотопов урана. В. Валхер описал электромагнитный метод: крохотные количества изотопов можно выделить с помощью масс‑спектроскопа. Х. Мартин говорил об «ультрацентрифуге», которую хотел использовать у себя в Киле. Постепенно, из докладов участников, стало ясно, что немецкие ученые пока не могут предложить надежный метод получения изотопа U‑235 в промышленных количествах.
Во многом мешало и отношение властей к науке. На европейском театре войны вермахт одерживал одну победу за другой. Для этих блестящих побед ему не нужны были ни «супероружие», ни «сверхбомба», ни «чудо‑реактор».
Тем не менее, в начале октябре 1940 года в Далеме построили лабораторию, или «Дом вирусов» - деревянное строение, где предстояло возвести ядерный реактор и проводить опыты.
Первый урановый реактор в «Доме вирусов» представлял собой сводчатый алюминиевый цилиндр. Диаметр и высота его были одинаковы – 1,4 метра. Его до краев заполнили оксидом урана. Слои оксида перемежались тонкими парафиновыми вставками – замедлителем. Цилиндр погрузили в воду, служившую отражателем нейтронов. Никто не знал, как поведет себя реактор. Правда, его еще предстояло запустить, ведь проблемы с замедлителем еще не были решены.
Роковой опыт с графитом
В середине 1940 года из лаборатории профессора Боте радостно доложили, что замедлителем может служить и графит – материал, чрезвычайно дешевый и имевшийся в изобилии. Как показал опыт, ловко поставленный профессором, диффузионная длина тепловых нейтронов в углероде (а графит и есть кристаллическая модификация углерода) равнялась 61 сантиметру. Если же идеально очистить графит, радовался профессор, этот показатель возрастет до 70 см. Прекрасно! Военные уже обратились к фирме «Сименс» с просьбой о поставках чистейшего графита.
В январе 1941 года там же, в Гейдельберге, опыт был повторен. И каким разочарованием стал его итог! На этот раз в результаты вкралась ошибка. Образец был изготовлен из чистейшего электрографита фирмы «Сименс». Боте с ужасом смотрел на показания приборов: нейтроны проходили слишком быстро. Значит, графит в замедлители не годится. Мнению Боте доверяли, и потому все опыты с графитом прекратились. Лишь в 1945 году, во время эксперимента «В‑VIII» в Хайгерлохе, ошибка была обнаружена. Вероятно, причиной неудачи стали примеси азота, попавшего в графит из воздуха.
Тем не менее отныне работа над «урановым проектом» резко замедлилась. Немцы твердо решили, что только тяжелая вода им поможет в качестве замедлителя. В последствии, большинство исследователей, изучавших отчеты о немецких ядерных исследованиях, признают ошибку профессора Боте самой «роковой».
Между тем, забегая вперед, нужно сказать, что когда в 1942 году американским ученым удалось построить первый в мире ядерный (урановый) реактор, они использовали в качестве замедлителя именно графит. Позднее в Ханфорде (США) будет сооружен первый промышленный плутониевый реактор опять‑таки с графитом в качестве замедлителя.
Поиск путей решения проблемы изотопов
Итак, немцы, нерадиво поставив важнейший эксперимент, теперь терпеливо ждали, когда же на далекой норвежской фабрике произведут нужное количество тяжелой воды. С инспекцией в Рьюкан направили доктора Карла Вирца, одного из ведущих специалистов Института физики в Далеме.
Вирц обязался узнать, можно ли увеличить выпуск тяжелой воды. Когда фирма создавалась, ее заказчиками были одни лишь научные лаборатории, а для их нужд требовались не тонны, а килограммы и граммы тяжелой воды. Строгий инспектор взволнованно сообщал по осмотре фабрики, что производство тяжелой воды крайне нерентабельно, что на изготовление одного ее грамма здесь тратят 100 киловатт‑часов электроэнергии, то бишь, – возвращаясь к немецким реалиям, – 100 рейхсмарок. Тонны тяжелой воды воистину станут золотыми.
Впрочем, замедлителем в реакторе могла бы стать даже обыкновенная вода, раз уж графит с позором был отставлен, а «норвежская» вода стекалась по каплям. Да, если бы немцы научились обогащать изотоп урана U‑235, – то есть изолировать его и накапливать, – то можно было бы обойтись и обычной водой. Однако в начале того же мрачного 41‑го года профессор Хартек, взявший на себя вопрос разделения изотопов урана признал свое поражение. Его постиг абсолютный провал, и идей не было.
В начале апреля 1941 года состоялось очередное совещание ведущих физиков‑ядерщиков Германии. Подводились итоги, один печальнее другого. «Перед нами стоят две проблемы, – писал Пауль Хартек в докладной записке, направленной им в отдел вооружений сухопутных войск. – 1. Производство тяжелой воды. 2. Разделение изотопов… Первая более актуальна, так как, судя по имеющимся данным, при наличии тяжелой воды машина будет работать и без обогащения изотопов урана. Кроме того, изготовливать тяжелую воду все же проще и дешевле, чем обогащать изотопы U‑235».
По итогам же собранного совещания в Лейпциге ученые увлеченно предлагали все новые идеи, и к концу «мрачного 1941‑го» серьезно прорабатывались сразу семь (!) методов обогащения U‑235: метод с использованием масс‑спектрографа в лаборатории Арденне; термодиффузия; «изотопный шлюз»; ультрацентрифуга; «разделительная труба» (вариант термодиффузии); разделение изотопов в жидких соединениях урана и диффузия изотопов в металлах‑носителях. Конечно, не сведущему в физике человеку это мало о чем говорит, но это и неважно, потому что суть в другом: физики опять «смотрели не туда». Немецкий ученый Густав Герц, лауреат Нобелевской премии 1925 года, придумал метод газовой диффузии еще в начале тридцатых годов, разделяя изотопы неона. Но на него‑то как раз и не обратили никакого внимания. Зря! Именно действуя по этому методу, изотопы с успехом разделяли и в Англии, и в США.
Небольшой успех реактора и диалог с Нильсом Бором
Итак, подготовительные работы вчерне были завершены. У ученых появилась уверенность, что расщепленное атомное ядро может стать источником энергии невиданной ранее мощности. Что делать дальше?
Во второй половине 1941 года фирма «Norsк‑Hydro» получила заказ на производство полутора тонн тяжелой воды. Работы начались 9 октября, но к концу года было готово лишь 350 с небольшим килограммов. Кроме того, к концу года было получено более двух с половиной тонн чистого порошкового урана.
Однако Гейзенберг и Депель, повторяя у себя в Лейпциге эксперимент с урановым реактором, вновь использовали оксид урана, а не металлический порошок. Правда, теперь у них было целых 164 килограмма тяжелой воды. Оксид урана (142 килограмма) поместили внутрь алюминиевого шара диаметром 75 сантиметров. Два слоя оксида разделяла тонкая алюминиевая сфера. Источник нейтронов находился в центре. Реактор «упрятали» в резервуар с водой.
Однако и на этот раз размножение нейтронов не было зафиксировано. Тогда оба профессора перепроверили свои расчеты и учли нейтроны, которые поглощала алюминиевая сфера, разделявшая два концентрических слоя оксида. Вот тут‑то они, наконец, и получили «положительный» коэффициент размножения нейтронов – то есть наконец что-то близкое к цепной реакции, когда количество нейтронов для деления ядер в пределах активной зоны хоть медленно, но нарастает. «Именно в сентябре 1941 года, – вспоминал Гейзенберг, – мы поняли, что атомную бомбу создать можно».
Результат был скромным, но обнадёживающим, поэтому это событие породило споры в среде физиков. Многих начал подспудно мучить вопрос, морально ли продолжать работу над «урановым проектом» – ведь неминуемо будет создана бомба и, значит, погибнут многие тысячи людей. Эти сомнения обуревали и Гейзенберга, и других ученых .В конце октября 1941 года Гейзенберг отправился в Данию, чтобы встретиться с Нильсом Бором и испросить у него совета, как быть дальше, что делать?
Итак, Гейзенберг спросил,имеет ли физик моральное право работать во время войны над созданием атомной бомбы. действительно ли, по его мнению, можно использовать расщепление ядра в военных целях. Гейзенберг сокрушенно сказал «владыке совести своему»: да, он понял, что это возможно.
Что если, хотел он спросить Бора, ученые всего мира, соединившись, попробуют отвратить свои правительства от создания атомной бомбы? Пусть Бор и другие видные ученые лишь убедятся, что немецкие физики также прекращают работу над этим проектом. Однако Гейзенберг, похоже, сформулировал свое предложение слишком расплывчато, туманно. Во всяком случае Бор не внял ему. «Всегда и везде физики неизбежно будут втянуты в военные разработки», –был его ответ.
Осторожность Бора, нового подданного третьего рейха (Дания же была захвачена буквальна за пару часов), можно объяснить и тем, что он готов был подозревать подвох. Он догадывался, что немецкие физики‑ядерщики отстают от американцев, ведь многие ведущие ученые покинули Германию. Это отставание нацисты хотели пресечь любым путем, в том числе и подталкивая союзников к «коварному мораторию». Вообще же разговор привел Бора в ужас. Он убедился в том, что гитлеровская Германия стоит на пороге создания атомной бомбы, и событие это неизбежно.
Учитывая, что в 1941м году рейх был могущественным, как никогда, с перспективами появления у него ядерного оружия будущее виделось очень мрачным. Но все поменялось в 1942м году, о чем – уже в следующей статье.
Может быть интересно