На пороге создания атомной бомбы

Итак, подготовительные работы вчерне были завершены. У ученых появилась уверенность, что расщепленное атомное ядро может стать источником энергии невиданной ранее мощности. Что делать дальше?

Летом 1941 года немецкие физики вновь стали подумывать о том, что плутоний мог бы заменить уран, с которым было столько хлопот. И помог им в этом новый, весьма колоритный сотрудник – профессор Фриц Хоутерманс, появившийся в конце 1940 года в лаборатории барона Арденне.

Его история не совсем обычна для Германии, но типичная для СССР. В 1933 году, когда к власти в Германии пришли нацисты, он бежал из страны. Бежал не в Америку, не во Францию, как его коллеги, а в Россию. Здесь его вскоре записали в шпионы, и, избежав знакомства с немецким концлагерем, он попал в советский.

В 1939 году, после подписания пакта Молотов-Риббентроп, его выпустили из застенков Берии и этапировали в казематы гестапо. (Знали бы наши особисты, кого отпускают!..) Там он просидел всего три месяца и был освобожден, однако ему запретили работать в государственных учреждениях. И тогда его спас профессор Макс фон Лауэ. Он порекомендовал его барону Арденне, которого, как мы уже видели, академические ученые со счастливой судьбой недолюбливали и чурались.

Хоутерманс стал для Арденне настоящей находкой. В августе 1941 года опальный профессор отпечатал на пишущей машинке 39 страничек, озаглавленных им «К вопросу о начале цепной реакции деления ядер». В своем сообщении первым из немецких ученых Хоутерманс подробно описал цепную реакцию под действием быстрых нейтронов, а также рассчитал критическую массу U-235, то есть наименьшую массу, при которой может протекать самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

В первую очередь, его интересовал элемент, позднее названный плутонием. Вот доводы ученого. В природном уране содержится гораздо больше изотопа U-238, чем U-235. Так не логичнее ли использовать этот распространенный изотоп, чем тратить столько времени и сил на разделение изотопов? «Каждый из нейтронов, абсорбируемый ураном-238, а не участвующий в расщеплении урана-235, содействует тем самым появлению нового ядра, которое можно расщепить с помощью тепловых нейтронов», – писал Хоутерманс. За несколько месяцев до этого физик из Вены И. Шинтльмайстер показал, что при обстреле изотопа U-238 нейтронами возникает трансурановый элемент (номер 94). Используя его, продолжал Хоутерманс, можно создать новое взрывчатое вещество. Дело лишь за химиками. Нужно придумать, как отделить этот 94-й элемент от урана.

Эта скромная статья, написанная опальным ученым («за возможность написания этой работы я благодарю барона Манфреда фон Арденне»), стала этапной в судьбе немецкой ядерной физики. Ее автор убедительно показал, что незачем разделять изотопы. Надо идти другим путем. Но к его доводам все-таки не прислушались.

А между тем в марте 1941 года эксперимент, проведенный в Беркли, показал, что плутоний так же легко расщепляется, как и уран-235.

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. «Именно в сентябре 1941 года, – вспоминал Гейзенберг, – мы поняли, что атомную бомбу создать можно».

В это время в среде немецких физиков нарастают споры. 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 Вейцзеккера, и Хоутерманса.

В конце октября 1941 года Гейзенберг отправился в Данию, чтобы встретиться с Нильсом Бором и испросить у него совета, как быть дальше, что делать?

Профессор П. Йенсен заметил по поводу этой встречи: «первосвященник» немецкой теоретической физики направил свои стопы к «папе римскому от науки», Бору, дабы искать у него «отпущения грехов».

Итак, Гейзенберг спросил «понтифика Нильса I», имеет ли физик моральное право работать во время войны над созданием атомной бомбы. Тот задал вопрос пришедшему исповедовать грехи свои: 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», – сказал знаток греховной природы ученых.

Осторожность Бора, нового подданного третьего рейха, можно объяснить и тем, что он готов был подозревать коварный 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.

«Интересы всей немецкой экономики следует подчинить нуждам военной промышленности», – заявил Адольф Гитлер в декабре 1941 года, когда немецкие войска были разбиты под Москвой, блицкриг превратился в утомительную, затяжную войну, а министр вооружений Фриц Тодт доложил фюреру, что военная промышленность находится на грани краха. Пришло время «затягивать пояса».

Изменилось отношение и к «урановому проекту». Его считают перспективным, но не первостепенным. Как всегда и везде в дни неудач и поражений, власти «меняют декорации», ведь это легче, чем вникать в суть происходящего. Руководство «урановым проектом» препоручают Научно-исследовательскому совету, который подчинялся министерству образования во главе с Бернгардом Рустом – человеком, слабо разбиравшемся в ядерной физике.

Академические ученые, впрочем, обрадовались подобным оргвыводам. Отныне с них стиралось клеймо «пособников вермахта», творящих убийственное оружие. Зато приободрился Абрахам Эзау. Теперь у него снова было кем командовать.

«Новая эпоха» начиналась путано, бестолково. На 26—27 февраля 1942 года профессор Шуман назначил совещание в стенах Института физики имени императора Вильгельма. Приглашенным уже раздали спецпропуска, сообщили их очередность выступления, как вдруг вмешался Научно-исследовательский совет. На тот же день, на 26 февраля, назначили «параллельное» совещание в здании этого совета. Круг приглашенных был очень широк: офицеры вермахта, высшие чины СС, светила науки. К последним причислили Гана, Гейзенберга, Боте, Гейгера, Клузиуса, Хартека, «незадачливого организатора» Шумана и, конечно, Эзау. Всех их наметили в докладчики. Впрочем, ученым было позволено, просветив «господ офицеров», перейти в стены Института физики и принять участие уже в сугубо научном совещании, вглядываясь на нем в тончайшие детали проблемы, а не освещая ее «в общем и целом» в течение скудных десяти минут – именно столько времени отводилось на доклады «пред лицом властей предержащих».

Впрочем, организаторы «параллельного» совещания на том не успокоились. Двадцать первого февраля они разослали приглашения Шпееру, Кейтелю, Гиммлеру, Редеру, Герингу, Борману и другим нацистским бонзам. В этих приглашениях содержалась и повестка сего «просветительского слета»:

К этому листку, – и так удручавшему умы офицеров множеством загадочных слов, – небрежной секретаршей неожиданно были подколоты еще четыре листа: темы всех докладов, слушавшихся в те же дни в Институте физики. И эти строки звучали уже сущей китайской грамотой: «диффузионная длина», «эффективное поперечное сечение» и т. д., и т. п.

Немудрено, что Гиммлер, глянув на эти странные слова, отказался тратить свое драгоценное время на выслушивание их, пусть и в компании высших чинов вермахта и СС. Генерал-фельдмаршал Кейтель был более дипломатичен. Он заверил Руста, что придает большое значение «этим научным проблемам», но бремя возложенных на него обязанностей не позволяет ему принять участие в совещании. Редер уведомил о прибытии одного из своих заместителей. В итоге никто из «властей предержащих» не явился выслушивать «ученую тарабарщину». Пятистраничный список распугал всю «крупную дичь».

Но совещание все-таки состоялось.

После докладов Шумана и Гана на трибуну поднялся Гейзенберг и заговорил о цепной реакции деления ядер как основе производства «ядерной энергии».

Реакция эта возможна лишь в том случае, если во время расщепления ядер выделяется больше нейтронов, нежели поглощается другими ядрами. С природным ураном все происходит наоборот, поэтому в чистом виде он непригоден для проведения такой реакции. Давайте попробуем, увлеченно продолжал Гейзенберг, сравнить процесс расщепления ядра с «заключением брака», а поглощение нейтронов со «смертью». В природном уране «показатель смертности» выше «числа рождений». В жизни это приводит к тому, что все «население» страны вскоре вымирает. Изменить это можно тремя способами, во-первых, требуя, чтобы каждая семья заводила больше детей, во-вторых, увеличивая число «свадеб», в-третьих, снижая «смертность», делал свои «демографизические» выводы Гейзенберг. Среднее количество нарождающихся нейтронов нам никак не изменить. Это – константа, данная нам природой. Поступим по-другому. Увеличим содержание редкого изотопа урана – урана-235, и тогда «смертность» нейтронов снизится. Если же нам удастся совершенно изолировать уран-235, то тогда смертность вообще прекратится.

Если мы накопим некоторое количество чистого урана-235, то число нейтронов может неимоверно возрасти в нем в кратчайшее мгновение. В течение доли секунды вся энергия расщепления выделится. Раздастся взрыв невиданной силы.

Однако изолировать уран-235 очень и очень трудно. Большинство ученых, работающих над данным проектом, пытается решить именно эту проблему, о чем и поведает собравшимся профессор Клузиус. Добавлю лишь, заявил Гейзенберг, что американцы, по всей видимости, уделяют этому вопросу особенно пристальное внимание.

Есть другой способ снизить «смертность». Новейшие исследования показали, что нейтроны «умирают», то есть поглощаются, лишь в том случае, если они наделены определенными энергиями, то есть движутся с какой-то конкретной скоростью. Ее можно снизить. Ученые пытаются найти вещества, которые тормозят нейтроны, но не поглощают их. Лучшим их «замедлителем» был бы гелий, ведь он вообще не поглощает нейтроны, но этот газ слишком легок и использовать его мы не можем. Остается лишь тяжелая вода, поскольку опыт показал, что графит и бериллий непригодны для этой цели.

Реактор, очевидно, будет состоять из нескольких слоев урана и замедлителя. Тепловая энергия, им создаваемая, станет вращать турбину. «Урановая машина» не потребляет кислород, и потому она особенно хороша для оснащения подводных лодок. Однако этим ее польза не ограничена. Внутри реактора, при преобразовании ядер урана, возникает новый элемент с порядковым номером 94. Он, очевидно, обладает такой же взрывной силой, как и чистый уран-235. Накопить этот элемент легче, чем уран-235.

В то время как Гейзенберг читал офицерам азы ядерной физики, любопытное событие произошло в Далеме, у входа в Институт физики, где начиналось другое совещание. Доктор Беркеи стоял в дверях и проверял пропуска.

Неожиданно перед ним появился незнакомец и, представившись Эккартом, сказал, что сам Гейзенберг позволил ему присутствовать на совещании. Беркеи, смущенный гнетом инструкций, но не смея решительно отказывать незнакомцу, пошел за советом к Дибнеру. Тот давно уже пропитался порядками военного времени и, не мешкая, рассудил подозрительный случай: «Незнакомца надо задержать немедленно, до выяснения личности. При необходимости применяйте силу, Беркеи!»

Когда же тот, готовый к решительным действиям, вернулся к дверям, незнакомца и след простыл. Ни Гейзенберг, спрошенный после, ни другие ученые не смогли вспомнить «господина Эккарта, тоже приглашенного». Интересно, кто же то был?.. Разведчик из какой страны?..

Вообще же на конференции в Далеме, – а она растянулась на три дня, – выступили с докладами почти все ведущие ядерщики страны. Профессор Боте (мы долго не забудем этого специалиста по графиту) доложил о проводившихся им измерениях; Вейцзеккер – о дополнениях «к теории резонансной абсорбции в урановой машине». Ряд выступлений посвящался поведению урана при обстреле его быстрыми нейтронами, а также особенностям трансурановых элементов номер 93 и 94 (то есть нептуния и плутония). Профессор Депель описал недавний опыт с реактором (L III), содержавшим оксид урана и тяжелую воду, а Вирц познакомил с опытами, которые велись в «Доме вирусов», отстоявшем на каких-то несколько сотен метров от зала заседаний.

Организаторы этой сугубо научной конференции составили о ней отчет на 131 странице, попытавшись заметить в нем пусть даже самые невнятные идеи и высказывания, мелькнувшие на совещании. Перелистаем его…

Итоги обеих конференций, поначалу едва не вылившихся в «сумбур вместо физики», в целом оказались успешны. Отто Ган отмечал: «Наши доклады в Научно-исследовательском совете: хорошее впечатление». Гейзенберг позднее признавался: «Весной 1942 года, после того как мы, наконец, убедили Руста в том, что наши работы могут быть выполнены, в нашем распоряжении впервые оказались крупнейшие фонды Германии».

Руст, действительно, стал податливым «человеческим материалом», а вот высшие чины вермахта оставались крепки как кремень. Проигнорировав устроенное для них совещание, они так и не прониклись устремлениями ученых и их оптимизмом. Для многих из них надежды физиков-ядерщиков оставались такими же, как и прежде, туманными, загадочными обещаниями «ученых шарлатанов». Остается лишь гадать, переменили бы они свое мнение и содействовали бы «урановому проекту», если бы приглашения им рассылала более внимательная секретарша?

Теперь судьба проекта зависела от мощностей небольшой норвежской фабрики. Альтернативы не было. К началу 1942 года немецкие физики окончательно уверились, что лишь тяжелая вода может служить замедлителем нейтронов в ядерном реакторе.

Тем временем на фирме «Norck-Hydro» все еще пытались выполнить «заказ на производство полутора тонн тяжелой воды». Как мы уже отмечали, к концу 1941 года было готово лишь 350 с небольшим килограммов. Ведь фабрика могла выпускать пока что 140 килограммов в месяц. Новых немецких хозяев это весьма раздражало. В начале нового года фабрику оснастили новыми электролизерами и выпуск тяжелой воды… снизился до 91 кг в месяц.

Доктору Йомару Бруну пришлось ехать на совещание в Берлин. В «Дом вирусов» его, естественно, не пустили; цели проекта тоже не приоткрыли, зато поводили по Институту физики в Далеме. Увиденная картина заставила ахнуть даже хладнокровного скандинава. В углу лаборатории доктора Вирца преспокойно стояли два стеклянных баллона, содержавшие 130 литров тяжелой воды. Малейшего удара было бы достаточно, чтобы их расколоть. Какая небрежность, качал головой Брун, как они хранят эту воду! Она же на вес золота.

Немцы же были упрямо уверены и в целости стеклянных баллонов, и в неколебимой верности норвежцев, и в невозможности никакого саботажа на их уникальной фабрике.

Но все-таки производство тяжелой воды решили развернуть и в Германии. В конце февраля 1942 года доктор Херольд, директор завода «Лейнаверке» по научной части (завод этот входил в концерн «ИГ Фарбениндустри»), встретился с Хартеком и предложил построить опытную установку по производству тяжелой воды, работавшую бы по несколько иной технологии, чем в Норвегии. По его расчетам, себестоимость одного грамма такой воды не превышала бы 30 пфеннигов, а это «вполне терпимо». Строительство установки обойдется в 150 000 рейхсмарок. Все расходы возьмет на себя концерн.

30 апреля профессор Эзау, руководивший теперь главным «атомным проектом», одобрил эту инициативу. Так, к участию в проекте привлекли концерн «ИГ Фарбениндустри», что было, пожалуй, ошибкой. В 1944 году, когда положение станет критическим, концерн откажется выполнять взятые на себя обязательства.

Пока же немцы были далеки от краха, и даже «норвежские вассалы» постепенно преодолели спад, доведя выпуск тяжелой воды в марте 1942 года до 103 килограммов в месяц. Впрочем, этим рекордом дело временно и ограничилось. В апреле из закромов фабрики не вытекло ни капли тяжелой воды. «Уровень реки резко понизился, – полетела депеша в Берлин, – и нам пришлось остановить производство». Турбины заработали лишь 6 мая 1942 года. В целом успехи были незначительными, и консул Шепке, следивший из Осло за потугами вверенных Германии заводов, вправе был доносить в Берлин об «определенном пассивном сопротивлении» норвежцев.

Тем временем в Германии продолжаются работы по обогащению урана-235. В начале января 1942 года доктор Багге получил первые части своего «изотопного шлюза». 13 февраля он опробует испаритель, заполнив его ураном.

Сразу три группы ученых пытались изолировать уран-235 электромагнитным способом. В октябре 1940 года, выступая на конференции в Лейпциге, В. Валхер убеждал собравшихся, что с помощью масс-спектроскопа можно разделять крохотные количества изотопов. Теперь он научился сортировать изотопы серебра и верил, что может разделить изотопы урана. Подобные опыты проводил в Далеме и Х. Эвальд, один из помощников Отто Гана. Однако всем, наблюдавшим за этими опытами со стороны, был очевиден их недостаток: эти старательные ученые изолировали действительно «крохотные» количества изотопов. Счет велся буквально на ионы.

Впрочем, барон Манфред фон Арденне, пребывавший в стороне от академических школ, считал сей минус поправимым. В апреле 1942 года в недрах его лаборатории готовился отчет «О новом магнитном разделителе изотопов, предназначенном для перемещения больших масс [9]». В его лаборатории в Лихтерфельде и впрямь был создан особый магнитный сепаратор. Когда после войны США рассекретили некоторые подробности своего «атомного проекта», выяснилось, что настырный самоучка Арденне шел тем же путем, что и американцы.

В апреле 1942 года была готова и «ультрацентрифуга доктора Грота». Мы помним, что он решил не тратить восемь месяцев на ожидание редкостного стального сплава и заменил его сплавом из легких металлов. Грот откровенно спешил, но излишняя бойкость не всегда бывает уместна: барабан центрифуги, сделанный из эрзаца, попросту развалился на первых же испытаниях. Металл не выдержал нагрузки.

Отказавшись ждать еще восемь месяцев, Грот опрометчиво заказал еще один, уже небольшой барабан, но и тот лопнул, погребая теоретические надежды. Утешало лишь то, что за недолгие минуты, что длился этот погибельный для приборов эксперимент, содержание изотопв урана-235 и впрямь увеличилось. Профессор Хартек, оценивая неудачи своего гамбургского коллеги, отмечал, что за этими «детскими болезнями» проглядывают блестящие перспективы. В основе схемы лежат простые физические законы, коим подчиняется даже гексафторид урана. Но все-таки законы законами, а с барабаном надо было что-то делать. Его неудержимо рвало на куски.

К 1 мая 1942 года фирма «Дегусса» изготовила уже три с половиной тонны чистого, порошкового урана. Получателями его были в основном отдел вооружений сухопутных войск, эмигрант из Петербурга Николаус Риль и профессор Гейзенберг. В Лейпциге, в институте, где он работал, готовился новый, крупнейший опыт с урановым реактором.

Предыдущий опыт («два слоя оксида урана внутри алюминиевого шара») оказался успешным. Теперь Гейзенберг и Депель собирались заполнить реактор ураном. Тут-то и обнажилось все коварство уранового порошка. На воздухе он мигом вспыхивал. Хоть и старался один из лаборантов осторожно его пересыпать, произошел глухой взрыв. Огромные языки пламени взметнулись на три-четыре метра вверх. Лаборант сильно обжег руку. Стоявшая в полуметре от него банка с ураном тоже загорелась. Депель вместе с пострадавшим принялись посыпать ее песком. Пламя исчезло, но на следующее утро ученые обнаружили, что уран все еще тлеет. Урановые «угли» швырнули в воду…

Это теперь в каждом учебнике можно прочесть: «Порошковый уран легко возгорается и при распылении в воздухе горит ярким пламенем». А тогда об этом никто не знал. Обращаться с ураном учились методом проб и ошибок. Так, возгорание порошкового урана произошло и в лаборатории И. В. Курчатова.

Но вернемся в Лейпциг. Все было готово к эксперименту. Третьего февраля 1942 года фирма «Дегусса» прислала Гейзенбергу 572 килограмма уранового порошка. Начинался решающий опыт за номером L IV. Чтобы спасти себя от пожара, уран в реактор пересыпали в углекислой атмосфере. Всего в нем уместилось более 750 килограммов урана. Реактор состоял из двух алюминиевых полусфер, крепко привинченных друг к другу. Внутрь добавили еще 140 килограммов тяжелой воды. Вес агрегата достиг почти тонны. Его вновь «упрятали» в резервуар с водой. Источник нейтронов (радий/бериллий) находился посредине. Измерения начались.

Никаких сомнений вскоре не оставалось. Поверхности реактора достигало гораздо больше нейтронов, чем излучал их источник. Лейпцигские физики подсчитали, что размножение нейтронов равнялось 13 процентам. «Мы, наконец, сконструировали… установку, которая порождает больше нейтронов, чем поглощает», – докладывали оба ученых в отдел вооружений. «Достигнутый результат намного благоприятнее, чем мы могли бы ожидать, полагаясь на расчеты, проведенные на основании опыта с оксидом урана».

Как явствовало из новых расчетов, если увеличить реактор, загрузив в него пять тонн тяжелой воды и десять тонн литого урана, мы получим первый в мире «самовозбуждающийся» ядерный реактор, то есть реактор, внутри которого будет протекать «цепная ядерная реакция». И 28 мая один из франкфуртских заводов начинает отливать пластины из тонны урана, поставленной туда фирмой «Дегусса».

Четвертого июня Гейзенберг приехал на секретное совещание в Берлин. Два месяца назад Геринг распорядился приостановить все научные работы, которые не имеют прямого военного назначения. «Все для рейха, все для победы», прочее пока не имело права на существование. Теперь физиков-ядерщиков ждал «верховный судия» Шпеер. Он волен был вычеркивать намеченные ими эксперименты или миловать их. В руках усталого, перегруженного работой министра пребывала судьба всего «уранового проекта».

Собравшиеся в зале люди напряженно смотрели на дверь. Створки ее распахнулись, и сквозь проем молчаливо прошествовал Альберт Шпеер; по правую руку шел один из его помощников, доктор Карл-Отто Заур, по левую – профессор Порше, генеральный конструктор фирмы «Фольксваген».