Критическая масса

Критическая масса

В период, когда немецкие физики вплотную подошли к решению ключевых технологических проблем, препятствующих созданию «урановой машины», случилось страшное: войска вермахта были разбиты под Москвой, а блицкриг против Советского Союза на глазах превращался в затяжную кровопролитную войну.

3 декабря 1941 года министр вооружений Фриц Тодт доложил фюреру, что военная промышленность находится на грани краха. Пришло время затягивать пояса. Гитлер распорядился подчинить немецкую экономику нуждам войны.

Изменилось отношение и к атомному проекту. Его продолжали считать перспективным, но не первостепенным. Руководство проектом поручили Имперскому научно-исследовательскому совету, который подчинялся Имперскому министерству науки, образования и народной культуры во главе с Бернгардом Рустом – человеком, слабо разбиравшемся в физике. Фактически власть вернулась к Абрахаму Эзау, которого вроде бы совсем отстранили от атомного проекта.

Новый этап начался довольно бестолково. На 26–27 февраля 1942 года Эрих Шуман назначил большую конференцию в стенах Физического института Общества имени кайзера Вильгельма. Приглашенным раздали спецпропуска, сообщили очередность докладов, и вдруг вмешался Научно-исследовательский совет. Выяснилось, что на тот же день, 26 февраля, им созвано расширенное совещание, причем круг приглашенных был намного шире: офицеры вермахта, высшие чины СС, светила науки. К последним причислили Отто Гана, Вернера Гейзенберга, Вальтера Боте, Ханса Гейгера, Пауля Хартека, Эриха Шумана, Карла Клузиуса и, конечно, Абрахама Эзау. Всех их наметили в докладчики. Примечательно, что организаторы «параллельного» совещания за пять дней до него разослали приглашения нацистским бонзам и высшим офицерам: Альберту Шпееру, Вильгельму Кейтелю, Генриху Гиммлеру, Эриху Редеру, Герману Герингу, Мартину Борману и многим другим. В приглашениях содержалась повестка:

1. Ядерная физика как оружие (проф. Э. Шуман).

2. Расщепление ядра урана (проф. О. Ган).

3. Теоретические основы производства энергии путем расщепления урана (проф. В. Гейзенберг).

4. Результаты исследований установок по производству энергии (проф. В. Боте).

5. Необходимость исследования общих основ (проф. Х. Гейгер).

6. Обогащение изотопов урана (проф. К. Клузиус).

7. Производство тяжелой воды (проф. П. Хартек).

8. О расширении рабочей группы «Ядерная физика» за счет привлечения представителей промышленности и различных ведомств рейха (проф. А. Эзау).

К этому листку, заполненному множеством загадочных слов, секретарша по рассеянности подколола еще четыре: темы всех докладов, которые должны были слушаться в те же дни в Физическом институте. А они звучали сущей абракадаброй: «диффузионная длина», «эффективное поперечное сечение» и так далее, и тому подобное.

Немудрено, что глава СС Генрих Гиммлер, глянув на чудовищное нагромождение терминологии, отказался тратить свое драгоценное время на выслушивание докладов в коллективе высоколобых ученых и написал вежливый отказ Бернгарду Русту. Генерал-фельдмаршал Вильгельм Кейтель дипломатично заверил организаторов, что придает большое значение «этим научным проблемам», но «бремя возложенных обязанностей» не позволяет ему принять участие в совещании. Гросс-адмирал Эрих Редер уведомил о прибытии одного из своих заместителей. В итоге никто из властей предержащих не явился слушать научную «тарабарщину». Совещание провели без них.

После докладов Эриха Шумана и Отто Гана на трибуну поднялся Вернер Гейзенберг и заговорил о цепной реакции деления ядер как основе производства атомной энергии. При этом он выбрал эпитеты, которые лучше подошли бы средневековому алхимику, нежели ученому середины ХХ века. Впрочем, ядерная физика была и остается современной алхимией.

Цепная реакция возможна, говорил Гейзенберг, 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 сравнить процесс расщепления ядра с «заключением брака» и «рождением ребенка», 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». Среднее количество нарождающихся нейтронов-детей нам никак не изменить, ведь это константа, данная нам природой. Поступим по-другому. Увеличим содержание 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 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 (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. «Урановая машина», очевидно, будет состоять из нескольких слоев урана и замедлителя. Тепловая энергия, им создаваемая и передаваемая обычной воде, станет вращать турбину. «Урановая машина» не потребляет кислород, поэтому она особенно хороша для оснащения субмарин. Однако этим ее польза не ограничена. Внутри «машины» 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.

Конференция в Физическом институте все же состоялась и растянулась на три дня. На ней выступили с докладами почти все ведущие ядерщики страны. Профессор Вальтер Боте доложил о проводившихся им измерениях «диффузионной длины», Карл фон Вайцзеккер – о дополнениях «к теории резонансной абсорбции в урановой машине». Профессор Георг Дёпель описал осенний опыт с реактором «L–III», содержавшим оксид урана и тяжелую воду, а Карл Вирц познакомил слушателей с опытами, которые велись в «Вирусной лаборатории», находившейся в нескольких сотнях метрах от зала заседаний. Ряд выступлений посвящался поведению урана при обстреле его быстрыми нейтронами, а также особенностям недавно открытых трансурановых элементов с номерами 93 и 94 (нептуния и плутония).

Организаторы конференции составили о ней отчет на сто тридцать одной странице, попытавшись зафиксировать даже самые невнятные идеи и высказывания, мелькнувшие на совещании. Обладая современными знаниями, нельзя не обратить внимание на один фрагмент из отчета, посвященный механике атомной бомбы:

Поскольку в каждом веществе всегда имеется некоторое количество свободных нейтронов, для взрыва вполне достаточным окажется соединить два куска взрывчатого вещества такого рода с общим весом от десятка до сотни килограммов.

Таким образом немецкие физики впервые определили пределы критической массы (то есть минимальной массы, при которой начнется самоподдерживающаяся цепная реакция) для изотопа уран-235: от 10 до 100 килограммов. Можно сравнить с достижениями в этой области американских коллег: в ноябре 1941 года те приблизительно определили ее в диапазоне от 2 до 100 килограммов изотопа.

Итоги конференций в целом оказались успешными. 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».

Министр Бернгард Руст действительно оказался податливым человеком, а вот высшие чины вермахта продолжали относиться к атомному проекту без энтузиазма. Для многих из них надежды физиков-ядерщиков оставались такими же, как и прежде, – туманными обещаниями.

Теперь судьба всего проекта зависела от мощностей небольшой норвежской фирмы. Альтернативы не было в принципе. В 1942 году немецкие физики окончательно уверились, что лишь тяжелая вода может служить замедлителем нейтронов в урановой «машине».

Тем временем на заводе «Норск гидро» всё еще пытались выполнить «заказ на производство полутора тонн тяжелой воды». К концу 1941 года было готово лишь 350 килограммов. Новых немецких хозяев такой медленный темп раздражал. В начале нового года завод оснастили новыми электролизерами и выпуск тяжелой воды… снизился до 91 килограмма в месяц.

Доктору «Норск гидро» Йомару Бруну пришлось ехать на совещание в Берлин. В «Вирусную лабораторию» его, естественно, не пустили, в цели проекта тоже не посвятили, зато поводили по Физическому институту. Директору удалось убедить немецких шефов, что дело в технологических трудностях, а не в сознательном саботаже.

Но все-таки производство тяжелой воды решили развернуть и в Германии. В конце февраля 1942 года руководство завода «Лейнаверке», принадлежавшего концерну «ИГ Фарбениндустри», встретилось с Паулем Хартеком и предложило построить опытную установку по производству тяжелой воды, работавшую по иной технологии, чем в Норвегии. Используемый метод был основан на фракционной дистилляции, придуманный самим Хартеком. Согласно расчетам, себестоимость одного грамма такой воды не превышала бы тридцать пфеннигов, а это «вполне терпимо». Строительство опытной установки обошлось бы в 150 000 рейхсмарок. Все расходы возьмет на себя концерн, дирекция которого мечтала получить доступ к новейшим разработкам в области энергетики. 30 апреля профессор Абрахам Эзау, к которому вернулось полновластное руководство атомным проектом, одобрил инициативу. Таким образом к участию в проекте привлекли концерн «ИГ Фарбениндустри», что было серьезной ошибкой. В 1944 году, когда положение станет критическим, концерн откажется выполнять взятые на себя обязательства.

Пока же немцы были далеки от краха, и даже норвежцы в марте 1942 года довели выпуск тяжелой воды до 103 килограммов в месяц. Впрочем, этим рекордом дело ограничилось. В апреле «Норск гидро» не сумел получить ни капли тяжелой воды из-за резкого понижения уровня реки. Гидротурбины заработали лишь 6 мая 1942 года.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.