Ядерное оружие Третьего рейха. Немецкие физики на службе гитлеровской Германии

Самой большой помехой на пути германской науки было отношение к ней со стороны правительства. В первый год войны вся экономика Германии была подчинена идее «молниеносной» войны. Эта концепция неожиданно и полностью подтвердила себя победами немецких солдат с помощью обычного оружия в Польше, Норвегии и теперь во Франции. Что бы ни делалось сейчас в многочисленных лабораториях, казалось, что это не имеет никакого значения, поскольку было рассчитано на относительно длительные периоды времени. Если в этих лабораториях чего– то не хватало, маловероятно было, что ученые получат это оборудование в обозримом будущем.

Немецкие ученые остро ощущали отсутствие у них циклотрона, основного средства изучения процессов внутри атомного ядра. Именно с помощью циклотрона американцам удалось получить небольшое количество плутония и определить его основные свойства еще задолго до того, как в США был построен первый урановый реактор. Еще с 1938 года группа физиков Института имени кайзера Вильгельма в Гейдельберге под руководством Боте обращалась с запросом о закупке циклотрона. Однако в суматохе дел и других насущных запросов строительство циклотрона затягивалось, и немецкие ученые получили его в свое распоряжение только к концу 1943 года. В начале 1940 года талантливый инженер барон Манфред фон Арденне попытался убедить профессора Филиппа, отвечавшего за поставку оборудования для лаборатории Отто Гана, обратиться с просьбой о «возведении этого огромного устройства, предназначенного для дробления атомов», непосредственно к рейхсмаршалу Герингу. Однако Филипп ответил, что считает нетактичным обращение через голову руководства известного учреждения имени кайзера Вильгельма. Кроме того, он посетовал на то, что некоторые высшие руководители, в частности министр образования Бернгард Руст, игнорируют важность ядерных исследований.

Фон Арденне кинулся искать источники финансирования и обнаружил, что почтовая служба обладает большим и богатым департаментом исследований. Он позвонил лично министру почтового сообщения Онезорге и рассказал о том, что открытие профессора Гана может привести к созданию урановых бомб. Он отдельно остановился на возможности применения в будущем на кораблях кригсмарине урановых реакторов, а затем перешел к программе строительства новых кораблей в ВМС США. В персональной переписке фон Арденне запросил профессоров Гана и Гейзенберга о том, сколько очищенного урана-235 понадобится для одного атомного взрыва. Ему сказали, что будет достаточно всего несколько килограммов. «Во время этих переговоров, – вспоминал позже фон Арденне[8 - Данная беседа приводится в рукописи неопубликованных мемуаров профессора М. фон Арденне.], – я выразил уверенность в том, что технически получение такого количества урана-235 вполне возможно при помощи мощных электромагнитных сепараторов, проекты которых уже имелись в нашем распоряжении. От правительства рейха требовалось согласие предоставить нам мощности крупных электростанций».

Воодушевленный аргументами фон Арденне, Онезорге немедленно потребовал личной встречи с Адольфом Гитлером, во время которой проинформировал фюрера об урановой бомбе. В конце 1940 года тот, конечно, не придал сообщению Онезорге серьезного значения, поскольку тогда казалось, что победа Германии и так была уже не за горами, что через несколько месяцев правительства всех неприятельских стран запросят у него пощады. Он едко заметил Онезорге, что именно в тот момент, когда все остальные министры озабочены поисками путей достижения победы, оказалось, что они стараются напрасно, ведь его министр почтового сообщения давно уже знает, что и как необходимо для этого предпринять.

Онезорге вернулся от фюрера злой и раздосадованный, но не сломленный. Он решил оказать содействие проекту фон Арденне, пользуясь средствами и возможностями отдела исследований германской почтовой службы. Итак, теперь над ядерной программой работали три независимые организации: группа ученых под руководством доктора Дибнера, куда входили Берке, Джулиус, Герман, Гартвиг и Камин – все сотрудники лаборатории управления вооружений в Готтове; ученые лаборатории фон Арденне и, наконец, сотрудники группы научных учреждений имени кайзера Вильгельма. Уже работающие лаборатории следили за созданием научной группы фон Арденне с подозрением и неудовольствием: его подходы и методика резко отличались от традиционных. В течение четырех семестров фон Арденне изучал в Берлине физику, математику и химию, однако он так и не получил академического образования. Так же мало отношения он имел к группе экзальтированных физиков-теоретиков, собравшихся вокруг профессора Гейзенберга. Возможно, поэтому следует рассматривать как провокационное посещение 10 октября лаборатории фон Арденне Карлом Фридрихом фон Вайцзеккером, который «по секрету» патетическим тоном поведал коллеге, что профессор Гейзенберг да и он сам считают достижение цепной реакции технически невозможным: якобы в ее процессе должно произойти ее самозатухание. Фон Арденне не оставалось ничего иного, как поверить словам коллеги, и поэтому в дальнейшем он сосредоточил усилия на том, чтобы добиться от министерства строительства сооружений для «дробления атомов». Еще до конца 1940 года Онезорге предоставил средства на возведение в лаборатории фон Арденне в Лихтерфельде электростатической машины Ван де Граафа мощностью один миллион вольт. Кроме того, благодаря его усилиям и на средства его ведомства в городке Мирсдорф, неподалеку от Берлина, был построен каскадный генератор фирмы «Philips». На обоих объектах были начаты работы по возведению 60-тонных циклотронов. И тоже на средства почтового ведомства. До окончания строительных работ в распоряжении немцев имелся только циклотрон группы Фредерика Жолио-Кюри в Париже. В сентябре 1940 года в Париж из Калифорнии, где он работал вместе с профессором Эрнестом Лоуренсом (циклотрон которого, построенный в 1931 году, был отмечен Нобелевской премией по физике 1939 года), прибыл ведущий немецкий специалист в области строительства циклотронов профессор Вольфганг Гентнер. Он должен был оказать содействие профессору Жолио во введении в строй циклотрона в Париже.

Среди материалов, захваченных немцами в Бельгии, было большое количество ураната натрия. Две тонны этого вещества были сразу же отправлены в Берлин, где их предполагалось использовать в экспериментах, которые проводились в лаборатории фон Дросте. Соединение включало в себя многочисленные примеси и было очень влажным. Материал поместили в две тысячи бумажных коробок и сложили в форме куба высотой около одного метра. Эксперимент чем-то напоминал опыты Гартека, только, в отличие от него, фон Дросте использовал в качестве своеобразных замедлителей бумагу и воду, а Гартек предпочитал сухой лед. Опыты не дали ничего нового, за тем исключением, что они вновь подтвердили необходимость использовать при строительстве реактора уран, свободный от примесей.

Этот эксперимент был последним из опытов «предварительного этапа», пока не завершилось строительство «Вирус-Хауса» в Далеме. Строительство осуществлялось под руководством доктора Карла Вирца; лаборатории представляли собой несколько деревянных бараков, расположенных на территории Института изучения проблем биологии и вирусологии, неподалеку от здания Института физики. Такое расположение сами создатели объекта объясняли необходимостью избежать заражения всей территории института в случае вредных выбросов. Достопримечательностью «Вирус-Хауса» являлось наличие в заднем здании лаборатории ямы в форме круга глубиной около двух метров, обложенной кирпичом. Снабжение электричеством и водой осуществлялось из лаборатории по выращиванию вирусов. Реакторная яма при необходимости могла заполняться водой, которую предполагалось использовать в качестве защиты и отражателя. Если же было нужно осушить яму, эта операция с помощью мощных насосов заняла бы не более одного часа. Для установки и извлечения реактора из ямы служил подъемный кран. В других помещениях находились насосы, лабораторное и тестирующее оборудование, а также герметичное хранилище для источника нейтронов. Возможность того, что, вопреки всем расчетам, реактор выйдет из-под контроля, почти исключалась. Создатели лаборатории считали, что ее можно игнорировать. Крыша и стены были выполнены из легких и хрупких материалов и вряд ли могли бы спасти здание и людей, произойди серьезная авария. Играя в такую же опасную игру, американцы предпочитали размещать свои реакторы в малонаселенных районах страны, в то время как их немецкие коллеги расположили «Вирус-Хаус» в самом сердце Берлина.

Берлинские ученые хорошо представляли себе опасность, связанную с работами с оксидом урана: даже не будучи радиоактивным, этот материал обладал высокой токсичностью, поэтому прежде, чем войти в лабораторию, физики облачались в защитные комбинезоны, обувь, перчатки и дыхательные маски. Именно здесь в декабре 1940 года профессор Гейзенберг, доктор фон Вайцзеккер, доктор Вирц и еще двое ученых приступили к возведению первого в Германии уранового реактора. Он представлял собой крытый алюминиевый цилиндр высотой и диаметром примерно 1,4 метра. Его установили вертикально и заполнили толстыми слоями оксида урана, отделенными друг от друга тонким слоем твердого парафина, используемого в качестве замедлителя. Затем цилиндр поместили в реакторную яму, которую потом заполнили водой, выполнявшей роль отражателя нейтронов и защитного слоя. Никто не знал, чего ожидать. Согласно последним расчетам К. Хоккера, оксид урана способен вырабатывать нейтроны даже при использовании в качестве замедлителя одного парафина. Источник нейтронов в специальной трубке был помещен внутрь реактора. При этом осуществлялся повсеместный контроль уровня нейтронов. В результате не удалось наблюдать ничего похожего на цепную реакцию: выделенные радий-бериллиевым источником нейтроны были поглощены реактором и потеряны. Через несколько недель эксперимент повторили в несколько измененном виде: свыше шести тонн (около 6800 килограммов) оксида урана разместили в двух блоках внутри реактора. При этом в качестве замедлителя, как и прежде, использовали парафин. Однако и такая конфигурация не дала лучших результатов, чем в декабре 1940 года. Гейзенберг пришел к выводу, что использование обычной воды и парафина не приведет к цепной реакции при использовании в качестве «топлива» оксида урана. Возможно, эксперимент удался бы с применением тяжелой воды, запасов которой было явно недостаточно для проведения опытов такого масштаба.

Профессор Гейзенберг продолжал разрываться между Лейпцигом и Берлином. В Лейпциге профессор Допель также приступил к опытам с использованием оксида урана и парафина. Разница состояла в том, что Допель расположил оксид урана в четыре уровня концентрическими кругами, каждый из которых был отделен от следующего слоем алюминия. Этот сложный эксперимент был запланирован еще в июне 1940 года. Однако Допелю повезло не больше, чем его коллегам в Берлине. Наиболее обнадеживающих результатов добилась группа профессора Вальтера Боте и доктора Фламмерсфельда из Гейдельберга. Ученые смешали в керамической цистерне около 4,5 тонны оксида урана с водой (435 кг) и с высокой степенью точности рассчитали величину роста нейтронов и «резонансную абсорбцию»[9 - Резонансными называются нейтроны с энергиями от 0,5 до 1000 электронвольт. Для средних и тяжелых ядер эффективное нейтронное сечение (о нем уже говорилось) достаточно велико, и график зависимости этого сечения от энергии представляет собой по внешнему виду «частокол», то есть большое число острых резонансных всплесков. Важную роль в исследовании этой зависимости сыграли проводившиеся в 1936 году в СССР работы выдающегося физика-экспериментатора Л.В. Шубникова (1901 1937), расстрелянного в годы ежовщины, в которых также участвовал молодой И.В. Курчатов.]. Кроме того, они пришли к теоретическому выводу о возможности применения в урановом реакторе в качестве «топлива» оксида урана при условии использования в качестве замедлителя тяжелой воды.

НЕМЕЦКАЯ ЯДЕРНАЯ ПРОГРАММА В 1940 ГОДУ

На карте показано расположение основных исследовательских и промышленных центров, задействованных в атомном проекте после захвата Франции

Несмотря на то что ученые не проявляли в этом направлении никакой инициативы, военные сами по себе решили, что окончательные решающие эксперименты будут ставиться с использованием не оксида урана, а металлического урана. Берлинская фирма «Auer», поставлявшая для экспериментов очищенный оксид урана, не обладала возможностями получения металлического урана. Поэтому доктор Риль обратился за содействием к доктору Бэрвинду, возглавлявшему компанию «Degussa», обладавшую большим опытом и авторитетом в области получения редкоземельных металлов, включая золото и серебро. Фирмы «Auer» и «Degussa» сотрудничали с 30-х годов. В те времена «Degussa» нашла способ получения тория из его оксида; в то же время «Auer» позаботилась о коммерческом применении этого мягкого металла. На Гутлейтштрассе во Франкфурте «Degussa» открыла филиал по получению металлического тория под руководством доктора Вайсса. В период с 1938-го до конца 1940 года на предприятии было выделено свыше 200 килограммов тория.

Вскоре подтвердилась важность этого небольшого предприятия, поскольку именно здесь был размещен очень срочный заказ по производству значительного количества металлического урана, получившего кодированное название «особый металл». В силу схожести технологий компания «Degussa» могла работать на оборудовании, предназначенном для получения тория. Поставляемый фирмой «Auer» оксид урана помещался в аргон и обрабатывался при температуре 1100 градусов жидким хлоридом кальция. Полученный металлический уран содержал значительное количество примесей, и все же немцы предпочитали эту реакцию более распространенным в электрометаллургии других стран способам. Они считали, что их путь позволяет получать уран более высокой чистоты. На самом деле уран получался «грязнее», чем исходный оксид урана, за счет захвата различных примесей из применявшегося в реакции кальция. В течение последующих месяцев в Германии пытались другими способами получить более чистый уран, например с помощью электролиза. Доктору Хорсту Коршингу из Берлина удалось таким путем выделить небольшое количество урана, однако, по мнению доктора Риля из компании «Auer», этот способ был неэкономичен.

Весь произведенный в Германии во время войны уран был получен на предприятии во Франкфурте. К концу 1940 года в штаб-квартиру фирмы «Auer» в Берлине поступили первые 280,6 килограмма этого чрезвычайно опасного тяжелого черного порошка, предназначенного для использования в германской ядерной программе.

Если читателю покажется, что в данной главе автор книги уделяет чересчур много внимания процессу получения урана, ему следует уяснить тот факт, что уже в конце 1940 года Германия имела возможность производить примерно одну тонну металлического урана в месяц. В то же время в Америке этого металла практически не было до конца 1942 года, когда первые шесть тонн были получены на предприятии, созданном Энрико Ферми. К тому времени, когда это предприятие было построено в Чикаго, компания «Degussa» успела получить свыше семи с половиной тонн урана. 99 процентов этого количества было использовано в рамках ядерной программы. Таким образом, Германию подвела не ее промышленность, а ее ученые. Далее будет рассказано о постигшей их в 1941 году неудаче.

Глава 4

Ошибка в расчетах

В 1941 году германская научная мысль в области атомных исследований переживала кризис. В те самые месяцы, когда стало ясно, что Германия терпит поражение в Битве за Англию, немецкие ученые начали понимать, что их надеждам на легкое получение изотопа урана-235 не суждено осуществиться. Они всеми силами пытались бороться со все новыми и новыми проблемами, обрушивавшимися на них после того, как в Гейдельберге была теоретически доказана невозможность применения графита в качестве замедлителя в ядерном реакторе. Если в 1940 году казалось, что военное использование ядерной энергии – дело ближайших месяцев, уже в начале 1941-го физики-ядерщики почувствовали себя путниками, которые из последних сил преодолевали трудный путь и, дойдя до конца дороги, увидели, что на самом деле она только начинается и перед ними вновь расстилается бесконечно длинная лента.

Объявленные в январе 1941 года выводы о применении графита на самом деле были ошибочными. Около семи месяцев назад ответственный за вычисление ядерной константы для графита физик проделал простой эксперимент и определил длину диффузии[10 - Длиной диффузии в ядерной физике называется основная характеристика процесса диффузии нейтронов. Если Rg среднеквадратичное расстояние, на которое уходит в веществе тепловой нейтрон от места рождения до места поглощения, то величины L и Rg связаны соотношением L

= Rg

.] для термальных нейтронов в углероде как 61 сантиметр. Профессор Боте искренне верил в то, что после удаления из материала примесей эту цифру удастся увеличить до более чем 70 сантиметров. Все это доказывало, что чистый графит в силу своей дешевизны и широкого распространения был идеальным материалом для использования в качестве замедлителя в урановом реакторе. Управлением вооружений армии был подготовлен контракт на поставку в рамках ядерной программы значительного количества углерода высочайшей чистоты.