Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы
Шрифт:
В начале зимы 1940 года группа Гейзенберга закончила расчеты по эффективности применения графита в качестве замедлителя, которые показали, что ни графит, ни гелий не подходят для выполнения такой функции, поскольку в этом случае реактор имел бы слишком большие размеры. Разумной альтернативой оставалась только тяжелая вода, причем для контрольных экспериментов по запуску уранового котла, по оценкам Гейзенберга, потребовалось бы не менее двух тонн урана и тяжелой воды.
В тот период основным поставщиком уранового концентрата была немецкая фирма «Ауэр», занимавшаяся после захвата Чехословакии в 1939 году разработкой местных урановых рудников. Переработка руды осуществлялась на небольшом горно-химическом предприятии в Ораниенбурге. Каждый месяц там выпускалось около тонны оксида урана, и первая партия была отгружена а адрес Инженерного управления вермахта уже в январе 1940 года. В этом же году в лабораториях «Уранового
Лаборатория в Гейдельберге под руководством профессора Боте поставила один из самых масштабных экспериментов в «Урановом проекте», когда в громадном урановом котле было смешано более четырех тонн оксида урана и полтонны обычной воды. Результаты этого опыта окончательно убедили исследователей, что без тяжелой воды урановый котел запустить просто невозможно.
После оккупации Бельгии в руки специалистов попало более двух тонн уранового концентрата из Бельгийского Конго в виде уранита натрия. С этим материалом из-за большого количества примесей и высокой влажности в берлинской радиохимической лаборатории профессора Дросте поставили необычный эксперимент. Уранит упаковали в килограммовые бумажные пакеты, которые образовали метровый куб, играющий роль уранового котла. Однако ни примеси с водой, ни бумага не смогли послужить эффективными замедлителями нейтронов, и все опыты не дали никакого результата.
В июне 1940 года, после разгрома континентальных войск антигитлеровской коалиции, пал без боя Париж, и двигавшиеся с войсками специалисты «Уранового проекта» захватили строящийся американо-французский циклотрон, который вскоре удалось под страхом репрессий наладить «парижской группе физиков Жолио-Кюри», руководимой берлинским профессором Вольфгангом Гентнером. В это же время в пригороде Берлина началось строительство уранового котла, выполненного целиком по сделанному Гейзенбергом проекту Института физики. В собранном виде ядерный реактор представлял собой полутораметровый алюминиевый цилиндр, в котором было слоями уложено пять с половиной тонн окиси урана и парафинового замедлителя. В центре цилиндра размещался «ядерный запал» в виде источника нейтронов, а сам урановый котел опускался в залитую водой шахту. Проводила опыт «команда Гейзенберга», включавшая профессора Вейцзеккера и доктора Виртца. Несмотря на очень большие усилия и апробацию еще двух схем урановых котлов с парафиновыми замедлителями, запустить цепную реакцию деления так и не удалось. К концу 1940 года у руководства «Уранового проекта» сложилось мнение, поддерживаемое Гейзенбергом, что урановые котлы на основе оксида урана и водно-парафиновых замедлителей в принципе неработоспособны.
Так было решено использовать в новых урановых котлах вместо оксида урана металлический уран, которого на тот момент металлохимическое предприятие Degussa успело произвести около 300 килограммов. Дальнейшая судьба этой части «Уранового проекта» полна противоречивой информации. Так, есть предположения, что уже весной 1941 года первый в мире ядерный реактор на порошковом уране и тяжелой воде был запущен франко-немецким коллективом физиков под руководством Гейзенберга и Жолио-Кюри. Причем несгибаемых французов удалось склонить к сотрудничеству лишь под угрозой прекращения подачи электроэнергии в Париж, что, несомненно, вызвало бы множество смертей в погруженном во мрак и холод зимнем городе. Единственной разумной альтернативой было предполагаемое строительство атомной электростанции.
Вариации данной гипотезы содержат догадки, что первый работающий урановый котел на металлическом уране появился не в Париже, а под Берлином, и в нем использовалась не тяжелая вода в качестве замедлителя, а намного более доступный, дешевый и технологически выгодный графит.
Альтернативная версия твердо придерживается позиции, что в данном направлении исследования «Уранового проекта» зашли в тупик и все три ведущие научно-исследовательские команды, включающие группы Дибнера (Берлин), Езау (Геттинген) и Ардене (Лихтерфельде), так и не смогли найти схему работоспособного уранового котла. Любопытна история последней лаборатории, возглавляемой известным изобретателем и финансируемой министром связи Онезорге. Ардене вошел в «Урановый проект» с предложением построить на деньги «почтового
Между тем среди научных руководителей «Уранового проекта» разгоралась полемика противников и сторонников тяжелой воды. Дело в том, что еще в середине 1940 года профессор Боте измерил в Гейдельберге диффузионную длину пробега тепловых нейтронов в графите и получил феноменальную величину, превышающую 60 сантиметров, причем в теории для сверхчистого углерода она должна была быть еще выше. Из этого вскоре последовали организационные выводы о перспективе развития направления по применению именно этого типа замедлителя нейтронов.
Очень высокую степень очистки графита могло обеспечить одно из дочерних химических предприятий компании Siemens, и уже в январе 1941 года начались эксперименты с новым типом замедлителя нейтронов. Однако опытные результаты составили всего 35 сантиметров длины диффузионного пробега. Этот факт лег в основу довольно странной истории, считающейся одной из причин неудачи «Уранового проекта». Тут можно говорить либо о профессиональной ошибке профессора Боте, давшего экспертное заключение о непригодности графита, либо о знаменитом «саботаже Гейзенберга», который всячески поддерживал мнение Боте. Во всяком случае, считается, что именно отказ немецких ученых от использования углеродных замедлителей нейтронов не позволил им запустить свои урановые котлы. Между тем через несколько лет американцы в своем первом рабочем реакторе как раз использовали чистый графит.
Есть и еще одна версия, по которой профессор Боте анализировал не чистый углерод, а загрязненный бором, – именно этот химический элемент может существенно препятствовать протеканию цепных ядерных реакций. В совместном отчете берлинской и лейпцигской лабораторий было прямо указано, что поскольку массовое производство сверхчистого графита представляет собой значительную технологическую трудность, то и его использование в качестве эффективного замедлителя нейтронов становится крайне проблематичным.
Так была принята официальная версия, которую при жизни всячески поддерживали Гейзенберг и Дибнер. В ее основе лежало и лежит до сих пор утверждение, что именно данные научные руководители «Уранового проекта», воспользовавшись случаем, саботировали использование графита как замедлителя, хотя как ученые прекрасно понимали перспективу применения этого материала.
Так из-за недальновидности руководства «Уранового проекта» постепенно возникла «проблема тяжелой воды», которой часто объясняют все неудачи германской ядерной программы. Дело в том, что единственным предприятием, выпускавшим в то время тяжелую воду в «промышленных масштабах», то есть в количестве десяти килограммов ежемесячно, была норвежская фирма Norsk Hydro, расположенная вблизи городка Рьюкан на небольшой гидроэлектростанции. Тяжелая вода являлась побочным продуктом процесса электролиза при получении водорода, что основывалось на простых расчетах: если электризовать 100 тонн обычной воды, то оставшийся литр будет на 99 % состоять из тяжелой воды. Чтобы хоть как-то диверсифицировать импорт этого важнейшего продукта, было решено наладить более дешевый способ его получения при помощи каталитического обмена и начать строительство опытной установки. Тем временем в Норвегию для закупки тяжелой воды приехал представитель концерна IG Farbenindustrie, выразивший намерение приобрести все имеющиеся запасы тяжелой воды концентрацией 99,6–99,9 % в количестве 185 килограммов и заключить контракт на ее поставку – не менее 100 килограммов в месяц. После недолгого колебания норвежцы отказались от сотрудничества, мотивировав это долговременным контрактом с лабораторией Жолио-Кюри в Париже. Абвер даже предпринял операцию перехвата транспортного самолета, но в нем оказалась обычная вода, а нужный продукт благополучно достиг Парижа. Впрочем, отдельные историки считают, что некоторое количество тяжелой воды все же попало по дополнительному контракту в соответствующие лаборатории Третьего рейха.
В конце лета 1941 года предприятие Norsк Hydro получило крупный немецкий контракт на производство как минимум полутора тонн тяжелой воды. Осенью начались интенсивные работы, и к концу года было изготовлено более 350 килограммов продукта, хотя по приблизительным расчетам его ежемесячный выход должен был составить не менее 140 килограммов. Чтобы увеличить выработку, в начале 1942 года на комбинате Norsк Hydro были смонтированы новые мощные установки электролиза, но в ходе их доводки и отладки, а возможно, и скрытого саботажа выпуск тяжелой воды упал до ежемесячных 90 килограммов. Затем последовала серия диверсий, и поставки этого продукта из Норвегии полностью прекратились до июня 1943 года.