Ядерное оружие Третьего рейха. Немецкие физики на службе гитлеровской Германии
Шрифт:
К концу июня 1940 года, когда сражения на полях Европы вновь прекратились, позиция Германии в ядерной гонке была впечатляющей и тревожащей: у немцев было немного тяжелой воды, но был завод по ее производству; Германия располагала тысячами тонн урановых соединений очень высокой степени очистки; немцы почти завершили установку своего циклотрона; страна располагала значительным количеством грамотных физиков, химиков и инженеров, и этот фонд не был еще поглощен ненасытными аппетитами тотальной войны. И наконец, здесь располагалась самая развитая тяжелая химическая промышленность в мире.
Вплоть до того времени немецкие ученые имели доступ к открыто публиковавшимся в американской научной прессе результатам исследований, которые могли способствовать в создании ядерного оружия и которых в самой Германии еще не удавалось достичь. В частности, там были опубликованы статьи, подтверждающие способность деления под воздействием нейтронов ядер урана, тория и крайне редкого протоактиния. При этом
7
3 марта ученый из университета в Миннесоте Альфред О'Нир и еще трое физиков Колумбийского университета напечатали в «Physical Review» статью, в которой описывали, как с помощью масс-спектрометра им удалось изолировать небольшое количество урана-235. Опыты показали, что «этот изотоп урана подвержен делению при бомбардировке медленными нейтронами». 3 апреля те же авторы в том же журнале опубликовали подробное описание прежнего опыта, на этот раз проведенного с большим количеством различных изотопов урана.
15 июня в журнале появилась еще одна длинная статья, в которой своими исследованиями делились двое ученых: проведя опыты на большом циклотроне в Беркли, они пришли к выводу о существовании нового трансуранового элемента, получившего позже название плутоний. Новый элемент был получен путем воздействия бета-лучами на нестабильный элемент № 93 в периодической таблице, в свою очередь полученный из урана-239. Насколько стабильным являлся новый элемент, видно из примера, приведенного самими авторами: «При альфа-излучении период полураспада альфа-частиц составит порядка миллиона лет и более». Публикация статьи вызвала волну возмущения в Англии, поскольку, если верить теории Бора и Уиллера, экспериментаторы доказали не только практическую ценность самой теории, но и невольно доказали, что открытый ими новый химический элемент № 94, или плутоний, так же подвержен цепной реакции деления, как и уран-235. Многим ученым стран-союзниц показалось, что в условиях войны публикация подобных научных статей вообще недопустима. По просьбе Джеймса Чедвика британские власти направили в США письмо протеста.
Когда британские власти обратились с запросом по поводу хода реализации ядерных исследований в США и достигнутых результатов, в ответ их заверили, что вряд ли эти результаты будут применены в военных целях. Несмотря на то что ряд немецких физиков работают над подобной программой, считалось, что союзникам удалось ввести правительство рейха в заблуждение относительно достигнутых ими успехов и времени начала практического применения результатов исследований и что ученые союзников якобы сосредоточились на решении более срочных задач.
В некоторой степени это соответствовало действительности: по разным причинам видные ученые Германии не предпринимали сколь-либо значительных усилий для того, чтобы заострить интерес руководства рейха на решении задачи по созданию атомной бомбы. И все же физики уже работали в этом направлении. Карл Фридрих фон Вайцзеккер, физик-теоретик, был одним из почитателей журнала «Physical Review». Эта привычка вызывала удивление и подозрительность соседей – пассажиров, когда он просматривал журнал на английском языке, отправляясь в метро из лаборатории домой или наоборот, и молодой ученый не раз ловил на себе настороженные, неприязненные взгляды. В июле, еще не успев получить номер журнала за прошлый месяц, он теоретически пришел к тем же выводам относительно продуктов распада урана-238, которые двое его американских коллег доказали экспериментально. Вайцзеккер сидел в вагоне метро, когда его впервые осенила мысль относительно того, что после захвата нейтронов ядра атомов урана-238 должны преобразоваться в новый элемент, который подобно урану– 235 подлежал дальнейшему распаду. Существенная разница состояла в том, что, отличаясь от урана своими химическими свойствами, новый элемент мог быть довольно просто отделен в реакторе химическим способом от радиоактивного урана. Единственным просчетом в теории фон Вайцзеккера было его предположение, что на этом этапе процесс распада остановится на элементе № 93 (нептуний), который, по мнению ученого, и должен был обладать свойствами, сходными с ураном-235. На самом деле американцы, а также двое физиков Кембриджского университета экспериментальным путем доказали, что нептуний распадался до следующего элемента, занимавшего в периодической таблице № 94 (плутоний), который и обладал свойствами, делающими его пригодным для достижения ядерного взрыва. В июне 1940 года факт существования как нептуния, так и плутония уже был
До тех пор пока немцы не узнали о возможном альтернативном решении проблемы путем использования плутония, они сосредоточивали усилия на выделении изотопа урана-235 из общей массы соединений урана. При этом, как это предвидели Фриш и Пайерлс, для достижения нужного результата они применяли метод газовой диффузии Клузиуса – Диккеля. Если в наши дни кто-то будет удивлен многочисленными ошибками, допущенными при этом немецкими учеными, ему следует вспомнить, что к концу 1940 года не существовало надежных способов выделения изотопов, за исключением разве что изотопов водорода, да и то последнему способствовала большая разница в их массах.
В течение мая профессор Гартек и доктор Грот в Гамбурге исследовали высокие коррозийные свойства газообразного гексафторида урана. В течение четырнадцати часов они воздействовали на сталь, легкие сплавы и никель этим газом, разогретым до температуры 100 градусов, а затем измеряли вес металла. Оказалось, что сталь не выдерживает такого воздействия. Вес никеля при 100 и даже при 350 градусах, напротив, оставался практически неизменным. Следует отметить, что в те времена никель был одним из самых редких металлов в Германии, что служило еще одним препятствием на пути осуществления германской ядерной программы. 10 июля военное руководство проекта обратилось с письмом к работавшему в Мюнхене профессору Карлу Клузиусу, признанному эксперту в вопросах выделения изотопов. Профессора просили заменить гексафторид урана каким-нибудь другим материалом. Через восемь дней профессор ответил, что единственным летучим соединением урана, обладающим нужными свойствами, является пентахлорид урана, однако использование этого материала представляется ему еще более сложным, чем применение гексафторида урана. В обозримом будущем можно было начать использовать карбонильный уран после его гидрирования или хлорирования, однако сейчас он, Клузиус, не видел альтернативы гексафториду урана. На предприятии «И.Г. Фарбен» в Леверкузене, имевшем большой опыт в получении фторсодержащих соединений, приступили к широкомасштабному производству этого крайне ядовитого газа.
Понимая, что что-то не ладилось с методом Клузиуса – Диккеля, некоторые ученые стали предлагать другие, еще более экзотические способы получения и обогащения урана-235. Сам Клузиус предложил разработать методику применения не газообразных, а жидких соединений урана. Он писал: «Полученный к настоящему моменту негативный опыт использования летучих соединений урана заставляет меня предположить, что только использование жидкостей может привести нас к настоящему прорыву». Примерно в то же время с таким же предложением выступил и физик из Гейдельберга Р. Флейшман. Он предложил несколько модернизировать методику, применявшуюся при получении изотопа азота-15. Как и Клузиус, основываясь на законе распределения Нернста, Флейшман предлагал использовать смесь водяного раствора нитрата урана с эфирным раствором этого же соединения. Теоретически ионы изотопа урана-235 при этом должны будут сконцентрироваться в эфире. В дальнейшем их предполагалось выделить физическим путем.
С начала 1940 года Клузиус начал в Мюнхене экспериментировать над новой методикой; в мае он отрапортовал, что добился «обещающих результатов»: ему удалось выделить ионы натрия и лития. Но когда они с Майерхаусером приступили к опытам над ионами редкоземельных металлов, они столкнулись с трудностями, заставившими их отказаться от более простых экспериментов в пользу более сложных по принципу «от противного». В металлических, а затем в стеклянных колбах мюнхенские ученые пытались найти оптимальные соли урана. Пробные эксперименты с применением солей редкоземельных металлов перхлората неодима и иттрия позволили предположить, что метод применения жидких солей имеет некоторые шансы на успех.
На состоявшейся в октябре 1940 года в Лейпциге специальной конференции, посвященной проблемам выделения изотопов, были отмечены многочисленные трудности, возникшие при разработке методики получения больших масс урана– 235. Выступавший на конференции В. Вальхер описал электромагнитный метод выделения небольшого количества этого изотопа с помощью масс-спектроскопа. Профессор Х. Мартин рассказал о работе своего института в Киле, где была разработана новая методика, основанная на применении ультрацентрифуги в сочетании с особой технологией «накапливания». Еще в первые дни военные потребовали от Мартина предоставить в их распоряжение его методику по выделению изотопов, которая будет применена «в интересах ядерных исследований». Ему было приказано в кратчайшие сроки подготовить первый экземпляр оборудования, но даже теперь еще не все технические проблемы были решены. Казалось, на тот момент не существовало ни одного надежного способа получения нужного количества урана-235. После конференции разочарованные физики вновь взялись за решение этой задачи.