Джим Бэгготт - Тайная история атомной бомбы
По всей видимости, в Америке Гейзенберг получил гораздо более прохладный прием, чем ожидал. Игнорировать его не помогло даже безразличие к реакции друзей и коллег на многие вскользь брошенные им фразы — например, о том, что нужно вернуться в свое подразделение армейского резерва, потому что у него занятия по стрельбе из пулемета. Вернер покинул США в начале августа на пароходе «Европа». Пассажиров на борту практически не было. По пути в Германию времени на то, чтобы поразмыслить о будущем, у Гейзенберга было с избытком.
Физики на военной службе
Война началась 1 сентября 1939 года. День за днем Гейзенберг проводил в ожидании повестки. Точно так же он нервничал, желая вместе со своей резервной пехотной бригадой поскорее вступить в бой еще год назад, когда разразился Судетский кризис — но в тот раз союзники Чехословакии решили ограничиться политикой умиротворения по отношению к агрессивному экспансионизму Гитлера, обменяв ее на «мир в ближайшее время»[17]. Неудивительно, что Гейзенберг испытал огромное чувство облегчения и очень обрадовался, когда встретился 25 сентября в Лейпциге с Эрихом Багге, сообщившим, что новым местом его службы будет не пехотное подразделение, а «Урановое общество», на очередном сборе которого Вернер обязан будет появиться. Теперь ученый мог служить своей державе, делая как раз то, что больше всего любил, — занимаясь исследованиями.
Для себя Гейзенберг уже давно решил, что атомное супероружие в ближайшей перспективе создать невозможно. Однако военное руководство Германии по-прежнему настойчиво пыталось изучить возможность использования силы атома для своих нужд, поставив с этой целью себе на службу физиков-ядерщиков и предоставив им необходимые средства и материальную базу для исследований. Перед учеными возникла весьма привлекательная перспектива — совместить работу для нужд фронта с проведением фундаментальных исследований. Нацистское правительство провозгласило лозунг: «Заставим физику послужить и для военных нужд!» Мысленно Гейзенберг вывернул это предложение наизнанку. «Заставим войну послужить и нуждам физики!» — так годы спустя он описывал свою реакцию на заявление правительства.
За многие века жертвами такой вроде бы непогрешимой, но в тоже время ужасно самонадеянной логики пали многие физики. Когда цель кажется несущественной или практически недостижимой, на первый план выходят средства. Однако ученые, пришедшие к такому выводу, часто проявляли непростительную слепоту, не видя всех возможных вариантов развития событий. Вот и нобелевский лауреат Вернер Гейзенберг, автор принципа неопределенности и квантовой механики, один из самых талантливых физиков-теоретиков своего времени, решил взяться за разработку атомного оружия для гитлеровской Германии, надеясь приспособить это поручение для своих собственных целей. Сделка, которую он заключил, была гораздо чернее и в перспективе таила в себе опасность неизмеримо большую, чем та, на которую пошел Фауст.
Очередное собрание «Уранового общества» наметили как раз на завтра, 26 сентября. Местом сбора был Берлин, куда Гейзенберг и отправился ночью в канун этой даты.
Какими будут реактор и бомба?
Второе совещание «Уранового общества», само существование которого теперь было переведено в ранг военной тайны, проходило в научно-исследовательском отделе Управления армейского вооружения в Берлине. Это подразделение возглавлял Эрих Шуман[18], вырвавший контроль над «Урановым обществом» у Эзау, руководившего им под эгидой Имперского исследовательского совета, который, в свою очередь, подчинялся Имперскому министерству народного просвещения и пропаганды. Во главе проекта, по распоряжению Шумана, стал Дибнер. Помогать ему должен был Багге. Дибнер изучал физику в Инсбруке и Галле; в 1934-м сотрудничал с Имперским бюро стандартов и Управлением армейского вооружения. Багге учился в Мюнхене и Берлине, а в 1938 году защитился у Гейзенберга в Лейпциге. И Дибнер, и Багге были верны нацистскому режиму.
Прибыв на место, Гейзенберг присоединился к Гартеку, Гану, Дибнеру, Багге и другим участникам «Уранового общества», в числе которых был и Карл Фридрих фон Вайцзеккер, бывший студент Вернера и близкий его друг. Вайцзеккер учился в Берлине и Копенгагене, а затем защитился в Лейпциге у Гейзенберга в 1933 году. Отцом этого талантливого ученого, занимавшегося теоретической физикой и философией, был Эрнст фон Вайцзеккер, статс-секретарь министра иностранных дел Иоахима фон Риббентропа. За 24 дня до описываемой встречи «Уранового общества», на второй день после начала войны, младший брат Карла, Генрих, погиб в сражении с Девятым пехотным полком у Данцига.
За несколько дней до собрания «Уранового общества» Дибнер вместе с Багге составили примерный план исследовательских работ и назначили конкретные задания каждому из участников программы. Понимание принципов цепной ядерной реакции деления урана было пока неполным, ощущалась нехватка материалов для исследования, однако основа для начала работы над проектом все-таки существовала.
Бор и Уилер настаивали на том, что расщепление ядра урана возможно благодаря существованию изотопа U235. Для разделения его ядра достаточно бомбардировки медленными нейтронами. Чтобы сделать то же с гораздо более распространенным изотопом U238, нужно использовать нейтроны, обладающие намного большей скоростью и энергией. Однако если придать нейтронам строго определенную энергию, называемую резонансной, то ядро урана-238 не распадется, а примет еще один нейтрон, в результате чего образуется нестабильный изотоп U239. В этом случае частицы, обладающие большой энергией, не смогут вызывать цепной реакции, поскольку в качестве ловушки для них выступит ядро U239. Нейтронов, которые могли бы вызвать расщепление урана-235, просто не останется.
Опираясь на эти выводы, можно было вывести принцип создания самоподдерживающейся цепной реакции в ядерном реакторе на природном уране. Свободные нейтроны, испускаемые при расщеплении ядра урана-235, должны, очевидно, иметь разную энергию и разную скорость. Если, исходя из их среднего арифметического числа, один или более свободных нейтронов смогут долететь до ядра еще одного атома U235, то существует вероятность того, что они вызовут его разделение и цепная реакция будет продолжена. С другой стороны, практически все нейтроны могут быть удержаны атомами урана-238, которых статистически гораздо больше, и тогда среднее число оставшихся свободных нейтронов будет менее единицы. В этом случае поддержание цепной реакции станет невозможным и она затухнет.
Решение этой проблемы было абсолютно очевидным. Чтобы максимально увеличить вероятность столкновения свободного нейтрона с ядром урана-235, а значит, и общее количество расщепляемых ядер, в конструкцию реактора необходимо добавить замедлитель. В качестве такового можно использовать материал, атомы которого обладают весом, достаточно малым для того, чтобы замедлить нейтроны, не поглощая их. Если резонансная энергия свободных нейтронов будет меньше той, что необходима для вступления в реакцию с U238, то они и не будут поглощены его ядром. Отличным замедлителем могли стать так называемая тяжелая вода (в отличие от обычной воды, составной частью ее молекул был не водород, а его более тяжелый изотоп дейтерий[19]) или же чистый углерод в таком легкодоступном виде, как графит. У Гартека уже имелись определенные наработки по созданию реактора, в котором планировалось чередовать слои урана и тяжелой воды.
Даже на том раннем этапе, на котором пока находились исследования, было совершенно ясно, что создаваемые реактор или бомба не смогут иметь компактные размеры до тех пор, пока ученым не удастся отделить уран-235 от урана-238. В крайнем случае предстояло весьма значительно обогатить используемый уран атомами с массовым числом 235. Способов сделать это было немного, так что перспектива получения большого количества U235 виделась весьма туманной. Еще несколькими месяцами ранее то же самое заявил и Бор своим коллегам в Принстоне. Наилучший результат пока мог дать только метод термодиффузии[20], в основу которого легло открытие немецких химиков Клауса Клузиуса и Герхарда Дикеля, сделанное ими в 1938 году. Данный процесс был возможен в силу совсем незначительных различий в рассеивающей способности изотопов, переведенных в газообразное состояние. Различия выявлялись при температурных перепадах. Однако для перевода урана в газообразное состояние необходимо было работать с его гексафторидом, а эта субстанция обладает весьма неприятными свойствами: она вызывает коррозию практически любого материала, с которым соприкасается.
