Ветеран. «Урановый проект» фашистской Германии

Пролог

В декабре 1938г. в Берлине немецкие физики Отто Ган  и Фриц Штрассман впервые обнаружили что при бомбардировке нейтронами ядра атомов урана делятся на две части с выделением энергии и дополнительных нейтронов. В начале марта 1939г. французские физики  Жолио-Кюри, Халбан  и Коварски (последние  бежали во Францию  из Германии) экспериментальным  путем доказывают  возможность цепной  реакции деления урана.  В конце того же месяца статью французских физиков публикует журнал «Nature».

В середине апреля во время коллоквиума по физике в Геттингене профессор Вильгельм  Ханле прочитал доклад о  некоей машине, использующей  энергию  выделяющуюся при расщеплении урана. Сразу после коллоквиума профессор Георг Йоос,  авторитетный специалист по экспериментальной и теоретической физике,  немедленно написал письмо в министерство образования, которому подчинялись университеты.

Георг Якоб Кристоф Йоос (1894 — 1959), немецкий физик-экспериментатор

Министерство поручило профессору Абрахаму Эзау из Йены (назначенному руководителем сектора физики в Научно-исследовательском совете, созданном при рейхсминистерстве образования) созвать конференцию по ядерной физике.  Заседание проходило 29 апреля 1939г. в обстановке строгой секретности.  Присутствовали профессор  Эзау (председатель), профессора Йоос, Ханле, Гейгер, Маттаух, Боте и Хофман, доктор Дамес.

Роберт Абрахам Исау (1884 — 1955), немецкий физик, где был пионером в области использования сверхвысокочастотных волн (УКВ) в радарах, радио и телевидении.

Но первым в списке приглашенных был  профессор  Эрих Шуман (потомок знаменитого композитора), руководитель исследовательского отдела Управления армейского вооружения!  На конференции обсуждалась реальность  строительства экспериментального  уранового реактора, было рекомендовано  собрать воедино  все запасы урана, имеющиеся  в стране, и запретить вывоз из страны любых  его соединений.

Эрих Шуман (1898 — 1985), немецкий физик, специализировавшийся на акустике и взрывчатых веществах, а также на теоретических приложениях физики. Был генералом армии и профессором Берлинского университета

В то время крупнейшие запасы урана находились в Бельгийском Конго. На тамошних складах хранились тысячи тонн урановой руды. Их следовало срочно скупить.  Кроме того, решили создать  научно-исследовательскую группу, куда  войдут  все  ведущие  физики  рейха.  Руководить  ей  собирался  сам профессор Эзау.

В конце апреля 1939 г. председатель комитета научного планирования Великобритании  Генри Тизар обратился с просьбой к своему  правительству  воспрепятствовать немецким закупкам урана. В мае Тизард, а летом и Кюри, втречались с Эдгаром Сенжье, директором бельгийской  фирмы «Union Miniere» занимавшейся  добычей урана в Конго.

Оба они предостерегали Сенжье, что если  урановая руда попадет  в руки нацистов то это приведет к  мировой катострофе.  Закупку урана  Германией удалось  сорвать, но предотвратить захват того урана что был уже доставлен из Конго в Европу не удалось. В мае 1940г. Бельгия  была оккупирована и в руки нацистов  попали 1200т. уранового концентрата, хранившегося на обогатительной фабрике в Олене.  Это была почти половина мирового  запаса урана.  Другая половина  находившаяся  в Катанге в  сентябре 1940г. была тайно  переправлена в Нью-Йорк.  Именно эта руда  послужила сырьем для первых атомных бомб.

24 апреля  два физика из Гамбурга — Пауль Хартек и Вильгельм Грот  обратились в военное министерство с письмом где сообщали, что  новые открытия в области ядерной физики, вероятно, позволят создать взрывчатку невиданной мощи. Вывод был таким «Та страна,  которая сумеет практически овладеть достижениями ядерной физики, приобретет абсолютное  превосходство над другими».

Пауль Карл Йозеф Мария Хартек (1902 — 1985), австрийский учёный, физикохимик и физик-ядерщик.

Письмо попало  в отдел вооружений сухопутных  войск к Шуманау, а тот вручил его  доктору  Курту Дибнеру, специалисту вооруженных сил по ядерной физике  и взрывчатым веществам.  Дибнер следил за всеми техническими новинками отыскивая  те которые можно было бы использовать для создания  новых или совершенствования существующих видов воружения. Ему не понадобилось много времени, чтобы понять всю ценность новой идеи.

По настойчивым просьбам Дибнера Управление армейского вооружения, не дожидаясь принятия  официального решения высших военных властей, начало самостоятельные ядерные исследования. Была  создана группа по  урановым исследованиям, которую  возглавил  сам  доктор Дибнер.

Курт Дибнер (1905 — 1964), немецкий учёный, физик-ядерщик.

В июне 1939г. Дибнер организовал сооружение  первой в Германии реакторной сборки на полигоне Куммерсдорф в Готтове под Берлином. (позднее  он вспоминал, что быстро расшевелить военных  удалось только  потому, что в  обход их министерства  была создана некая «группа Абрахама Эзау», и это задело генералов).

Таким образом уже накануне Второй мировой войны Германия оказалась единственной великой державой, где ядерная тематика  получила официальный статус приоритетного направления военных исследований.

1 сентября началась Вторая мировая война.  Военные активно взялись за работу. Восьмого сентября был призван в армию (в отдел Шумана), молодой даровитый физик из Лейпцигского университета, доктор Эрих Багге.  В последующие дни были «призваны на службу» еще целый ряд  молодых, перспективных ученых.  Так что Эзау вскоре остался практически без подчиненных.

Эрих Багге (1912 — 1996), немецкий учёный, физик-ядерщик.

В середине  сентября 1939г. главное командование немецкой  армии дало команду развернуть работы по созданию атомного оружия.  Осуществление программы работ было возложено на Физический  институт Общества  кайзера  Вильгельма в Берлине (Далем), Институт физической химии  Гамбургского университета. Физический  институт  Высшей технической школы (Берлин), Физический институт Института медицинских исследований (Гейдельберг), Физико-химический  институт Лейпцигского  университета и  на другие научные  учреждения.

Вскоре число институтов, занятых  основными  исследованиями, достигло 22.  Научным центром  Уранового проекта был утвержден Физический институт Общества кайзера Вильгельма который было решено  подчинить  военному министерству. В Институт собирались  перевести всех ученых, работающих  над «урановым проектом». Но реализация этой здравой  идеи  наткнулась  на противодействие ученых.  Работать над хорошо финансируемым проектом хотели все, но  переезжать в Берлин наотрез отказывались.

16 сентября 1939г. в Управлении армейского вооружения состоялось первое совещание.  В нем участвовали высшие военные чины и практически все немецкие физиками-экспериментаторы  занимавшиеся  ядерными  исследованиями.  Предложения  привлечь к работе «теоретиков» в лице  лауреата Нобелевской премии профессора Гейзенберга натолкнулись на сопротивление.  Между «экспериментаторами» и «теоретиками» давно уже развернулось негласное соперничество.

Точнее будет сказать: они враждовали друг с другом.  Позже Багге удалось все  же уговорить  Дибнера пригласить  Гейзенберга на следующее собрание тогда же к проекту был привлечен и Карл Фридрих фон Вайцзеккер.

Карл Фри́дрих фон Вайцзе́ккер (1912 — 2007), немецкий физик и философ.

На  совещании развернулась оживленная дискуссия. Ученые  спорили о том, какой может быть  «урановая машина» и как  она будет функционировать.  Было два  способа извлечения энергии из урана.  Либо неконтролируемая реакция, то есть  взрыв бомбы, либо управляемый  процесс в  урановом  реакторе.  Чтобы процесс  стал управляемым, нужно смешать уран с каким-то веществом, которое будет тормозить быстрые нейтроны, испускаемые в момент  расщепления ядра, но не поглощать их, так называемый «замедлитель».

А для создания бомбы надо выделить довольно редкий изотоп уран-235, поскольку при обстреле его нейтронами начинается  цепная реакция деления ядер урана и происходит взрыв.  Несмотря на споры,  участники совещания не видели больших трудностей в решении  поставленных задач и без  оговорок приняли  ориентировочный срок разработки ядерного оружия, установленный Управлением армейского вооружения — 9-12 месяцев.  Было принято решение полностью засекретить  работы.

К следующему совещанию  Хартек написал  доклад об использовании  тяжелый воды «во избежание резонансного  поглощения в уране-238» в котором показал  что тяжелая вода идеально замедляет нейтроны и в реакторе урановое топливо и тяжелую воду следует размещать отдельными слоями. На этом совещании были определены ближайшие задачи.

Во-первых, надо научиться отделять  легкий изотоп урана (U-235)  от других его изотопов. Во-вторых, определить «эффективное поперечное сечение» атомных ядер всех тех веществ, которые можно использовать в качестве «замедлителя»  (то есть определить вероятность  захвата  нейтронов  атомными  ядрами этих  веществ).

В-третьих, понять, может ли урановый реактор работать на медленных нейтронах. Ученые получили конкретные задания. Багге исседует «эффективне поперечное сечение», Хартек доводит до конца «термодиффузию»  изотопа урана U-235,  Гейзенберг  изучает  теоретические основы цепной реакции.

Вернер Карл Гейзенберг (1901 — 1976), немецкий физик-теоретик, один из основоположников квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике 1932 года. Его работы заложили фундамент для понимания микромира и коренным образом изменили физическую картину мира в XX веке.

В декабре 1939г. Гейзенберг подготовил отчет «Возможность технического получения энергии при расщеплении урана» где предложил две схемы реактора. В первой уран и тяжелая вода  смешивались в шаре  радиусом около 60см. окруженном  обычной водой (около 1000кг. тяжелой воды и 1200кг. урана).

В другой уран и тяжелая вода не смешивались, а располагались слоями площадью около 1 кв.м. (слой урана толщиной 4 см. тяжелой воды около 5 см), причем  после трех слоев  урана и тяжелой воды (в состав которой вместо водорода входил  его тяжелый изотоп — дейтерий) необходим слой чистого углерода (10-20см.), а весь реактор снаружи должен быть окружен слоем чистого углерода.

В конце  отчета сказано: «Самым  надежным  методом является  обогащение изотопа урана U-235.  Только это позволит  уменьшить  размеры «урановой машины» до одного  кубического метра, позволит создать взрывчатые вещества, чья мощь в тысячи раз превзойдет мощь  известных нам взрывчатых  веществ.  Для производства  энергии можно использовать  и обычный уран,  не прибегая  к разделению  его изотопов.

Для этого нужно добавить к урану вещество, способное замедлять излучаемые нейтроны, не поглощая их.  Этим требованиям  отвечают  лишь «тяжелая  вода» и  очищенный уголь. Однако при малейшем их загрязнении выработка энергии прекратится.»

Урановый проект Третего Рейха

     Исследования ученых в 1940 – 1941 годах

Договор между Управлением армейского вооружения и Обществом кайзера Вильгельма о передаче  Физического института, а по существу  договор между  армией и наукой о разработке атомного оружия был подписан 5 января 1940г. доктором Телыповым от имени Общества и 17 января 1940г. генералом Беккером от имени армии.

Директором института в то время был  знаменитый нидерландский  физик-экспериментатор  Петер Дебай, лауреат Нобелевской премии 1936г.  Иностранец не мог возглавить секретный немецкий проект. Ученого  поставили перед выбором: либо принять  немецкое гражданство, либо покинуть институт.

Петер Йозеф Вильгельм Дебай (1884 — 1966), нидерландский физик и физикохимик, лауреат Нобелевской премии по химии (1936)

В 1940г. Дебай уехал в Америку и немецкий атомный проект потерял еще одного ценного сотрудника. На освободившуюся  должность было два кандидата Гейзенберг и Дибнер. В конце концов временным «уполномоченным руководителем» (поскольку директор Института Дебай, уехав в Америку, так и не подал в отставку) института в  Далеме был  назначен Дибнер.

Так началось  противостояние  между «группой Дибнера» и Гейзенбергом с его многочисленной свитой, которое замедлило  работу над «урановым проектом».

В феврале 1940г. Гейзенберг путем математического расчета пришел к выводу,  что использование графита в качестве замедлителя не столь эффективно как казалось, гелий тоже не годился т.к. при этом реактор имел бы слишком большие размеры. Оставалась тяжелая вода. По расчетам Гейзенберга, уран и тяжелая вода понадобятся в равных количествах примерно по 2т.

В канун Второй мировой войны единственной фирмой, выпускавшей тяжелую  воду в «промышленных  количествах»  (не более 10кг. в месяц), была норвежская «Norsk-Hydro».  Производство располагалось близ городка Рьюкан  на юге Норвегии на гидроэлектростанции мощностью 140000кВт.

Тяжелая вода являлась побочным продуктом получения  водорода путем  электролиза. (если подвергать электролизу 100000л. воды до тех пор, пока н е останется всего литр воды, то нем содержание тяжелой воды достигнет 99%). Хартек предложил новый более дешевый метод производства с помощью  каталитического обмена.  С согласия  военных, решили  построить опытную установку.

Тем временем в Норвегию для закупки тяжелой воды приехал представитель концерна «ИГ Фарбениндустри».  Он сообщил руководителям фирмы, что намерен скупить все запасы  тяжелой воды  (185кг. концентрацией 99,6 — 99,9%) и заключить контракт  на поставку  100кг. в месяц.  Норвежцы от сотрудничества отказались о  чем  в феврале 1940г. официально известили своих немецких партнеров.

Тогда же весь запас тяжелой  воды был продан  Франции для нужд Жолио-Кюри (накоторые источники говорят что около 20кг. все же было отправлено в Германию). Немцы перехватили самолет транспортировавший тяжелую воду но в канистрах оказалась обыкновенная вода, канистры были подменены и тяжелая вода благополучно добралась до Франции.

Фредерик Жолио-Кюри (Жан Фредерик Жолио-Кюри, фр. Jean Frédéric Joliot-Curie; 19 марта 1900 — 14 августа 1958) — французский физик и общественный деятель, один из основоположников исследований в области ядерной физики и химии, лауреат Нобелевской премии по химии (1935 год, совместно с Ирен Жолио-Кюри)

Для начала опытов необходим был уран.  Его запасами располагала  фирма «Ауэр» (когда в 1939г.  Германия захватила Чехословакию именно эта фирма  стала осваивать тамошние урановые рудники).  За несколько недель  на небольшом заводике в Ораниенбурге наладили  производство урана.  Каждый месяц  здесь выпускалось  около  тонны оксида урана. Первая тонна была отгружена военным в январе 1940 г.

В 1940г. в лабораториях  Лейпцига, Берлина, Гейдельберга, Вены и Гамбурга был поставлен целый ряд экспериментов с реакторами различной конструкции. В начале апреля 1940г.  Хартек использовал для своего  реактора оксид урана и сухой лед  (твердая углекислота) в качестве замедлителя.  С сухим льдом проблем не было, а с оксидом урана, которого требовалось до 300кг. было сложнее.

Весной 1940г. Дибнер был завален заявками от разных исследовательских групп. Гейзенберг требовал целую тонну и Дибнер, в целях  экономии. предложил ему провести эксперимент вместе с Хартеком. Однако нобелевский лауреат от сотрудничества отказался.  К началу июня лаборатория Хартека получила только 185кг. оксида урана.

Проводить задуманный опыт с таким малым количеством было  бессмысленно — цепная реакция не  пойдет.  Хартеку удалось измерить лишь уровень  абсорбции нейтронов в уране и их диффузионную длину в твердой углекислоте.

В Гейдельберге профессор Боте и доктор  Фламмерсфельд смешали в огромном чане почти 4,5т. оксида урана с 435кг. обыкновенной воды. В результате ученые убедились что без тяжелой воды реактор на оксиде урана  работать не будет.

Арнольд Рудольф Карл Фламмерсфельд (10 февраля 1913 – 5 января 2001[1]) был немецким физиком-ядерщиком, работавшим над немецким проектом в области ядерной энергетики

В июне 1940г. немецкие войска заняли Париж в руки немецких физиков попал американский  циклотрон (смонтированный,  правда, наполовину), запасов  тяжелой  воды обнаружено не было,  Ее в последний момент удалось вывезти в Англию. В июле «парижская группа» физиков под  руководством профессора Вольфганга Гентнера  принимается за работу  на отлаженном циклотроне  (Жолио-Кюри под страхом репрессий тоже принял участие в немецком «урановом проекте»).

Вольфганг Гентнер (1906 – 1980), немецкий ядерный физик-экспериментатор.

В июле 1940г., в пригороде Берлина, Далеме, по соседству с Институтом физики, на участке,  принадлежавшем  Институту  биологии и  вирусных  исследований, начали строить небольшую деревянную  лабораторию для размещения  ядерного реактора. Чтобы отпугнуть  непрошеных  гостей, над дверями  здания повесили  табличку «Лаборатория вирусов».  Гейзенберг  метался между  Лейпцигом и Берлином.  В Лейпциге  профессор Депель проводил эксперимент с оксидом урана и парафином. Безуспешно!

В начале октябре  1940г. лабораторию в  «Доме вирусов» закончили.  Здесь была создана реакторня сборка на основе расчетов выполненных Гейзенбергом. Она представляла собой алюминиевый  цилиндр высотой и диаметром 1,4м. в который  было  уложено попеременно 14 слоев  окиси урана (5,5т.) и 13 слоев  парафина в качестве замедлителя.

В центре цилиндра  помещался источник  нейтронов.  Весь цилиндр опускался в шахту, заполненную водой.  Проводили опыт Гейзенберг, Вайцзеккер и Виртц. Но и эта попытка не привела к размножению  нейтронов.  Через несколько недель проверили две другие схемы реактора с парафином в качестве замедлителя. Опять безрезультатно!

В итоге  всех этих опытов  проведенных летом и осенью 1940г. ученые  сделали  вывод, что невозможно  построить  реактор на  оксиде урана, если в  качестве  замедлителя брать парафин или обычную воду.

После неудачных попыток 1940г. запустить реактор было решено  использовать в опытах не оксид урана, а металлический уран.  Заказ на его  изготовление  получила фирма  «Degussa»  (в 1938–40гг. здесь  уже  получали  металлический  торий  из его оксида).  К концу 1940г. здесь изготовили  280,6кг. порошкового урана (в США порошковый уран удалось получить лишь в конце 1942г.).

В конце 1940г. уже три группы немецких ученых работали над атомным проектом. Одной руководил Дибнер, в Геттингене бездействовала группа Эзау, у которого забрали практически  всех подчиненных, третья возникла  в Лихтерфельде,  в лаборатории, где всем заправлял блестящий изобретатель Арденне, а финансировалась она министерством почт под руководством Онезорге.

Манфред фон Арденне (1907 – 1997 ), немецкий физик, исследователь и изобретатель, профессор, участник работ по созданию ядерного оружия в нацистской Германии в 1939—1945 годах и в СССР после 1945 года. Лауреат Сталинской премии (1953) и Национальной премии ГДР (1958, 1965),

К концу года Арденне получил деньги на строительство в Лихтерфельде  «ленточного генератора  Ван-де-Граафа  напряжением в один миллион вольт.  Вскоре в  Мирсдорфе начали  оборудовать еще один  «почтовый» центр ядерных исследований  с каскадным генератором. В обеих лабораториях начали строить 60-тонные циклотроны.

В середине 1940г. в лаборатории профессора Боте в Гейдельберге была измерена диффузионная длина тепловых нейтронов  в углероде (графите) она равнялась 61см. (в идеально чистом графите этот показатель еще выше)  следовательно  графит, материал чрезвычайно дешевый  и распространенный  мог служить замедлителем.

Фирма «Сименс» изготовила  чистейший графит.  И уже в январе 1941г. опыт был повторен.  Результат обескуражил ученых.  По показаниям приборов диффузионная длина составляла всего 35см.  Значит, графит в  замедлители не годится?

В литературе о  немецком  Урановом проекте часто говорится об ошибке профессора  Боте давшего о непригодности графита что стало причиной отказа немецких ученых от его использования (американцы в своем реакторе в качестве замедлителя использовали именно графит).

Однако из отчета Боте видно, что графит не был  «чистейшим», а был загрязнен бором. А как известно, даже самое малое содержание  бора в графите мешает  ядерным цепным  реакциям.  В отчете говорится:  «Так как углерод  более высокой степени  чистоты практически  не может быть  изготовлен, то  он едва  ли сможет  приниматься  в расчет как  замедлитель».

Графит как замедлитель не был  использован в немецком  атомном проекте вследствие несостоятельности  руководителей проекта в лице Дибнера который не смог обеспечить производство графита необходимой чистоты.

Альтернативы  тяжелой  воде  не оставалось.  Во второй половине  1941г. фирма «Norsк-Hydro» получила заказ на производство 1,5т. тяжелой воды. Работы начались 9 октября, но к концу года было готово лишь  350кг. хотя фабрика могла выпускать 140 кг. в месяц.  В начале 1942г. фабрику  оснастили новыми  электролизерами но выпуск снизился до 91кг. в месяц.

Забегая вперед расскажем что в 1942г. в результате диверсии поставки  тяжелой воды из  Норвегии совсем прекратились  (они возобновились лишь в июне 1943г.).  В ноябре 1942г. было решено производство тяжелой воды развернуть в Германии на заводе «Лейнаверке» где должно было происходить обогащение  тяжелой воды получаемой с электролизных заводов близ Мерано и Котроне в Италии.

Мощность заводов в Италии позволяла производить  не более 1т. воды очень низкой  концентрации  (около 1%) в год.  Когда 16 ноября  1943г. фабрика в Рьюкане была  полностью разрушена в  результате  бомбардировки союзной авиации мощностей заводов  в Италии стало нехватать для обеспечения нужд «уранового проекта».

В середине апреля 1944г. профессор  Хартек, пытаясь спасти  атомный проект,  предложил  четыре новых способа получения  тяжелой воды.  Два из них были  полностью освоены –  можно было немедленно начинать строительство промышленных установок на что займет около 2 лет. Пока же оставалось довольствоваться  теми  запасами  что имелись в Германии (всего лишь 2,6т.).

Впрочем, замедлителем в реакторе могла быть и обыкновенная вода, если бы была возможность обогащения урана изотопом U-235. Однако в этой области результаты были минимальными хотя работы велись сразу по нескольким направлениям.

Установка для разделения  изотопов урана,  которую построил профессор  Хартек, состояла из двух концентрических трубок имевших разную температуру (метод Клузиуса-Диккеля). Пространство между трубками заполняли пары уранового соединения. По теории, более легкие изотопы урана-235 должны были группироваться возле теплой трубы.

Для использования в  процессе обогащения  лучше всего подходили пары  гексафторида урана.  Единственным его недостатком была чрезвычайная  агрессивность, соприкосновение с ним  выдерживал только  дефицитный никель.  Необходимый  для экспериментов гексафторид урана взялся изготовить  концерн «ИГ Фарбениндустри».

В течение почти всего 1940г. испытывались различные варианты установки Клаузиуса-Диккеля. Менялись сечения и длины труб, изменялся  способ нагрева (паром и электричеством), пытались сделать трубы из кварца. Последний эксперимент длился 17 дней. За это время Хартек получил всего 1г. гексафторида урана с удвоенным содержанием изотопа U-235.

Эффект не превышал  1%. В начале 1941г. Хартек вынужден был признать, что разделение изотопов урана методом Клузиуса — Диккеля невозможно. Профессор Клузиус вызвался разработать новый метод диффузии изотопов в жидкости.

Клаус Пауль Альфред Клюзиус (1903 — 1963), немецкий физикохимик. Во время Второй мировой войны он работал над немецким проектом в области ядерной энергетики, также известным как «Урановый клуб»

Валхер предлагал разделять изотопы с помощью масс-спектроскопа. Примерно в то же время «жидкостной» метод предложил и физик из Гейдельберга  Фляйшман. В начале апреля Багге  в докладной  записке своему  начальнику,  доктору Баше предложил  совершенно новый  способ разделения  изотопов – «изотопный шлюз».

Если узкий «молекулярный луч» изотопов урана  пропустить сквозь систему из двух вращающихся бленд то легкие изотопы, двигаясь с более  высокой скоростью, успеют проскочить в отстойник, а тяжелые нет.  Но 23 апреля его направляют  в Париж  для помощи в запуске циклотрона.  Лишь в конце ноября он возвращается, чтобы выступить с докладом об  «изотопном шлюзе»  перед  ведущими  специалистами  в этой  области.

Его слушают  Хартек, Клузиус, Бонхеффер, Коршинг и Вирц, а  также  начальство — Баше и Дибнер.  Решено «немедленно» строить  экспериментальную установку.  К тому времени самой идее исполнился без малого год. К концу 1940г. немецкие ученые убедились в  необоснованности своего оптимизма не только в осуществлении  цепной ядерной  реакции, но и в вопросе разделения изотопов урана.

В октябре 1940г. в Лейпциге была  проведена специальная  конференция на которой обсуждались трудности, возникшие при разделении изотопов урана. К концу 1941г. серьезно прорабатывались  сразу семь методов  обогащения U-235: метод с использованием масс-спектрографа; термодиффузия; «изотопный шлюз»; ультрацентрифуга; «разделительная труба» (вариант термодиффузии); разделение  изотопов в жидких соединениях урана  и диффузия  изотопов в металлах-носителях.

Был и восьмой  метод — диффузия гексафторида урана сквозь пористые стенки (именно  этот метод применяли в Англии, и США).  Легкий изотоп урана легче проникает сквозь них. Но на него-то как раз и не обратили никакого внимания немецкие физики, хотя придумал метод  немецкий ученый Густав Герц еще в начале 30-х годов.

Доктор  Грот из Гамбурга  для обогащения U-235  использовал  ультрацентрифугу которая сортирует  изотопы потому, что  их массы разнятся. В  августе 1941г. фирма «Anschuetz & Co»  в Киле получает заказ на строительство  опытного образца центрифуги  развивающую скорость  до 60000об/мин. 22 октября ее чертежи готовы.

Но возникли трудности с изготовлением ротора  центрифуги  для  которого требовался очень прочный стальной сплав.  Завод Круппа, куда обратился Грот, просил подождать месяцев восемь. Пришлось обойтись сплавом из легких металлов.  Его  выплавили в Ганновере к середине декабря.

Вильгельм Грот (1904 — 1977), немецким физикохимик, работал над немецким проектом в области ядерной энергетики, его основной задачей была разработка центрифуг для обогащения урана.

В начале апреля 1941г. состоялось  очередное совещание ведущих ядерщиков Германии.  Подводились итоги, один печальнее другого. «Перед нами стоят две проблемы, — писал  Хартек в докладной записке, направленной им в отдел вооружений сухопутных войск. — 1. Производство  тяжелой воды.  2. Разделение  изотопов…  Первая  более актуальна, так как, судя по имеющимся  данным, при наличии  тяжелой  воды  реактор будет работать и без обогащения изотопов урана. Кроме того,  изготавливать тяжелую воду все же проще и дешевле, чем обогащать изотопы U-235».

Еще в июне 1940г. в США в журнале «Physical Review» появилась статья об открытии нового  трансуранового элемента  №94 (позднее его  назовут плутонием)  который можно получить из  урана-238.  Статья попалась на  глаза Вейцзеккеру который сразу оценил возможности использования нового элемента «в качестве взрывчатого вещества».

В результате  в  1941г.  Вайцзеккер  подал  заявку  на патент, в  которой  впервые детально описал принцип устройства плутониевой бомбы. Летом  1941г.  профессор  Фриц Хоутерманс,  работавший в  лаборатории  барона Арденне, тоже  обратился к идее  использования  плутония.  Его история заслуживает более подробного описания.

Фридрих Георг Хоутерманс (1903 — 1966), немецкий учёный (специалист по ядерной физике и космохимии) нидерландского происхождения, работавший в Германии, Швейцарии и СССР.

В 1933г. когда к власти в  Германии пришли нацисты, он бежал из страны, но не в Америку  или Францию, как его коллеги, а  в Россию. Здесь его вскоре записали в  шпионы, и он попал  в советский концлагерь.  В 1939г. после подписания  пакта  Молотова-Риббентропа  его отправили  в Германию и  он ненадолго попал  в  казематы  гестапо.  Через три  месяца его  освободили, однако  запретили работать в государственных учреждениях.

Тогда  его и «подобрал»  (по рекомендации профессора  Макса фон Лауэ) барон Арденне.  Хоутерманс стал для Арденне  настоящей находкой.  В августе 1941г. Хоутерманс  написал  статью «К вопросу о начале цепной реакции деления ядер» где он первым из немецких ученых подробно описал цепную реакцию под действием быстрых нейтронов, а также рассчитал критическую массу U-235, то есть наименьшую  массу, при которой может  протекать  самоподдерживающаяся  цепная ядерная реакция (от 10 до 100кг. американцы пришли к тем же примерно цифрам лишь в ноябре 1941-го).

Но в первую очередь его интересовал плутоний, использование которого делало ненужным  разделение изотопов урана.  Сам плутоний можно было выделять с помощью простейших химических методов.  Хоутерманс предложил  использовать его в качестве делящегося материала вместо урана-235.  Необходимо было только  запустить реактор на медленных нейтронах для наработки плутония из урана-238.

После  серии  опытов,  проведенных  в августе — сентябре 1941г.  в Лейпциге, Гейзенберг, Вайцзеккер и Депель наконец добились положительного результата размножения  нейтронов.  В последнем  опыте 164 кг. тяжелой  воды и 142кг.  оксида  урана поместили  внутрь алюминиевого  шара  диаметром 75см.  Два слоя  оксида  разделяла тонкая алюминиевая сфера.

Источник нейтронов находился в центре. Реактор «упрятали» в резервуар с водой. Однако и на этот раз размножение нейтронов не было зафиксировано приборами.  Только когда экспериментаторы учли нейтроны поглощенные алюминиевой сферой,  разделявшей два  концентрических  слоя  оксида они  получили  искомый «положительный» коэффициент  размножения нейтронов.

Эта реакция еще не была самоподдерживавшейся, но опытное подтверждение реальности цепной реакции стало фактом. «Именно в сентябре  1941г. — вспоминал Гейзенберг,  — мы поняли, что атомную бомбу создать можно».

В декабре 1941г. когда  немецкие  войска  были разбиты  под Москвой,  Гитлер заявил: «Интересы всей немецкой экономики следует подчинить нуждам военной промышленности».  Армейское командование решило  резко урезать  финансирование  атомного проекта и  перебросить основные  средства на дальнейшее  развитие ракет и авиации.

Отношение и к «урановому проекту»  изменилось. Его читают перспективным, но не первостепенным. Руководство «урановым проектом» препоручают Научно-исследовательскому совету, который подчинялся министерству образования во главе с Бернгардом Рустом — человеком, слабо разбиравшемся в ядерной физике, профессор Эзау  вновь обрел подчиненных.

Исследования ученых в 1942 – 1943 годах

В начале января 1942г. доктор Багге получил  первые части своего «изотопного шлюза». 13 февраля он опробует испаритель, заполнив его ураном. Сразу три группы  ученых пытались  разделять изотопы урана  электромагнитным способом. Валхер научился сортировать изотопы серебра с помощью  масс-спектрографа и собирался перейти к опытам с ураном.

В Далеме аналогичные опыты проводил  Эвальд (один из помощников Отто Гана).  Однако до промышленного  получения было еще очень далеко, счет полученного урана шел буквально на атомы.  В апреле 1942г. в  лаборатории барона  Арденне в Лихтерфельде был подготовлен отчет «О новом магнитном разделителе изотопов,  предназначенном для  перемещения больших масс».

Созданый  там магнитный сепаратор работал  по тому же принципу, что и масс-спектрограф: электрически заряженные частиц разной массы, попадая  в магнитное поле, двигались по разным траекториям (похожий способ разделения изотопов урана применяли в США и СССР).

В апреле 1942г. была готова и «ультрацентрифуга» доктора Грота.  Но ее барабан изготовленный  из  легких сплавов  развалился  на первых же  испытаниях.  Грот заказал еще один, меньших  размеров, но и тот не выдержал  нагрузки.  К началу августа 1942г.  все же удалось  получить на выходе увеличение концентрации урана  на 2,7%. Скорость центрифуги увеличили; коэффициент вырос до 3,9%.

По расчетам Гейзенберга для замены тяжелой воды в реакторе на обычную необходимо повысить содержание урана-235 до 11% (в природном уране его содержится 0,7%).  Для этого придется выстроить батарею из центрифуг и шаг за шагом обогащать уран.

С 26 по 28 февраля 1942г. в Берлине в стенах Института  физики имени императора  Вильгельма состоялась крупнейшая за все время существования Уранового проекта конференция.  На нее были  приглашены  рейхсмаршал  Геринг,  фельдмаршал  Кейтель, министр вооружения и боеприпасов Шпеер и даже шеф гестапо Гиммлер  с руководителем партийной канцелярии Борманом.

Нацистские главари, за исключением Руста, на совещание не  явились, а прислали  своих  представителей.  На конференции  выступили с докладами почти все  ведущие ядерщики страны.  Были  подведены  итоги  проведенных исследований и сформулированы задачи на будущее.  В ее резолюции говорилось: «Развитие экспериментальных работ определяется сегодня темпами обеспечения материалами.

При наличии  необходимого  количества металлического  урана и  тяжелой  воды будет сделана попытка создать первую  самостоятельно действующую машину — чисто исследовательскую установку. Ее успешная работа выдвинет три задачи: 1) оформление машины в промышленную установку; 2) техническое, особенно военно-техническое,  применение машины; 3) производство  уранового взрывчатого вещества».

После войны  Гейзенберг вспоминал: — «Весной 1942г. после  того как мы, наконец, убедили Руста  в том, что наши работы могут быть выполнены, в нашем  распоряжении впервые оказались крупнейшие  фонды Германии».

В Лейпциге, в институте, где работал Гейзенберг, готовился новый, крупнейший опыт с металлическим ураном. Это теперь в каждом учебнике можно прочесть: «Порошковый уран легко  возгорается и при  распылении в воздухе  горит ярким пламенем».  А тогда об этом никто не знал, и лаборант, насыпавший порошок урана в реактор, получил тяжелые ожоги.

3 февраля  1942г. фирма  «Дегусса» прислала Гейзенбергу 572кг. уранового порошка. Начинался решающий опыт.  Сферический  реактор с 750кг. урана и 140кг. тяжелой воды поместили в резервуар с водой. После того как в середину поместили источник нейтронов  приборы зафиксировали, что поверхности реактора достигает на 13%  больше нейтронов,  чем излучал источник.

«Мы, наконец, сконструировали… установку, которая порождает больше  нейтронов, чем поглощает», — докладывали  оба ученых в отдел вооружений — Если увеличить  реактор, загрузив  в него 5т.  тяжелой воды и 10т. литого  урана, мы получим  первый в мире  «самовозбуждающийся» ядерный реактор, то есть реактор, внутри которого будет протекать «цепная ядерная реакция».

К 1 мая 1942г. фирма «Дегусса» изготовила уже 3,5т. чистого, порошкового урана. 28  мая один из франкфуртских заводов начинает отливать из 1т. урана пластины. 23 июня в лейпцигской лаборатории  произошла авария.  Где-то в реакторе появилась течь и уран стал  бурно реагировать  с водой.  Температура реактора росла.

Ученые едва успели выскочили из помещения как грохнул взрыв. Большая часть лаборатории была разрушена, все запасы урана и почти все запасы тяжелой воды погибли. 4 июня Гейзенберг приехал в Берлин на  секретное совещание под председательством Шпеера. Два месяца назад Геринг распорядился приостановить все научные работы, которые не имеют прямого военного назначения.

Альберт Шпеер (1905 — 1981), немецкий архитектор и государственный деятель, личный архитектор Адольфа Гитлера, а с 1942 по 1945 год — рейхсминистр вооружения и военного производства.

Судьба всего «уранового проекта» была в руках министра Шпеера.  Потому Гейзенберг сразу же заговорил о военном применении урана. Он пояснил собравшимся генералам устройство «атомной бомбы», сказал, что американцы, по всей видимости, изготовят подобную бомбу уже через два года, мы же не способны этого сделать из-за тяжелых экономических обстоятельств.

Затем Гейзенберг стал  говорить об  урановом  реакторе, о том, как  важен он  для военных и послевоенных планов.  Шпеер поинтересовался сроками создания  бомбы на что получил ответ 3-5 лет. Если бы военные руководство поверило в  реальность создании атомной бомбы и средоточило бы все силы на урановом проекте, то к 1945г.

Германия могла бы иметь ядерное оружие.  Этого не произошло. Проект не был прикрыт, но и  не получил полной поддержки. 23 июня, докладывая фюреру о проделанной работе, Шпеер лишь пятнадцатым пунктом  упомянул об  «урановом проекте».  Все же Шпеер признал, что даже сейчас, в дни войны, надо строить первый в Германии урановый реактор.  Решено было разместить  его в Далеме,  на территории Института физики.

В 1942г. для централизованного руководства всеми научными исследованиями был создан имперский  исследовательский совет под  председательством Геринга. С 9 июня начались реорганизацмя.  Теперь Научно-исследовательским советом, а значит и всеми работами по «урановому проекту», стал руководить  сам рейхсмаршал Геринг.

Герман Вильгельм Геринг (1893 — 1946), один из ближайших соратников Адольфа Гитлера, рейхсмаршал Великогерманского рейха. Официально считался «преемником фюрера».

При нем был создан и свой «президиум», куда вошли 21 министр, высшие офицеры, руководители партии (в том числе Гиммлер), но где не  оказалось ни одного ученого.  Новые члены президиума, уже  обремененные множеством  обязанностей, не справлялись с возложенными на  них задачами.  Письма, присланные им, часто  месяцами лежали  без ответа. Работы над «урановым проектом» велись все беспорядочнее, бестолковее.

С 1 октября 1942г.обязанности директора института стал исполнять Гейзенберг. Прежнего «и. о. директора», Дибнер  отбыл в Готтов,  где находился  полигон отдела вооружений сухопутных войск так Гейзенберг и Дибнер окончательно стали врагами. Гейзенберг считал, что для возбуждения  цепной реакции  в реакторе  нужны 5т. тяжелой воды. К концу июня 1942г. фабрика в Рьюкане изготовила всего 800кг. Но и с ураном дела были немногим лучше.  Металлический уран производила  фирма «Дегусса».

Ее мощностей хватило бы, чтобы  выпускать каждый  месяц по тонне урана.  Однако  в 1940г. произведено 280,6кг. в 1941г.  2459,8, в 1942г. 5601,7, в 1943г. 3762,1 и в 1944г. 710,8кг.  Технологический процесс был прост, и объяснить неудачи можно лишь перебоями с сырьем и снабжением.

В Готтове Дибнер  решил построить  реактор по схеме отличной от схемы Гейзенберга.  Дибнер считал,  что из урана нужно  изготавливать  не пластины,  а кубики, чтобы уран со всех сторон  был окружен замедлителем.  Вот только для  своего опыта Дибнеру не удалось разжиться ни металлическим ураном, ни тяжелой водой. Он использовал 25т. оксида  урана и 4т. парафина.  Внутри алюминиевого  цилиндра  лаборанты соорудили «соты» из парафина и заполнили каждую ячейку (а их было — 6802) кубиками оксида урана.

Размножения нейтронов добиться не удалось,  что и следовало ожидать, раз опыт проводился с оксидом  урана и парафином.  Новый эксперимент  Дибнер собирался проводить используя кубики урана с длиной стороны 6,5см. полученной в результате расчетов.  Но поскольку  фирма «Дегусса» была занята изготовлением (для  Гейзенберга) пластин  урана размером  19х11х1см. пришлось  использрвать эти пластины.

Чтобы максимально использовать  металл пластин из них изготовили  кубики с длинной грани 5см. Чтобы обойтись без каркаса поддерживающего урановые кубики Дибнер решил заморозить тяжелую воду,  и внутри  этой ледяной  глыбы расположит ь уран.  232кг. урана и 210кг. «тяжелого льда» заключили в парафиновый шар диаметром 75см.

Эксперимент проводился при  температуре минус 12град.  Коэффициент размножения  нейтронов был гораздо  выше, чем показали  опыты его  коллег.  Похоже было  также, что схема (решетка из кубиков металлического урана), оказалась лучше чередования слоев урана и замедлителя.

Группа Дибнера готовила два новых  эксперимента, чтобы узнать, как влияют на  размножение нейтронов  размеры реактора  и температура. «Не сомневаюсь, что, увеличив  данную конструкцию,  мы непременно  получили бы  самовозбуждающийся реактор», — писал позднее Дибнер.

24 ноября 1942г. профессор Эзау обратился к новому начальству с предложением вновь централизовать все работы по «урановому проекту». Профессор Рудольф Менцель, один из помощников  Геринга, предложил ему назначить профессора Эзау «уполномоченным по ядерной физике». Пусть Эзау и не физик-ядерщик, он все же хорошо разбирается в этой науке, но, главное, он — нейтральная фигура.

«А это важно, — подчеркивал Менцель, — поскольку из-за того,  что ряд специалистов  по ядерной физике наделены «чувствительностью мимозы», нам едва ли удалось бы избежать дрязг и склок, если бы рабочую  группу  физиков возглавил  какой-либо  именитый ученый».  Геринг подписал приказ о назначении профессора Эзау руководителем всего немецкого «уранового проекта». Однако затеянная  реорганизация принесла только вред.

В Обществе имени императора Вильгельма, объединявшем  академические институты, назначение Эзау  встретили раздраженно. Единая команда военных  ядерщиков фактически  распалась  на несколько мелких, конкурирующих  друг с другом  научных групп.  В результате зимой 1942-43г. работы над «атомным проектом» замедлились.

Теперь, когда война затягивалась судьба атомного проекта «повисла на волоске». На благосклонность властей (а следовательно и финансирование) можно было  надеяться лишь в том случае,  если реактор, наконец, заработает. И уже в марте 1943г. Управление армейского вооружения отказалось от финансирования работ по Урановому проекту.

Если в 1940–41г. немецкие ядерщики заметно  опережали своих американских коллег,  то в 1942г. это  преимущество исчезло.  Закончился год триумфом  физиков США (недавних выходцев из  Германии,  Венгрии, Италии).  2 декабря 1942г. в Чикаго был пущен первый в мире ядерный реактор, содержавший 5,6т.  урана, 36,6т. оксида урана и 350т. чистейшего графита.

Продолжение темы см. в след. статье

Источник

Публикация на Тelegra.ph

Подписывайтесь нa наш телеграм-канал @history_eco https://t.me/history_eco

См. еще:

• Ключевые слова: урановый проект, фашистская Германия, ученые Третьего Рейха, Третий рейх,