Управление армейского вооружения предписывало ученым форсировать исследования, и теперь они велись в двух направлениях: поиск соединений урана, пригодных для разделения изотопов, и разработка методов обогащения.
В Лаборатории неорганической химии Высшей технической школы в Мюнхене профессор Хибер исследовал карбонильные соединения урана.
В Химическом институте Боннского университета профессор Ш. Монт изучал соединения урана с хлором.
В Физико-химическом институте Лейпцигского университета Хейн работал над органическими соединениями урана.
В Институте органической химии Высшей технической школы в Данциге профессор Г. Альберс исследовал урановые алкоголяты.
В конце 1940 г. в Германии разрабатывалось и применялось несколько методов обогащения: масс-спектрометрический, метод изотопного шлюзования, метод ультрацентрифугирования. Кроме того, рассматривалась возможность применения и других методов.
Наиболее успешно масс-спектрометрический метод совершенствовался в частной лаборатории талантливого инженера-изобретателя барона М. фон Арденне, субсидировавшейся министерством почт. Арденне работал независимо от Управления армейского вооружения. Он узнал, что у министра почт Онезорге имеются средства на исследовательскую работу. Увлекающегося генерал-почтмейстера покорили рассказы Арденне о перспективах ядерных реакций. Рассказывают, что Онезорге добился аудиенции у Гитлера и доложил фюреру о том, что атомная бомба технически осуществима и что он хотел бы ее изготовить в своих почтовых учреждениях. Гитлер поднял министра на смех и, показывая своим генералам на сконфуженного министра, воскликнул:
— Послушайте, господа, это восхитительно! Вы все ломаете голову, как нам победить в этой войне, а наш почтмейстер приносит готовое простое решение! Ну, не чудо?
Онезорге все же выделил средства для строительства в частной лаборатории Арденне сложной аппаратуры для ядерных исследований. Созданная Арденне установка была несколько совершеннее сделанной в Киле Вальхером, но и она не имела практического значения.
Немецкие ученые не использовали метод обогащения урана-235 с помощью диффузии газообразного соединения урана через пористую перегородку. Этот способ, разработанный в Германии в 30-х годах, был использован в США для получения урана-235. Немецкие ученые знали о работах американцев в этом направлении. Однако в Германии не применяли метода газовой диффузии из-за его очень высокой энергоемкости и стоимости.
Второй удар был нанесен Урановому проекту в Берлине. Здесь в конце 1940 г. Гейзенберг проводил эксперимент по созданию реакторной сборки на основе выполненных им ранее расчетов. Для опытной установки построили так называемую Внешнюю лабораторию во дворе Физического института на Больцманштрассе, в стороне от основного здания, поскольку Гейзенберг в первом же опыте ожидал возникновения цепной реакции и связанного с нею мощного радиоактивного излучения. Установка представляла собой алюминиевый цилиндр высотой и диаметром 1,4 м, в который было уложено попеременно 14 слоев окиси урана и 13 слоев парафина в качестве замедлителя. В центре цилиндра помещался радиевобериллиевый источник нейтронов. Весь цилиндр опускался в шахту, заполненную водой. Всего в опыте использовалось около 5,5 т окиси урана. Проводили опыт непосредственно Гейзенберг, Вайцзеккер и Виртц. Но эта попытка не привела к эффективному размножению нейтронов и не вызвала появления цепной реакции. Гейзенбергу и его сотрудникам стало ясно, что теоретические расчеты, положенные в основу эксперимента, неверны и предстоит много поработать над определением действительно необходимого количества ядерного топлива — урана и повышением его качества, а также над выбором замедлителя нейтронов и конструкционных материалов.
Таким образом, к концу 1940 г. немецкие ученые убедились в необоснованности своего оптимизма не только в деле получения урана-235, но и в вопросе быстрого осуществления цепной ядерной реакции. Это была большая неудача, поскольку уже в середине 1940 г. теоретическое рассмотрение процессов, происходящих в ядрах атомов урана при обстреле их нейтронами, привело Вайцзеккера к важному выводу: в атомном реакторе ядро атома урана-235, захватив нейтрон, изменяется, превращаясь в уран-239, который должен распасться за 23 мин., после чего возникает новый элемент. Этот последний, имея свойства урана-235, сможет быть применен для создания взрывчатого вещества и сооружения очень малого реактора.
Новый элемент Вайцзеккер назвал «элемент 94». Теперь его называют плутонием. Вайцзеккер обобщил свои первые выводы 17 июля 1940 г. в отчете «Возможность получения энергии из урана-238», а позднее, в 1941 г., оформил патентную заявку. Сегодня эта заявка помогает определить уровень знаний на том этапе и задачи ядерных исследований, которые ставили немецкие ученые. Прекрасно понимая важность своего открытия и его военное значение, Вайцзеккер немедленно сообщил об этом военным властям и сформулировал сущность патентной заявки на способ превращения урана-238 в «элемент 94» и обосновал возможность отделения этого элемента от урана химическими методами. Что касается применения «элемента 94», то Вайцзеккер записал следующее: «Способ по взрывному получению энергии и нейтронов при расщеплении «элемента 94», характеризующийся тем, что изготовленный «элемент 94» доставляется к месту, например к бомбе, в таком количестве, что нейтроны, возникающие при расщеплении, расходуются в подавляющем большинстве на инициирование нового расщепления и не покидают вещество».
Немецкие ученые имели полное представление о возможности получения плутония и создания плутониевой бомбы. Факт подачи патентной заявки Вайцзеккерюм и опубликования им отчета о проведенных опытах говорит о том, что немецкие ученые нисколько не скрывали от немецких военных властей известные им способы создания атомного оружия. То же можно сказать о Ф. Хоутермансе — человеке с нелегкой судьбой, крупном физике, понимающем задачи науки и несколько позже Вайцзеккера пришедшем к той же концепции плутония. Отчет Хоутерманса «К вопросу об инициировании цепной ядерной реакции», написанный в августе 1941 г., был помещен в 1942 г. в Докладах об изысканиях почтового ведомства и содержал самый полный в Германии расчет атомной бомбы на основе трансурановых элементов.
В связи с открытием плутония для Уранового проекта стал особенно необходим такой важный инструмент ядерных исследований, как циклотрон. Именно с помощью циклотрона американцы впервые получили плутоний.
В годы войны в Германии сооружались циклотроны для Физического института Лейпцигского университета, Физического института, Института медицинских исследований в Гейдельберге и для лаборатории М. фон Арденне в Берлине. В 1943 г. обсуждалась возможность сооружения циклотрона большой мощности по предложению, сделанному профессором Делленбахом, при поддержке министерства вооружения и боеприпасов и концерна АЭГ, но этот вариант до конца реализован не был.
Попытки построить циклотрон для Физического института Лейпцигского университета начались еще в 1931 г. н без какого-либо практического успеха продолжались шесть лет. Основным препятствием было отсутствие средств, хотя на первых порах требовалось всего 50 тыс. марок. После назначения в апреле 1937 г. директором Физического института профессора доктора Г. Гофмана планы сооружения циклотрона впервые обрели некоторую реальность: правительство земли Саксония пообещало в течение пяти лет выделить на ремонт и оборудование института 250 тыс. марок. Первого взноса хватило бы для начала работ по циклотрону, но обещанные суммы в институт не поступали.
Другим прямым источником финансирования могло быть Общество Гельмгольца, в сферу действия которого входил Физический институт. По поводу финансирования циклотрона с Обществом велась длительная переписка, но тоже безрезультатно.
Возможно, дело с циклотроном еще долго не сдвинулось бы с мертвой точки, если бы не заинтересованность крупных монополистических объединений. Первое предложение о помощи в сооружении циклотрона Гофман получил от фирмы «Сименс и Гальске».
19 января 1938 г. Гофману вручили письмо председателя президиума фирмы доктора фон Буоля:
Глубокоуважаемый господин профессор!
…Как Вы уже могли убедиться из письма господина Герца, у фирмы «Сименс и Гальске» еще до получения Вашего письма возникло желание принять на себя сооружение для Вас циклотрона,
Мы с особым вниманием следим за сообщениями, публикуемыми в литературе, о циклотронах и за результатами, достигнутыми в связи с этим в области ядерных исследований, и полностью приветствуем их в интересах немецкой науки.
Это письмо было написано в январе 1938 г., за 11 месяцев до открытия Ганом расщепления ядра, в то время когда в мире еще не видели возможностей практического применения атомных сил и считалось, что ядерные исследования могут интересовать только ученых. Даже после открытия Гана и после доказательства осуществимости цепной реакции, т. е. в 1939 г., необходимы были немалые усилия, чтобы убедить правительства в перспективности ядерных работ и добиться необходимого финансирования. В 1939 г. сомневались и некоторые великие ученые. Нильс Бор считал, что практическое применение процесса деления ядер невозможно, а Эйнштейн говорил, что он не верит в высвобождение атомной энергии.
