Тяжелая вода была доставлена в Англию и отправлена в Кавендишскую лабораторию – так называли физический факультет Кембриджского университета, где некогда работали основоположники ядерной физики Джозеф Томсон и Эрнест Резерфорд.
В Германии события развивались своим чередом. Немецким ученым уже стало ясно, что строительством «урановой машины» их работа не ограничится. Впереди их ждет урановая бомба. Однако создать «машину» необходимо было по двум причинам: во-первых, тогда ученые смогут поверить теорию практикой, а во-вторых, что еще важнее, если удастся построить «машину», то правительство и вермахт убедятся, что физикам по плечу и создание нового оружия.
В 1940 году в различных лабораториях Берлина, Лейпцига, Гейдельберга, Вены и Гамбурга был проведен ряд ключевых экспериментов. Так, летом и осенью 1940 года Вернер Гейзенберг и Георг Дёпель поставили опыты с оксидом урана и тяжелой водой. Они окончательно установили, что в реакторе на тяжелой воде можно использовать обычный уран, а не обогащенную смесь изотопов.
Особую важность имел эксперимент профессора Вальтера Боте из Гейдельберга, проведенный в июне 1940 года. Он показал, что абсолютно чистый углерод также можно использовать в качестве замедлителя быстрых нейтронов, а ведь получить это вещество было куда проще, чем тяжелую воду.
В Берлине, в Физическом институте, Карл фон Вайцзеккер начал конструировать будущую «урановую машину». Изначально ее решили строить по схеме Хартека: две тонны оксида урана и полтонны тяжелой воды расположатся вперемешку, в пять или шесть слоев. Можно было построить и сферический реактор по схеме Гейзенберга, хотя это казалось более трудным.
Впрочем, в феврале 1940 года Гейзенберг, вернувшись к докладной записке, поданной два месяца назад, дополнил ее подробным математическим расчетом. Он пришел к выводу, что использовать чистый графит в качестве замедлителя вовсе не так эффективно, как казалось поначалу. Гелий тоже не годится, ибо реактор окажется слишком громоздким. Остается тяжелая вода.
Курт Дибнер провел совещание, на котором обсуждались все проблемы, связанные с тяжелой водой. Участвовавшие в нем Вернер Гейзенберг, физик Карл Вирц и специалист по физической химии Карл Бонхеффер заключили, что проблем впереди еще очень много. Гейзенберг предложил взять вначале пару литров тяжелой воды и проверить, насколько она проницаема для нейтронов. Дибнер пообещал закупить ее у норвежцев.
Неделю спустя Пауль Хартек послал письмо своим военным шефам: судя по расчетам Гейзенберга, уран и тяжелая вода понадобятся для реактора в одинаковых пропорциях, то есть надо раздобыть примерно две тонны тяжелой воды. Придется самим налаживать ее производство.
Но для получения всего одной тонны тяжелой воды с помощью электролиза, как это делают норвежцы, придется израсходовать на выработку электроэнергии сотни тысяч тонн угля. Военных такая перспектива ужаснула. Тогда Хартек вспомнил, что несколько лет тому назад он вместе с Хансом Зюссом разработал новый метод производства тяжелой воды с помощью каталитического обмена. Однако тогда никого эта технология не заинтересовала, поскольку проще было покупать тяжелую воду у норвежцев.
Вскоре, с согласия военных, решили построить опытную установку. Пауль Хартек писал Карлу Бонхефферу, что установку для каталитического обмена ему хотелось бы разместить при каком-нибудь действующем предприятии, где занимаются гидрогенизацией. Вскоре он получил ответ: на знаменитом заводе «Лейнаверке» очень заинтересовались идеей.
Тем временем в Норвегию приехал представитель концерна «ИГ Фарбениндустри», который своими денежными вливаниями содействовал работе завода в Рьюкане. Он затребовал у норвежцев все хранящиеся запасы тяжелой воды и пообещал новый обширный заказ. Руководство завода поинтересовалось, зачем нужны столь огромные по тем временам запасы тяжелой воды. Однако немец ловко уклонился от прямого ответа. Норвежцам все это не понравилось, и когда представилась возможность, они передали тяжелую воду прибывшим с тайной миссией французам. Так что, когда весной 1940 года германские войска вторглись в Норвегию и 3 мая, после тяжелых боев, захватили завод, склады его оказались пусты.
В начале апреля 1940 года, в то время как французские физики начали эксперименты с тяжелой водой, Пауль Хартек посетил завод «Лейнаверке». Он загорелся новой идеей использования в качестве замедлителя сухого льда. И нашел поддержку у дирекции: ему выделили целый вагон сухого льда. Хартек выбрал подвал для эксперимента, но сначала следовало позаботиться об уране. Он попросил Дибнера прислать 300 килограммов оксида. При этом захваченный открывшимися перспективами ученый не учел одного: не он один мечтал построить первый в стране реактор. Весной 1940 года секретариат Курта Дибнера был завален заявками. Например, Гейзенберг требовал целую тонну уранового оксида. В целях экономии осторожный Дибнер намекнул Гейзенбергу, что неплохо было ему провести эксперимент вместе с Хартеком. Однако нобелевский лауреат, не желая уступать, снисходительно намекнул, что революционную идею с сухим льдом неплохо бы проверить опытным способом в лабораторных условиях.
В начале мая 1940 года место для будущего реактора уже было приготовлено. Несмотря на происки Гейзенберга, все складывалось удачно. Дибнер обещал-таки «несколько сот килограммов» оксида урана. 6 мая Хартек позвонил Дибнеру и сказал, что для нормального эксперимента нужно не менее 600 килограммов оксида. 9 мая, изнывая от ожидания, он написал письмо Дибнеру, надеясь узнать, сколько ему еще ждать. Лишь в последние дни месяца в Гамбург привезли вожделенный оксид, но его оказалось ничтожно мало: всего 50 килограммов! Впрочем, через несколько дней сердобольный петербуржец Николай Риль прислал «гамбургскому мечтателю» еще 135 килограммов «от себя лично». На этом урановый «ручеек» иссяк.
Таким образом, в начале июня лаборатория Пауля Хартека располагала 185 килограммами оксида урана и 15 тоннами сухого льда. Профессор изготовил изо льда блок, просверлил в нем пять шахт и заполнил их ураном. В середине блока поместил радиево-бериллиевый источник нейтронов. 3 июня он известил своих военных начальников, что в течение недели эксперимент будет завершен. При этом он умолчал, что проводить задуманный опыт с таким малым количеством урана вообще-то бессмысленно – цепная реакция не пойдет. Вся эта неделя была простой демонстрацией амбиций. Хартеку удалось измерить лишь уровень абсорбции нейтронов в уране и их диффузионную длину в твердой углекислоте.
В конце августа 1940 года Хартек заговорил о необходимости повторения эксперимента с использованием двух тонн оксида урана и пятиметрового куба сухого льда. Однако коллеги так злословили по поводу его идей, что физик дрогнул и зарекся отстаивать свое начинание.
В июне 1940 года немецкие войска заняли Париж. Немедленно туда приехали Курт Дибнер и Эрих Шуман. По горячим следам немцы пытались восстановить ход работ в лаборатории Жолио-Кюри. Группу французских физиков, оставшихся в Париже, возглавил профессор Вольфганг Гентнер.