На Западе говорят о том, что весной 1943 года британские десантники и разведчики помешали разработке нацистской Германии ядерного оружия. Подобная версия есть в известном советском фильме «Семнадцать мгновений весны», где все сделано советскими разведчиками. После войны немецкие физики предложили свою версию истории: якобы их саботаж остановил все работы. На деле никому не удалось добиться успеха. Гитлер остался без бомбы по совершенно другой, более нелепой причине. Naked Science разбирается в том, как это произошло и почему первая научная держава своего времени не стала ядерной.
Британская интерпретация происшествия с новичком.
На Западе популярны целые книгиДокументы рассказывают о том, как действия союзников лишили Третий рейх возможности создать ядерную бомбу. Главная мысль в том, что для создания бомбы Гитлеру требовалась тяжёлая вода (сдейтерием вместо обычного водорода).
Восемнадцатого октября 1942 года англичане сбросили четырех диверсантов передовой группы в район норвежской фабрики по производству тяжелой воды (операция «Шотландская куропатка»). 19 ноября того же года на планерах должны были высадиться тридцать четыре диверсанта из SAS. операция «Новичок», традиционно ошибочно переводится как «Незнакомец»).
Два четырехмоторных самолета-буксира тянули два планеरा Airspeed AS.51 Horsa с десантниками. Один буксир потерял планер (обрыв троса) не в нужном месте. Трое сассов погибли, остальные четырнадцать немцы быстро поймали, допросили и расстреляли. Второй самолет-буксир снизился, чтобы найти первый планер, и врезался в скалу: погибли все, и экипаж, и десантники.
В феврале 1943 года сбросили еще шесть агентов (норвежцев), в результате чего удалось разрушить электролизное оборудование норвежской фабрики. В англо-американской историографии этот акт считают серьезным ударом по немецкой атомной программе.
Фабрика была восстановлена к апрелю 1943 года. С ноября того же года ее стали бомбить американцы. В феврале 1944 немцы решили покинуть завод, перевезти запасы тяжелой воды в Германию. Один из диверсантов-норвежцев взорвал судно, которое везло груз. Погибли четырнадцать гражданских норвежцев и четыре немецких солдата.
Успеха не удалось добиться? Изучение документов в XXI веке. показалоНа затонувшем судне имелось лишь 500 килограммов тяжелой воды, тогда как немцам для реактора (способного произвести бомбу) требовалось пять тонн.
Общаясь о событиях, складывается впечатление героизма: парашютные прыжки, взрывы — словно сценарий из фильма про Джеймса Бонда, хотя результат не столь убедителен. Тем не менее, возникают и другие вопросы.
1. Зачем Рейху нужна была тяжелая вода для производства ядерного оружия, в то время как СССР и США создавали свои ядерные силы без нее? 2. Не могли ли немцы всерьез полагаться на атомный проект, основываясь на мощностях такой индустриальной державы, как… Норвегия?
Да, норвежцы получали тяжёлую воду как побочный продукт при изготовлении аммиака. Но немцам были доступны энергетические ресурсы больших объемов, чем норвежским. Если бы им действительно хотелось производить её, то делали бы это в своей стране. Почему же этого не сделали?
После войны немцы утверждали, что все были против Гитлера.
Победы всегда приписывают многим, а поражению не достаётся похвалы. Многие хотели присоединиться к факту, что Гитлер не получил бомбу, считая это победой. Не только западные разведчики рассказывали о том, как им удавалось сорвать немецкий ядерный проект: сами немецкие учёные сразу после войны пытались притворяться, что сопротивлялись режиму изо всех сил.
Интересующиеся словесными приемами Гейзенберга могут наблюдать за этим. здесьВ основе этого утверждения лежит мысль о том, что немецкие физики, якобы, только притворялись работой над реактором для получения плутония, в действительности же тормозили его создание, действуя как саботажисты.
Как к этому относиться? Так же, как к послевоенным заявлениям немецких генералов о том, что Гитлер мешал им выиграть войну. Когда люди, которые до прямого вмешательства Гитлера даже Париж взять не могли, говорят, что они были ого-го, но Гитлер помешал, они пытаются выгородить себя. Когда немецкие физики после войны делали вид, что «саботировали» создание бомбы, их мотивы очень похожи.
В 1941-1942 годах Гейзенберг и его помощники провели ряд экспериментов, демонстрирующих серьезные попытки создания реактора для получения плутония. В опытах L-III (конец 1941 года) и L-IV (июнь 1942 года) использовался металлический уран в виде порошка (топливо) и тяжелая вода (замедлитель), чтобы запустить самоподдерживающуюся цепную реакцию в сферических реакторах.
В эксперименте L-III порошок металлического урана загорелся, угрожая жизни исследователей. В опыте L-IV, где использовалось 750 килограммов металлического урана и 150 килограммов тяжелой воды, возгорание было более сильным. Некоторые источники описывают это как взрыв водорода, выделяющегося из перегретой воды бассейна реактора L-IV. Это утверждение сомнительно, но факт масштабной аварии на реакторе L-IV неоспорим. Гейзенберг и его помощник чудом избежали гибели, шестеро получили ожоги.
Чтобы продемонстрировать «объективные трудности», нужно действовать по-другому, например: позволить урану загореться, когда вблизи экспериментального реактора не окажется ни вас, ни ваших помощников. С технической точки зрения это вполне осуществимо.
Может быть, это были русские?
Для объективности рассмотрим и «русскую версию» провала немецкой ядерной программы. Известно, что СССР через разведывательные органы эффективно влиял на политику западных стран, в частности, втянул США во Вторую мировую войну в ходе операции… «Снег»Три ведущих физика «Манхэттенского проекта» тоже… работали с советской разведкой.
Наконец, известноСоветская разведка заранее направляла людей для учебы в Массачусетский технологический институт и других вузах с целью последующей работы в области научно-технической разведки.
Поверхностный анализ указывает на возможные подозрения в отношении советской работы против атомной программы Германии. Известно, что ЧК завербовала ряд немецких военнопленных Первой мировой войны до их возвращения в Германию. В русском плену находился Вальтер Боте. Вернувшись из плена, он свободно говорил по-русски и привёз русскую невесту (Барбару Белов или Варвару Белову — точная информация о ней отсутствует).
Боте нанёс Гитлеру самый сильный удар именно с помощью бомбы. В 1941 году он провёл эксперимент, чтобы определить возможность использования графита в качестве замедлителя реактора-наработчика изотопа для ядерной бомбы.
Его эксперимент показал:
Машина с углеродом графитом, рассчитанная на такое обнаруженное сечение захвата, невозможна. Но истинное сечение захвата, возможно, меньше, поскольку позднее исследование использованного электрографита выявило небольшое содержание бора в нем. Так как практически невозможно изготовить углерод большей чистоты, чем использованный, то он едва ли может быть принят во внимание как замедлитель.
Фразы «Так как углерод более высокой степени чистоты, чем использованный, практически не может быть изготовлен» стали причиной поворота немецкого атомного проекта в сторону тяжелой воды. Поскольку ее быстро не удавалось нарабатывать, экспериментальные реакторы немцы строили очень медленно. Из-за этого плутония они так и не получили, а без него не смогли создать бомбу.
Вальтер Боте скорее всего не был советским агентом.
Из-за его осведомленности о нюансах немецкой ядерной программы, он знал общее мнение о необходимости бомбы из плутония, произведенного в реакторе. Если бы сознательно сообщил о «негодности» графита, зная о его пригодности для бомбы, то советской стороне передал бы сообщение о том, что материал для бомбы нужно производить на графитовом реакторе — наработчике плутония.
СССР о таком ничего не знал. не предусматриваетСтроительство реактора по документам СССР 1943 года с подписью Курчатова. легко видетьКурчатов постоянно ссылался на идеи из американской ядерной программы, приводя данные из разведки. Отсутствует же информация о работе закрытой немецкой ядерной программы, значит, Боту такую информацию не предоставляли.
В сомнении и то, что он сам по себе тормозил атомную программу. Дело в том, что аналогичную Боте ошибку допустили французские атомщики ещё до Второй мировой войны. Также они нашли в графите чрезмерное поглощение нейтронов и обратились к тяжелой воде как замедлителю — даже успели получать её с норвежской фабрики в Вермоке, которую потом взорвали агенты британской разведки.
И сама Англия во Второй мировой войне выбрала для строительства тяжёловодный, а не графитовый реактор, таким образом совершила ту же ошибку, что и Боте. Следовательно, мнение о том, что «более чистый графит практически не может быть изготовлен», является искренней ошибкой, устойчиво повторявшейся в разных странах до и после него, а не саботажем.
Кто помешал Гитлеру получить ядерное оружие?
О том, что у Рейха больше нет ядерного оружия, сообщили журналисты из «Нью-Йорк Таймс». не только) пишутЦелых книг. Физики-ядерщики из Америки подобного не описывают, поскольку хорошо разбираются в технических нюансах вопроса. По той же причине у … своя версия случившегося:
Факторы, приведшие к неудаче германской ядерной программы и успеху со стороны союзников. Это ошибочное указание, так как американская программа по реакторам не разделяла результаты ни с СССР, ни даже с Великобританией. Результаты таковы. Любые масштабные и многогранные технологические проекты нуждаются в ясном познании фундаментальных научных принципов, достаточном и постоянном финансировании, определении приоритетов, тысячами сотрудников, решительным управлением и стабильной поддержкой.
Предположение о невозможности Гитлера обеспечить сложные технологические проекты финансами, кадрами и нагнетанием напряжения с твёрдой поддержкой легко отвергнуть. Доказательства тому – программы создания лодок XXI серии (революция в подводной войне), первых реактивных самолетов и баллистических/крылатых ракет мира.
Все эти проекты немцы успешно реализовали, а союзные государства до конца войны не смогли повторить их успеха в таких масштабах (даже по ракетам и подлодкам – вообще ни разу).
В контексте немецкого атомного проекта трудно не заметить, что ему предоставляли то, что его организаторы запрашивали. Не раз просили организовать массовое производство тяжелой воды в Германии, хотя объем производства электроэнергии там превосходил норвежский на порядок (а если брать Германию границ 1940 года, то и значительно больше). Именно электричество — главный ресурс при производстве тяжелой воды по технологиям того времени.
Аналогично немецкие исследователи ни разу не обращались с просьбой о строительстве крупных заводов по разделению изотопов. Из имеющихся документов не наблюдается ни одного случая отказа властей Германии своей атомной программе в чем-то настолько масштабном, что могло бы повлиять на ее исход.
Главным из причин, по которым у Гитлера не было атомной бомбы, стало недостаточное понимание научных оснований этой технологии.
Любой, кто обратится к детальным описаниямЭксперименты с немецкими реакторами и подкритическими сборками удивят многих. Немцы проводили одни из первых экспериментов, используя неохлаждаемый сухой лед как замедлитель нейтронов. Лед испарялся в ходе эксперимента, делая фиксирование устойчивых параметров невозможным.
Пропустим начальные попытки. Рассмотрим реакторы L-III и L-IV, разработанные в 1941-1942 годах.
Это алюминиевые сферы, заполненные тяжелой водой, а по периметру и в центре установлены слои из порошкообразного металлического урана. Почему не нитроглицерин? Порошкообразный уран, в отличие от литого, легко воспламеняется на воздухе и горит очень жарким, трудным для тушения пламенем.
Предположим, помощники Гейзенберга были физиками и поэтому не читали современную химическую литературу. К сожалению, для учёных нового времени это типично: даже в собственной области знаний, за пределами конкретной специализации примерно 80 процентов понимают объективно очень мало.
В новых научных областях знания, безусловно, превосходят рамки какой-либо конкретной специализации. Это обусловлено тем, что при отсутствии опыта в данной области подготовленных специалистов попросту еще не существует. В таких ситуациях необходимы ученые, способные быстро осваивать новые темы вне своей исходной специализации. Такой универсализм свойственен лишь небольшому числу исследователей во все времена и везде.
Это может объяснить только провал и гибель экспериментального реактора L-III, сгоревший ярким урановым пламенем (с потерей дефицитной тяжелой воды, которую в нем использовали). Аварии реактора L-IV такое объяснение уже не подходит.
Строили его через месяцы после аварии L-III. Все понимали, что причиной последней было использование урана в порошке. Все знали, что уран в слитках так просто не загорится. Почему же в L-IV опять использовался порошок? В стране, чья ракета впервые в мире… достиг космосаВ 1944 году никому не удавалось перерабатывать металлический порошок в слитки.
Продолжаем движение. Ни в одном из этих немецких экспериментальных реакторов нет регулирующих стержней. Даже при наличии у немцев большого количества тяжелой воды и точных расчетов, построенный ими реактор всё равно взорвётся сам по себе.
Как это произошло? Вот как: Гейзенберг полагал, что при нагревании реактора резонансное поглощение нейтронов ураном-238 в нем начнет резко расти. Правда, не учёл он того, что непосредственно в уране нейтроны быстрые, то есть такие, которые уран-238 почти не захватывает. Медленными — теми, которые уран-238 при нагревании захватывает лучше, — стают в слое вещества-замедлителя. Однако любой мыслимый замедлитель, будь то графит или тяжелая вода, имеет незначительное резонансное поглощение нейтронов. Поэтому на деле немецкие реакторы, которые по Гейзенбергу были бы саморегулирующимися, оказались бы просто неуправляемыми.
Другой момент ещё больше поражает: Гейзенберг полагал, что температурой стабилизации работы реактора будет плюс 800 градусов, после чего резонансное поглощение затормозит прогрессивный разгон реактора.
Немецкие реакторы имели алюминиевые детали, а алюминий плавится при температуре плюс 660 градусов. Каким образом предположительно функционировал реактор в расплавленном состоянии, неизвестно.
Нельзя представить, что человек не добавил стержни в реакторы, зная реальность, но пытаясь саботировать работу. Ведь он и его коллеги находились в помещении с реактором без контрольных стержней, становясь фактически самоубийцами.
Даже позднейшие немецкие реакторы, например B-VIII 1944 года, не имели полноценной системы аварийных стержней, в отличие от сборок Энрико Ферми в Америке. К счастью для немцев, B-VIII был рассчитан неправильно. Для замедления нейтронов до уровня, когда в природном уране пойдет цепная реакция, нужно было дать им 11 сантиметров пробега в тяжелой воде. В действительности куски урана в реакторе были отделены друг от друга всего пятью-шестью сантиметрами тяжелой воды. Следовательно, такой реактор не мог работать.
Моделирование 2009 года, использующее ПО для расчёта современных ядерных реакторов, показало, что коэффициент размножения нейтронов в B-VIII всего 0,85. В нём на каждые 100 затраченных нейтронов рождалось лишь 85 новых. Из-за этого любая цепная реакция практически мгновенно затухала.
Для сравнения: реактор «Чикагская поленница» (деревянный каркас, графитовый замедлитель), запущенный Ферми в Чикаго 2 декабря 1942 года, обладал коэффициентом заметно выше единицы, что стало началом ядерной эры.
Гитлера лишили бомбы не усилиями разведок или саботажем ученых. Глупость справилась лучше разума, как во многих других областях. Немецкие ученые, не понимая физики реакторов, рисковали своей жизнью в экспериментах. Ни Гейзенберг, ни его сотрудники владели знаниями, чтобы довести программу до плутония в сжатые сроки.
Единственный учёный на Земле может совершить подобное.
Возникает вопрос: почему так получилось? У Третьего рейха были выдающиеся ученые и инженеры. Любой может посмотреть снимки лунной поверхности в высоком разрешении и убедиться в этом: следы высадки, обеспеченной умом разработчиков из Третьего рейха (ракету для полета на Луну для США разработала группа инженеров под руководством фон Брауна), все еще прекрасно видны там. И будут видны как минимум века.
В 1938 году в Германии физики Отто Ган и Фриц Штрассман. открылиСам факт разделения ядра атома (за что Гану вручили Нобелевскую премию) был невероятен до тех пор, пока физики не поняли возможность распада ядра на более легкие части. Без понимания этой возможности невозможно было рассчитать, сколько энергии при этом выделяется.
Таким образом, первый выстрел в ядерной гонке произошёл на самом деле в Германии, а не где-либо ещё. После публикации работы Ган в… NaturwissenschaftenВ начале 1939 года Ферми и Сциллард в Соединённых Штатах Америки предложили идею о разработке ядерного оружия.
До открытия Гана это было бы невозможно, как и для всех остальных в мире. Ведь Ферми лично был сторонником идеи, что в цепной реакции идет лишь накопление тяжелых трансурановых элементов, а о расщеплении атома не догадывался. Если бы Ган сделал своё открытие в 1941 году, а не в 1938-м — ядерная бомба не смогла бы сработать до конца Второй мировой.
Немецкие таланты были заметны. Однако важно помнить, что разные таланты обладают разной спецификой. Вернер Гейзенберг, значимая фигура немецкого атомного проекта, разбирался в определенных сферах физики (за что удостоился Нобелевской премии), но не проявил достаточной гибкости для быстрого освоения принципиально новой области, такой как реактостроение.
Справедливо ли обвинять его? Проанализируем французские или английские попытки постройки ядерных реакторов во Второй мировой войне. Французы остановились на использовании тяжёлой воды как замедлителя, а не графита. Англичане и канадцы… выбралиТяжёлую воду использовали в других западных странах для создания ядерных реакторов, таким образом, они повторили путь Германии.
Во время войны именно это стало одной из ключевых ошибок, не позволившей немцам создать бомбу до конца военных действий. Тяжелую воду получали путем многоступенчатого электролиза обычной воды. Молекулы легкой воды при электролизе испарялись быстрее, чем у тяжелой. Такой способ производства был чрезвычайно энергоемким и дорогим. Грамм тяжелой воды исходно… стоил 19 долларов (350-400 современных долларов).
Серьезный реактор, производящий плутоний для бомбы, нуждался в 5-10 тоннах тяжелой воды. Высокая стоимость — не самое главное. Сложнее было быстро получить столько дейтериевой воды без специальных усилий. Для этого требовалась большая и дорогая фабрика, куда больше скромной норвежской в Веморке. Именно поэтому немецкие реакторы до конца войны не имели достаточных размеров для того, чтобы быть потенциальными производителями плутония.
В США, аналогично Германии, первоначальные опыты Ферми и его коллег показали, что доступный графит обладает большим содержанием примесей бора. Это вело к сильной поглотительной способности нейтронов и усложняло возведение реактора из него.
Если немцы после изучения проблемы заявили, что «более чистый графит получить практически вряд ли возможно», то Ферми обратился к производителю графита ещё в 1940 году. Он убедительно объяснил им, что получение сверхчистых графитных материалов в больших количествах имеет важное значение. Через год производители графита разработали новый производственный процесс, позволивший получить графит, поглощающий нейтроны на десятки процентов слабее исходного.
Благодаря этому удалось получить замедлитель, делающий нейтроны в реакторе медленными достаточно для реакции с атомами урана, но не поглощающий их борными добавками.
Ферми выбрал этот путь вместо тяжелой воды, потому что являлся одним из немногих физиков, успешно работавших как в теоретической, так и в экспериментальной области. Многие физики-экспериментаторы сталкиваются с ситуацией, когда исходные материалы недостаточно чистые или поставщик приборов допустил ошибку. Они понимают, что такие проблемы могут быть как легко исправимыми, так и нерешаемыми — но в любом случае попытаются их решить, поговорив с поставщиком.
Правильный выбор замедлителя — не единственный пример решения Ферми, где его способность быстро постигать новые темы оказалась бесценной. Точно так же он отреагировал, когда впервые столкнулся с проблемой ксенонового отравления. реактора ВВ течение нескольких дней ему удалось постичь теоретические основы вопроса. Недели были затрачены на разработку противодействия. Кем ещё в истории мирового ядерного реакторстроения работалось такими темпами?
В феврале 1943 года советская разведка узнала о том, что Ферми добился самоподдерживающейся цепной реакции. Павел Судоплатов рассказывал о том, как ознакомил с этим сообщением советского ученого. Исаака КикоинаТем не менее, согласно разведывательным протоколам, он не произносил имя учёного, совершившего данное открытие. Дальше, как вспоминает Судоплатов, случилось вот что:
Кикоин, прочитав доклад о первой ядерной цепной реакции, был необычайно возбужден и, хотя я ему этого не сказал, отреагировал: «Это работа Ферми. Единственный в мире ученый, способный сотворить такое чудо».
Стремление Судоплатова придерживаться установок службы и не афишировать имена западных учёных, добившихся успехов в исследованиях по созданию бомбы, вызвало недовольство у советских учёных, к числу которых относились Кикоин, Иоффе, Курчатов и Алиханов.
Я вынужден был предъявить некоторые материалы [Манхэттенского проекта] в оригинале на английском языке. Чтобы не разглашать конкретных источников информации, я ладонью закрыл ту часть документа, где стояли подписи… Ученые возбуждённо сказали: «Послушайте, Павел Анатольевич, вы слишком наивны. Мы знаем, кто в мире физики на что способен. Дайте нам ваши материалы, а мы скажем, кто их авторы». Иоффе тут же по другим материалам назвал автора — Фриша.
Тем, кто пытается понять причину неуспеха Германии в создании ядерной бомбы, стоит обратить внимание на этот эпизод. Если в феврале 1943 года советские физики без помощи понимали, что Ферми «мог сотворить такое чудо», как работающий реактор, то из этого вытекает, что среди немецких учёных таких специалистов в СССР не замечали.
Открыто назвав вещи именами, оказались правы. Даже если бы Гейзенбергу предоставили пять тонн тяжелой воды, реактор необходимой мощности без аварийных стержней просто спровоцировал в Германии мини-Чернобыль, но не добычу плутония.
Правильный вопрос — не «кто отнял у Гитлера бомбу?», а «кто преподнес её Рузвельту?». В этом большую роль сыграл Энрико Ферми. Гитлер не имел Ферми, поэтому лишился возможности получить бомбу.