К 1942 г. группы Шумана и Эзау пришли к выводу о невозможности изготовления ядерного оружия в ближайшем будущем. Не смогли они также доказать и осуществимость ядерного реактора, который можно было бы рассматривать как первый шаг на пути к бомбе.
Некоторым практическим осуществлениям помешали три обстоятельства.
Во-первых, все расширялся масштаб союзных бомбардировочных налетов, заставлял исследовательские группы переезжать из города в город, поскольку здание и оборудование разрушались.
Во-вторых, становилась все более ясной неспособность германской промышленности изготовить ядерное орудие.
В-третьих, Гитлер и его штаб признали целесообразность сконцентрировать все усилия на разработке только таких видов оружия, которые можно было быстро ввести в действие.
В течение двух лет немецкие исследователи были рассредоточены по центральной Германии и Баварии. Они еще продолжали примитивные эксперименты с обогащенным естественным ураном, в котором содержание урана-235 слегка превышало природное; в условиях растущего хаоса упрямо старались построить свой первый ядерный реактор.
Но они не сделали то, что задумывали. Если бы немцы первыми сделали бомбу, возможно, что исход войны был бы другой. Над вопросом могли или нет немцы создать атомное оружие, спорят до сих пор.
Возможно, что Британия могла стать первой ядерной державой. В апреле 1940 года был создан комитет Томсона, его субсидировало правительство (правда, не очень щедро), этой организации было поручено заниматься специально бомбой, с этого момента начинается официальное работа британских ученых. Комитет Томсона в одном очень важном отношении отличался от всех остальных исследовательских коллективов военного времени в Британии. Большая часть работ носила характер усовершенствования военной техники – танков, средств борьбы с ними, пушек, зенитных снарядов и т.п. Здесь на лицо была прочная база не только теоретическая, но и практических знаний и опыта, опираясь на которую мог работать конструктор оружия. В случае с урановой бомбой, как ее называли, такой прочной базы не существовало. Многие еще не могли точно сказать, что собой представляет урановая бомба, что она сможет сделать и какой будет силы взрыв. Это неведенье в 1940 г. того, что в действительности представляет собой ядерная энергия, - неведения, которое в то время было почти всеобщим среди ученых, начальников родов войск, промышленных и государственных деятелей.
Члены комитета впервые собрались в помещении Королевского общества. Одним из первых надо было решить вопрос о названии комитета. В разговорной речи его уже называли «комитетом Томсона» или «комитетом проф. Томсона», но такие названия не годились. Прямое указание на то, что Томсон возглавляет такую группу, говорило любому мало-мальски осведомленному человеку о работе англичан над проблемой деления урана. Нужно было придумать условное наименование в чисто военном стиле. Кто-то из присутствующих на заседании предложил назвать британскую группу «Мауд Комитти» (Комитет Мауд), т.е. словами, не имеющими никакого значения. Комитет, которому присвоили столь курьезное название, проводил свое организационное заседание в Барлингтон-Хаузе. Комитет состоял не только из постоянных членов, но также и из ученных, которых приглашали на одно - два заседания для выяснения их мнения по специальным вопросам; на отдельных заседаниях присутствовали и промышленники, от которых требовались те или иные советы, или ученые из союзной страны. Приглашение «гостей» на эти секретные совещания было очень важно для всестороннего обмена идеями, без чего проект бомбы никогда бы не смог осуществиться.
Комитет Томсона занялся разрешением трех отдельных, но взаимосвязанных проблем. Во-первых, следовало получить большие сведений относительно самого ядра урана, так как от этого зависел успех в создании урановой бомбы вообще и, в частности, определение размеров уранового взрывчатого заряда. Фриш и Пайерлс в Бирмингамском университете усилено работали над определением сечения захвата уранового ядра. Было очень важно знать степень точности этого определения. Требовалось также убедиться в справедливости многих других основных характеристик ядра – непостижимо крошечного комка частиц, плотно удерживаемых вместе внутриядерными силами.
Во-вторых, надо было исследовать невероятно сложную картину: что же происходит при многомиллионном повторении процесса деления, которое в ничтожную долю секунды должно высвободить чудовищную энергию? Предмет исследования был таков, что за разрешение его могли взяться только физики – ядерщики, в совершенстве знающие математику.
Третьей была проблема отделения от тысячи атомов природного урана таких семи атомов, которые содержат 142, а не 146 или 142 нейтрона, заключенных в ядре, - атомов, и химически и во всех других отношениях, за исключением внутреннего строения, подобных остальным 993 атомам.
Решение этих трех главных проблем, а также множества других, менее значительных, требовало денег, соответствующих условий и людей. Нужно было закупать уран и всевозможное оборудование, выплачивая жалование персоналу, находить лабораторные площади, печатать материалы, неофициально договариваться с университетскими руководителями и т.д. И все это организовывать без ущерба для других разработок военного ведомства, не вызывая у случайных свидетелей и тени подозрения о том, что физики – ядерщики включились в военные исследования. Ощущалась также острая нужда в ученых.
Однако не смотря не тревоги и сомнения среди определенных кругов ученых – ощущения, которым предстояло и дальше расти и распространяться, «новобранцы» для разработок все же нашлись, и весной 1940 г. они взялись за дело серьезно.
Наиболее важные теоретические вопросы были связаны с определением сечения захвата самого ядра и размерами критической массы для урана-235. Определение сечения проводилось сначала в Ливерпульском университете. Здесь Чедвик и его коллектив продолжали, теперь уже в официальном порядке, работу, которой они занимались несколько месяцев как частной. Несколько позже, когда работа развернулась еще больше, и возникли новые проблемы, было решено привлечь к работе и Кавендишскую лабораторию. В Кембридже в исследования включились два замечательных физика. Один из них был проф. Норманн Фезер, другим – Эгон Бретчер. Теоретические положения проблемы разрабатывались в Бирмингаме Пайерлсом.
Коллективы Чедвика в Ливерпуле и Пайерлса в Бирмингаме имели дело с относительно секретными вопросами, касавшимися ядерного оружия, характеристики взрыва и вычисления размеров разрушений, которые он мог причинить. Крайне важным был вопрос о получении самой ядерной взрывчатки. Возможность изготовления бомбы теперь зависела целиком – или это так казалось в 1940 г. – от того, удастся или нет получить в достаточном количестве уран-235. Трудность заключалась в разделении изотопа урана. В 1939 г. Фриш лично проделал некоторые эксперименты в Бирмингаме, также весьма важные попытки разделить два изотопа урана, были предприняты в Кларендонской лаборатории (Оксфорд). В Оксфорде занимался этой проблемой Франц Симон. Всю зиму 1939/40 г. Симона не оставляла мысль о различных вариантах разделения изотопов. Однажды утором Симон появился в Кларендонской лаборатории с простым кухонным ситом, сделанным из металлической сетки. Держа его против света, ученый обратил внимание своих сотрудников на множество мелких дырочек, сказав: «То, что мы ищем, представляет собой нечто подобное, только с гораздо более мелкими отверстиями». Это уже была идея промышленного использования диффузионного метода разделения изотопов, который в лабораторном масштабе применялся десять лет назад в Берлине проф. Герцем для разделения изотопов неона. Основной вклад Симона в историю создания бомбы и заключается в реализации громадных возможностей этого метода, а также в проектировании полупромышленной установки.
Принцип действия такой установки прост. Изотоп урана-235 немного легче, чем изотоп уран-238, так как в ядре первого заключено на три нейтрона меньше. Поэтому если уран в какой-либо газообразной форме будет проникать через фильтр с ничтожно малыми отверстиями, то изотоп уран-235 пройдет несколько быстрее, чем более тяжелый изотоп; газ по ту сторону фильтра будет содержать несколько больше урана-235 по сравнению с газом, не прошедшим еще сквозь фильтр. Разница эта мала, и ясно, что необходимо заставлять газ проходить через очень большое количество фильтров, или мембран, чтобы получить ощутимый результат. Трудности обращения с ураном в газообразном виде, точность определения стенки обогащения газа ураном-235 на каждой стадии, проектирование аппаратуры, способной давать продукцию в нужном количестве, - все это было только одной стороной дела. Первое, что следовало сделать, это испытать сам метод. Испытание показали, как мало знали в то время о газовой диффузии. Никто тогда еще не имел ни малейшего представления о том, какие оптимальные температуры и давления требовались для работы аппаратуры. Никто не знал, какой материал наиболее подходящий для мембран. Кроме того, возникли затруднения при определении размеров отверстий: если бы они были слишком велики, то это повело бы к снижению производительности всей системы разделения; если бы они были чересчур малы, то, очевидно, уменьшили бы скорость процесса. В начале попробовали «голландское полотно», это очень тонкая медная сетка с несколькими сотнями отверстий на дюйм. Эксперименты проводились в надежде найти на основе принципа «пробуй-ошибайся, ошибайся-пробуй» наиболее подходящие размеры отверстия. Эти эксперименты продолжались все лето1940 г, также параллельно велись испытания по всем направлениям.
Работе препятствовали постоянные немецкие бомбежки. Они начались в сентябре 1940 г. и практически закончились в ночь на 10 мая 1941 г., когда палата общин, военное ведомство, 14 больниц, королевский хирургический колледж и ратуша вместе с сотнями других зданий были сожжены или превращены в развалины. Это были последние и бесплодные попытки немцев бомбежкой Лондона поставить противника на колени. В таких условиях людям нужны были крепкие нервы и непоколебимая вера в будущее, чтобы заниматься работой по созданию оружия, для изготовления которого требовалось четыре или пять лет, хотя и тогда их могла постичь неудача. В условиях бомбардировок даже простая организация заседаний комитета, переписка и обсуждение итогов встречали неожиданные трудности.