Uranprojekt Третьего рейха: энергетический реактор и термоядерное устройство

Реактор Гейзенберга в Хайгерлохе. Теперь это музей

История уранового проекта Третьего рейха, так, как она обычно излагается, лично мне очень напоминает книгу с вырванными страницами. Вся она предстает историей сплошных неудач и провалов, программой с неясными целями и бесполезной тратой ценных ресурсов. По сути дела, выстроен некий нарратив о немецкой атомной программе, который нелогичен, в котором есть существенные нестыковки, но который усиленно навязывается.

Однако некоторые сведения, которые удалось отыскать в публикациях, в том числе и сравнительно недавних исследованиях по истории немецких военно-технических разработок, позволяют взглянуть на немецкий урановый проект совсем иначе. Нацистов интересовали в первую очередь компактный энергетический реактор и термоядерное оружие.

Энергетический реактор

В обширной и по-немецки добротной работе Гюнтера Нагеля "Wissenschaft für den Krieg" более чем в тысячу страниц, основанной на богатом архивном материале, даются весьма интересные сведения о том, как физики Третьего рейха представляли себе использование атомной энергии. В книге речь идет главным образом о секретных работах отдела исследований Департамента сухопутных вооружений, в котором велись работы и по ядерной физике.

Еще с 1937 года в этом отделе Курт Дибнер вел исследования в области инициирования детонации взрывчатых веществ при помощи облучения. Еще до того как в январе 1939 года было проведено первое искусственное расщепление урана, немцы пытались применить ядерную физику к военному делу. Реакцией деления урана сразу же заинтересовался Департамент сухопутных вооружений, который начал немецкий урановый проект и в первую очередь поставил перед учеными задачу определить сферы применения атомной энергии. Указание это дал Карл Беккер, глава Департамента сухопутных вооружений, президент Имперского совета по исследованиям и генерал от артиллерии. Указание выполнил физик-теоретик Зигфрид Флюгге, который в июле 1939 года составил доклад по использованию атомной энергии, обратил внимание на огромные энергетические возможности расщепляемого ядра атома и даже составил эскиз "урановой машины", то есть реактора.

Построение "урановой машины" составило основу уранового проекта Третьего рейха. "Урановая машина" была прототипом энергетического реактора, а не реактора-наработчика. Обычно это обстоятельство либо игнорируется в рамках нарратива о немецкой ядерной программе, созданного в основном американцами, либо сильно недооценивается. Между тем вопрос энергии для Германии был важнейшим вопросом ввиду острого дефицита нефти, необходимости производства моторного топлива из угля,да и существенных затруднений в добыче, перевозке и использовании угля. Потому первый же проблеск идеи нового энергетического источника их очень воодушевил. Гюнтер Нагель пишет, что предполагалось использовать "урановую машину" в качестве стационарного источника энергии в промышленности и в армии, устанавливать на крупные боевые корабли и подводные лодки. Последнее, как видно из эпопеи битвы за Атлантику, имело огромное значение. Лодочный реактор превращал лодку из ныряющей в истинно подводную, и делал ее намного менее уязвимой для противолодочных сил противников. Атомной лодке не требовалось всплывать для зарядки аккумуляторов, а радиус ее действий не был ограничен запасом топлива. Даже одна лодка с атомным реактором была бы очень ценной.

Но на этом интерес немецких конструкторов к атомному реактору не ограничивался. В списке машин, на которые подумывали установить реактор, были, к примеру, танки. В июне 1942 года Гитлер и рейхсминистр вооружений Альберт Шпеер обсуждали некий проект "большой боевой машины" весом около 1000 тонн. По всей видимости, реактор предназначался именно для такого рода танка.

Также атомным реактором заинтересовались ракетчики. В августе 1941 года исследовательский центр в Пеенемюнде запросил о возможности использования "урановой машины" в качестве ракетного двигателя. Доктор Карл Фридрих фон Вайцзекер ответил, что это возможно, но сталкивается с техническими трудностями. Реактивную тягу можно создать с помощью продуктов распада атомного ядра или с помощью некоей субстанции, нагреваемой теплом реактора.

Так что запрос именно на энергетический атомный реактор был достаточно весомым, чтобы научно-исследовательские институты, группы и организации развернули работы именно в этом направлении. Уже в начале 1940 года началось три проекта по постройке атомного реактора: Вернера Гейзенберга в Институте Кайзера Вильгельма в Лейпциге, Курта Дибнера в Департаменте сухопутных вооружений недалеко от Берлина и Пауля Хартека в Гамбургском университете. Этим проектам пришлось поделить между собой наличные запасы диоксида урана и тяжелой воды.

Судя по имеющимся данным, Гейзенбергу удалось в конце мая 1942 года собрать и запустить первый демонстрационный образец реактора. 750 кг порошка металлического урана вместе с 140 кг тяжелой воды помещались внутри двух прочно завинченных алюминиевых полусфер, то есть внутри алюминиевого шара, который помещался в емкость с водой. Эксперимент пошел поначалу удачно, отмечался избыток нейтронов. Но 23 июня 1942 года шар стал перегреваться, вода в емкости закипела. Попытка открыть шар оказалась неудачной, и в конце концов шар взорвался, разбросав порошок урана в помещении, который тут же загорелся. Пожар удалось потушить с большим трудом. В конце 1944 года Гейзенберг построил в Берлине еще более крупный реактор (1,25 тонны урана и 1,5 тонны тяжелой воды), а в январе-феврале 1945 года построил аналогичный реактор в подвале в Хайгерлохе. Гейзенбергу удалось получить приличный выход нейтронов, но он не достиг управляемой цепной реакции.

Дибнер экспериментировал и с диоксидом урана, и с металлическим ураном, построив последовательно с 1942 по конец 1944 года четыре реактора в Готтове (западнее полигона Куммерсдорф, к югу от Берлина). Первый реактор Gottow-I заключал в себе 25 тонн оксида урана в 6800 кубиках и 4 тонны парафина в качестве замедлителя. G-II в 1943 году был уже на металлическом уране (232 кг урана и 189 литров тяжелой воды; уран образовывал две сферы, внутри которых размещалась тяжелая вода, а все устройство было помещено в емкость с легкой водой).


Схема экспериментального реактора Дибнера

G-III, построенный позднее, отличался компактными размерами активной зоны (250 х 230 см) и большим выходом нейтронов, его модификация начала 1944 года содержала 564 урана и 600 литров тяжелой воды. Дибнер последовательно отрабатывал конструкцию реактора, постепенно подходя к цепной реакции. Наконец, ему удалось, правда, с переизбытком. Реактор G-IV в ноябре 1944 года потерпел катастрофу: лопнул котел, уран частично расплавился, а сотрудники сильно облучились.


От всего полигона в Куммерсдорфе и от опытной площадки в Готтове остались лишь бетонные руины

Из известных данных становится довольно очевидно, что немецкие физики пытались создать водо-водяной энергетический реактор, в котором активная зона из металлического урана и тяжелой воды нагревала бы легкую воду, ее окружающую, а затем ее можно было бы подать на парогенератор или непосредственно на турбину.

Они сразу старались создать компактный реактор, пригодный для установки на кораблях и подводных лодках, отчего и выбрали металлический уран и тяжелую воду. Графитовый реактор, они, видимо, и не строили. И вовсе не в силу ошибки Вальтера Боте или в силу того, что в Германии не могли произвести графит высокой чистоты. Вероятнее всего, графитовый реактор, создать который было бы технически проще, получался слишком большим и тяжелым, чтобы использовать его в качестве корабельной силовой установки. На мой взгляд, отказ от графитового реактора был осознанным решением.

С попытками создать компактный энергетический реактор также, вероятнее всего, были связаны работы по обогащению урана. Первое устройство по разделению изотопов создал в 1938 году Клаус Клюзиус, но его "делительная трубка" не годилась в качестве промышленного образца. В Германии развивалось несколько методов разделения изотопов. По крайней мере один из них дошел до промышленного масштаба. В конце 1941 года доктор Ганс Мартин запустил первый образец центрифуги для разделения изотопов, и на этой основе в Киле стали строить фабрику по обогащению урана. История ее в изложении Нагеля довольно краткая. Она подверглась бомбардировке, потом оборудование перенесли во Фрайбург, где в подземном укрытии стали сооружать промышленную установку. Нагель пишет, что успеха не было и завод не заработал. Скорее всего, это не совсем правда, и вероятно, некоторое количество обогащенного урана все же было получено.

Обогащенный уран в качестве ядерного топлива позволял немецким физикам решить и проблемы достижения цепной реакции, и конструирования компактного и мощного легководного реактора. Тяжелая вода все же была для Германии слишком дорогой. В 1943-1944 году, уже после разрушения завода по производству тяжелой воды в Норвегии, на комбинате Leunawerke работала установка, но получение тонны тяжелой воды требовало расхода 100 тысяч тонн угля на производство необходимой электроэнергии. Тяжеловодный реактор поэтому мог применяться в ограниченных масштабах. Однако обогащенного урана для проб в реакторе немцам, видимо, наработать не удалось.

Попытки создать термоядерное оружие

Вопрос о том, почему немцы не создали и не применили ядерное оружие, до сих пор остро дебатируется, но, на мой взгляд, эти дебаты больше закрепляли влияние нарратива о неудачах немецкого уранового проекта, чем отвечали на этот вопрос.

Судя по имеющимся данным, нацисты очень мало интересовались урановой или плутониевой ядерной бомбой, и в частности, не делали попыток создать реактор-наработчик для получения плутония. Но почему?

Во-первых, немецкая военная доктрина не оставляла особого места для ядерного оружия. Немцы стремились не разрушать, а захватывать территории, города, военные и промышленные объекты. Во-вторых, во второй половине 1941 года и в 1942 году, когда атомные проекты вступили в стадию активной реализации, немцы считали, что скоро победят в войне в СССР и обеспечат себе господство на континенте. В это время создавались даже многочисленные проекты, предполагавшиеся к реализации после завершения войны. При таких настроениях ядерная бомба им была не нужна, точнее, не мыслилась нужной; зато был нужен лодочный или корабельный реактор для будущих сражений в океане. В-третьих, когда война стала склоняться к поражению Германии, и ядерное оружие стало необходимым, в Германии пошли по особенному пути.

Руководитель отдела исследований Департамента сухопутных вооружений Эрих Шуманн выдвинул идею, что можно попробовать использовать легкие элементы, такие, как литий, для термоядерной реакции, причем зажечь ее без использования ядерного заряда. В октябре 1943 года Шуманн развернул активные исследования в этом направлении, и подчиненные ему физики пытались создать условия для термоядерного взрыва в устройстве пушечного типа, в котором два кумулятивных заряда выстреливались навстречу в стволе, сталкивались, создавая высокую температуру и давление. Как пишет Нагель, результаты были впечатляющими, но для начала термоядерной реакции недостаточными. Обсуждалась также имплозивная схема для достижения нужных результатов. Работы в этом направлении были прекращены в начале 1945 года.

Это может выглядеть как довольно странное решение, но определенная логика у него была. Технически обогатить уран до оружейного качества в Германии могли. Однако урановая бомба тогда требовала слишком много урана — для получения 60 кг высокообогащенного урана для атомной бомбы требовалось от 10,6 до 13,1 тонны природного урана.

Между тем уран активно поглощался экспериментами с реакторами, которые считались приоритетными и более важными, чем ядерное оружие. К тому же, судя по всему, металлический уран в Германии использовался в качестве заменителя вольфрама в сердечниках бронебойных снарядов. В опубликованных протоколах совещаний Гитлера и рейхсминистра вооружений и боеприпасов Альберта Шпеера есть указание, что в начале августа 1943 года Гитлер отдал указание немедленно усилить переработку урана для производства сердечников. Одновременно проводились исследования о возможности замены вольфрама на металлический уран, которые окончились в марте 1944 года. В этом же протоколе есть упоминание, что в 1942 году в Германии было 5600 кг урана, очевидно, имеется в виду металлический уран или в пересчете на металл. Так это было или нет, осталось неясным. Но если хотя бы отчасти бронебойные снаряды выпускались с урановыми сердечниками, то такое производство тоже должно было потреблять тонны и тонны металлического урана.

На такое применение указывает и тот любопытный факт, что производство урана было развернуто фирмой Degussa AG еще в начале войны, до развертывания опытов с реакторами. Оксид урана вырабатывался на заводе в Ораниенбауме (в конце войны его разбомбили, и теперь это зона радиоактивного загрязнения), а металлический уран производился на заводе во Франкфурте-на-Майне. Всего фирма произвела 14 тонн металлического урана в порошке, пластинах и кубиках. Если выпустили значительно больше, чем было использовано в опытных реакторах, что и позволяет говорить о том, что металлический уран имел еще и другое военное применение.

Так что в свете этих обстоятельств вполне понятно стремление Шуманна добиться неядерного зажигания термоядерной реакции. Во-первых, наличного урана не хватило бы на урановую бомбу. Во-вторых, уран требовался реакторам и на другие военные нужды.

Почему у немцев не получился урановый проект? Потому, что, едва добившись расщепления атома, они поставили перед собой крайне амбициозную цель создания компактного энергетического реактора, пригодного в качестве мобильной силовой установки. В столь короткое время и в военных условиях эта задача едва ли была для них технически разрешимой.

Автор:Дмитрий Верхотуров

Источник: bazaistoria.ru

уникальные шаблоны и модули для dle