Креатурой Шумана на посту директора, разумеется, стал Дибнер. Однако его назначение встретило резкую оппозицию со стороны Фонда кайзера Вильгельма (где председателем был Альберт Фёглер). Главное возражение против Дибнера состояло в том, что он не был физиком такого лее калибра, как и Дебай. Однако и отказать военным Фонд не имел возможности, и, в конце концов, Дибнер внедрился в Институт в качестве временно исполняющего обязанности директора на срок пребывания Дебая за границей.
День, когда Дибнер занял директорское кресло в Институте кайзера Вильгельма, не только этим стал знаменателен в истории немецких атомных разработок. Этот день можно считать началом интриг и конкурентной борьбы между физиками группы Дибнера и физиками из окружения Гейзенберга, борьбы длительной и упорной, обессилевшей немецкую ядерную физику и обескровившей весь немецкий атомный проект, особенно на его последних этапах.
Слухи о предстоящих изменениях в руководстве дошли до Карла Виртца, и он решил совместно с Вайцзеккером наметить план действий на случай, если в «институте появится рьяный наци». Виртц предложил и тактику: всеми правдами и неправдами перетянуть в институт Гейзенберга, а когда тот укрепится, протолкнуть его на директорский пост и тем самым нейтрализовать влияние Дибнера. Однажды, вскоре после того как Дибнер уже приступил к исполнению своих новых обязанностей, в его кабинете появился Вайцзеккер и как бы невзначай заметил, что было бы полезно пригласить в качестве консультанта Гейзенберга, разумеется, если он того пожелает. Не подозревая, что сулит ему появление Гейзенберга в институте, Дибнер спокойно согласился. Ликующий Вайцзеккер примчался к Виртцу и с гордостью рассказал, как ловко удалось обвести Дибнера вокруг пальца. Гейзенберг согласился с предложением занять место консультанта, но покинуть Лейпциг не пожелал. Он продолжал работать в Лейпциге, но регулярно приезжал в Берлин.
В июле 1940 года было решено спроектировать специально для новой лаборатории небольшое деревянное здание. Его собирались построить на территории Института биологических и вирусных исследований, расположенного рядом с Физическим институтом в Далеме. В этом домике впоследствии и был создан первый в Германии подкритический атомный реактор. Чтобы не выдавать истинного назначения размещенной в нем лаборатории и держать непрошеных посетителей подальше, домик назвали «Вирусный флигель».
Плутониевая альтернатива
Уже в первую военную зиму стало совершенно ясно: создать урановую бомбу, не построив предварительно реактора, невозможно. Реактор явился бы средством практической проверки теоретических выводов и, что не менее важно, сделался бы вещественным доказательством успеха, столь нужного для воздействия на правительство и военных. Это оказалось тем более необходимым, что ученые уже довольно отчетливо представляли себе, сколь трудным и дорогостоящим будет путь к атомной бомбе. В последующие два года в немецких документах лишь изредка, да и то в крайне осторожной форме, упоминается об атомной бомбе; все усилия концентрируются на завершении промежуточного этапа — на создании атомного реактора.
Почти с первых дней физики не сомневались, что работу можно вести двумя методами: либо чисто эмпирически, то есть использовать уран или его соединения в различных конструктивных конфигурациях совместно с различными замедляющими веществами и посмотреть, что из этого получится, либо положиться на руководящую роль теории. Первый путь имел свои достоинства и существенные недостатки: прежде всего сразу же требовались большие количества урана и других дефицитных веществ, а к тому же чистая эмпирика могла привести к крайне опасным последствиям. Второй метод, теоретический, требовал проведения весьма точных расчетов, которые указывали бы необходимые дальнейшие шаги. По, чтобы проводить такие расчеты, нужны исходные данные, которые можно получить только в эксперименте; к этим данным относились некоторые ядерные параметры, в частности эффективное сечение атомов различных веществ и зависимость величины этого сечения от скорости бомбардирующих нейтронов. Измерения таких параметров были исключительно тонким и кропотливым делом, а на их осуществление потребовалось бы очень много времени. Правда, тогда удалось бы обойтись очень незначительным количеством столь дефицитных веществ. Последнее обстоятельство в 1940 году оказалось решающим — запасы чистого графита, бериллия, чистой тяжелой воды в Германии были ничтожными.
В основном поэтому 1940 год явился годом сравнительно умеренного экспериментирования. В Лейпциге, Берлине, Гейдельберге, Вене и Гамбурге опыты были направлены главным образом на измерение ядерных констант наиболее подходящих веществ. В Гейдельберге Боте определял длину диффузии тепловых нейтронов в графите; в Лейпциге, ближе к концу лета, Гейзенберг и Дёппель — последний в сотрудничестве с женой — измеряли длину диффузии нейтронов в тяжелой воде, а осенью — в окиси урана. Пожалуй, самыми важными являлись опыты Боте, ведь графит был куда менее дефицитен, чем тяжелая вода. Боте установил, что если удастся получать более чистый и однородный графит, чем тот, которым ему пришлось пользоваться во время опытов, то графит можно было бы выбрать в качестве замедлителя. Лейпцигцы, обследовав тяжелую воду, убедились в ее несравненных качествах как замедлителя; качества эти оказались даже лучшими, чем считалось ранее, и это позволило прийти к выводу о возможности создания реактора на природном уране, если в нем замедлителем будет тяжелая вода.
Пока проводились измерения, в Берлине начали серию других исследований. Берлинцы, стремились выяснить влияние конструктивных параметров реактора на ход цепной реакции. Этим путем они хотели установить минимально необходимые количества урана и тяжелой воды. Теоретики из Физического института во главе с Вайцзеккером изучили несколько возможных конфигураций и пришли к выводу, что при послойном расположении, предложенном Хартеком, для создания реактора понадобится около двух тонн окиси урана и около полутонны тяжелой воды; воду и окись урана при этом следовало разделить на пять-шесть слоев, при высоте реактора от 70 до 90 сантиметров. Рассматривалась и другая конструкция реактора — сферическая, — в которой окись урана и тяжелая вода располагались бы концентрическими слоями. Практическое выполнение подобной конструкции было трудным делом. Зато цепная реакция в сферическом реакторе возникла бы при еще меньшем количестве исходных материалов: тогда считали, что хватит всего 320 литров тяжелой воды и 1,2 тонны окиси урана. Но и такое уменьшение размеров и количества исходных материалов еще не являлось предельным. По расчетам теоретиков, размеры реактора можно было бы еще уменьшить, окружив его графитовым рефлектором, отражающим обратно в реактор нейтроны, которые в противнем случае улетали бы наружу без всякой пользы.
В один из дней Боте, встретившись с Гейзенбергом, высказал подозрение относительно правильности некоторых теоретических положений, изложенных в декабрьском отчете военному министерству. Спустя пару месяцев Гейзенберг засел за детальное математическое описание того, что в предыдущей работе было сделано лишь приближенно. И вот тогда-то он, не имея на то никаких данных, почему-то решил, что как замедлитель чистый графит имеет куда худшие качества, чем считалось ранее, и забраковал его. Забраковал он и гелий, поскольку при использовании газа размеры реактора оказались бы чрезмерно большими. Это и привело к тому, что тяжелую воду стали считать единственным возможным замедлителем.
В январе 1940 года, казалось бы, все подтверждало возможность получения цепной реакции в природном уране при наличии достаточного количества тяжелой воды. 15 января Хартек в дружеском письме Гейзенбергу подчеркивал, что производство тяжелой воды ничуть не менее важно, чем производство урана: «Раз уж вся тяжесть проведения этих опытов обрушилась на плечи нас, несчастных экспериментаторов», — писал он, — «не могу ли я просить вас разузнать, кто — если вообще имеется кто-либо — в Германии занимается производством тяжелой воды?». И добавлял: «По собственному опыту я знаю наше военное министерство, и, если производство тяжелой воды оставить в его ведении, оно не справится с задачей и за несколько лет. Но я вполне уверен, что, взявшись за это дело и имея дельного сотрудника в нашей тяжелой промышленности, я смог бы оказаться у цели гораздо скорее».