С самого начала стало ясно, что для создания атомной бомбы необходимо отделить 0,7% урана-235 от 99,3% урана-238. Но сделать это практически пока было невозможно.
Не надо быть специалистом, чтобы понять, почему химическим путем нельзя отделить легкий уран от гораздо более доступного тяжелого. Отделение одного элемента, например серебра, от другого, например меди, основано на использовании различия в их химических свойствах и реакциях. Можно подобрать условия, при которых в осадок выпадает серебро, а не медь, в результате чего одно отделится от другого.
Но такие методы совершенно неприменимы в отношении двух изотопов урана. Хотя один из них легче другого на три атомные единицы, тем не менее они являются одним и тем же элементом и обладают одинаковыми химическими свойствами. Поэтому до сих пор не были разработаны химические методы их разделения.
Существует прибор, масс-спектрометр, который может разделять разновидности одного и того же элемента, включая легкий и тяжелый уран, электромагнитным способом. Но скорость разделения при помощи масс-спектрометра настолько невелика, что потребовалось бы 27 тысяч лет, чтобы получить один грамм, и 27 миллионов лет, чтобы получить один килограмм легкого урана. Или, если хотите, вам потребовалось бы 27 миллионов спектрометров, чтобы получить один килограмм урана за год. Очевидно, что при помощи масс-спектрометра дело получения урана-235 — ключевого элемента для атомной энергии и атомной бомбы — недалеко бы ушло.
Однако никто, ни Ферми, ни Эйнштейн, не могли гарантировать, что нельзя сделать открытие, которое бы позволило просто и быстро отделять уран-235 в количествах, достаточных для производства атомных бомб. А так как бомба в руках Гитлера дала бы ему возможность покорить весь мир с помощью силы, ученым свободного мира надо было отдать всю свою энергию делу создания ядерного оружия. Если такие попытки оказались бы бесплодными, у нас, во всяком случае, была бы некоторая доля уверенности, что немецкие ученые также потерпели неудачу.
Одновременно английские ученые, которые отнеслись к делу гораздо серьезнее, чем наши, уже обдумывали такую попытку. Они надеялись применить газодиффузионный метод, основанный на принципе, известном под названием закона Грэхэма.
В соответствии с этим законом, если два газа, один из которых легче другого, пропустить через фильтр с ничтожно малыми отверстиями, то через него пройдет несколько больше легкого газа, чем тяжелого. Когда разница в молекулярных весах газов очень мала, как в случае урана-235 и 238, взятых в газообразной форме, их надо тысячи раз пропустить через фильтр; при этом на каждой стадии содержание легкого газа увеличивается до тех пор, пока на последней стадии не достигнет 100%. Так как уран — твердое вещество, его надо сначала превратить в газообразный фтористый уран — соединение урана и фтора.