מועדון האורניום

ספטמבר 1939 — יולי 1940  

ורנר הייזנברג אהב את ארצו. הוא היה פטריוט, ועל פי אמות המידה שלו, גרמני "טוב". בלונדיני, בנוי כהלכה ובעל חיוך חם ומסביר פנים — הוא היה יכול להיות סמל הגבריות הארית. בשנות העשרה המאוחרות שלו, כשהיה סטודנט צעיר ונוח להשפעה, לצד חברים אחרים בתנועת הצופים הגרמנים החדשים, שכל חניכיה היו זכרים מתבגרים בני המעמד הבינוני־הגבוה, הוא חלם על רייך שלישי בעל אופי רומנטי. הרייך השלישי הזה היה צריך להתחשל תוך כדי חזרה אל רוח הקהילה והמנהיגות האצילית שאיפיינו את אבירי מסעות הצלב בימי הביניים. התנועה יצאה בתקיפות נגד השחיתות והצביעות שהיו מנת חלקה של החברה הגרמנית המודרנית, והעלתה על נס את טוהר המידות, ההגינות והאבירות. היא היתה א־פוליטית לחלוטין. הייזנברג המבוגר יותר היה יכול לשכנע את עצמו שניצחון גרמני במלחמה שזה עתה פרצה יועיל בסופו של דבר לאירופה, אבל היה ברור עד כאב שהנציונל־סוציאליזם של היטלר הוא חילול גס של חזון הנעורים שלו. הוא הצליח לשכנע את עצמו שהמשטר של היטלר ודאי יהיה זמני, וכי בבוא היום תקום במקומו צורת ממשל הוגנת ומתונה יותר. באותו הזמן נמלטו מגרמניה רבים מעמיתיו היהודים של הייזנברג מחשש לחייהם ולחיי יקיריהם. הוא עצמו העדיף גלות פנימית של הבלגה פוליטית וקונפורמיזם על פני גלות ממשית באחד המוסדות האקדמיים מחוץ לגבולות גרמניה שחיזרו אחריו. הוא הגיע להחלטה בהשפעתו של מקס פְּלַנְק, אבי תורת הקוונטים, שכיהן באותו הזמן כנשיא אגודת הקיסר וילהלם. פלנק יעץ לו כי הגירה תהיה מחווה ריקה, ושהייזנברג ייטיב לשרת את ארצו אם יסייע לדור הפיזיקאים הבא, שיהיו נחוצים לה עוד שנים רבות אחרי שיסתלקו הנאצים. זאת היתה עמדה מוסרית עמומה. היה צריך להגן על הפיזיקה ועל הפיזיקאים בלי לתקוף את האידאולוגיה הנאצית — משימה שחייבה הליכה על חבל דק מאוד. זה היה מסלול שכרוך בסיכון אישי גדול ובפשרות מבישות רבות. הייזנברג עצמו חווה על בשרו את הסיכונים האלה. שנתיים קודם לכן הוא הוקע בפומבי על הזדהותו עם הפיזיקה שכונתה "יהודית" בפיהם של טהרנים נאצים, בעיקר בשל התרחקותה מן ההנחות הקלסיות ובשל ריבוי היהודים המעורבים בגילויה ובפיתוחה. הפיזיקאי היהודי המובהק היה איינשטיין, ותורת היחסות שלו היתה הפיזיקה היהודית בהתגלמותה. באותם ימים ציפה הייזנברג להודעה על מינויו לפרופסור באוניברסיטת מינכן. את המשרה פינה ארנולד זוֹמֶרְפֶלְד, שהיה המנחה שלו בעבודת הדוקטורט ויצא לגמלאות שנים אחדות קודם לכן. המינוי נראה ודאי. אבל אז, ב־15 ביולי 1937, בביטאון הרשמי של האס־אס, Das Schwarze Korps (הגַּיִס השחור), הופיע מאמר פרי עטו של הפיזיקאי הנאצי יוֹהַנֶס שְׁטַרְק. "ניתן ללמוד עד כמה בטוחים 'היהודים הלבנים' במשרותיהם," כתב שטרק, "מתוך מעשיו של הפרופסור לפיזיקה תיאורטית מלייפציג, ורנר הייזנברג, אשר... הכריז שתורת היחסות של איינשטיין היא הבסיס הטבעי לכל מחקר נוסף..." שטרק הוסיף והאשים את הייזנברג בהתנגדות למשטר וכינה אותו "אוהב יהודים" ו"פִּיוֹן יהודי". די היה בהתקפה הזאת לסכל את המינוי במינכן. הייזנברג עמד עכשיו בפני ברירה קודרת. שתיקה אל מול ההאשמות היתה עלולה להתפרש כהודאה ולהעמיד בסכנה אותו ואת אשתו החדשה (וההרה), אליזבת. המפלט היחיד היה גלות מגרמניה ומן המדע הגרמני. הכלבים הנאצים יבריחו אותו ממולדתו האהובה. החלופה היתה הגנה על מה שנתפס בעיניו כ"כבודו", והצהרה על פטריוטיות שממנה תשתמע נאמנותו לרעיון הנאצי. "כרגע," כתב לזומרפלד, "אינני רואה כל אפשרות פרט להגשת התפטרותי [ממשרת הפרופסור בלייפציג], אם המערכה על כבודי תיכשל." לקראת סוף חודש יולי כתב הייזנברג ישירות להיינריך הימלר וביקש ממנו לנקוט עמדה בפרשה. אם יצדד הימלר בהתקפה של שְטַרְק, יתפטר הייזנברג ממשרתו. אם יסתייג ממנה, יעמוד הייזנברג על השבת כבודו וידרוש הגנה מפני הישנותן של התקפות דומות. רצוי היה, כמובן, לא לשגר מכתב כזה בערוצים המקובלים, שכן אלה התנהלו בעצלתיים, אם בכלל. במקום זה הציעה אמו של הייזנברג למסור את המכתב להימלר באמצעות אמו, שאותה הכירה אישית. בפגישתן בשלהי יולי או בתחילת אוגוסט 1937 דיברה אמו של הייזנברג אל אמו של הימלר כדבר אֵם אל אֵם: "...אנחנו, האמהות — את ואני — איננו מבינות דבר בפוליטיקה. אבל אנחנו יודעות שעלינו לדאוג לבנים שלנו. זה מה שהביא אותי אלייך." הימלר קיבל את המכתב ככל הנראה במהלך אוגוסט והורה על פתיחת חקירה פנימית ראשונית. זו התפתחה לחקירת אס־אס מקיפה יותר, שארכה למעלה משמונה חודשים. בתקופה הזאת טעם הייזנברג את טעמו של פחד אמיתי. הגסטפו צותת לו בביתו וריגל אחריו בהרצאות שנתן. מה שנראה כהעדפה לחֶברת בחורים צעירים, ונישואיו החפוזים של ורנר בן ה־35 לאליזבת שומכר בת ה־20, התפתח לכדי רמזים אפלים על הומוסקסואליות, עבירה שדינה מאסר מיידי במחנה ריכוז. האס־אס הִרבה להשתמש בהאשמות מסוג זה כדי לסחוט הודאות בפשעים חמורים פחות. מה נאמר להייזנברג בחקירותיו במרתפים הידועים לשמצה של מפקדת האס־אס בפרינץ אלברט שטראסה בברלין? מה התחולל במקום שבו היה תלוי שלט שהזכיר לנחקרים "נִשמו לאט ועמוק"? אפשר רק לתהות על כך. מכל מקום, הייזנברג לא נפגע בגופו, אבל אחרי כל חקירה הוא חזר הביתה מותש ומוטרד מאוד. עם צוות החוקרים של הייזנברג נמנו גם חוקרים שלמדו פיזיקה, והייזנברג אף שימש בוחן לעבודת הדוקטורט שהגיש אחד מהם בלייפציג. החקירה הסתיימה בטיהורו של הייזנברג מכל ההאשמות שהעלה נגדו שטרק. לחץ עדין נוסף הוביל לבסוף את הימלר לפשרה, והפרשה נחתמה כשנה אחרי שהתפרסמו הטענות של שטרק. הימלר הסתייג מן ההתקפה ואמר ש"[...] הייזנברג הגון, ואיננו יכולים להרשות לעצמנו לאבד או להשתיק את האיש הזה, אדם צעיר יחסית שיכול לחנך דור חדש [של פיזיקאים]". הוא הנחה את ריינהרד היידריך, ראש שירות הביטחון הנאצי — אֶס־דֶה (SD) — להגן על הייזנברג מפני כל התקפה עתידית. המחיר של הגנה כזאת היה גבוה. משמעות הפּשרה היתה שאפשר להוסיף ולהנחיל את תורת היחסות לדור הבא של הפיזיקאים הגרמנים, אבל יש לנתק אותה משמו של איינשטיין. כי לאמיתו של דבר, כך נטען, את היסודות לתורת היחסות ודאי הניחו פיזיקאים ארים טובים. איינשטיין היהודי פשוט יצא נשכר מן הרעיונות שלהם. בהשוואה לעוולות שעשו הנאצים ליהודים מאז עלייתם לשלטון, ההתכחשות לתרומתם להתפתחותה של הפיזיקה המודרנית היתה עִסקה שהייזנברג אולי לא התקשה במיוחד לקבל. אבל אופיה השטני של העִסקה היה עכשיו צלול כבדולח. למנוע קטסטרופה עמיתיו של הייזנברג באמריקה, וכמוהם כל אותם פיזיקאים אירופים שמצאו שם מקלט, לא יכלו להבין את החלטתו להישאר בגרמניה. הוא ביקר בארצות הברית בקיץ 1939, כנראה בהנחה שזו ההזדמנות האחרונה לעשות זאת בעתיד הנראה לעין. הוא הרצה בשיקגו ובאוניברסיטת פֶּרְדוּ שבאינדיאנה, ומשם המשיך לאן ארבור כדי להרצות בסמסטר הקיץ בניהולו של הפיזיקאי ההולנדי סמואל גַאוּדסמית, שלימד אז במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת מישיגן. הנסיעה לארצות הברית היתה גם הזדמנות לפגוש את פֶרְמי, והם דנו באפשרות הפיתוח של נשק־על מסוג חדש המבוסס על תגובות שרשרת גרעיניות. הייזנברג היה שותף לדעה הרווחת, שלפיה מדובר באפשרות רחוקה וקלושה. פרמי עמד על דעתו שאם תפרוץ מלחמה, פיזיקאֵי גרעין בכל המדינות ייקראו להקדיש את מלוא המאמצים לבניית הנשק החדש. הייזנברג הסכים עם ההערכה הזאת, אבל המעיט בסיכויי ההצלחה: "אני מאמין שהמלחמה תיגמר הרבה לפני שתיבנה פצצת האטום הראשונה," הוא אמר. באן ארבור חיכתה לו חקירה ידידותית יותר, אם כי נמרצת לא פחות. מה הייזנברג מתכוון לעשות? מדוע נשאר בגרמניה הנאצית? איך הוא מסוגל להמשיך ולעסוק בפיזיקה בחסותו של משטר הרֶשע הזה? למה הוא ממהר כל כך לחזור לשם? גאודסמית לא הרפה. לאורה פֶרמי העירה שצריך להיות מטורף כדי להישאר בגרמניה. הייזנברג כעס וענה באותו מטבע: "אנשים צריכים ללמוד למנוע קטסטרופות," הוא טען, "לא לברוח מהן." לפני שחזר לגרמניה התעכב הייזנברג לביקור קצר בניו יורק, שם הציעו לו שוב להצטרף לסגל האקדמי של אוניברסיטת קולומביה, משרה שהוצעה לו שנתיים קודם לכן, בימים הקשים ב־1937. הוא סירב גם הפעם. ייתכן שהייזנברג לא זכה לקבלת הפנים שייחל לה באמריקה. חוסר רגישותו להשפעה של כמה מהערות האגב שלו על חברים וקולגות — כמו ציון העובדה שעליו לחזור ליחידת המילואים שלו בצבא הגרמני לצורך אימונים בירי מקלעים — ודאי לא הועיל. בתחילת אוגוסט הוא עלה על סיפונה של אוניית הקיטור אירופה, שהיתה כמעט ריקה מנוסעים. ההפלגה הביתה סיפקה להייזנברג זמן בשפע לתהות מה צופן בחובו העתיד. לרתום את המלחמה לטובת הפיזיקה מאז פרוץ המלחמה, ב־1 בספטמבר 1939, ציפה הייזנברג יום אחר יום לצו הגיוס, ממש כפי שחיכה, מתוח ולהוט גם יחד, לקריאה מגדוד המילואים שלו בחיל הרגלים בזמן משבר הסוּדֶטים, שנה קודם לכן — משבר שהגיע לסיומו כאשר בעלות בריתה של צ'כוסלובקיה גילו פייסנות כלפי ההתפשטות הטריטוריאלית התוקפנית של היטלר בתמורה ל"שלום בזמננו". כשחזר אריך בגה ללייפציג, ב־25 בספטמבר, והודיע לו שבמקום להתייצב בחיל הרגלים עליו להגיע לפגישה הבאה של מועדון האורניום, חש הייזנברג הקלה גדולה והתרגשות גם יחד. ניתנה לו ההזדמנות לתרום למאמץ המלחמתי של גרמניה באמצעות מה שאהב מכול: מחקר מדעי. הייזנברג עצמו כבר פטר את האפשרות של נשק־על אטומי כאפשרות קלושה, ואף על פי כן היו שלטונות הצבא הגרמני מוכנים להעסיק פיזיקאֵי גרעין ולספק להם מענקי מחקר ומתקנים מתאימים כדי לבדוק כל אפשרות. זאת היתה הזדמנות לתרום למאמץ המלחמתי, ובו בזמן לערוך מחקר יסודי. "עלינו לרתום את הפיזיקה לטובת המלחמה," היתה הסיסמה הרשמית של הממשלה הנאצית. הייזנברג חשב להפוך את הסיסמה על פיה: "עלינו לרתום את המלחמה לטובת הפיזיקה," הוא כתב שנים אחר כך על תגובתו לחדשות שמסר לו בגה. מדענים רבים לאורך ההיסטוריה נפלו קורבן להיגיון מושלם אך יהיר שכזה. כשנדמה שהמטרות לא ניתנות להשגה או אינן רלוונטיות, הופכים האמצעים לעיקר. אבל אותם מדענים עצמם פשוט נטו להפגין עיוורון ביחס לכל המטרות האפשריות. וכך, ורנר הייזנברג, חתן פרס נובל, מי שגילה את מכניקת הקוונטים ואת עקרון האי־ודאות, מגדולי הפיזיקאים התיאורטיים של זמנו, נענה לאתגר לפתח נשק אטומי לגרמניה הנאצית של היטלר. הוא נענה בהתלהבות וללא היסוס. עסקה שטנית אפלה יותר ובעלת פוטנציאל סיכון גבוה הרבה יותר נחתמה עכשיו. מועדון האורניום עמד להתכנס שוב בברלין ממש למחרת, ב־26 בספטמבר. הייזנברג עשה את דרכו לברלין באותו לילה. כורים ופצצות הפגישה השנייה של מועדון האורניום, שעצם קיומו היה עכשיו סוד צבאי, התקיימה במשרדי המחקר של חיל החימוש הגרמני בברלין. בראש ענף המחקר של חיל החימוש עמד אריך שוּמַן, שהשליטה על מועדון האורניום במועצת המחקר של הרייך, גוף שהשתייך למשרד החינוך, עברה לידיו מידיו של אזאו. שומן מינה את דיבנר למנהל התוכנית ואת בגה לעוזרו. דיבנר למד פיזיקה באינסברוק ובהָלֶה לפני שהצטרף למכון התקנים הגרמני ולמשרד ההגנה ב־1934. בגה למד במינכן ובברלין וקיבל את הדוקטורט שלו, בהנחיית הייזנברג, בלייפציג ב־1938. שניהם היו נאצים נאמנים. הייזנברג הצטרף עכשיו לדיבנר, בגה, הרטק, האן ופיזיקאים אחרים חברי מועדון האורניום, ובהם גם קארל פרידריך פון וַייצַקֶר, תלמידו לשעבר וידידו הקרוב. וייצקר למד בברלין ובקופנהגן ואחר כך בלייפציג, אצל הייזנברג, שם סיים את הדוקטורט ב־1933. הוא היה פיזיקאי תיאורטי צעיר ומוכשר, ופילוסוף, בנו של ארנסט פון וייצקר, מזכיר המדינה מתחת לשר החוץ, יואכים פון ריבנטרוֹפּ. רק עשרים וארבעה ימים לפני התכנסות מועדון האורניום, ביום השני למלחמה, נהרג אחיו הצעיר היינריך כשלחם עם חטיבת הרגלים התשיעית סמוך לדנציג. דיבנר ובגה ניסחו בקווים כלליים את תוכנית המחקר ימים אחדים לפני הפגישה, והקצו משימות לכל אחד מן המדענים בקבוצה. עדיין היתה אי־ודאות רבה לגבי העקרונות הפיזיקליים של תגובת שרשרת של ביקוע אורניום, והיו מעט מאוד נתונים מוצקים, אבל די היה בכך להתחיל. בוהר וּוילר טענו שהאיזוטופ U־235 אחראי לביקוע באורניום, ושביקוע יכול להתרחש כתוצאה מהפגזת U־235 בנייטרונים איטיים. ביקוע באיזוטופ השכיח בהרבה U־238 מצריך נייטרונים מהירים הרבה יותר ובעלי רמת אנרגיה גבוהה יותר. עם זאת, קיימות רמות אנרגיה אופייניות אחדות של נייטרונים הנקראות "אנרגיות תהודה", שבהן גרעין של U־238 ילכוד נייטרון וייצור את האיזוטופ הלא יציב U־239 בלי שיעבור ביקוע. לכן, באנרגיות הגבוהות יחסית האלה לא יוכלו נייטרונים לקיים תגובת שרשרת כלשהי: גרעיני ה־U־238 המתפקדים כ"בולעי נייטרונים" ימנעו מהם להמשיך ולבקע עוד גרעיני U־235. קבלה של תגובת שרשרת המקיימת את עצמה בכור גרעיני המבוסס על אורניום טבעי היתה אפוא עניין פשוט של סטטיסטיקה. נייטרונים משניים המופקים מביקוע של U־235 ייווצרו במגוון של רמות אנרגיה או מהירויות. אם, בממוצע, נייטרון אחד או יותר שורדים די זמן כדי לפגוע בגרעיני U־235 אחרים, יש סיכוי שאלה יגרמו לביקוע שיקיים את תגובת השרשרת. מצד אחר, אם הנייטרונים המשניים נלכדים על ידי האיזוטופ השכיח יותר U־238 באופן כזה שנותר, בממוצע, פחות מנייטרון אחד שיפגע בגרעין של U־235, אז תגובת השרשרת לא תוכל להתקיים והיא תדעך במהירות. הפתרון היה ברור. כדי לתת לנייטרונים המשניים סיכוי גדול ככל האפשר למצוא ולבקע יותר גרעיני U־235, יהיה צריך לשלב חומר מֵאֵט (moderator) בתכנון הכור. על החומר הזה להכיל אטומים קלים המסוגלים להאט את הנייטרונים בלי שיבלעו אותם. על ידי האטת הנייטרונים לרמת אנרגיה שמתחת לסף התהודה של U־238 תימנע בליעתם על ידי גרעיני ה־U־238. המועמדים המתאימים לשמש כחומר מאט כללו את מה שמכונה מים כבדים, שבהם מוחלפים אטומי המימן של המים הרגילים באיזוטופ כבד יותר של מימן; דייטריום; או פחמן טהור בצורה שכיחה כלשהי, כגון גרפיט. הרטק כבר התחיל לעבוד על תכנון כור המבוסס על שכבות־שכבות של אורניום ומים כבדים לסירוגין. בשלב המוקדם הזה גם היה די ברור שלא ניתן לבנות כור קטן או פצצה בלי להפריד U־235 מ־U־238 או, לכל הפחות, להעשיר בשיעור ניכר את חלקו של ה־U־235 בתערובת. היו כמה חלופות אפשריות, וכפי שציין בוהר כמה חודשים קודם לכן בפני עמיתיו בפרינסטון, הסיכויים להפריד U־235 בקנה מידה גדול היו זעומים. דיפוזיה תֶרמית המבוססת על תהליך שפיתחו הכימאים הגרמנים קלאוס קְלוּזיוּס וגרהרד דיקֶל ב־1938, נראתה ההימור הטוב ביותר. התהליך הזה מתבסס על ההבדלים הזעירים בתכונות הפעפוע של האיזוטופים בצורתם הגזית כאשר הם נחשפים להפרשי טמפרטורה. קבלת אורניום במצב גזי היתה כרוכה בעבודה עם שש־פלואוריד האורניום, חומר מאוד לא נעים המְאכּל כמעט כל דבר שבא במגע עימו. הפיזיקאים במועדון האורניום ניצבו מול שני מכשולים. היה עליהם לבצע כמה מדידות בסיסיות כדי להעריך את מידת ההתאמה של חומרים שונים לשימוש כמאטים, ומכאן להגיע לתצורה האופטימלית של כור גרעיני, וכן היה עליהם למצוא דרך להפריד U־235 בקנה מידה גדול. בגה הופקד על בדיקת ההתאמה של מים כבדים לשמש כחומר מאט. הרטק התבקש להמשיך במחקר מקדים על הפרדת איזוטופים באמצעות דיפוזיה תרמית, ולבחון את ההשפעה של תצורות כור שונות על ייצור נייטרונים משניים. הייזנברג התבקש להעריך אם ניתן להשיג באורניום תגובת שרשרת המקיימת את עצמה, על סמך התכונות הפיזיקליות הידועות של החומרים שככל הנראה יידרשו. שומן הודיע שמשרד המלחמה הורה למכון הקיסר וילהלם לפיזיקה בברלין לארח את תוכנית האורניום, ואותם פיזיקאים שעבדו בפרויקט והתגוררו בערים אחרות התבקשו לעבור לבירה. כמעט כולם סירבו והעדיפו להישאר במקומותיהם, ובמקרה הצורך לנסוע לברלין פעם או פעמיים בשבוע. אף שכולם היו נלהבים לתרום את חלקם למאמץ, הרי מנקודת המבט שלהם זה היה פשוט עוד פרויקט מחקר שהִתוֹסף אל רשימת העבודות ומטלות ההוראה האחרות. עדיין לא התעוררה תחושת הדחיפות שחייבה שיבוש משמעותי בלוח הזמנים האקדמי שלהם. מים כבדים הייזנברג התעמק בספרות המדעית, ובדצמבר 1939 הוא הגיש למשרד המלחמה הגרמני את חלקו הראשון של דוח מפורט שכותרתו "אפשרות הפקת אנרגיה מביקוע אורניום". החיבור הזה התווה את המסלול העתידי של תוכנית הגרעין הגרמנית. מלכתחילה התמקד הייזנברג בפיזיקה של כור גרעיני, או "מבער אורניום". הוא לא ראה כל צורך להבחין בין הפיזיקה הזאת והפיזיקה של פצצת אורניום. הוא ראה בהן שני קצוות של קשת רחבה אחת. בקצה האחד של הקשת הזאת יהיה כור שייווצר מאורניום טבעי וחומר מאט מתאים. בקצה השני תהיה פצצה שתיווצר מאורניום מועשר מאוד ב־U־235, עד שיהיה "כמעט טהור". הייזנברג העריך כי לכור שיהיה מסוגל להשיג תגובת שרשרת המקיימת את עצמה יידרשו יותר מטון של אורניום ובערך טון של מים כבדים, שישולבו בתצורה כדורית. כור מעין זה אמור להגיע לפעולה יציבה בטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס בקירוב. אימוץ הרעיון של תצורת השכבות, שהציע הרטק, היה צפוי להקטין במידת מה את גודל הכור. הייזנברג חתם את המסמך בהערכה שלפיה העשרת חלקו של ה־U־235 תסייע להקטין את הכור עוד יותר, וכי העשרה היא "הדרך היחידה לייצור פצצה שתעלה בעוצמתה בכמה סדרי גודל על הפצצות החזקות ביותר המוכרות עד כה". בשלב הזה לא הביע הייזנברג העדפה כלשהי למים כבדים או לגרפיט כחומר מאט. משרד המלחמה חתם על חוזה לייצור ומשלוח כמויות גדולות של תחמוצת אורניום מזוקקת עם חברת אַוּאֶר (Auer) מברלין, שנהנתה מגישה לאורניום ממכרות יוֹאכימשְטאל שבצ'כוסלובקיה. מנהל המעבדה הרדיולוגית של אַוּאֶר היה הכימאי הרוסי ניקולאוס ריהל, שלמד כימיה גרעינית ופיזיקה אצל האן ומייטנר. ריהל הקים מייד מתקני הפקה באוֹרַניינבורג, כ־30 קילומטרים מצפון לברלין, וטון ראשון של תחמוצת אורניום מזוקק נשלח בתחילת 1940. רכישת הכמויות הדרושות של מים כבדים היתה מסובכת יותר. המתקן היחיד שייצר מים כבדים בכמויות מסחריות (שהופקו כתוצר לוואי) היה מפעל דשנים בבעלותה של החברה הנורווגית נוֹרסְק הידרוֹ. המפעל, שהחל בייצור ב־1934, שכן בפיורדים של וֶמוֹרְק, סמוך לעיירה רְיוּקַן שבחבל טֶלֶמַרְק המרוחק, כ־230 קילומטרים ממערב לאוסלו. גרפיט היה בהחלט המועמד המועדף לשמש כחומר מאט בשל זמינותו בכמויות גדולות בצורה טהורה. אבל נתונים ראשוניים שמסרה קבוצת המחקר של הכימאי הגרמני ולטר בּוֹתֶה בהיידלברג — ונתמכו בתחזיות תיאורטיות של וייצקר והצוות שלו בברלין — הצביעו על כך שגרפיט עלול ללכוד נייטרונים בקלות רבה מדי, ולפיכך הוא נמצא לא מתאים. בדוח השני שהגיש הייזנברג למשרד המלחמה בפברואר 1940 הוא כבר נטה להעדיף את השימוש במים כבדים כחומר מאט. האופציה הזאת קסמה הרבה פחות בשל הקושי לבודד כמות מספיקה לצרכיו של פרויקט המחקר. דיבנר ביקש לדעת אם אכן מן ההכרח שגרמניה תבנה מתקן הפקה משלה. הייזנברג הציע שירכשו תחילה כמה ליטרים של מים כבדים כדי לבדוק את התאמתם, ודיבנר הבטיח להשיג עשרה ליטרים מן המפעל של נוֹרסק הידרוֹ. אבל הנורווגים לא מיהרו לשתף פעולה. נציג של ענקית הכימיקלים הגרמנית אִי־גֶה פַרְבֶּן, אחד מבעלי המניות בחברה הנורווגית, פנה לנורסק הידרו בהצעה לקנות את כל מלאי המים הכבדים שברשותה. באותו הזמן ייצר המפעל בוֶמוֹרְק כעשרה ליטרים בשנה, די והותר לצרכים האזוטריים של מעבדות המחקר, שהיו לקוחותיו העיקריים. על השאלה לשם מה דרושה לו כמות כה גדולה של מים כבדים העדיף נציג אִי־גֶה פַרְבֶּן שלא להשיב. הנורווגים מסרו את התנצלותם: הם לא ייענו לבקשה הגרמנית. זמן מה אחר כך, כשפנה ז'ק אַלְיֶה לנורסק הידרו, היתה התשובה שונה לחלוטין. אליֶה, נציג ה־Banque de Paris et des Pays Bas, שהחזיק במניית השליטה בחברה, היה גם סגן ב"לשכה השנייה" (Deuxieme Bureau), סוכנות המודיעין הצבאי של צרפת. ז'וֹלְיוֹ־קירי, בפריז, זיהה גם הוא את הפוטנציאל של מים כבדים לשמש כחומר מאט ודיווח למשרד החימוש הצרפתי על חשיבותם למחקר הגרעיני. אַלְיֶה הגיע לאוסלו בשם בדוי, עם כתב זיכוי על סך 36 מיליון פרנקים צרפתיים. הוא התכוון לשאת ולתת על רכישת כל מלאי המים הכבדים. אבל כשהתברר לאיזו תכלית הם אמורים לשמש, התחייב אקסל אוֹבֶּרְט, מנהל נורסק הידרו, למסור לידי ממשלת צרפת את כל המלאי בלי תשלום: "מְסור שהחברה שלנו לא תסכים לקבל אפילו סנט אחד עבור המוצר שאתה מבקש אם הדבר יעזור לניצחון של צרפת." המים הכבדים הוצאו מוֶמוֹרק והוברחו תחילה בדרך האוויר לאדינבורו, ואחר כך ברכבת ובמעבורת לפריז. נפילת צרפת המצב השתנה מן היסוד ב־9 באפריל 1940, עם פלישת הכוחות הגרמניים לדנמרק ולנורווגיה במבצע וֶסֶריבּוּנְג. לנוכח כוחו של הלוּפְטוָפֶה נכנעה הממשלה הדנית בתוך זמן קצר וחתמה על הסכם אי־תקיפה שהבטיח לה מידה של עצמאות פוליטית. נילס בוהר, שכבר היה מודע לאסון המתרגש, מצא את עצמו לכוד בקופנהגן. בנורווגיה נתקלו הכוחות הגרמניים בהתנגדות נמרצת יותר. המלך הַקוֹן השביעי ועימו עוד כמה מבני משפחת המלוכה ושרי ממשלה בכירים, הצליחו להימלט לבריטניה עם עתודות הזהב של המדינה. הם הקימו ממשלה גולה, בעוד וידְקוּן קְוויזְלינג הפרו־נאצי מכריז ברדיו על הפיכה ועל מינויו שלו לתפקיד ראש ממשלת נורווגיה. סביב ריוּקַן, המעוז האחרון בדרום נורווגיה, ניטשו קרבות עזים. ב־3 במאי נכנסו חיילים גרמנים לעיירה. הפעם לא התקיים שום משא ומתן. לגרמנים התברר שכל מלאי המים הכבדים הוברח לצרפת, אבל נראָה שדבר לא ימנע את האצת הייצור לפי צרכיו של פרויקט הגרעין הגרמני. הובטחה עליית התפוקה לטון וחצי בשנה. ב־10 במאי פלשו כוחות גרמניים לצרפת ולארצות השפלה. דיוויזיות שריון גרמניות פילסו את דרכן במהירות ובעוצמה דרך יער הארדנים וניתקו את יחידות בעלות הברית שתפסו עמדות בבלגיה, ובהן חיל המשלוח הבריטי שכלל עשר דיוויזיות רגלים שנשלחו לגבול צרפת־בלגיה בעקבות פלישת הגרמנים לפולין. הלופטוָפה השיג במהירות עליונות אווירית בשמי הולנד ובלגיה. ב־14 במאי, אחרי הפצצה קטלנית של רוטרדם, נכנע הצבא ההולנדי. ב־26 במאי חולצו מדנקרק חיילי חיל המשלוח הבריטי המכותרים וחיילים צרפתים רבים, בנסיגה שהוכתרה ככמעט נס. בלגיה נכנעה ב־28 במאי. ב־5 ביוני, בעוד צפון המדינה כבר מובטח, שעטו כוחות גרמניים דרומה אל תוך צרפת. ב־10 ביוני הכריזה איטליה מלחמה על בריטניה ועל צרפת. ב־14 ביוני נפלה פריז והממשלה הצרפתית נמלטה לבורדו. ההתנגדות הצרפתית התמוטטה בתוך זמן קצר, וב־22 ביוני חתמה הממשלה על הסכם שביתת נשק עם גרמניה. ההסכם נחתם בקוֹמְפְּיֶין, באותו היער ובאותו קרון רכבת שבהם נחתם הסכם שביתת הנשק ב־1918. ברית המועצות חתמה באוגוסט 1939 על הסכם אי־תקיפה עם הנאצים ופלשה לפינלנד בנובמבר באותה שנה. עם נפילת צרפת, רק בריטניה, יוון, חבר העמים הבריטי והכוחות הגולים של בעלות הברית האירופיות חצצו בין גרמניה ובין כיבוש אירופה כולה. חברת יוּניוֹן מינְיֶה הבלגית סיפקה עד כה לגרמניה הזמנות של תרכובות אורניום מזוקק בהיקף של טון בחודש בערך. עכשיו, תחת כיבוש גרמני, היא קיבלה מחברת אַוּאֶר הזמנה לשישים טונות. הפיזיקאים במועדון האורניום מיהרו למעבדה של ז'וליו־קירי שבפריז הכבושה לקראת סוף חודש יוני. ראשון המבקרים היה בּוֹתֶה, ואחריו הגיעו שומן ודיבנר. כל העובדים, פרט לז'וליו־קירי, נמלטו. הודות לשיתוף הפעולה של ז'וליו־קירי למד דיבנר על תוצאות עבודתם של פיזיקאֵי הגרעין הצרפתים והסדיר את השלמת ההרכבה של הציקלוטרון שהם התחילו לבנות. ז'וליו־קירי לא יכול היה להסתיר את עובדת קבלתם של משלוחי עפרת אורניום מבלגיה ושל מים כבדים מן המפעל בוֶמוֹרק שבנורווגיה. כאשר הפיזיקאים במועדון האורניום דרשו לדעת היכן נמצאים החומרים האלה, הוא אמר רק שעפרת האורניום נעלמה "דרומה" עם ממשלת צרפת (למעשה היא הועברה לאלג'יריה) וכי המים הכבדים הועמסו על אונייה שנודע כי טבעה (בעצם הם הגיעו לבריטניה, לצד עמיתיו של ז'וליו־קירי, הַלְבַּן וקוברסקי). יסוד מספר 93 בדוח השני שהגיש הייזנברג למשרד המלחמה הגרמני הוא בחר שלא להתייחס לעניין הפצצה. המניעים היו מעורפלים. אף שבהמבורג התחיל הרטק בבנייה של מתקן להפרדת U־235 בקנה מידה גדול על פי שיטת קלוזיוס־דיקל, והיו לו סיבות טובות להיות אופטימי, ייתכן כי ההפרדה בקנה המידה שנדרש לפצצה עדיין נתפסה כמשימה כמעט בלתי אפשרית. שאלת המפתח היתה שאלת ההיקף: מהי כמות ה־U־235 המדויקת שתידרש בפועל? בתיעוד ההיסטורי של התקופה (עד אביב 1940) אין עדות לחישוב רשמי כלשהו שנועד לקבוע מהי כמות הU־235־ שתידרש לפצצה. אם הייזנברג או פיזיקאי אחר ממועדון האורניום ערך חישוב מעין זה באותו הזמן, הוא לא הגיע לידנו. ייתכן שחישוב כזה לא בוצע כלל. תהיה אשר תהיה הסיבה לכך, איש לא ניסה לקדם את האפשרות של פצצה המבוססת על U־235 "כמעט טהור". עוד מסלול אפשרי ליצירת פצצה היה כור לא יציב המבוסס על אורניום מועשר ב־U־235, כור על סף תגובת שרשרת היוצאת משליטה. חישובים שעשה אחד מעמיתיו של הייזנברג במועדון האורניום הראו כי פצצת־כור מעין זו תצטרך להכיל כמות של U־235 שתעלה ב־70 אחוזים על כמות ה־U־238. היה, כמובן, קשה מאוד לדמיין איך פצצת־כור כזאת תשוגר ליעדה, והעשרה בקנה המידה הדרוש לפצצת־כור עדיין נראתה מעבר לגבולות האפשר בכל לוח זמנים שיוכל להשפיע על מהלך המלחמה. אבל אז צצה אפשרות שלישית, לא צפויה לחלוטין. מאמרים שעסקו בביקוע גרעיני הוסיפו להתפרסם בכתבי־עת מדעיים בארצות הברית, וּוייצקר, חברו הטוב של הייזנברג ועמיתו במועדון האורניום, ניצל את נסיעותיו ברכבת התחתית של ברלין לקריאתם, אגב התעלמות ממבטיהם החשדניים של נוסעים אחרים. הקבוצה של האן בברלין מצאה כיU־239 , שנוצר מ־U־238 על ידי לכידת נייטרון, אינו יציב, ועובר התפרקות רדיואקטיבית בתוך 23 דקות. ההשערה היתה כי פליטה של חלקיק בֶּתָא מ־U־239, שהופכת נייטרון לפרוטון בעל מטען חיובי, תהפוך את גרעין האורניום המאופיין ב־92 הפרוטונים שלו ליסוד חדש בעל 93 פרוטונים. האן חשב שהיסוד הזה יגלה התנהגות כימית דומה לזו של רֶניוּם, והוא קרא לו אֶקָה־רֶניוּם, או אֶקָה רֶה. וייצקר שיער שהיסוד החדש הזה עשוי להיות בקיע, בדיוק כמו U־235. על פני השטח נראה הרעיון הזה פשוט למדי. אבל הוא היה רחוק מלהיות פשוט. שלא כמו U־235, יסוד מספר 93 אינו מצוי בטבע והוא שונה מאורניום מבחינה כימית. וייצקר הבין שיהיה אפשר להפריד את יסוד מספר 93 מאורניום באמצעים כימיים. ביסודו של דבר, הוא טען, אם יסוד מספר 93 יוכל להיווצר בכמויות משמעותיות בכור אורניום, יהיה אפשר להפריד אותו בקלות יחסית ולהשתמש בו לפצצת ביקוע. את העובדה שיסוד מספר 93 אכן יכול להיווצר באמצעות הפגזת U־238 בנייטרונים הוכיחו הפיזיקאים האמריקאים אדווין מקמילן ופיליפ אבלסון במעבדת הקרינה בברקלי. אבל הם ציינו גם שהיסוד הזה איננו יציב יחסית — הוא דועך בתוך ימים אחדים. למרבה הפליאה, הם פירסמו את ממצאיהם בספרות המדעית הגלויה ביוני 1940. היתה כאן הוכחה מוצקה לאפשרות המעשית של שימוש בכור אורניום לשם ייצור חומר בקיע לפצצה. ביולי 1940 כתב וייצקר מסמך למשרד למחקר צבאי, ובו הוא המליץ בחום להשקיע מאמצים בבדיקת האפשרות הזאת. עכשיו היה ברור למועדון האורניום כי בניית פצצה תלויה בראש ובראשונה בפתרון הבעיות הקשורות לבניית כור. עדיין נותרה שאלת החומר המאט המתאים ביותר. מדידות ראשוניות של שיעור בליעת הנייטרונים על ידי גרפיט דווחו במסמך סודי ראשון שכתב הצוות בהיידלברג, ביוני 1940. התוצאות לא היו חד־משמעיות. נראָה ששיעור בליעת הנייטרונים היה גבוה מכדי שיוכל הגרפיט לשמש בהצלחה כחומר מאט, אף שהיתה הסכמה שחלק מן הבעיה נעוץ בהומוגניות ובטוהר של הגרפיט שנבדק. בשלב הזה היה בּוֹתֶה בטוח למדי שבדיקות נוספות עם דגימות טהורות יותר יוכיחו את הפוטנציאל של הגרפיט לשמש כחומר מאט. בית הווירוס השתלטות משרד המלחמה על מכון הקיסר וילהלם לפיזיקה יצרה קשיים גדולים למנהל המכון, הפיזיקאי ההולנדי המוערך פיטר דֶבַּיי (Debye). השלטונות הגרמניים הציבו בפני דֶבַּיי אולטימטום: קבל אזרחות גרמנית ותוכל להמשיך בתפקידך או צא לחופשה זמנית. דביי סירב לוותר על האזרחות ההולנדית. הוא עזב את גרמניה בינואר 1940 ויצא למסע הרצאות בארצות הברית. הוא מעולם לא חזר. עם נסיעתו של דביי התפנתה משרת הניהול. שומן רצה את דיבנר, אבל המינוי של דיבנר נתקל בהתנגדות מצד קרן הקיסר וילהלם. וייצקר ועוד חבר במועדון האורניום, הפיזיקאי קארל וירץ, שהביעו דאגה מהימצאותם של "נאצים במכון", זממו להביא את הייזנברג לברלין. דיבנר מונה למנהל זמני, והייזנברג הסכים להגיע מלייפציג פעם בשבוע. להייזנברג היתה עכשיו השפעה ניכרת על העבודה של הקבוצה התיאורטית, על ניסויי הכור שנערכו בברלין ועל ניסויי הכור שערך הוא עצמו בלייפציג עם עמיתו רוברט דֶפֶּל. הייזנברג לא עמד בראש תוכנית מחקר האורניום, אבל היה לו חלק משמעותי בה. תוכנית האטום הגרמנית לא היתה מפעל מחקר עקבי שהונע ללא מעצורים על פי דרישות המלחמה. זה היה מערך רופף של קבוצות מחקר יריבות שהתקוטטו מפעם לפעם על אספקה של אורניום ומים כבדים. אבל מי שיכול היה לקרוא את הסימנים הבין שהם מבשרי רעות. לפיזיקאים במועדון האורניום היתה עכשיו גישה לאלפי טונות של אורניום מזוקק. הם בנו את הציקלוטרון הראשון במעבדה הכבושה של ז'וליו־קירי בפריז. הובטחו להם כמויות ניכרות של מים כבדים. הפרדת U־235 היתה קשה כצפוי, אבל כמה מטובי המוחות במדעי הכימיה והפיזיקה הופקדו על חיפוש הפתרון. ביולי 1940, במכון הקיסר וילהלם לביולוגיה ולמחקר וירוסים, סמוך למכון לפיזיקה בברלין, החלה הכשרתו של בניין חדש שנועד לאכסן כור גרעיני ניסיוני. כדי למנוע התעניינות לא רצויה נקרא הבניין בית הווירוס.