Загадка цепной реакции получила исчерпывающее объяснение. Любой нейтрон, попадая в уран-235, делит его на два осколочных элемента. При этом вырываются быстрые нейтроны, ставшие для осколочных ядер излишними. Те из них, что сталкиваются с легким ураном, продолжают процесс деления. Но легких урановых ядер почти в полтораста раз меньше, чем тяжелых. Поэтому гораздо вероятнее, что вторичные нейтроны завязнут в тяжелом уране и для деления будут потеряны: тяжелые ядра становятся инертной массой, гасящей всякую попытку разжечь цепную реакцию. Эксперименты в Париже, Нью-Йорке, Ленинграде, направленные на создание «цепи», как любил называть эту реакцию Курчатов, уподоблялись попыткам зажечь кусок угля в ванне с водой — вода беспощадно гасит слабый огонек, затлевший в угле.
Новая теория Бора указывала и выходы из безнадежного на первый взгляд положения.
Прежде всего возникла идея: а нельзя ли из общей массы урана выделить легкий изотоп? Уран-235, делящийся нейтронами любых энергий, был бы идеальным веществом для цепной реакции. И так как — это уже установили — реакция в каждом акте деления протекает за миллиардные доли секунды, легкий изотоп послужит превосходной ядерной взрывчаткой. Вот тогда-то в широкой печати, бурно откликнувшейся на открытия физиков, и заговорили о зловещей урановой бомбе. Но технических средств для разделения изотопов урана еще не существовало. Те микрограммы урана-235, какие удавалось получить на лабораторных разделительных установках, годились лишь для выяснения констант его распада на осколочные элементы.
Предпочтительнее был другой путь — применение замедлителей нейтронов. Если бы удалось замедлить примерно до тепловых скоростей быстрые вторичные нейтроны, вырывавшиеся из ядра при делении урана-235, то такие медленные нейтроны спокойно пролетали бы мимо ядер урана-238, а попадая в редкие ядра урана-235, вызывали бы новое деление. Иначе говоря, хороший замедлитель делал бы возможной ту цепную реакцию, которая никак не удавалась экспериментаторам.
Энрико Ферми в Нью-Йорке и Фредерик Жолио в Париже сразу же взялись за создание уранового «котла» с замедлителем. Ферми выбрал для замедления нейтронов графит: по замедляющим свойствам он значительно уступает тяжелой воде, его нужно больше, но получить легче — и это оказалось решающим. Своего выбора Ферми уже не менял, а лишь все ужесточал требования к качеству графита, пока к середине 1942 года не добился, чтобы его поставляли такой чистоты, какая вначале казалась технически недостижимой. Промышленность США обладала чрезвычайно большими возможностями, но и американским инженерам, снабжавшим весь мир первоклассными «ачесоновскими» графитовыми электродами, пришлось немало помучиться, чтобы выполнить требования физика. Зато Ферми — по соображениям секретности его работу перенесли из Нью-Йорка в Чикаго — 2 декабря 1942 года в уран-графитовом «котле», смонтированном в подтрибунных помещениях университетского стадиона, разжег-таки самоподдерживающуюся цепную реакцию. К финишу в лихорадочной гонке экспериментов Энрико Ферми пришел первым!
Несмотря на выдающийся успех Ферми, не следует думать, что Фредерик Жолио, одновременно с ним строивший экспериментальный урановый «котел», сколько-нибудь отставал от эмигранта из фашистской Италии. Совсем наоборот. По существу, Жолио продолжал лидировать. Отчаявшись получить от французской промышленности графит необходимой сверхвысокой чистоты, он сделал ставку на тяжелую воду. Уже в марте 1940 года ему удалось сконцентрировать у себя в институте около двухсот килограммов — практически весь тогдашний мировой запас — этого уникально эффективного и столь же уникально дорогого замедлителя и к тому же добиться заверений, что норвежская компания «Норсгидро», единственный в мире крупный производитель тяжелой воды, отныне будет поставлять ее только Франции. По расчетам замечательного теоретика Френсиса Перрена, главного помощника Жолио в конструировании «котла» (это Перрен ввел в науку столь обычные сейчас термины «критическая масса», «критический объем»), при бесперебойном поступлении урана и замедлителя французские физики смогли бы осуществить самоподдерживающуюся реакцию в 1941 году, то есть на год раньше Ферми.
Гитлеровская оккупация перечеркнула планы французских ученых. Ядерные изыскания Жолио оборвались. Его помощники Хальбан и Коварский бежали со всеми запасами тяжелой воды в Англию, а сам он остался в оккупированном Париже — формально, чтобы вести безобидные исследования с радиоактивными препаратами для медицины, а в действительности, чтобы стать одним из руководителей французского Сопротивления. Лишь после войны, причем не сразу, Жолио удалось возвратиться к ядерной программе. И только 15 декабря 1948 года он со своими учениками ввел в действие первый французский экспериментальный реактор примерно такой же конструкции, какую до войны просчитывал Френсис Перрен, — несколько тонн урана с пятью тоннами тяжелой воды. Перрену в 1950 году Жолио и передал руководство всеми французскими работами в области атомной энергии, когда его самого отстранили от них как члена Французской коммунистической партии.