Во второй половине сентября 1939 года в Управлении армейского вооружения состоялось первое рабочее совещание объединенного «Уранового проекта» с участием высших военных чинов и практически всех ведущих немецких физиков, занимавшихся ядерными исследованиями. Основная тема оживленных дискуссий касалась возможных вариантов выполнения конструкций урановых котлов и режимов их функционирования. При этом предлагалось два способа извлечения энергии из урана: путем взрывной неконтролируемой цепной реакции и управляемым процессом в урановом котле-реакторе. Главным затруднением для контроля процесса ядерного деления было дозированное присутствие вещества-замедлителя, которое бы эффективно тормозило быстрые нейтроны в цепной реакции расщепления ядра, но в то же время не поглощало их. Другой проблемой была наработка довольно редкого изотопа урана-235, поскольку именно при его обстреле нейтронами начиналась цепная реакция деления ядер урана, заканчивающаяся ядерным взрывом. Несмотря на все эти трудности, в резолюции совещания значился весьма сжатый годичный срок выполнения основных целей «Уранового проекта», установленный Управлением вооружения Вермахта, причем было принято решение повысить уровень секретности работ.

В декабре 1939 года Гейзенберг подготовил обширный обзор «Возможность технического получения энергии при расщеплении урана», где предложил две схемы урановых котлов. В первом реакторе уран и тяжелая вода – замедлитель смешивались в сферическом котле радиусом около 60 см, охлаждаемом обычной водой, которая и играла роль рабочего тела установки, содержащей около тонны тяжелой воды и 1200 кг урана. В другом варианте уран и тяжелая вода не смешивались, а располагались слоями площадью около 1 кв. м толщиной в несколько сантиметров, причем после трех слоев урана и тяжелой воды предполагалось разместить дециметровую прослойку чистого углерода, еще один слой которого должен был составлять внешнюю оболочку уранового котла.

В начале января 1940 года Физический институт Общества кайзера Вильгельма был окончательно передан Управлению вооружения Вермахта, что самым решительным образом отразилось на судьбе директора института, нидерландского физика-экспериментатора Петера Дебая. Этого выдающегося ученого не спасло от увольнения даже нобелевское лауреатство, поскольку иностранный подданный никак не мог участвовать в секретных германских проектах. После того как Дебая поставили перед выбором, принятие немецкого гражданства либо увольнение, он эмигрировал в Америку, а «Урановый проект» потерял еще одного ценного сотрудника. На освободившуюся должность был назначен временным «уполномоченным руководителем» (поскольку Дебай официально так и не подал в отставку) Дибнер. Считается, что именно с этого момента началась конкуренция, перешедшая в открытое противостояние между научными коллективами, руководимыми Дибнером и Гейзенбергом, которое и замедлило работу над выполнением «Уранового проекта».

В тот период основным поставщиком уранового концентрата была немецкая фирма, занимавшаяся после захвата Чехословакии в 1939 году разработкой местных урановых рудников. Переработка руды осуществлялась на небольшом горно-химическом предприятии в Ораниенбурге. Каждый месяц там выпускалось около тонны оксида урана, первая партия была отгружена в адрес Инженерного управления Вермахта уже в январе 1940 года. В этом же году в лабораториях «Уранового проекта», расположенных в Берлине, Лейпциге, Гейдельберге, Вене и Гамбурге, был поставлен целый ряд экспериментов на урановых котлах самой различной конструкции. В некоторых из них использовался оксид урана и твердая углекислота в виде сухого льда, как замедлитель нейтронов. При этом нужны были сотни килограммов оксида урана, который ежедневно требовали разные лаборатории от Дибнера. К тому же все время возникали мелкие конфликты, так, Гейзенберг выставил заявку на целую тонну оксида урана и при этом категорически отказывался проводить совместные эксперименты с другими научно-исследовательскими группами.

В июне 1940 года, после разгрома континентальных войск антигитлеровской коалиции, без боя пал Париж, и двигавшиеся с войсками специалисты «Уранового проекта» захватили строящийся американо-французский циклотрон, который вскоре удалось (под страхом репрессий) наладить «парижской группе физиков Жолио-Кюри», руководимой берлинским профессором Вольфгангом Гентнером. В это же время в пригороде Берлина началось строительство уранового котла, выполненного целиком по проекту Института физики, сделанному Гейзенбергом.

Так, было решено использовать в новых урановых котлах вместо оксида урана металлический уран, которого на тот момент металлохимическое предприятие Degussa успело произвести около трехсот килограммов. Дальнейшая судьба этой части «Уранового проекта» полна противоречивой информацией.

Есть предположения, что уже весной 1941 года первый в мире ядерный реактор на порошковом уране и тяжелой воде был запущен франко-немецким коллективом физиков под руководством Гейзенберга и Жолио-Кюри. Причем несгибаемых французов удалось склонить к сотрудничеству лишь под угрозой прекращения подачи электроэнергии в Париж, что несомненно вызвало бы множество смертей в погруженном во мрак и холод зимнем городе. Единственной разумной альтернативой предполагалось строительство атомной электростанции.

Вариации данной гипотезы содержат догадки, что первый работающий урановый котел на металлическом уране появился не в Париже, а под Берлином, и в нем использовалась не тяжелая вода в качестве замедлителя, а намного более доступный, дешевый и технологически выгодный графит. Между тем среди научных руководителей «Уранового проекта» разгоралась полемика противников и сторонников тяжелой воды. Дело в том, что еще в середине 1940 года профессор Боте измерил в Гейдельберге диффузионную длину пробега тепловых нейтронов в графите и получил феноменальную величину, превышающую 60 см, причем в теории для сверхчистого углерода она должна была быть еще выше. Из этого вскоре последовали организационные выводы о перспективе развития направления по применению именно этого типа замедлителя нейтронов.

Очень высокую степень очистки графита могло обеспечить одно из дочерних химических предприятий компании Siemens, и уже в январе 1941 года начались эксперименты с новым типом замедлителя нейтронов. Однако опытные результаты составили всего 35 см длины диффузионного пробега. Это дало основу довольно странной истории, считающейся одной из причин неудачи «Уранового проекта». Тут можно говорить либо о профессиональной ошибке профессора Боте, давшего экспертное заключение о непригодности графита, либо о знаменитом «саботаже Гейзенберга», который всячески поддерживал мнение Боте. Во всяком случае, считается, что именно отказ немецких ученых от использования углеродных замедлителей нейтронов не позволил им запустить свои урановые котлы. Между тем через несколько лет американцы в своем первом рабочем реакторе использовали именно чистый графит.

Так была принята официальная версия, которую всячески поддерживали Гейзенберг и Дибнер. В основе ее лежало и лежит до сих пор утверждение, что именно научные руководители «Уранового проекта», воспользовавшись случаем, саботировали использование графита как замедлителя, хотя ученые прекрасно понимали перспективу применения этого материала.