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苏联研究性核反应堆和工业核反应堆建设历程

时间:2019-08-12 来源:吉林大学社会科学学报 作者:钟建平 本文字数:13435字

  摘要:核反应堆是重要的核设施,对于开展核科学技术研究和实现核能利用具有重大意义。20世纪三四十年代,在政府的支持和组织下,苏联科学工作者经过不懈的理论探索和科学实验,攻克大量科学技术难题,相继建成欧洲第一座研究性核反应堆和工业核反应堆,并在此基础上开展了一系列核物理研究和实验研究,为苏联第一颗原子弹的研制和核工业的创建奠定了坚实的物质技术基础。

  关键词:苏联核计划;核反应堆;核武器研制;苏联原子弹;

  作者简介:钟建平,黑龙江省社会科学院俄罗斯研究所研究员,历史学博士。(哈尔滨150028) ;

  Abstract:Reactors are important nuclear facilities and have special significance for conducting nuclear science and technology research and achieving nuclear energy utilization. In the 1930 s and 1940 s, with government support and organizing, Soviet scientists solved a large number of scientific and technological problems through unremitting theoretical exploration and scientific experiments. The first research reactor and industrial reactor were built in Europe successively, and a series of nuclear physics research and experimental research were carried out on this foundation. It guarantees a solid base in material and technology for the development of the first atomic bomb of the Soviet Union and the creation of the nuclear industry.

  Keyword:nuclear project of the Soviet Union; nuclear reactor; nuclear weapon R & D; the atom bomb of the Soviet Union;

  第二次世界大战给全世界人民带来了深重的灾难, 同时, 这场战争也推动了人类科学事业, 特别是以核能利用为代表的军事技术革命的发展。美国和苏联核工业的建立不仅具有重要的政治和军事意义, 而且具有巨大的科学与技术意义。

  一、苏联核计划早期的理论和物质准备

  现代战争在客观上为科技革命的发展创造了条件。德国、英国、美国的科学家与企业界在新型武器研制领域保持紧密合作, 技术水平和科研手段先进, 具备将核物理学最新成就应用于军事和经济领域的科技潜力。同西方国家相比, 苏联的军事技术革命起步较晚, 整个20世纪上半叶, 苏联实际上一直处于发达工业国家“赶超者”的境地。[1]1091932年, 列宁格勒技术物理研究所成立由А。Ф。约费和И。В。库尔恰托夫领导的原子核研究小组, 苏联的核物理研究正式起步。在政府支持下, 陆续组建列宁格勒技术物理研究所核实验室、乌克兰技术物理研究所核实验室、苏联科学院物理学研究所核实验室等专门核研究机构, 国家为核实验室提供大量资金, 加强核研究的技术和物质基础。但是, 20世纪30年代, 核物理在苏联没有受到应有的重视, 在回旋加速器、高压发电机等关键仪器方面, 无论数量还是质量, 苏联都大幅落后于西方国家, 尤其是美国。国内从事核问题研究的人员少, 力量分散, 主要集中在由苏联科学院、机器制造人民委员部、重工业人民委员部和国防工业人民委员部管辖的几个研究所。[2]44大部分核实验室只研究人民委员部感兴趣的项目, 导致核研究的人才和技术基础保障滞后, 物质和资金投入无法达到预期效果。

  这一时期, 对外学术交流推动了苏联的原子核研究。通过国外出版物了解国外科学家的新发现和国外实验室的成就以后, 列宁格勒技术物理研究所、乌克兰技术物理研究所、苏联科学院物理学研究所和镭学研究所, 立即重复国外做过的试验和理论计算, 同时进行某些改进, 以此逐步积累经验, 培养自己的研究队伍。从1933年至1940年, 苏联定期举办全苏原子核物理大会, 邀请外国同行参加。1933年9月24日, 第一届全苏原子核物理大会在列宁格勒召开, 这是发现中子和正电子以后苏联科学界举办的第一次原子核会议。法国、英国、意大利等国的着名物理学家参会, 弗雷德里克·约里奥、弗朗西斯·佩兰、格雷、狄拉克、弗朗克·拉扎第、维克托·魏斯科普夫就光子物化和核转变条件下正电子的产生、正电子理论、原子核的结构元素、伽马射线的异常散射等问题作了报告。这次大会之后, 约费到布鲁塞尔参加了世界索尔维会议, 会议的主要议题也是原子核科学。[3]29佩尔斯、泡利和威廉斯受邀参加1937年9月20-26日在莫斯科召开的第二届全苏原子核物理大会。通过与外国同行的频繁交流, 苏联科学工作者对原子核问题的认识不断加深, 研究方向更加明确, 极大地促进了苏联核科学的发展。

  从20世纪30年代中期开始, 苏联科学家集中精力对铀问题进行理论和实验研究, 并且取得一系列重要进展。1935年, 由列宁格勒技术物理研究所和科学院镭学研究所研究人员库尔恰托夫、Л。В。梅索夫斯基和Л。И。鲁西诺夫等组成的科研小组发现原子核同质异能性。[4]191936年, Я。И。弗伦克尔提出原子核液滴模型, 并将热力学概念引入核物理。1939年, 弗伦克尔提出原子核自发裂变预测, 形成重核裂变的理论基础。同年, 库尔恰托夫、Г。Н。弗廖罗夫和鲁西诺夫查明, 铀核分裂平均释放出3±1个次级中子, 铀-238同位素俘获中子不会产生裂变, 而是形成放射性铀-239原子核, 实验中观察到的热中子铀裂变应当是丰度较小的铀-235同位素引起的。[5]51940年, 苏联科学院化学物理研究所的Ю。Б。哈里顿和Я。Б。泽利多维奇从理论上论证了利用铀-235实现核链式反应的必要条件, 弗廖罗夫和К。А。彼得扎克发现了铀核自发裂变现象, 弗廖罗夫和鲁西诺夫通过试验测定中子作用下铀核裂变产生的次级中子数。这些发现不仅奠定了苏联核物理研究的理论基础, 而且对世界核科学的发展具有重大意义。通过这一阶段的研究, 科学家们得出结论, 天然铀中铀-235的含量很少---不超过0.7%.因此, 制取铀-235需要大量原料---天然铀。[6]87

  当时, 苏联尚不存在铀原料基地, 缺乏开展原子核内部能量利用研究的物质基础。1940年7月12日, В。И。韦尔纳茨基、А。Е。费斯曼和В。Г。赫洛平3位院士致函苏联国防委员会与化学和冶金工业委员会, 建议责成苏联科学院制定铀同位素分离方法和研制相应装置, 加快回旋加速器设计工作, 建立国家铀储备。[7]9-10这些措施明确了实现核能利用的主要方向, 对于苏联成功解决铀问题具有奠基性意义。韦尔纳茨基和赫洛平专门致函苏联科学院地理地质学部, 建议讨论铀矿的普查勘探问题, 制定相关工作计划。为集中力量研究铀的性质和解决铀原子内部能量的利用问题, 根据赫洛平和韦尔纳茨基的倡议, 1940年7月30日, 苏联科学院主席团批准成立铀问题委员会, 统一领导国家铀研究工作。[8]182-1851940年10月15日, 铀问题委员会铀矿普查勘探和利用分委会成立, 费斯曼担任分委会主席, 负责组织铀矿普查勘探工作。同年秋季, 费斯曼带领苏联科学院考察队赴中亚考察铀矿。

  铀问题研究逐步发展成为有组织的科学探索, 苏联科学院铀问题委员会制定了庞大的工作计划, 包括建立铀原料基地, 制取高纯度铀化合物和金属铀, 制定同位素分离方法, 研究裂变机制和发生链式反应的可能性。但是, 到伟大卫国战争爆发以前, 铀问题没有上升到国家层面, 铀问题委员会的协调能力有限。列宁格勒技术物理研究所、镭学研究所和物理学研究所仍然同时进行基础性研究, 各研究所的科研选题和计划鲜有沟通, 工作重复严重, 导致整体研究质量受到影响。铀原料基地建设进展缓慢, 地质调查发现, 中亚地区的铀矿贫瘠。苏联人民委员会地质委员会没有一名地质专家, 地质考察队的设备非常原始, 用于确定岩石放射性的仪器数量不足。苏联主要的物理研究机构对探矿缺乏热情, 只有镭学研究所的考察小组参加了放射性元素的勘探工作。[9]30国家领导层对铀问题的决策受到双重因素影响:一方面, 苏联缺乏铀制剂, 物质基础薄弱, 开展相关研究存在实际困难;另一方面, 当时许多有影响力的苏联科学家断言, 成功解决铀问题需要15-20年。[10]42尽管如此, 苏联核物理工作者仍在原子内部能量利用研究方面取得突破性进展。1941年6月前, 列宁格勒技术物理研究所的科研人员得出结论, 金属铀-235可以发生链式反应和威力强大的爆炸。[11]125到1942年底, 科学家们已经清楚, 在中子作用下, 不仅铀-235的原子核能够分裂, 而且1940-1941年新发现的人工元素钚同位素的原子核也可以分裂。[4]27这使核科学研究的范围显着扩大, 掌握核能的可能性进一步提高。

  随着伟大卫国战争的爆发, 苏联的铀研究几乎完全停止。列宁格勒、莫斯科和其他城市的主要物理研究所全部疏散到喀山, 并为适应战争需要, 从原子核研究转向解决迫切的国防任务。不过, 由于以弗廖罗夫为代表的核物理学家不断呼吁恢复铀问题研究[12]110-111, 以及苏联驻外情报部门陆续发回德、英、美等国秘密研制原子弹的情报, 形势很快发生变化。

  1942年9月28日, 苏联国防委员会发布《关于组织开展铀研究》的第2352cc号命令, 责成苏联科学院恢复通过分裂铀核实现原子能利用的研究工作, 并于1943年4月1日前向国防委员会汇报制造铀弹或铀燃料的可能性。为此, 建议科学院组建原子核特别实验室, 于1943年4月1日前启动铀-235核裂变研究。1942年11月27日, 国防委员会发布《关于铀开采》的第2542cc号命令, 要求组织铀矿勘探和研究, 开采和加工铀矿石, 制取铀浓缩物和铀盐。这样, 1942年苏联已经确定了核计划的两个主要方向:开展科技攻关和组织铀原料生产。

  苏联高层非常重视核计划科学负责人的人选问题, 经过国防人民委员会副主席В。М。莫洛托夫的考察, 着名物理学家约费、赫洛平和卡皮察被排除在外, 年轻的库尔恰托夫成为最终人选。[13]1081943年2月11日, 国防委员会发布第2872cc号命令---《关于组织开展铀研究的补充措施》, 正式任命库尔恰托夫为苏联核计划科学负责人。库尔恰托夫基于对情报的严谨分析指出, 技术上有可能在较短时间内彻底解决铀问题, 要比不了解国外这个问题进展情况的科学家预想的时间短很多。[14]676同年4月12日, 苏联科学院主席团批准成立由库尔恰托夫领导的独立科研机构---2号实验室[15]5-6, 全面开展核计划的理论和实验工作。经过深思熟虑, 库尔恰托夫决定选用更富想象力和自由思考能力的年轻物理人才, 泽利多维奇、哈里顿、弗廖罗夫和彼得扎克等人陆续被调入2号实验室。到1944年春季, 核研究工作者已经掌握了生产核爆炸物的各种方法, 但尚不确定的是, 钚或铀-235哪种物质更适合制造原子弹。由此, 开始研究制取钚的“锅炉” (即核反应堆) 问题和铀同位素分离问题。[16]391而要解决这些问题, 需要建造专门装置---生产钚的核反应堆。

  二、研究性核反应堆的研制

  建成研究性核反应堆Ф-1是苏联核计划的主要成就之一。伟大卫国战争初期, 库尔恰托夫一直思考着可控核反应问题。早在1940年11月莫斯科召开的第五届全苏原子核物理会议上, 库尔恰托夫就提出, 碳可以作为慢化剂, 建造“原子锅炉”具有重要意义。[17]135

  1943年6月, 2号实验室研究人员做出结论, 以钚炸药为基础可以在最短时间内制造出原子弹。但是要制取钚, 必须首先建造研究性反应堆模型, 然后建造铀-石墨工业反应堆。[2]371建造反应堆的必要性毋庸置疑, 不过在反应堆类型的选择上, 2号实验室内部存在分歧。А。И。阿里汗诺夫院士提出使用不吸收中子的重水作为慢化剂, 建造铀-重水反应堆;库尔恰托夫则主张使用石墨作为慢化剂, 理由是铀-石墨反应堆有利于苏联短时间内以较少投资解决铀问题。两人互不相让, 库尔恰托夫甚至以辞去核计划科学负责人职务相威胁。[18]64国家最高领导人最终接受了库尔恰托夫的观点, 批准优先发展铀-石墨反应堆。库尔恰托夫明确确定了获取原子能的所有可能途径, 并且选定铀-石墨系统作为主要方向, 对苏联原子能科学的发展做出了重大贡献。[19]190

  建造反应堆需要解决一系列复杂的科学和技术问题:提出反应堆理论并通过实验验证理论, 研发新型结构材料, 生产数百吨高纯石墨, 制取数十吨金属铀。无论对于核物理学家还是对于工程技术人员而言, 这都是一项前所未有的挑战, 没有任何经验可以参考。

  1943年7月, 铀-石墨反应堆研制工作全面展开, 科学院和有关部委的多家科研、设计单位和工厂承担与反应堆建设有关的任务, 其中包括物理问题研究所、物理学研究所、物理化学研究所、稀有金属工业研究设计所、石墨研究所和埃列克特罗斯塔利市国营12厂。

  库尔恰托夫要求理论物理学家研究实验理论, 借助理论指导实验, 少走科研弯路, 提高实验效率。库尔恰托夫选择并实施了非常成功地快速解决原子问题的战略:将这个问题分解为一系列连续的阶段, 突出主要问题:首先依托近似理论组织最简单的宏观实验, 然后确定宏观常数, 测量原子核微观常数, 最终建立起比较准确的核反应堆理论。遵循库尔恰托夫的研究思路, 2号实验室科研人员积极开展核反应堆理论攻关。1943年, И。И。古列维奇完善了热中子源指数实验理论, 泽利多维奇建立锥形体吸收中子理论。1944年初, И。Я。波梅兰丘克提出纯慢化剂和铀-石墨栅格指数实验理论, 并掌握了确定反应堆临界质量的公式。这样, 到1944年11月, 哈里顿、泽利多维奇、波梅兰丘克和古列维奇建立了核反应堆的总理论和计算方法。[20]47研究人员通过大量的理论计算, 探索出反应堆内中子与物质相互作用引起中子增殖以及中子运动的基本规律, 为核反应堆的物理设计提供了重要依据。

  缺乏必要数量的金属铀一直是制约铀研究的关键问题, 尽管《关于组织开展铀研究》的政府令发布以后, 苏联有色金属工业人民委员部和苏联人民委员会地质委员会积极加入铀矿勘探和开采工作, 但收效甚微。1943年前, 苏联全部已探明的铀储量为100-120吨, 塔博沙尔铀矿每年只能生产4吨铀, 而建造实验性反应堆至少需要100吨铀, 建造工业反应堆大约需要150吨铀。1943-1944年间, 苏联没有发现能与比属刚果和加拿大相比的铀矿。比属刚果和加拿大铀矿实际上完全保证了美国核工厂的铀原料供应。[21]321到1944年下半年, 铀原料短缺已经威胁到相关研究工作的进行, 亟须解决铀原料问题。多次致函斯大林无果后, 1944年9月29日, 库尔恰托夫向国防委员会副主席Л。П。贝利亚求助[22]204, 贝利亚的介入成为苏联核计划成功的转折点。

  1944年12月3日, 国防委员会发布第7069cc号绝密命令---《关于保障苏联科学院2号实验室开展研究的紧急措施》, 要求各人民委员部和最高统帅部负责人亲自采取措施, 保证承担2号实验室建设任务的内务人民委员部的设备、仪器、工具、材料和商品供应, 每月向国防委员会 (贝利亚) 汇报两次供应计划完成情况;国家计划委员会为2号实验室单列物质技术保障计划;使用囚犯从事2号实验室在建工程建设。核物理逐渐成为苏联军事技术革命的优先方向, 核计划的原材料、人员和资金保障大为改观。

  根据1944年12月8日国防委员会《关于铀矿开采和加工的保障措施》, 铀开采上升为国家最重要的任务, 铀矿勘探、开采和加工、金属铀加工工艺、铀浓缩工厂和铀精炼厂建设管理权, 由有色冶金工业人民委员部划归内务人民委员部。为此, 内务人民委员部采矿冶金企业劳改营管理总局组建铀管理局, 专门负责铀研究工作。内务人民委员部成立“特种金属研究所”, 研究和制定铀矿地质勘探和铀矿加工方法以及金属铀生产工艺、钚提取和金属钚生产及其产品的制造工艺。[23]1981945年1月起, 贝利亚开始向内务人民委员部各管理总局发布关于铀问题的命令, 实现铀研究的集中化和统一领导。

  1945年5月, 国防委员会决定在列宁纳巴德市附近成立内务人民委员部第6联合工厂, 内务人民委员部上校奇科夫任厂长, 主要承担整个中亚地区铀矿石的开采和加工任务。到1945年底, 这家工厂已经加工1万吨左右铀矿石, 制备精炼铀7吨。[2]205

  在抓紧提高国内工业生产能力的同时, 苏联还积极寻求其他一切可能的核原料来源。1945年5月, 国防委员会副主席В。А。马赫涅夫带领2号实验室研究人员小组前往德国, 从那里运回250公斤金属铀、3吨铀氧化物、20升重水和0.5克镭。[24]284, 287此外, 驻扎德国的苏联内务人民委员部副人民委员А。П。扎韦尼亚金向贝利亚报告, 新发现并运回250-300吨铀化合物和大约7吨金属铀。[24]323-324到1945年年中, 建造反应堆面临的原料长期短缺的问题终于得到解决。

  高纯石墨和金属铀是核反应堆活性区的主要组成部分, 2号实验室、国家稀有金属工业研究设计所等研究部门和有关企业组织力量, 研究高纯石墨和金属铀生产工艺。稀有金属工业研究设计所Н。П。萨任教授和助手З。В。叶尔绍娃钻研铀生产工艺, 于1944年12月制成第一公斤金属铀锭。В。В。贡恰罗夫和Н。Ф。普拉夫久克同莫斯科电极厂的专家联合攻关超纯石墨生产技术。在长达一年半的时间里, 科学家和生产者经过反复实验和光谱学分析, 最终确定通过高温使石墨与氧化剂作用, 除掉石墨中吸收中子的微量杂质硼, 从而掌握了生产超纯石墨的核心工艺。

  随着反应堆理论和关键原料问题的解决, 厂房建设提上日程。根据А。В。休谢夫院士的设计方案, 厂房地上地下各一层, 反应堆堆坑长、宽各10米, 深7米, 采用混凝土结构。[5]981946年初厂房动工, 出于保密考虑, 指派内务部工程部队承担施工任务。按照物理学家的建议, 为避免反应堆的强辐射对工作人员造成损害, 厂房的大部分位于地下, 并且修建了良好的防护设施。同年6月厂房主体工程竣工。库尔恰托夫决定建造亚临界反应堆模型, 以分阶段增加反应堆半径的方式, 通过实验验证反应堆理论。1946年7-11月, 2号实验室第一分部研究人员А。А。茹拉夫廖夫、И。С。帕纳修克、В。А。库拉科夫、Н。М。科诺帕特金、К。Н。什利亚金以及部分实验员和工人进行了模型试验。在茹拉夫廖夫带领下, 2号实验室第一分部约30名工人承担组装初步模型的任务, 其中女性占1/4左右。根据理论计算, 反应堆直径应为6米。组装的第一个铀-石墨球直径1.8米, 第四个铀-石墨球直径5.6米[18]66, 逐渐接近临界质量理论数值。工人们数次完全手工组装和拆卸反应堆模型, 付出大量艰苦的劳动。1946年11月开始组装反应堆Ф-1, 12月25日18时, 库尔恰托夫启动苏联和欧亚大陆第一座研究性核反应堆Ф-1, 实现铀的自持链式裂变反应。核反应堆Ф-1的成功研制是解决铀问题的重要阶段, 研究人员利用这座反应堆进行了大量实验性研究, 解决了栅格最佳尺寸、中子控制、反应堆材料的选择等关键问题, 为在南乌拉尔启动苏联第一座工业核反应堆建设确定了必要的物理参数。

  三、工业核反应堆的建造

  获取生产核武器的主要裂变材料钚和铀是一项非常复杂的任务。1945年8月6日和9日, 美国向日本广岛和长崎投掷原子弹, 造成巨大的人员伤亡和物质损失, 显示出核武器的巨大威力, 也促使苏联领导人加快实施核计划的步伐, 核计划成为苏联政府的1号计划。[25]47由于时间紧迫, 苏联国家领导人提出“赶超发达资本主义国家”的口号, 集中所有的资源, 不惜一切代价打破美国的核垄断, 努力在核工业发展领域赶超美国。[26]101为此, 苏联国防委员会专门委员会打破常规, 决定在科学院实验室和研究所开发的工艺基础上建立核工业, 通过试验性工业生产优化技术和制造核武器。根据这项战略, 钚和浓缩铀生产企业的建设应当与科技研究同步进行, 筹建以大规模制备钚的工业核反应堆为主要目标的817联合工厂遂成为国家重点工程。

  国防委员会专门委员会和第一管理总局成立之前, 苏联政府已经开始为建造工业核反应堆做了早期的物质和技术准备。1945年5月15日, 国防委员会通过决议, 批准1945-1946年提高内务人民委员部9局下属企业的生产能力, 责成第6联合工厂增加铀矿石开采量, 提高铀矿石和铀精矿加工能力。同时, 加快第9研究所办公用房建设和设备安装速度。1945年12月27日, 第九研究所正式开始工作, 主攻浓缩铀提炼方法。

  1945年12月1日, 苏联人民委员会通过第3007-892号决议, 批准建设钚生产企业---817联合工厂。选址时, 有关部门对风向、反应堆和放射化学生产排放物稀释问题、工厂烟囱规格等问题进行了细致的调查和研究, 将817联合工厂建设地点确定在距离车里雅宾斯克州北部城市克什特姆16公里的临湖地区, 以最大程度降低钚生产对周围环境造成的影响。

  1946年1月, 化学工业人民委员М。Г。别尔乌辛任命莫斯科化工机器研究所所长Н。А。多列扎利担任苏联第一座铀-石墨工业反应堆总设计师。[27]39专门委员会和第一管理总局要求多列扎利务必于1946年8月前呈报反应堆的技术设计和主要零部件施工图。为按期完成任务, 莫斯科化工机器研究所成立5个设计师小组, 集中精干力量攻克反应堆及其工艺系统结构设计难关。1946年2月, 多列扎利提出孔道的垂直分布有助于解决反应堆结构部件变形问题, 建议以垂直孔道代替此前2号实验室提出的水平孔道。次月, 由着名物理学家、冶金学家、机器制造专家、化学家和苏联核计划领导人库尔恰托夫、В。А。马雷舍夫等组成的委员会批准反应堆孔道垂直布局方案。

  核反应堆Ф-1投入运行以后, 2号实验室第一分部被派往南乌拉尔, 研究工业反应堆的基础科学问题。理论物理学家В。С。富尔索夫仔细研究了孔道环境下的中子扩散理论。第一分部科研人员成功测量出石墨内的热中子扩散长度, 确定了向石墨砌体放入铝合金管---反应堆内放置铀块的孔道---条件下热中子扩散长度减小值。中子增殖系数是决定链式反应规模的重要参数。热热伦和富尔索夫以石墨中子物理监测结果为基础, 通过大量计算证明, 在反应堆内合理配置石墨 (组装反应堆时质量最好的石墨靠近活性区中心, 最差的石墨放到反应堆边缘) 可以加大增殖系数。这些研究为工业核反应堆实现可控链式裂变反应积累了宝贵的数据和经验。

  1946年4月9日, 苏联部长会议 (1946年3月15日, 苏联人民委员会改组为苏联部长会议) 通过《关于817联合工厂建设和开工的准备及期限的决定》, 4月26日, 第一管理总局科学技术委员会批准817联合工厂建设总计划。[28]124这项由国营第11联合设计所和2号实验室提出的总计划确定了核反应堆、水流冷却系统、水处理和化学净化设施和居住区的位置。[29]116

  817联合工厂建设工程分为主要工程和辅助工程。按照最初的规划, 主要工程包括A工程, 即铀-石墨工业反应堆, 用于辐照铀块, 并在铀块中生成必要数量的钚;Б工程, 为利用放射化学方法从铀块中提取液态钚的放射化学厂。辅助工程包括变电站、实验室、机械修理车间等。为降低贵重材料运输风险, 提高效率和保证生产安全, 1946年9月, 万尼科夫向贝利亚呈递报告, 建议在817联合工厂兴建B工程, 即利用化学冶金方法从溶液中制备金属钚和使用金属钚制造核弹装药部件的化学冶金厂。[29]117-118其中, 工业反应堆工程是重中之重。

  1946年8月13日, 苏联部长会议批准第一管理总局科学技术委员会提交的工业核反应堆设计方案。反应堆 (包括保护层) 高22米, 直径17米。放置金属铀的孔道垂直布设, 孔道一旦损坏可以更换。活性区冷却水从顶部注入, 底部排出。[30]458同年10月初, 反应堆堆坑技术图纸交付建设者, 反应堆正式动工。最初工地缺少挖掘机和自卸卡车, 第一工程兵团的士兵开始手工挖坑, 用栏板式载重汽车和马车向外运土。10月中旬, 坑深由8米增至24米 (12月调整为44米) , 土方开挖量剧增。817联合工厂建设管理局总工程师В。А。萨普雷金要求1947年前全面做好堆坑混凝土浇筑准备, 但在当时条件下显然无法完成这一任务。[31]44

  管理部门动用行政命令和物质刺激手段, 以保证反应堆建设进度。萨普雷金决定工程进入昼夜施工状态, 建立领导轮流值班制度, 随时解决作业过程中出现的问题。1946年10月16日, 第859建设管理局发布组织社会主义竞赛的命令, 授予优秀的营、连流动红旗, 并给予相应奖金, 刺激工程团士兵提高劳动生产率。对于参加反应堆建设的特殊移民, 视劳动定额的完成情况, 除物质奖励以外, 政府承诺对表现突出者可以取消这个阶层固有的一切限制。[29]1191947年7月和11月, 贝利亚两次到817联合工厂视察, 亲自督促建设工作进度。

  1947年底, 第一座工业核反应堆的厂房主体完工。1948年1月, 在总设计师代表В。Ф。古谢夫的监督下, 操作人员着手安装金属构件和主要设备。3月, 开始砌筑反应堆活性区和石墨反射层。垒砌石墨过程中, 帕纳修克领导的物理小组一直借助中子探测仪检查石墨砌体纯度, 安排不同质量石墨的布放位置, 以实现最佳裂变链式反应。Н。Н。阿尔希波夫和热热伦带领装料组向反应堆内填装铀块。1948年5月, 反应堆建设和安装工作结束, 工程总投资5.04亿卢布。[28]125经过系统测试后, 1948年6月8日, 库尔恰托夫进行反应堆物理启动试验。6月19日, 反应堆首次达到设计功率, 钚生产由此开始。反应堆的某些岗位以女性为主, 例如, 反应堆水流量观察记录员几乎全部是女性, 因为女性更有耐心、责任心和更专注, 但领导职务仍主要由男性担任。[26]117-118

  1949年8月, 817联合工厂从辐照铀中分离出大约4公斤钚。哈里顿领导的第11设计局利用这批钚制成苏联第一枚核弹头和第一颗原子弹。1949年8月29日, 苏联首颗原子弹在塞米巴拉金斯科试验场爆炸成功。

  苏联举全国之力建立和发展核工业, 陆续研制出研究性核反应堆和工业核反应堆, 并成功试验原子弹, 对于冷战条件下提高苏联的国际地位, 抵制美国核讹诈具有决定性意义。同时, 也应当注意到, 苏联领导人违背科学发展规律, 不惜一切代价开发核武器也造成了严重后果。贝利亚严令按期完成钚制备任务, 库尔恰托夫被迫决定在反应堆不停堆条件下排除技术故障[32]15, 导致作业区受到严重的放射性污染。由于期限紧迫, 放射化学厂的设计和建设工作不得不同时匆忙展开, 许多设计方案缺乏最终实验数据的支持。结果, 放射化学厂1号和9号车间的钚浓度超过最高允许值数十万倍[33]159, 工人遭受过度钚辐射。这是从苏联核计划实施过程中应当吸取的深刻教训。

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    论文来源参考:钟建平.苏联核计划与核反应堆的研制[J].吉林大学社会科学学报,2019,59(04):143-150+222.
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