苏联第一颗原子弹研制始末——基于对俄罗斯解密档案文献的研究，本文主要内容关键词为：苏联论文,俄罗斯论文,始末论文,原子弹论文,文献论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
苏联第一颗原子弹的研制是一个较为复杂的历史过程，先后经历了三个阶段：第二次世界大战前的核物理基础理论研究阶段，它为苏联研制原子弹奠定了科学理论基础；第二次世界大战期间军事利用核能的技术条件准备阶段，它为苏联研制原子弹确定了基本方向和准备了技术条件；第二次世界大战后的全民总动员阶段，它为苏联研制原子弹提供了组织和领导与物质和精神保证。
一 第二次世界大战前苏联的核物理基础理论研究
苏联的核物理研究始于1918年列宁格勒国家X射线学和放射学研究所的成立。该所由物理技术部、光学部、镭学部及生物医学部组成，А．Ф．约费被选为第一任所长。约费于1902年在圣彼得堡工业学院毕业后，前往慕尼黑伦琴实验室工作，跟随诺贝尔奖获得者威廉·罗恩特教授从事科学研究。1918年被科学院选为通讯院士，两年后成为院士。1919年，约费在母校成立了物理技术系，成为培养苏联物理研究人员的摇篮，约费则被称为苏联物理学派之父。
1922年，列宁格勒国家X射线学和放射学研究所改组为三个独立的科研机构，即X射线学和放射学研究所、物理技术研究所和镭研究所。以约费领导的物理技术研究所为基础，建成了由14个研究所和3所工业技术学校组成的科研体系，共有研究人员1000多名，其中有近百人为著名学者①。20年代，物理技术研究所是苏联最大的物理研究机构，其宗旨是既搞物理，又搞技术，力求将基础学科与应用研究相结合，主要从事固体物理、半导体物理及核物理研究。在量子力学引发物理学革命的年代，物理技术研究所是当时欧洲主要的物理研究中心之一。物理技术研究所代表了苏联物理学流派，培养了一支实力雄厚的科研队伍，包括И．В．库尔恰托夫、Н．Н．谢苗诺夫、Г．Н．弗廖罗夫、Ю．Б．哈里顿等人。之后，他们都成为参与苏联核计划和第一颗原子弹研制的科研骨干力量②。
镭研究所是苏联最早进行放射性、放射性元素、放射化学及核物理学研究的研究所之一。20年代初，时任化学研究室主任的В．Г．赫洛平邀请了列宁格勒大学的学生到镭研究所毕业实习，借机培养了大批放射学专家，形成了以他为首的世界著名的放射学派。1922年，以赫洛平为首的镭研究所研究人员从苏联的镭矿中首次成功地提炼出了镭样品并在巴黎展出。就科研水平和实力及其研究的深度和广度而言，镭研究所在世界放射学研究领域占据着重要的位置。在苏联后来实施的核计划和第一颗原子弹研制中，镭研究所扮演了不可替代的重要角色。
在核物理史上，1932年是一个重要的年份。这年年初，著名的英国物理学家卢瑟福的学生查德威克在卡文迪许实验室用α粒子轰击铍核的实验中发现了新的基本粒子——中子。中子的发现为物理学家们提供了轰击原子核的新“炮弹”和开启核能的“金钥匙”。发现中子以后，苏联的科研机构随即开始了中子实验研究。1932年4月，物理技术研究所的Д．Д．伊万年科首次提出了原子核由质子和中子组成的结构假说。1932年12月，约费在物理技术研究所成立了核物理研究小组。1934年年初，在核物理研究小组基础上成立的核物理研究室已建成多个实验室。1935年，又有库尔恰托夫等人在研究中子辐照下溴的伽马射线时发现了放射性原子核的同质异能现象。1936年，Я．И．弗伦克尔证实了中间原子核的破裂过程与分子从凝结介质中的蒸发过程类似，提出了原子核的水滴模型说，并将热力学概念引入核物理学，为重核裂变理论奠定了基础③。
20世纪30年代初期，苏联主要的物理研究所大都隶属于各工业委员会管辖。1932年，科学院决定成立自己的物理研究所，由С．И．瓦维洛夫担任所长。1934年，瓦维洛夫决定成立理论物理研究室，组织开展核物理和宇宙射线辐射等基础理论研究。在进行伽马射线辐照下的铀盐溶液发光现象研究中，切连科夫发现了电子在液体中的高速运动引起液体发光的现象，这便是物理学上著名的“切连科夫效应”。1937年，塔姆和弗兰克对这一现象进行了理论阐释。1958年，切连科夫、塔姆和弗兰克因发现和解释带电粒子在透明介质中以极高的速度穿过时发出一种特殊的光的效应而获得诺贝尔物理学奖。
1931年，物理技术研究所分为物理技术研究所、电物理研究所和化学物理研究所三个独立的研究机构。化学物理研究所所长由约费的学生Н．Н．谢苗诺夫担任。谢苗诺夫1929年被选为苏联科学院通讯院士，1932年被选为院士，长期从事化学物理研究并发现链式化学反应现象，创立了苏联化学物理学派。他领导的化学物理研究所培养了哈里顿、Я．Б．泽利多维奇等著名的化学物理专家，后来，这些人都成为苏联核计划和第一颗原子弹研制的科研骨干力量。1956年，谢苗诺夫因对链式反应理论的研究获得诺贝尔化学奖。
1935年年初，物理问题研究所在莫斯科成立，所长由П．Л．卡皮查担任。卡皮查毕业于彼得格勒工业学院，1921年前往剑桥大学卢瑟福领导的卡文迪许实验室进修深造并获哲学博士学位，先后被选为三一学院和皇家学会会员。1934年回国后，在卢瑟福的大力协助下，卡皮查在剑桥大学实验室的全部设备被运回苏联。1978年，卡皮查因对接近绝对零度温度下液氦的超导性研究与美国射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊一道获得诺贝尔物理学奖。因其学术地位和国际影响，卡皮查曾受到苏联领导人的重视，参与了苏联核计划早期的科研领导工作。
在法国著名物理学家约里奥-居里夫妇发现人工β放射性之后，意大利物理学家费米和德物理学家哈恩等人对铀和中子反应过程中产生β射线的原因继续进行研究。1938年12月和1939年2月，哈恩和施特拉斯曼先后发表了《论中子轰击铀时产生的碱土金属及其特性》和《论中子轰击铀和钍时生成钡的放射性同位素》两篇论文。哈恩原来的同事梅特纳和她在玻尔实验室工作的侄子弗利什最先对从铀中生成钡的原因进行了科学解释，并首次使用了“裂变”的概念。④欧美许多实验室者重复进行了核裂变实验，证明了梅物纳和弗利什所做结论的正确性。在上述实验研究的基础上，苏联物理学家弗伦克尔和丹麦物理学家玻尔及美国物理学家韦勒分别对原子核的裂变过程进行了理论阐释，提出了原子核液滴模型，创立了原子核裂变理论。
苏联物理学界对铀原子核裂变现象迅速作出了反应。化学物理研究所的泽利多维奇和哈里顿对产生链式裂变反应的条件进行了研究，并从理论上证明了实现铀核链式裂变反应的可能性。1939年年末到1940年年初，他们分别考察了铀－238在快中子作用下产生链式衰变的可能性和铀－235在慢中子作用下产生链式裂变反应的问题，并根据实验数据得出了铀－238不具备产生链式裂变反应的条件的结论。他们表示，铀和水混合物不会产生铀核链式反应，只有将重氢或重水作为中子减速剂时链式反应才会产生。实现链式裂变反应的另一个途径就是浓缩铀－235同位素。他们还研究了接近临界状态的链式反应的动力学及利用核能制造炸弹的可能性问题⑤。
链式裂变反应中最关键性的问题是裂变时释放出来的中子数量，只有在每次裂变过程中都释放出一个以上的中子时，链式反应才能产生和得以维持。1939年4月，约里奥－居里等人公布了他们的实验结果，即每个铀核裂变时释放出的次级中子数量为3.5个⑥。此时，物理技术研究所的弗廖罗夫和Л．И．鲁西诺夫也完成了他们的实验，测出次级中子的常数为3±1⑦。相对而言，他们的结论更接近正确的2.4个次级中子。1940年年初，弗廖罗夫和镭研究所的К．А．彼得扎克在莫斯科地铁的深井里做实验时发现了自发性铀核裂变现象，即在不用中子轰击的情况下铀核产生的裂变现象。1940年6月，约费将发现这一现象的消息发往美国的《物理学评论》杂志，弗廖罗夫和彼得扎克撰写的论文《铀的自发裂变》也同时在国内的杂志上发表⑧。
从1918年起，在第一代物理学家约费和赫洛平等人的积极倡议和组织下，苏联先后成立了列宁格勒物理技术研究所和镭研究所，并以此为基础创立了苏联物理学派和放射学派。物理技术研究所和镭研究所培养的第二代物理学家库尔恰托夫、谢苗诺夫、瓦维洛夫、卡皮查、哈里顿等人迅速成长起来，先后参与创建了科学院物理研究所、化学物理研究所和物理问题研究所，进一步扩大了苏联物理学的研究平台。彼得扎克、弗廖罗夫、泽利多维奇等人在物理学研究领域的崭露头角，标志着第三代物理学家的问世。这样，到二战爆发之前20多年的时间里，苏联不仅成立了多家物理学科研机构，而且还形成了一支老中青相结合的科研队伍。这支队伍不仅为核物理学增添了多个新的理论和多项新的发现——伊万年科的原子结构假说，谢苗诺夫的链式化学反应，卡皮查的液氦超流性，切连科夫、塔姆和弗兰克的“切连科夫效应”，库尔恰托夫等人的同质异能现象，弗伦克尔的原子核液滴模型，彼得扎克和弗廖罗夫的自发裂变现象，泽利多维奇和哈里顿的临界质量，而且也为苏联核计划的实施和第一颗原子弹的研制奠定了坚实的科学理论基础。
二 第二次世界大战期间军事利用核能的技术条件准备
苏联政府一向重视国外情报的搜集工作，从30年代开始尤其关注科技情报的搜集。科学家们证实，铀原子核在裂变过程中会释放大量能量，可以用来制造威力巨大的核武器。于是，情报部门的注意力便首先放在核情报的搜集上。1942年10月6日，贝利亚向斯大林呈递了关于英国军事利用核能及建议在苏联开展核研究的报告⑨。其实，早在1941年9月25日和10月3日，苏联驻伦敦情报机构便已先后向国内通报了1941年9月16日和9月20日英国铀委员会会议的情况及铀委员会呈报给战时内阁报告的内容⑩。虽然贝利亚的报告在一年之后才最终呈递给斯大林，但不能否认核情报在促使苏联政府作出恢复核研究的决定时所起的关键作用。
1942年9月28日，斯大林在国防委员会第2352cc号密令《开展铀研究》上签字，责成科学院恢复核能利用研究，组建科学院下属的原子核专门实验室，在1943年4月1日前向国防委员会提交制造铀弹或铀燃料的可行性报告(11)。在具有高度职业敏感和责任心的科研人员的一再呼吁下，在担心敌对国德国抢先研制出杀伤力巨大的原子弹的情况下，在情报机构提供的同盟国英国也在积极从事核武器研究的消息的刺激下，苏联政府终于作出秘密决定，从而为恢复因战争爆发而中断的核研究提供了政策保障。
在作出恢复核研究的决定后，苏联并未立即采取积极行动，仍在继续谨慎地进行可行性论证。经约费推荐，原子核专门实验室主任库尔恰托夫作为核物理专家先后两次被召到莫斯科，开始接触驻外情报机构获取的核情报，并先后于1942年11月27日和1943年1月13日写出两份鉴定报告(12)。库尔恰托夫的报告进一步打消了苏联领导人的疑虑，坚定了恢复核研究的决心。另外，在斯大林格勒战役中取得胜利后，苏联掌握了战争的主动权，已经有暇顾及除战争以外的其他事情了。
这样，国防委员会又于1943年2月11日签发了第2872cc号密令，决定由人民委员会副主席、化学工业人民委员М．Г．别尔乌辛和卡夫塔诺夫负责铀研究的日常管理工作，库尔恰托夫为铀研究的科技负责人(13)。根据国防委员会的上述密令，科学院作出在莫斯科成立新的实验室的决定，任命库尔恰托夫为新的实验室——2号实验室的主任(14)。
2号实验室的组建过程持续了几年的时间，直到1945年上半年才基本稳定下来。2号实验室是在物理技术研究所基础上成立起来的，人员主要来自战时转移到喀山的研究人员。当时，研究所共有10个实验室，其中，2号实验室主要从事声学和无线电物理研究。科学院作出成立2号实验室的决定后，沿用了原有的2号实验室的名称，不过，2号实验室相对独立，不受物理技术研究所管辖。2号实验室先后成立了8个研究实验室，分别是：核反应堆物理研究实验室，采用扩散法浓缩铀－235研究实验室，铀后元素化学研究实验室，重水生产研究实验室，采用电磁法分离铀同位素研究实验室，新机组生产工艺研究实验室，快中子物理研究实验室，介子研究实验室(15)。2号实验室最初为两地办公，1944年4月迁往位于莫斯科市郊的波克罗夫斯科耶－斯特列什涅沃(16)。到1945年年末，2号实验室共有科技人员180名(17)。
1943年7月30日，库尔恰托夫向国防委员会副主席和人民委员会第一副主席莫洛托夫递交了研制铀弹和生产铀燃料的可行性报告，报告同时也是2号实验室成立后1943年上半年的工作汇报。在简要回顾了核研究的状况后，库尔恰托夫首先介绍了分离铀同位素的扩散方法，随后说明了建造反应堆的重要性。在论证和肯定了研制铀弹和生产铀燃料的可行性后，库尔恰托夫提出将2号实验室的工作重点放在建造反应堆、浓缩铀同位素及研究裂变材料钚－239和铀－235的物理特性上(18)。
反应堆是使原子核裂变的链式反应能够有控制地持续进行的装置，是进行各项核物理、中子物理、固体物理、超导性、放射性材料研究的基地，是核燃料、核材料及核构件等的实验基地，也是钚－239等裂变材料的生产基地。铀－石墨反应堆主要使用天然铀或浓缩铀和石墨，天然铀或浓缩铀用作核燃料，而石墨和重水则用作减速剂。因此，建造反应堆必须首先具备铀、石墨和重水等材料。
受库尔恰托夫委托，苏联有色冶金工业人民委员部的稀有金属研究所承担了用于反应堆的金属铀生产工艺的研究和开发任务，由被称为“俄罗斯的居里夫人”的З．В．叶尔绍娃负责。叶尔绍娃曾于1937年被派往巴黎的玛丽娅·居里实验室学习和工作，在约里奥－居里的指导下进行科学研究。1944年12月，第一块重量为1公斤的高纯度金属铀锭在叶尔绍娃领导的实验室铸造出来，为2号实验室进行铀物理特性研究提供了样品。1945年年末，苏联开始批量生产金属铀。
在主抓反应堆研究和建设的同时，库尔恰托夫还时刻关注着回旋加速器的制造。为进行一系列的核物理研究，急需功率强大的中子源。当时，能够提供强大中子源的只有回旋加速器。战前，物理技术研究所便开始了加速器的建设，原计划在1942年1月1日启动运行，但战争的爆发阻止了计划的最终完成。1943年夏天，根据国防委员会第2872cc号密令，回旋加速器的部分设备和材料从列宁格勒运抵莫斯科。1943年年末，回旋加速器在修建中的2号实验室实验大楼完成了最后组装。1944年9月8日，库尔恰托夫向莫洛托夫报告了回旋加速器启动运行的消息(19)。
苏联科学院2号实验室的成立不仅为核研究的有效进行创造了有利条件，而且也为核计划的正式实施搭建了科研平台。作为核研究的专门机构，2号实验室集中了全国核物理研究领域的精英，一方面在理论上论证制造原子弹的可行性，一方面在实验中研究解决制造原子弹的一系列具体问题，而这一切又都是在充分验证情报机构获取的国外核情报，尤其是来自美国的核情报的基础上进行的。
1942年11月27日，库尔恰托夫第一次对国外核情报进行了评估，并形成了《库尔恰托夫致莫洛托夫关于国外情报分析和建议在苏联组织开展核武器研究的报告》，主要内容是对英、美等国军事利用核能研究状况的综述(20)。正是这次评估报告在一定程度上促成了苏联核研究中心——2号实验室的成立。
在1943年3月7日的评估报告中，库尔恰托夫对有关同位素分离、核爆炸和核燃烧、裂变过程等理论和技术问题的情报内容进行了评述。
数日之后，即3月22日，库尔恰托夫再次向别尔乌辛提交了评估报告，并不无兴奋地宣布，他为苏联的核研究找到了新的方向。库尔恰托夫在报告中指出：“我最近看过的情报资料陆续表明，‘铀锅炉’中不仅可以使用铀－235，还可以使用铀－238。此外，材料还显示，‘铀锅炉’中核材料燃烧后生成的物质(指钚－239——作者注)可以取代铀－235用作核炸药……如上所见，在此情况下进行既可作为核燃料也可作为核炸药的铀同位素分离也就失去了意义。”(21)铀同位素分离是一项极为复杂的技术，投入大，成本高，收效慢。相反，使用天然铀作为核燃料，在反应堆中经过一系列化学反应得到人工裂变核材料钚，无疑，这将是苏联核计划通向成功之路的一条捷径。
在美国试验第一颗原子弹之前，苏联便已经掌握了有关情报。1945年3月16日，库尔恰托夫对与美国原子弹的装料和构造原理有关的情报内容进行了评估(22)。相隔不到一个月，他再次对与原子弹有关的情报内容进行了评估(23)。美国第一颗原子弹试验前后，有关情报内容出现的频率明显加快。1945年7月2日，苏联便已得到美国将在7月进行原子弹试验以及与原子弹构造有关的情报(24)。1945年8月10日，红军总参谋部情报总局驻加拿大情报站向国内发回密电，证实美国原子弹试验取得成功，同时通报了美国投向日本的原子弹使用的裂变材料是铀－235(25)。1945年10月19日，苏联掌握了美国第一颗原子弹更为详细的信息：原子弹为内爆型，采用爆炸引发核裂变的方式，选用δ相钚－239作为放射性材料，爆炸高度为30.5米，当量为1万吨梯恩梯炸药，爆炸温度为摄氏7千万度，914米范围内的放射性达1000伦琴(26)。
斯大林于1942年9月28日签署了恢复因爆发战争而被迫中断的核研究的秘密指令，并将研究核能明确为军事目标利用。随后，在强化政府对核研究的日常管理的同时，抓紧建设核研究的专门实验室——苏联科学院2号实验室。2号实验室在积极开展理论和实验研究的同时，对情报部门获取的大量核情报进行了分析、研究和验证，不仅充分论证了军事利用核能的可行性，更为制造原子弹准备了可靠的技术条件——将天然铀在反应堆中经一系列化学反应后生成的人工裂变材料钚用作核炸药，采用内爆法引爆方式构造原子弹。
三 第二次世界大战后的全民总动员
1945年7月17日至8月2日，美、英、苏三国首脑在波茨坦举行会晤。期间，杜鲁门有意向斯大林透露，美国拥有一种前所未有的特殊武器，斯大林对此并不以为然(27)。数天之后的8月6日，美国向日本投掷了第一颗原子弹，制造了震惊世界也改变世界的广岛事件。此前，斯大林并未意识到原子弹和国际政治之间有何必然联系，正是广岛事件彻底改变了他对原子弹的态度。他不仅意识到美国轰炸日本背后的深层含义，意识到原子弹在国际政治中的战略意义，而且也意识到苏联刚刚建构起来的安全体系正面临着毁于一旦的威胁，意识到苏联凭借其巨大的牺牲和政治、经济、军事实力赢得的力量平衡将被无情地打破。
1945年8月20日，斯大林签署了国防委员会第9887cc/оп号秘密决议，决定成立以贝利亚为主席的国防委员会专门委员会、以万尼科夫为主席的专门委员会技术委员会和万尼科夫兼任局长的苏联人民委员会第一管理总局，建设核能设施，研制原子弹(28)。
专门委员会是苏联实施核计划的总指挥部，其成员大都是中央党政机关和相关政府部门的主要负责人，全面领导核能利用研究、核工业和核设施建设以及原子弹的研制，负责审议苏联核计划实施过程中的所有重大问题，享有采取各种措施解决这些问题的权力。1945年9月4日，国防委员会撤销，专门委员会划归人民委员会。1946年3月起，又划归苏联部长会议。从1945年成立到1949年第一颗原子弹试验，专门委员会共召开过84次会议，出台了1000多个与核计划有关的国防委员会、人民委员会及部长会议决议和决定(29)。
作为专门委员会的执行机构，第一管理总局负责分配划拨给专门委员会使用的资金、人员和物资，下设采矿冶金局、特种企业局、科研机构管理局、建设局、设备和仪器局、技术物资供应局、经济计划局和办公事务局等八个局。第一管理总局曾先后隶属于国防委员会、人民委员会和部长会议，在1953年6月26日根据苏共中央委员会主席团和最高苏维埃主席团的决定撤销后由中型机器制造部所取代。
技术委员会负责初步审议提交专门委员会讨论的科技问题、科研计划和报告及核设施和核装置的设计方案。1945年12月10日，在技术委员会之外又成立了工程技术委员会，负责解决与核设施和核装置有关的工程设计问题(30)。1946年4月9日，斯大林签署了苏联部长会议第803－325cc号决议，将技术委员会和工程技术委员会合并为科学技术委员会，受第一管理总局领导，负责审议与核能利用有关的科技问题、科研机构和生产企业的计划和报告，审核核设施、构件和设备的工程技术设计，同时对核设施、构建和设备的设计、建设和制造提供工程技术指导(31)。
核计划是一项庞大的工程，仅仅依靠科学家的努力是远远不够的，还需要有一个极具权威的政府机构来调动全国的力量。美国制造的广岛事件给苏联敲响了警钟，斯大林终于走出疑虑，将核计划的地位提升到国家高度，批准成立了专门委员会、第一管理总局和科技委员会，建构了一个完整的核计划决策、组织、领导和监督体系。从此，由国家最高领导人斯大林、核计划决策监督人贝利亚、核计划协调管理人万尼科夫、核计划科技负责人库尔恰托夫组合形成的核计划组织、领导和管理机制全面启动运行。
1942年11月27日，在斯大林作出恢复核研究的重大决策后，莫洛托夫签署了国防委员会第2542cc号《关于开采铀矿的决定》，责成有色冶金、中型机器制造、国家监察、地质及镭研究所等政府部委和科研院所全力开展铀矿勘探、开采和加工工作(32)。1943年7月30日，莫洛托夫又签署了国防委员会第3834cc号决定，进一步部署和督促地质、高校、财政、有色冶金、中型机器制造、黑色冶金、造纸、橡胶、轻工、纺织、弹药、煤炭及科学院等政府部委和科研院所的铀矿勘探、开采和加工工作(33)。
苏联早期的铀矿勘探、开采和加工条件极其恶劣，人员、设备匮乏，技术落后。有色冶金工业人民委员部所属铀矿开采人员仅为100～150人，仅有10～15台汽车、20匹马和驴，主要靠手工劳动，而且是由犯人和特殊移民完成的。在开采和运输过程中损失的氧化铀达27％，加工时损失的氧化铀更达60％，金属铀的提取率仅为10％～12％(34)。
在此情况下，斯大林先后于1944年12月8日和1945年3月8日签署了国防委员会第7102cc/ов号和第7737cc号决定，明确提出铀矿勘探、开采和加工为国家最重要的一项任务，要求政府各部门加大力度，在最短时间内完成铀原料基地建设的任务(35)。此后，铀矿勘探、开采和加工在苏联境内全面展开。苏联地质部门向中亚、卡累利阿－芬兰、爱沙尼亚、列宁格勒州、东西伯利亚和西西伯利亚以及摩尔曼斯克州、阿尔泰边区、乌克兰、高加索等地共派出包括13个地质勘探队、23个找矿队、32个复查队和15个科研队在内的83个地质工作队，费用支出达2千多万卢布(36)。
尽管1950年苏联的铀矿开采总量与1945年相比增长了113倍，达到了2056.8吨，但境内的开采量却只占其中的3成，为416.9吨，而东德、波兰、捷克斯洛伐克和保加利亚却占到了7成，为1639.9吨(37)。据著名的美国学者霍洛韦提供的中央情报局的统计数据，在1950年，苏联45％的铀矿来自东德，35％来自波兰，15％来自捷克斯洛伐克，4％来自保加利亚，只有33％来自苏联本国(38)。
2号实验室成立伊始，生产核材料便成为其首要任务，而借助铀－石墨反应堆获得人工裂变材料钚则被确定为生产核材料的一条捷径。为此，2号实验室不仅解决了一系列理论问题，还攻克了生产高纯度石墨和金属铀的技术难关，从而为反应堆的建设创造了条件。然而，有一个问题却始终困扰着库尔恰托夫，那便是没有足够数量的铀用作核燃料。
德国无条件投降以后，情况发生了转机。库尔恰托夫曾在1946年年初表示：“1945年5月前，铀－石墨反应堆点火是一件毫无希望的事情，因为我们总共只有7吨氧化铀。要在1948年前弄到反应堆所需的100吨铀显得非常渺茫。去年年中，贝利亚同志向德国派出了以扎维尼亚金、马赫涅夫和基科因同志为首的由2号实验室和内务人民委员部人员组成的特别小组，寻找铀和铀原料。在做了大量的工作之后，小组找到了300吨氧化铀及其化合物并将其运回苏联。这不仅大大改善了铀－石墨反应堆的境况，而且也大大改善了整个铀研究的境况……”(39)
库尔恰托夫亲自组织和领导了2号实验室物理实验堆Ф－1的建设。经过对铀和石墨特性的研究和实验，他基本确定了实验堆的临界质量——金属铀块50吨，石墨块500吨(40)。1946年10月末，由第12厂用在德国找到的氧化铀及其化合物生产出的金属铀块被源源不断地运到2号实验室。11月中旬，库尔恰托夫指挥科技人员开始往实验堆里装填金属铀。12月24日，实验堆开始产生链式反应。12月25日晚18时，实验堆达到临界状态，功率为100瓦特，瞬间甚至达到了3800瓦特(41)。这是苏联，也是欧洲大陆首次实现的自持可控铀核链式裂变反应，标志着苏联已经掌握了生产核材料的技术。作为进行各项核物理、中子物理、固体物理、物质结构、超导性、放射性材料、生物学、医学、生态学研究的实验场和同位素生产基地以及核燃料、核材料及核构件等的实验基地，实验堆为此后工业堆的建设提供了重要的参考和宝贵的经验。
在建设实验堆的同时，苏联便已经开始积极筹划工业堆的建设。1945年10月26日，贝利亚主持召开专门委员会会议，重点讨论817厂的选址问题，从此，苏联核材料综合生产厂——817厂的建设被列入议事日程(42)。考虑到地形特点、远离城镇、树木茂盛、水源充足、交通便利、易于施工、电力保障等综合因素，1945年12月1日，贝利亚以副主席的名义签署了苏联人民委员会第3007－892cc号决定，批准将817厂建在乌拉尔南部的克孜勒塔什湖南岸，对外地址为车里雅宾斯克－40(43)。1947年11月24日，根据第3909－1327cc/оп号苏联部长会议决定，817厂更名为由“A”厂——铀－石墨工业堆、“Б”厂——放射化学厂和“B”厂——化工冶金厂组成的817综合厂(44)。
1946年9月，举行了铀－石墨工业堆奠基仪式。经过反复讨论和多次论证，工业堆的设计方案没有采用已在美国的曼哈顿计划中所采用的卧式结构，而独创了工艺管路的立式结构设计，以避免构件容易变形等弊端。1947年年末，工业堆主体工程施工结束。核设施建筑工程负责人、内务副人民委员А．П．扎维尼亚金曾在1948年的报告中写道：工业堆主体工程量浩大，其中，土方工程为19万立方米，混凝土和钢筋混凝土浇铸82000立方米，砌砖6千立方米。共计4万5千人参加了工业堆的建筑工程施工，包括雇工、工程兵、特殊移民、犯人等(45)。1948年1月，开始进行工业堆金属构件和主要设备的内部安装和调试。3月初，开始堆砌作为中子减速剂的石墨块反射层，共用去大约1000吨石墨。5月末，开始检测和调试信号、保护、控制、冷却、换装等系统。6月8日，在反应区的工艺管路中装填了32600公斤的金属铀块后，工业堆实现了工艺管路注水前的物理启动(46)。6月10日晚7时，当金属铀装填到72 600公斤后，工业堆实现了工艺管路注水后的链式裂变反应(47)。12月22日，首批辐照后的金属铀块运抵“Б”厂——817综合厂的放射化学厂。
1946年8月，放射化学厂主体厂房建设动工，各种设备和仪器的安装以及线路的铺设与厂房墙体垒砌同时进行。施工负责人一般由招聘来的工程师和内务部部队军官担任，而施工工人则基本为工程兵、雇工、犯人、特殊移民等(48)。1948年8月末，放射化学厂建筑施工结束，开始进行设备和仪器的调试。12月22日，在工业堆中辐照过的首批金属铀块运抵放射化学厂，标志着“Б”厂正式投产运行。1949年2月26日，放射化学厂生产出的首批成品——钚浓缩液被送往“B”厂，也即817综合厂化工冶金厂。
“B”厂的主要任务是将“Б”厂提供的钚浓缩液提炼成金属钚，再将金属钚加工成零部件，用于制造原子弹。率先投产的第九车间很快便生产出首批钚硝酸溶液。1949年4月中旬，纯度很高的二氧化钚被送往第4车间，进行工业还原冶炼。6月，金属钚的数量已足够用来制造第一颗原子弹了。随后，金属钚被送往11车间，开始进行钚零部件的加工。8月初，苏联第一颗原子弹的核装料——两个半球体的金属钚部件加工完成。8月8日，核装料被用专列运往第11设计所，以便进行原子弹的最后组装(49)。
核材料生产是苏联核计划实施过程中最为关键的环节之一，从核原料的勘探、开采和加工，到物理实验堆Ф－1的启动，再到核材料生产厂的设计、施工及生产工艺的研发，苏联打破常规，特事特办，动用了数以万计的人力(50)，投入了巨额资金，在短短的几年内便建成并启动了核材料生产综合企业，为实现核计划、制造原子弹创造了必不可少的条件。
苏联核材料的生产和原子弹设计是同时进行的(51)。1946年4月9日，苏联部长会议作出第805－327cc号秘密决定，批准2号实验室成立设计所，负责原子弹的研究、设计、实验和生产，哈里顿担任原子弹的总设计师。设计所以2号实验室第11设计所命名，接受2号实验室领导，但又相对独立(52)。第11设计所建在莫尔多瓦自治共和国与高尔基州结合地带的萨罗夫村，对外通信地址为“阿尔扎马斯－16”。1947年年末，第11设计所的机构组建工作基本完成，科研设计人员、工程技术人员、工作人员和工人人数共达800多人(53)。截止到1948年8月，第11设计所已有实验室14个、理论研究室1个、设计室1个、实验厂2个、试验场2个，人员也增加到了2400多人(54)。
1946年6月21日，苏联部长会议在第1286－525cc号秘密决定《苏联科学院2号实验室第11设计所》中下达了原子弹设计任务，责成第11设计所研制РДС系列C－1和C－2两种型号的原子弹各一枚，分别使用钚－239和铀－235作为核装料，在1948年1月1日和1948年6月1日前先后提交国家进行地面试验；研制РДС系列C－1和C－2两种型号的机载式原子弹各一枚，在1948年3月1日和1949年1月1日前先后提交国家进行空中试验。
原子弹不同于普通炸弹，是一个更为复杂的系统，涉及核材料和核爆炸等全新的理论，因此，在设计原子弹之前，首先要做的是解决一系列理论问题，完成一系列计算工作。为此，苏联政府动员了诸如化学物理研究所、化学研究所、数学研究所及其列宁格勒分所、物理问题研究所和地球物理研究所等多家科研机构参与原子弹的理论计算工作，动员了农业机械制造部、运输机械制造部、装备部等下属设计部门参与原子弹的设计工作。1949年4月15日，第11设计所向贝利亚汇报，所有的理论问题都已经得到解决，设计任务已经全部完成(55)。
虽然早在1946年苏联便动工建设813综合厂，但用于РДС－2核装料的浓缩铀－235的生产却一直遥遥无期。1949年3月3日，苏联部长会议在第864－238cc/оп号秘密决定中将РДС－2的研制和试验的时间推迟了一年，到1950年12月。这样，在第一颗原子弹试验之前，苏联原子弹的生产便主要集中在了РДС－1上(56)。
РДС－1是按机载炸弹的标准设计的，主要由弹体和弹芯两部分构成。弹体用装甲钢制成，外径为1500毫米，内径为1400毫米，长度为3300毫米，重量为4700公斤。弹芯包括炸药装料、自动系统、核装料等。炸药装料用梯恩梯和黑索今炸药混合构成，作用在于产生球面收敛爆轰波。自动系统包括传感器、高空自动起爆控制器、电雷管等仪器和元件。核装料是一个多层结构，呈空心球状，最外一层是空心球状的金属铀，里面是两个半球体的钚，在其中一个半球体上开有一个直径为25毫米的孔，用来放置中子源。
为了避免冒险，万尼科夫、库尔恰托夫和哈里顿决定РДС－1使用与美国已经试验的第一颗原子弹一样的质量，即6.2公斤(57)。1949年8月5日，核装料交付使用(58)。8月10日深夜，第11设计所对核装料进行了检测和试组装。检测表明，中子增殖系数正常，符合技术要求，可以进行试验。拆卸后，核装料部件经精心检查后被重新包装起来，准备用专列运往谢米巴拉金斯克试验场(59)。
从1949年8月10日起，第11设计所和试验场共同组织进行了原子弹试验前的实地演练。截止到8月26日，共进行了10次演练，包括试验场物理检测仪器启动演练、混合炸药装料自动引爆演练、核装料组装和拆卸演练等。8月22日，进行了由全体人员参加的综合演练，既检查也提高了各部门之间的协调和配合(60)。
1949年8月26日，专门委员会召开会议，通过了由万尼科夫、库尔恰托夫和别尔乌辛起草的苏联部长会议《关于进行原子弹试验的决定》(草案)，拟定试验在1949年8月29～30日内择机进行，将采取地面定点爆炸的方式，以便进行各种科学观察和物理检测。1949年8月26日深夜，库尔恰托夫根据贝利亚的直接指示，确定了试验的时间——8月29日当地时间8时。8月28日晚，开始原子弹的最后组装(钚装料和中子源)并于29日凌晨3时结束。凌晨4时，原子弹被运到试验塔，固定好后，装入引爆雷管，打开自动引爆系统。早6时，试验塔上的工作全部结束。6时25分，试验区全部人员撤离。此时，天气突然变坏，乌云密布，风速加大，下起了小雨。在征得贝利亚同意后，库尔恰托夫将试验时间由原定的8时提前到了7时。
次日，贝利亚和库尔恰托夫向斯大林汇报了原子弹试验的情况。报告中说，经过科研人员、设计人员、工程技术人员、管理人员和工作人员四年的努力，苏联第一颗原子弹试验已于1949年8月29日莫斯科时间凌晨4时在哈萨克斯坦谢米巴拉金斯克以西170公里处的荒原地带专门修建和装备的试验场进行，原子弹的破坏力和杀伤力巨大，当量不小于1万吨梯恩梯炸药，爆炸后产生的冲击波完全摧毁了7平方公里范围内的工业设施和民用建筑，高强度辐射形成了距爆心5平方公里范围内的死亡地带，高温导致12平方公里范围内的工业、民用和军事建筑起火(61)。
苏联第一颗原子弹的研制成功是苏联为解决重大问题而凝聚全国的人力、物力和财力所做出的一次历史性的创举。具体来讲，在行政命令体制下建立起来的核计划组织领导体系充分保证了最高指示的全面贯彻执行，保证了整部国家机器的全力运转；在高度集中下的计划经济体制为动员一切可以动员的资源提供了可能，为研制原子弹提供了雄厚的物质经济条件，使“仿制”美国的原子弹成为可能；在苏共中央集中领导下全面开展的政治思想教育培养了苏联人民社会主义意识形态体系中的爱国主义思想和感情，由此凝集而成的精神道德力量为实施核计划提供了巨大的精神动力。苏联第一颗原子弹的研制和试验成功不仅打破了美国的核垄断，为自身安全和稳定提供了保证，彰显了军事国防实力，而且也抑制了美国独霸世界的野心。
注释：
①霍洛韦：《斯大林与原子弹：苏联与原子能，1939～1956》(Холловэй Д．Сталин и бомба：Советский Союз и атомтая энергия，1939～1956)，新西伯利亚1997年版，第33页。
②霍洛韦：《斯大林与原子弹：苏联与原子能，1939～1956》，第30页。
③扎沃伊斯卡娅、扎哈洛娃、科捷利尼科夫：《苏联战前的核物理学研究》(Завойская Н．Е．，Захарова В．П．，Котелъников Г．А．Отечественная ядерная физика в предвоенные годы)，《科学与社会：苏联核计划史(40～50年代)》(第2卷)(Наука и общество：история советского атомного проекта(40～50 годы)(том 2))，莫斯科1999年版，第11～19页。
④［德］罗伯物·容克著，钟毅、何纬译：《比一千个太阳还亮——原子科学家的故事》，原子能出版社1991年版，第46页。
⑤伊戈宁：《苏联核物理发展主要成果(1934～1954)》(Кгонин В．В．Принципиалъные резуътаты развития ядерной физики в СССР(1934～1954))，《科学与社会：苏联核计划史(40～50年代)》(第2卷)(Наука и общество：история советского атомного проекта(40～50 годы)(том 2))，莫斯科1999年版，第38页。
⑥［苏］С．斯涅戈夫著，胡丕显、吴莹、照宇译：《苏联原子弹之父库尔恰托夫》，原子能出版社1991年版，第83页。
⑦扎沃伊斯卡娅、扎哈洛娃、科捷利尼科夫：《苏联战前的核物理研究》，《科学与社会：苏联核计划史(40～50年代)》(第2卷)，第13页。
⑧这篇论文发表在《实验物理和理论物理》杂志1940年第10卷第9～10期。(参见扎沃伊斯卡娅、扎哈洛娃、科捷利尼科夫：《苏联战前的核物理学研究》，《科学与社会：苏联核计划史(40～50年代)》(第2卷)，第19页。
⑨里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第一册)(Рябев Л．Д．(общ．ред．) Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т．Ⅰ，1938～1945，Частъ 1)，莫斯科1998年版，第271～272页。
⑩同上，第240～241页。
(11)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第一册)，第269～270页。
(12)同上，第276～279和287～293页。
(13)同上，第306～307页。
(14)同上，第321页。
(15)克鲁格洛夫、彼得罗相茨：《苏联铀计划实施初期主要参与人员生平资料简介》(Крутлов А．К．，Петросъянц А．М．Краткие биографические данные ряда основных участников советского уранового проекта в началъный период его реализации)，米哈伊洛夫：《苏联第一颗原子弹的研制》(Михайлов В．Н．Создание первой советской ядерной бомбы)，莫斯科1995年版，第343页。
(16)彼得罗相茨：《1943～1946年的核问题研究》(Петросъяиц А．М．Решение ядерной проблемы в 1943～1946 гг．)，米哈伊洛夫：《苏联第一颗原子弹的研制》(Михаилов В．Н．Создание первой советской ядерной бомбы)，莫斯科1995年版，第46页。
(17)克尼亚济卡娅：《库尔恰托夫谈苏联核研究第一阶段的主要工作，1943～1946》(Князъкая Н．В．И．В．Курчатов об основных направлениях работ первого этапа решения атомной проблемы в СССР，1943～1946 гг．)，《科学与社会：苏联核计划史(40～50年代)》(第2卷)(Наука и общестов：история советского атомного проекта(40～50 годы)(том 2))，莫斯科1999年版，第100页。
(18)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第一册)，第368～374页。
(19)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第二册)(Рябев Л．Д．(общ．ред．)Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т．Ⅰ，1938～1945，Частъ 2)，莫斯科2002年版，第111～112页。
(20)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第一册)，第276～279页。
(21)杂志编辑部：《苏联核计划的开端(新档案资料)》(Редакция журнала．У истоков советокого атомного проекта(новые архивные материалы))，《自然科学与技术史问题》(Вопросы истории естествознания и техники)，1994年第2期。
(22)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第二册)，第245～246页。
(23)同上，第261～263页。
(24)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第二册)，第329～330页。
(25)同上，第347～348页。
(26)同上，第329～330页。
(27)［苏］费·丘耶夫著，王南枝等译：《同莫洛托夫的140次谈话》，新华出版社1992年版，第97页。
(28)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第一册)(Рябев Л．Д．(общ．ред．)Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т．Ⅱ，Атомная бомба，1945～1954，Книга 1)，莫斯科1999年版，第11～14页。
(29)冈察洛夫、利亚别夫：《苏联第一颗原子弹的研制》(Гончаров Г．А．，Рябев Л．Д．？О создании первой отечественной атомной бомбы？)，《物理学成就》(Успехи физических наук)，2001年第171卷第1期。
(30)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第一册)，第415～419页。
(31)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第二册)(Рябев Л．Д．(общ．ред．)Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т．Ⅱ，Атомная бомба，1945～1954，Книгаz)。莫斯科2000年版，第197～201页。
(32)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第一册)，第275页。
(33)同上，第368页。
(34)涅克拉索夫：《内务人民委员会－内务部及原子》(Некрасов В．Ф．НКВД－МВД и атом)，莫斯科2007年版，第81～82页。
(35)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第二册)，第239～242页。
(36)同上，第385页。
(37)西蒙诺夫：《1920～1950年代苏联的军工综合体：经济增长速度，生产结构、组织及管理》(Симонов Н．С．Военно－промыщленный комплекс СССР в 1920～1950－е годы：темпы экономического роста，структура,орrанизация производства и управление)，莫斯科1996年版，第226页。
(38)霍洛韦：《斯大林与原子弹：苏联与原子能，1939～1956》，第238页。
(39)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938～1945，第二册)，第293页。
(40)热热龙：《苏联和欧洲大陆的首座核反应堆Ф－1》(Жежерун И．Ф．Первый в Советском Союзе и на Континенте атомный реактор Ф－1)，《科学与社会：苏联核计划史(40～50年代)》(第2卷)(Наука и общестов：история советского атомного проекта(40～50 годы)(том 2))，莫斯科1999年版，第70～72页。
(40)霍洛韦：《斯大林与原子弹：苏联与原子能，1939～1956》，第243～245页。
(41)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第一册)，第39～41页。
(42)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第二册)，第73页。
(43)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945—1954，第三册)(Рябев Л．Д．(общ．ред．) Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т．Ⅱ，Атомная бомба，1945～1954，Книга 3)，莫斯科2002年版，第370～374页。
(45)克鲁格洛夫：《从2号实验室的Ф－1实验堆到车里雅宾斯克－40首座工业堆——817综合厂》(Крутлов А．К．От опытного реактора Ф－1 в Лаборатории № 2 к первому промышленному ядерному реактору в Челябинске－40－Комбинат № 817)，米哈伊洛夫：《苏联第一颗原子弹的研制》(Михайлов В．Н．Создание первой советской ядерной бомбы)，莫斯科1995年版，第81页。
(46)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第三册)，第830页。
(47)同上，第831页。
(48)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第二册)，第543页。
(49)克鲁格洛夫：《817综合厂用于第一颗钚弹的金属钚及其零部件生产厂》(Крутлов А．К．Завод по получению металлического плутония и деталей из него для первой плутониевой бомбы на Комбинате № 817)，米哈伊洛夫：《苏联第一颗原子弹的研制》(Михайлов В．Н．Создание первой советской ядерной бомбы)，莫斯科1995年版，第141页。
(50)霍洛韦认为参与苏联核计划的总人数在33到46万人左右；俄罗斯有学者则认为，截止到1948年，参与817综合厂各分厂建筑工程的总人数为45000人。
(51)1945年5月15日，斯大林签署了国防委员会第8579cc/ов号秘密决定，批准了苏联核研究中心——2号实验室1945年的年度科研计划。计划中共列出10个科研项目，第6个为原子弹设计(参见里亚别夫(主编)：《苏联核计划：文献资料》(第一卷，1938－1945，第二册)，第253～260页。
(52)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第六册)(Рябев Л．Д．(общ．ред．) Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т．Ⅱ，Атомная бомба，1945－1954，Книга 6)，莫斯科2006年版，第101页。
(53)同上，第471－481页。
(54)同上，第456～460页。
(55)同上，第547－550页。
(56)同上，第528～529页。
(57)西蒙诺夫：《1920～1950年代苏联的军工综合体：经济增长速度，生产结构、组织及管理》，第222页。
(58)克鲁格洛夫：《817综合厂用于第一颗钚弹的金属钚及其零部件生产厂》，米哈伊洛夫：《苏联第一颗原子弹的研制》，第141页。
(59)米哈伊洛夫、涅金、齐尔科夫：《哈萨克斯坦谢米巴拉金斯克原子弹试验场的修建和试验》(Михайлов В．Н．，Негин Е．А．，Цырков Г．А．Подготовка полигона и испытания ядерной бомбы под Семипалатинском в Казахстане)，米哈伊洛夫：《苏联第一颗原子弹的研制》(Мйхайлов В．Н．Создание первой советской ядерной бомбы)，莫斯科1995年版，第238页。
(60)涅金、托列乌索娃、库里奇科夫：《苏联核计划》(Негин Е．А．，Толеусова Л．Д．，Куличков Г．Д．Советский атомный проект)，下诺夫哥罗德1995年版，第172页。
(61)里亚别夫主编：《苏联核计划：文献资料》(第二卷，原子弹，1945～1954，第六册)，第644～645页。