1939—1943年苏联核裂变理论研究工作述论_张广翔.pdf

史 学 月 刊 2 0 2 3年 第8期1 9 3 91 9 4 3年苏联核裂变理论研究工作述论*张 广 翔 高 腾 摘 要1 9 3 91 9 4 3年,苏联在核裂变理论研究领域开展了大量卓有成效的工作。苏联物理学家和化学家依托苏联科学院下属机构积极开展组织工作,有效整合相关科研力量,为核裂变理论研究提供了间接保障。各研究机构努力执行相关的研究计划,为核裂变理论研究提供了直接保障。通过共享和情报两种方式,苏联获得了国外相关研究成果,推动了国内的研究进展。赫洛平团队和库尔恰托夫团队取得了丰硕的研究成果,实现了理论突破,为苏联核计划的开展和核武器的研制奠定了坚实的科学理论基础。关键词苏联;核裂变理论;核物理研究;赫洛平团队;库尔恰托夫团队;核计划 中图分类号K 2 1 2.5 4 文献标识码A 文章编号0 5 8 3 0 2 1 4(2 0 2 3)0 8 0 0 7 7 1 0*1 9 3 91 9 4 3年,苏联在核裂变理论研究领域开展了诸多工作,取得了丰硕的成果,为核计划的开展奠定了科学理论基础。因此,若要从更深层次上理解苏联核计划,就需要首先探讨苏联核裂变理论研究方面的问题。苏联解体前夕,就有苏联学者关注此问题,梳理、分析苏联开展核裂变理论研究的部分工作及所取得的成果。美国学者霍洛韦也长期关注此问题,对二战时期苏联开展的核裂变理论研究工作及其成果作了客观的介绍与评价。苏联解体后,由于相关档案解密,中国学者也开始介入与苏联核计划相关的问题的研究。物理学者最早关注该问题,介绍了苏联知名核物理学家所取得的成果;近年来,历史学者积极介入,并取得了一定的成果。但是,现有研究大多关注苏联核计划的理论背景和苏联物理学发展问题,缺乏从历史学角度对此问题作更加系统、深入的探讨。选编性质的苏联核武器研制官方档案文献资料汇编 苏联核计划:文献资料 中,共有1 1 1份文件涉及苏联核裂变理论研究工作。本文主要以此为史料基础,借鉴国内外学者的已有研究成果,从组织工作的开展、研究计划的执行以及理论成果的取得三个层面,对苏联核裂变理论研究工作进行梳理与分析,以期从理论源头上理解苏联核计划。一 组织工作的双轨推进1 8 9 6年,法国物理学家贝克勒尔(A n t o i n eB e c q u e r e l)发现了天然放射性现象,核能利用成为了科学家致力达成的目标。1 9 3 8年年底核裂变的发现,使这一目标即将成为现实。这不仅因为在裂变过程中释放出大量能量,更重要的是,每次裂变都伴随着中子的发射。这些中子使裂变自持地继续下去,形成链式反应,从而使原子能的大规模利用成为可能。核裂变的发现,使人类有希望利用巨大的核能储备77*基金项目:国家社会科学基金重大项目“苏联核计划档案文献资料翻译整理研究”(1 5 Z D B 0 6 4)。.亚历山德罗夫:苏联科学六十年(.,)第4 4卷第1册,莫斯科:原子能出版社1 9 8 7年版,第51 4页。戴维霍洛维:“进入核军备竞赛:苏联制造原子弹的决定(1 9 3 91 9 4 5)”(D a v i dH o l l o w a y,“E n t e r i n gt h eN u c l e a rA r m sR a c e:t h eS o v i e tD e c i s i o nt oB u i l dt h eA t o m i cB o m b,1 9 3 91 9 4 5”),科学社会研究(S o c i a lS t u d i e so fS c i e n c e)第2 0期(1 9 8 1年),第1 5 91 9 7页。徐载通:物理学家库尔恰托夫,现代物理知识1 9 9 3年第4期,第3 73 9页。刘玉宝:早期苏联核计划研究(博士学位论文),吉林大学2 0 0 9年;张广翔、金丹:苏联原子弹之父库尔恰托夫与苏联核计划,吉林大学社会科学学报2 0 2 1年第4期,第1 8 62 0 3页;许金秋:赫洛平镭学研究所与苏联核计划,吉林大学社会科学学报2 0 2 1年第4期,第2 1 12 1 7页。杨福家、王炎森、陆福全:原子核物理,上海:复旦大学出版社1 9 9 3年版,第2 8 0 2 8 1页。造福于自身。但是,当时的世界政治局势注定科学家为探索核能利用而进行的努力主要用于研制作为战争武器的核武器。核裂变的发现是科学史、也是世界历史的一个重大转折点。核裂变发现之初,苏联物理学家和化学家表现出极大的科研兴趣,更重要的是,他们看到了核能经济利用、军事利用的巨大潜力。因此,如何开展组织工作推进核裂变理论研究,就成为摆在他们面前最迫切的问题。1.物理学家主导的工作以约费(.)、库尔恰托夫(.)等人为代表的苏联物理学家十分重视核裂变理论研究工作。1 9 3 8年1 1月2 5日,苏联科学院(以下简称科学院)主席团通过了 关于在科学院开展核研究工作的决定,开始初步整合苏联核物理研究力量。决定指出,将核物理研究工作集中到科学院并在物理数学科学部设立一个常设的原子核委员会(以下简称核委员会),成员包括瓦维洛夫(.)、约费、库尔恰托夫等。1 9 3 9年至苏德战争爆发,物理数学科学部及其下辖的核委员会是苏联物理学家组织核裂变理论研究工作的主要机构。物理数学科学部及核委员会主要从三个方面开展组织工作。第一,审议研究计划、考察研究内容、指导研究方向。1 9 3 9年2月2 7日,核委员会审议了乌克兰技术物理研究所冲击应力实验室1 9 3 9年的工作计划,要求实验室开展铀核和钍核的裂变过程研究,建议其立即扩大核裂变理论研究领域、吸收化学家参加工作、与其他实验室建立紧密联系。可见,在核裂变理论研究初期,物理学家已经认识到了与化学家合作的必要性。5月2 6日,阿里汉诺夫(.)在物理数学科学部的会议上报告了对哈尔科夫技术物理研究所(前身为乌克兰技术物理研究所)的考察结果,指出列伊彭斯基(.)的实验室正在研究铀核裂变,且已证明慢中子可致铀核、钍核裂变。1 9 4 0年6月2 7日,物理数学科学部审议并通过了阿里汉诺夫提交的1 9 4 01 9 4 1年核物理研究所工作计划。9月2 6日,物理数学科学部针对各研究所1 9 4 1年工作计划重点方向召开扩大会议,核委员会讨论了镭研究所、列宁格勒技术物理研究所、化学物理研究所等机构关于核裂变理论研究的工作计划。第二,进一步探讨研究工作的组织问题。1 9 3 9年1 1月2 7日,物理数学科学部召开了一次会议,对核裂变理论研究的组织工作进行讨论。物理数学科学部当日做出决议:委托核委员会召开专门的小型会议;听取铀核裂变报告;邀请化学家参加讨论;在科学院全体会议上安排关于核能利用的报告,并将此事通知科学院主席团。科学院主席团的参与,表明苏联核裂变理论研究在开展之初就从核物理其他领域的研究中脱颖而出,其重要性上升到苏联科学的最高层面。1 9 4 0年2月2 6日,库尔恰托夫在物理数学科学部会议上做了关于铀问题的报告,约费等人也进行了讨论。库尔恰托夫指出,苏联的核裂变理论研究进展缓慢,希望物理数学科学部就此问题通过明确的决议。第三,召开核物理大会。1 9 3 91 9 4 0年,物理数学科学部组织召开了第四届和第五届全苏核物理大会。全苏核物理大会是专门讨论核物理问题的会议,是苏联组织和协调核研究的重要形式之一。第四届、第五届全苏核物理大会对世界范围内核裂变理论研究及与其相关的链式反应应用可能性的问题给予了极大关注,在苏联核裂变理论研究中发挥了重要作用。1 9 3 9年1 1月,第四届全苏核物87.里亚别夫主编:苏联核计划:文献资料.(.),:第2卷第6册,莫斯科 萨罗夫:全俄实验物理学研究所出版社2 0 0 6年版,第7页。戴维霍洛维:“关于早期苏联、美国、英国和德国项目的一些观点”(D a v i dH o l l o w a y,“S o m eT h o u g h t s o n t h eE a r l yS o v i e t,Am e r i-c a n,B r i t i s ha n dG e r m a nP r o j e c t s”),.维利霍夫主编:科学与社会:苏联核计划史文集(2 0世纪4 05 0年代).(.),:(4 0-5 0-)第1卷,莫斯科:原子能出版社1 9 9 7年版,第9 5页。.里亚别夫主编:苏联核计划:文献资料.(.),:第1卷第1册,莫斯科:科学出版社1 9 9 8年版,第4 44 6,5 5、6 5、1 1 61 2 1、1 5 8,7 98 7、9 51 0 4页。铀问题即是与铀元素核能利用相关的问题之统称,而其科学理论基础就是核裂变理论,因而核裂变理论研究是铀问题中一个具有决定性意义的子问题。.索科洛夫斯基编:库尔恰托夫研究所核计划史(.(.),.)第1册,莫斯科:库尔恰托夫研究所出版社1 9 9 5年版,第6 7页。理大会共收到3 6份报告,1 2 0名学者与会。1 9 4 0年1 1月,第五届全苏核物理大会共收到约五十份报告,两百多位学者出席。库尔恰托夫、哈里顿(.)、弗廖罗夫(.)等人就核裂变研究问题提交了报告。1 9 4 1年6月苏德战争爆发后,苏联核裂变理论研究中止。当时,弗廖罗夫发现,英美期刊上已无任何关于核裂变理论研究的文章,因此意识到西方国家可能正在研制核武器。1 9 4 1年1 2月,弗廖罗夫就此事致函国防委员会主席斯大林,建议立即开始研制核武器。1 9 4 2年秋,卡夫塔诺夫(.)收到此函并咨询约费,二人起草了一份恢复核研究的国防委员会指令草案。9月2 8日,国防委员会发布了该决议 2 3 5 2号关于组织开展铀研究工作的决议。根据这项决议,科学院主席团组建原子核专门实验室(以下简称核专门实验室),库尔恰托夫担任负责人。核专门实验室成立后,就成为了核裂变理论研究的领导机构。可见,核裂变理论研究的重要性已上升到国家层面。至此,苏联核裂变理论研究的管理体系完成了从科研管理机构 科学家模式到政府机构 科研管理机构科学家模式的转变。虽然苏联核计划直至1 9 4 5年才全面展开,但这种科研管理模式已提前开始运转。这种模式一则为核计划开展积累了组织经验,二则提升了工作效率,三则将科学家从繁琐的组织工作中解放出来,使他们能够全身心地投入到具体研究工作中。不过,由于当时苏联与德国鏖战正酣,无暇顾及尚处理论论证阶段的核裂变理论研究,因此实验室仅开展了些许工作。核专门实验室的工作内容主要是安排研究任务、指导研究方向。1 9 4 3年1月2 5日,核专门实验室发布了当年的工作计划,在“铀核裂变过程物理学”这一部分为列宁格勒技术物理研究所、镭研究所安排了研究任务。翌日,核专门实验室又发布了1 9 4 3年工作计划说明,其中指出了两个研究方向:证明天然铀不可能产生爆炸性质和燃烧性质的核反应,即天然铀不能直接用于核反应,换言之,天然铀既不能用于获取核电,也不能用于制造核武器;证明只有制取开展核裂变理论研究所需的浓缩铀2 3 5,进而观察浓缩铀产生的核爆炸的初始阶段,才能获取关于产生核爆炸所需浓缩铀数量的数据。2.化学家主导的工作由于核裂变现象是在放射化学的研究过程中发现的,因此以韦尔纳茨基(.)、赫洛平(.)为代表的苏联化学家也积极开展组织工作。韦尔纳茨基是苏联最早对核裂变理论研究的组织工作问题给予高度关注的科学家之一。1 9 4 0年6月初,韦尔纳茨基收到了其子从美国华盛顿寄回的一份关于核能利用的剪报。他对此极为重视,并与赫洛平就铀矿勘探计划致函科学院地质地理科学部。6月2 5日,地质地理科学部对该计划进行了审议。翌日,科学院成立了“三人小组”机构,成员包括韦尔纳茨基、赫洛平、费尔斯曼(.),其任务是制定与核能利用相关的措施草案。7月1 2日,“三人小组”向人民委员会副主席布尔加宁(.)提交了关于核能工业利用的报告。报告指出,存在通过控制核裂变过程获取核能的可能性,请求政府采取措施。同日,韦尔纳茨基和赫洛平还向科学院主席团提交了一份报告,详细阐述了1 9 4 11 9 4 2年必要的组织措施计划。7月1 6日,