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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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?我國首枚原子彈爆炸的“主材”:

一瓶高濃縮鈾的高效出爐

2024-10-16 中國科學(xué)報(bào) 趙宇彤
【字體:

語音播報(bào)

1964年10月16日,隨著一聲巨響,我國第一顆原子彈爆炸成功。我國成為世界上第五個(gè)擁有核武器的國家。

原子彈爆炸需要一種特殊燃料——高濃縮鈾,這種物質(zhì)在精密的控制下能引發(fā)一連串快速劇烈的裂變反應(yīng),為原子彈提供至關(guān)重要的“能量之源”。

然而,高濃縮鈾的生產(chǎn)過程復(fù)雜,技術(shù)難度較大,翻越這座高山,是中國科研人員的共同目標(biāo)。

尋找特殊“鈾料”

天然鈾是自然界中具有天然放射性的稀有元素,包含鈾238、鈾235和鈾234三種同位素。其中,鈾235作為自然界唯一能發(fā)生核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的易裂變核材料,是原子彈的重要原料。

但是,天然鈾礦石中的鈾235含量極低,只有0.711%,必須經(jīng)過同位素分離,將其濃縮到90%以上,才能達(dá)到原子彈裝料的要求。

在鈾濃縮之前,還有兩道重要的生產(chǎn)工序,分別是鈾礦采冶、鈾純化與轉(zhuǎn)化。鈾礦石通過破碎、磨礦、浸出、固液分離、離子交換或溶劑萃取,得到鈾化學(xué)濃縮物,即色彩鮮艷的“黃餅”;將其進(jìn)一步提純制備出二氧化鈾,再經(jīng)過鈾轉(zhuǎn)化工藝得到氣態(tài)的六氟化鈾,最終通過同位素分離得到富集鈾235,即核武器級的高濃縮鈾。

看似簡單的幾道工序,卻需要將幾千臺機(jī)器串聯(lián)起來,逐漸將鈾235濃度提升至90%以上。但怎樣讓設(shè)備逐級啟動、怎樣裝料,都面臨著不少難題。

當(dāng)時(shí)生產(chǎn)六氟化鈾的工廠是蘇聯(lián)援建項(xiàng)目,所需原料也由蘇方提供,但蘇方突然撕毀合同,拒絕供應(yīng)六氟化鈾。

一邊是核武器發(fā)展的迫切需求,一邊是原子彈研制“無米下鍋”的危機(jī),進(jìn)退兩難間,核物理學(xué)家、工程物理學(xué)家王承書(后當(dāng)選為中國科學(xué)院院士)果斷挑起了重?fù)?dān)。

1961年3月,面對嚴(yán)峻的國際形勢,她毫不猶豫地接受了時(shí)任二機(jī)部副部長錢三強(qiáng)的邀請,負(fù)責(zé)高濃縮鈾的研制。

伴隨著一句擲地有聲的“我愿意”,王承書帶領(lǐng)理論計(jì)算人員,根據(jù)鈾同位素分離的級聯(lián)理論,使用當(dāng)時(shí)國內(nèi)啟用不久的電子計(jì)算機(jī),反復(fù)計(jì)算大量的工廠級聯(lián)參數(shù),并堅(jiān)持用手搖計(jì)算機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證,攻克了凈化級聯(lián)計(jì)算、級聯(lián)的定態(tài)和動態(tài)計(jì)算等技術(shù)難題。

“搶”出了寶貴的113天

1962年9月11日,二機(jī)部黨組呈報(bào)了《關(guān)于自力更生建設(shè)原子能工業(yè)情況的報(bào)告》,明確提出“爭取在1964年或1965年實(shí)現(xiàn)第一顆原子彈爆炸試驗(yàn)的奮斗目標(biāo)”,即“兩年規(guī)劃”,并要求我國第一座鈾濃縮廠——位于甘肅省蘭州市的五〇四廠在1964年4月具備拿出合格產(chǎn)品的條件。這無疑是核工業(yè)人向全國人民立下的“軍令狀”。

王承書肩上的擔(dān)子更重了。如果按照蘇聯(lián)專家制定的啟動方案,擴(kuò)散機(jī)組分9批啟動、第7批后才能出產(chǎn)品的話,至少要到1964年4月才能拿到高濃縮鈾。

對此,王承書重新研究擴(kuò)散機(jī)組的啟動方案,帶領(lǐng)科研人員多次深入工廠,仔細(xì)比較理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行的參數(shù),反復(fù)驗(yàn)證,最終確定了機(jī)組分9批啟動、第5批出產(chǎn)品的方案。

“1963年12月23日,第5批機(jī)組啟動成功,五〇四廠具備了投產(chǎn)提取產(chǎn)品的條件?!痹濠査膹S辦主任劉曉波說。1964年1月14日,到了投產(chǎn)時(shí)間,劉曉波收到了一張?zhí)貏e的“工作許可證”,上面寫著“命令劉曉波同志為操作員,命令黃性章同志為監(jiān)督員”。

“對現(xiàn)場仔細(xì)檢查后,我就開始連接主產(chǎn)品裝置的線路,一個(gè)個(gè)打開應(yīng)開的閥門、關(guān)閉應(yīng)關(guān)的閥門,掛好警示牌,待工藝回路充氣完畢、調(diào)整好控制壓力后,中央控制室下達(dá)了正式提取產(chǎn)品的命令?!眲圆ㄕf,“聽到命令后,我打開產(chǎn)品容器上的進(jìn)口閥門,高濃縮鈾氣體緩緩流入產(chǎn)品容器,逐漸被冷凝,當(dāng)時(shí)正好是上午11點(diǎn)一刻。過了一會兒,產(chǎn)品分析報(bào)告出來了,產(chǎn)品質(zhì)量完全合格。”

在場的所有人都松了一口氣,我國第一瓶高濃縮鈾正式提取成功。五〇四廠提前113天完成任務(wù),為我國第一顆原子彈成功爆炸提供了最根本的燃料保證。

“大干八九十”

立下“軍令狀”后,快速行動的不只五〇四廠,還有坐落于戈壁深處的四〇四廠。

“兩年規(guī)劃”提出后,1963年,為確保生產(chǎn)線按期投產(chǎn),四〇四廠掀起了“大干八九十”的熱潮。

原四〇四一分廠廠長、全國五一勞動獎(jiǎng)?wù)芦@得者王寶斗回憶說,“大干八九十”包括三項(xiàng)任務(wù)?!笆紫纫獙σ呀?jīng)安裝完的設(shè)備進(jìn)行大檢查,要從頭到尾來一遍,絲毫不能馬虎?!?/p>

此外,小分隊(duì)要逐個(gè)檢查所有設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)和測漏點(diǎn)的測試情況,組織人力檢查并彌補(bǔ)漏洞。

“第三項(xiàng)任務(wù)是最具挑戰(zhàn)性的,就是電解制氟?!蓖鯇毝犯嬖V記者,當(dāng)年他所在的小分隊(duì)就負(fù)責(zé)這項(xiàng)任務(wù)。“生產(chǎn)六氟化鈾必須要有氟氣,這個(gè)氟氣從哪兒來?不能從外面拉,必須自己生產(chǎn)?!?/p>

可當(dāng)時(shí)生產(chǎn)氟氣的設(shè)備是蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的,很多部件不齊全,包括最核心的電解槽。電解槽是制氟的核心,必須和隔膜棒實(shí)現(xiàn)軟連接,才能確保陰陽極之間有效隔離,確保電解過程的安全和高效。

“有很多要注意的地方,比如得壓實(shí)氟化鈣粉,才能保障電解質(zhì)的導(dǎo)電性和電解效率?!蓖鯇毝氛f。但壓實(shí)氟化鈣粉必須要有壓力機(jī),于是小分隊(duì)的所有人吃在廠里、睡在廠里,不分晝夜,終于在15天內(nèi)成功造出壓力機(jī),攻克電解制氟的難題。

經(jīng)過“大干八九十”的攻堅(jiān)克難,四〇四廠不僅建成了六氟化鈾生產(chǎn)線,也突破了鈾金屬制取、鑄造、加工等一系列技術(shù)難題。

1964年1月14日,五〇四廠提取出第一瓶高濃縮鈾后,四〇四廠“搶”過了接力棒,1964年5月1日,原子彈核心部件在四〇四廠誕生。1964年10月16日,一朵巨大的蘑菇云在羅布泊升起。

從鈾礦石到高濃縮鈾,再到精密的鈾球,一系列復(fù)雜精密的轉(zhuǎn)化,凝聚著核工業(yè)人的心血和智慧。

“事業(yè)高于一切,責(zé)任重于一切,嚴(yán)細(xì)融入一切,進(jìn)取成就一切?!爆F(xiàn)已84歲的劉曉波感慨道,“只要我們擰成一股繩,團(tuán)結(jié)起來,前方就沒有克服不了的困難?!?/p>

(原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2024-10-16?第1版?要聞)

打印 責(zé)任編輯:梁春雨

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