作者:赵宇彤 来源:中国科学报 发布时间:2024/10/10 16:43:20
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我国首枚原子弹爆炸的“底气”
一瓶高浓缩铀的“奇幻漂流”

 

1964年10月16日,随着一声巨响,我国第一颗原子弹爆炸成功,我国成为世界上第五个拥有核武器的国家。

原子弹的爆炸需要一种特殊的燃料——高浓缩铀,这种物质就像核反应的“燃料”,在精密的控制下能引发一连串快速剧烈的裂变反应,为原子弹提供至关重要的“能量之源”。

然而,高浓缩铀的生产过程复杂,技术难度较大,对六十多年前的中国而言,翻越这座高山成了几代科研人员的共同目标。

寻找特殊“铀料”

天然铀是自然界具有天然放射性的稀有元素,包含铀238、铀235和铀234三种同位素。其中,铀235作为自然界唯一能发生核裂变链式反应的易裂变核材料,是原子弹的重要原料。

但天然铀矿石中的铀235含量极低,只有0.711%,必须经过同位素分离,将其浓缩到90%以上,才能达到原子弹装料的需求。

在铀浓缩之前,还有两道重要的生产工序,分别是铀矿采冶、铀纯化与转化。通过对铀矿石进行破碎、磨矿、浸出、固液分离、离子交换或溶剂萃取,得到铀化学浓缩物,即色彩鲜艳的“黄饼”,将其进一步提纯制备出二氧化铀,再经过铀转化工艺得到气态的六氟化铀,最终通过同位素分离得到富集铀235,也就是核武器级的高浓缩铀。

看似简单的几道工序,却需要将几千台机器串联起来,逐渐将铀235浓度提升至90%以上,但怎样让设备逐级启动?怎样装料?都面临着不少难题。

当时生产六氟化铀的工厂是苏联援建项目,建成投产前的所需原料也由苏方提供,但苏方突然撕毁合同,拒绝供应六氟化铀。

一边是核武器发展的迫切需求,一边是原子弹研制“无米下锅”的危机,进退两难间,中国科学院院士、核物理学家、工程物理学家王承书果断挑起了重担。

1961年3月,面对严峻的国际形势,她毫不犹豫地接受了钱三强的邀请:负责高浓缩铀的研制。

伴随着一句掷地有声的“我愿意”,王承书带领理论计算人员,根据铀同位素分离的级联理论,使用当时国内启用不久的电子计算机,反复计算了大量的工厂级联参数,并坚持用手摇计算机进行验证,攻克了净化级联计算、级联的定态和动态计算等技术难题。

“抢”出了宝贵的113天

1962年9月11日,原国家二机部(核工业部)党组呈报了《关于自力更生建设原子能工业情况的报告》(以下简称《两年规划》),明确提出“争取在1964年或1965年实现第一颗原子弹爆炸实验的奋斗目标”,并要求我国第一座铀浓缩厂,位于甘肃省兰州市的五〇四厂在1964年4月具备拿出合格产品的条件。

这无疑是核工业人向全国人民立下的“军令状”。

王承书肩上的担子更重了。如果按照苏联专家制定的启动方案,扩散机组分9批启动,第7批后才能出产品的话,至少要到1964年4月才能拿到高浓缩铀,超出《两年规划》时间近三个月。

对此,王承书重新计算扩散机组的启动方案,带领科研人员多次深入工厂,仔细比较理论计算和实际运行的参数,反复验证,最终确定了第一座铀浓缩气体扩散工厂机组分9批启动、5批出产品的方案。

“1963年12月23日,第5批机组启动成功,五〇四厂具备了投产提取产品的条件。”原五〇四厂办主任刘晓波告诉记者,1964年1月14日,终于到了全厂职工期盼已久的投产时间,刘晓波收到了一张特别的“工作许可证”,上面清晰写着:“命令刘晓波同志为操作员,命令黄性章同志为监督员”。

“对现场仔细检查后,我就开始连接主产品装置的线路,一个个打开应开的阀门,关闭应关的阀门,挂好警示牌,待工艺回路充气完毕、调整好控制压力后,中央控制室下达了正式提取产品的命令。”回想起当天的一切,刘晓波仍历历在目,“听到命令后,我打开产品容器上进口阀门,高浓铀气体缓缓流入产品容器,逐渐被冷凝,当时正好是上午11点一刻。过了一会,产品分析报告出来了,产品质量完全合格。”

在场所有人都松了一口气,我国第一瓶高浓缩铀正式提取成功。五〇四厂提前113天完成任务,为我国第一颗原子弹成功爆炸提供了最根本的燃料保证。

我国第一瓶高浓缩铀(中核兰铀供图)

“大干八九十”

立下“军令状”后,快速行动的不止五〇四厂,还包括坐落于戈壁深处的四〇四厂。

《两年规划》提出后,1963年,为确保生产线按期投产,四〇四厂掀起了“大干八九十”的热潮。

原四〇四一分厂厂长、全国五一劳动奖章获得者王宝斗回忆道,“大干八九十”包括三项任务,“首先要对已经安装完的设备进行大检查,包括测试测压、检漏,冷启动热启动,绝缘检查、事故演练,通风排风的输送等,都要从头到尾来一遍,丝毫不能马虎。”

此外,小分队还要逐个检查所有设备的实际状态和测漏点的测试情况,组织人力检查并补足漏洞。

“第三项任务,也是最具挑战性的,就是电解制氟。”王宝斗告诉记者,当年他所在的小分队就负责这项任务,“生产六氟化铀必须要有氟气,这个氟气哪来呢?不能从外面拉,必须得自己生产。”

可当时生产氟气的设备是苏联设计的,很多部件并不齐全,包括最核心的电解槽。电解槽是制氟的核心,必须和隔膜棒实现软连接,才能保持阴阳极之间的有效隔离,确保电解过程的安全和效率。

“有很多要注意的地方,比如得压实氟化钙粉,才能保障电解质的导电性和电解效率。”王宝斗向记者解释,但压实氯化钙粉必须要有压力机,小分队所有人吃在厂里、睡在厂里,不分昼夜,终于在15天内成功做出压力机,攻克电解制氟的难题。

经过“大干八九十”的攻坚克难,四〇四厂不仅建成了六氟化铀生产线,也突破了铀金属制取、铸造、加工等一系列技术难题。

1964年1月14日,五〇四厂提取出第一瓶高浓缩铀后,四〇四厂“抢”过接力棒,1964年5月1日,原子弹核心部件在四0四厂诞生,10月16日,一朵巨大的蘑菇云在罗布泊升起。

从铀矿石到高浓缩铀,再到精密的铀球,一系列复杂精密的转化,凝聚着一代代核工业人的心血和智慧。

“事业高于一切,责任重于一切,严细融入一切,进取成就一切”,已经84岁的刘晓波深切感慨,“只要我们拧成一股绳,团结起来了,前方就没有克服不了的困难。”

 
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