DOI：10.19832/jcnki.0559-8095.2022.0015 1945年7月16日，美国试爆了世界上首枚原子弹。为打破美国的核垄断，1945年8月20日，苏联国防委员会发布9887cc/oп号决议，①启动了以研制核武器为目标的核计划。1949年8月29日，苏联首枚原子弹试爆成功。1953年8月12日，苏联又先于美国试爆了世界上首枚氢弹。苏联在核武器、热核武器的研制上取得如此成就，归功于其核计划的成功实施。苏联的核计划是一项大型的、综合的国家项目，其成功是由诸多因素决定的。其中，核物理是核计划开展的科学理论基础，是核技术、核工业、核武器研制等其他各环节工作的理论根基，而粒子加速器②(下文简称加速器)则是核物理研究的实验基础，其重要性不言而喻。 长期以来，苏联的加速器建设问题并未得到学术界应有的重视。目前为止，关于该问题的研究大致可分为三类：绝大部分相关成果只是将加速器建设作为核计划的背景，零散地提及该问题，称不上严格意义上的研究；③另一类研究详细介绍了某个研究所建设的加速器或某座加速器，通常运用大量档案文件、回忆录等一手史料，具有重要的史料价值，但或者缺乏与核计划联系的分析，或者只从物理学角度思考问题；④还有极少数研究梳理了1932-1957年苏联加速器建设的成就，但比较简略。⑤鉴于加速器建设在苏联核物理发展、核计划中的重要性，本文尝试较为系统、全面地梳理与分析这个问题，以期厘清1932-1957年苏联加速器建设的发展脉络，进而加深对苏联核计划的认识。 一、建设工作的开端 1919年，英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford)用镭放射出的阿尔法粒子轰击氮核，首次实现了“核嬗变”(трaнсмутация ядeр)。自此之后，拥有更高束流能量、流强和粒子质量的加速器就成为核物理学家不懈追求的目标。⑥在苏联，人工加速带电粒子领域的先驱是Л.В.梅索夫斯基(Л.В.Мысовский)。1922年，梅索夫斯基在《俄国科学院报告》上发表了《高频交流电对正负离子的加速作用》一文，提出了研发获取“人造阿尔法粒子”设备的课题。⑦后来，В.Н.鲁卡维什尼科夫(В.Н.Рукавишников)按照特斯拉变压器原理组装了一个装置。在梅索夫斯基的领导下，鲁卡维什尼科夫和Д.Г.阿尔哈佐夫(Д.Г.Апхазoв)对该装置进行了改进。1928-1929年，Г.А.伽莫夫(Г.А.Гамов)将波动力学原理(принцип волновой мeханики)应用于阿尔法衰变(алъфа-распад)，并运用势垒贯穿效应(эффeкт проницаeмости потeнциальногo барьeра ядра)的影响对此进行了解释。他不仅对阿尔法衰变给出了一般性解释，而且证实了原子核寿命与阿尔法粒子能量之间的定量关系。此外，他还思考了由于反隧道效应(0братный туннeльный эффeкт)而使带电粒子进入原子核中的概率问题，⑧这些理论使得苏联在此领域取得了实质性的研究进展。1930年，梅索夫斯基在《物理学成就》杂志上发表了《获得高电势的实验方法》一文。1932年，他又在该杂志上发表一篇评论——《获得快电子和质子的实验方法》，⑨进一步丰富了加速器技术的理论内容。由此可见，在加速器建设工作开展之前，苏联在该领域已经具备了一定的理论基础。 1932年，美国物理学家劳伦斯(Е.O.Lawrence)建成了回旋加速器(циклотрон)。⑩为了促进核物理研究的发展，苏联的镭研究所(11)和列宁格勒技术物理研究所(12)率先在苏联开始了回旋加速器的建设工作。 (一)镭研究所的回旋加速器 1932年，镭研究所的梅索夫斯基建议建设回旋加速器，并得到研究所相关负责人B.И.韦尔纳茨基(В.И.Beрнадский)、B.Г.赫洛平(B.Г.хлпин)等人的大力支持。(13)镭研究所学术委员会接受了这项建议，人民委员会也为此拨出20万卢布。(14)自此，苏联首座回旋加速器的建设工作正式展开。 由于镭研究所回旋加速器(以下简称镭研究所加速器)的建设是一项十分复杂的工作，我们只对关键部件——电磁体(элeктромагнит)的建造工作进行介绍。镭研究所考虑到磁场的均匀性以及生产条件的限制，与列宁格勒的“布尔什维克”工厂和“电力”工厂进行磋商，最终决定制造磁极直径(диамeтр полюсов)为100厘米的电磁体。(15)磁体设计完成后，“布尔什维克”工厂的冶金学家与镭研究所的工程师А.Н.博伊科(А.Н.Бойко)共同确定了锻件(поковка)的生产方法并研究出所需的钢的成分。“电力”工厂制造锻件，生产励磁绕组(обмотки возбуждeния)，对电磁体进行了组装。(16)最终，在鲁卡维什尼科夫和阿尔哈佐夫的领导下，“电力”工厂制造出了总重为31吨的电磁体。(17)需要指出的是，这是当时苏联最大、世界第二大的磁铁。除了电磁体，镭研究所加速器还有两个重要的部件——高频设备(высокочастотная установка)和真空室(вакуумная камeра)。阿尔哈佐夫等人在《战前时期镭研究所回旋加速器创建史》系列丛书(18)中描述了各部件的生产情况，限于篇幅本文在此不做详述。1935年底，镭研究所加速器的所有部件均已制造完毕。1937年初，镭研究所加速器启动运行，7月底获得了3.2兆电子伏特的质子束。(19)镭研究所加速器的启动在苏联引起了强烈反响。1937年3月17日，《真理报》《列宁格勒真理报》均刊登了相关文章，《为工业化奋斗报》也发表了一篇报道。(20) 但这座加速器运行极不稳定，1937年启动后，实际上并未开展任何工作。科学院与很多科学家对此十分关注。1938年10月5日，科学院数学和自然科学部物理组委员会指出：“(镭研究所)回旋加速器的发展速度不尽如人意。”(21)此后，В.Л.科马罗夫(В.Л.Комаров)、韦尔纳茨基、А.И.阿里汉诺夫(А.И.Алиханов)都曾敦促解决这一问题。(22)在这种背景下，И.В.库尔恰托夫(И.В.Курчатов)开始领导改进工作。(23)库尔恰托夫建议采用一个更高级的真空室。为此，他在阿里汉诺夫和阿尔哈佐夫的帮助下设计了新的真空室，列宁格勒技术物理研究所的机械车间在其制造过程中提供了极大的帮助。(24)1938年10月至11月，在新的真空室中首次获得了粒子束。1939年，镭研究所加速器正式投入使用。
