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蘇聯原子彈計劃

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蘇聯原子彈計劃
規模Operational R&D（英語：Science and technology in Russia）
地點恰甘湖塞米巴拉金斯克基地保密行政區
作戰單位 蘇聯
計劃者 內務人民委員部 蘇聯國家安全部
格魯烏, 蘇聯國家安全部, PGU（英語：First Chief Directorate）
日期1942–1949
結果

蘇聯原子彈計劃[1]（俄語：Советский проект атомной бомбы，Sovetskiy proyekt atomnoy bomby）是蘇聯的機密（英語：Classified information in Russia）研發計劃，由約瑟夫·維薩里奧諾維奇·斯大林下令讓蘇聯在第二次世界大戰期間研發核武器。[2][3]

雖然蘇聯科學界在1930年代期間曾探討過核武器的可能性，[4][5]甚至近乎撰寫了一個將核武器在1940年研發出來的草案，[6][7][8]但整個計劃在蘇聯情報機構（英語：Soviet intelligence）獲知了美國秘密進行的曼哈頓計劃之後方才啟動。

1949年8月29日，蘇聯在哈薩克蘇維埃社會主義共和國塞米巴拉金斯克基地進行首次成功的核武器（RDS-1原子彈）試驗[2]。一個擁有核武器的蘇聯使其敵對的西方國家，特別是美國陷入了前所未有的惶恐之中。[9] 從1949年到1991年間，蘇聯的核武器計劃一直在積極推進，其核彈頭儲備在1985年達到可以與美國相互保證毀滅的地步。[10]

早期工作

背景淵源和根基

早在1910年的沙俄時期，就有科學家對放射性同位素展開了獨立研究。[11]:44[12]:24–25 雖然俄羅斯科學院在1917年俄國革命和俄國內戰期間學術研究遭遇了眾多困難，但其科學家團隊仍然在1930年代為推動蘇聯的物理學研究做出了卓越努力。[13]:35–36 早在1905年俄國革命之前，礦物學家弗拉基米爾·維爾納茨基就多次公開呼籲對俄國的鈾礦藏進行調查，但並沒有人採取他的意見。[13]:37 這種早期研究均是由各類組織或私人進行資助的。直達1922年，彼得格勒（今聖彼得堡）的鐳研究所的成立，這方面的研究才開始走向正軌。:44[11]

在20世紀20年代到30年代期間，俄國物理學家一直在新西蘭物理學家歐內斯特·盧瑟福運營的卡文迪什實驗室與歐洲同行一起就原子物理學的發展進行聯合研究。著名物理學家喬治·伽莫夫與彼得·卡皮察也曾在那裏進行學習和研究。[13]:36

在蘇聯國內，推動核物理學研究發展的是亞伯拉罕·約費，他是列寧格勒物理技術研究所的主任。[13]:36 英國物理學家詹姆斯·查德威克對於中子的進一步發現為LPTI的項目提供了進一步發展的靈感。俄國物理學家開始向政府進行遊說，藉此希望推動進一步的科學研究。但此時俄國正經歷俄國革命與二月革命，對於科學發展方面幾乎沒有什麼關注。[13]:36–37 由於可以從烏赫塔油田的井水中提取到鐳；所以蘇聯早期的研究方向主要集中於鐳的醫學和科學方面研究。[13]:37

1939年，德國化學家奧托·哈恩發表了他發現的核裂變現象。這個發現使得蘇聯科學家和美國科學家認識到，這種現象可能具有軍事意義。[14]:20 核裂變現象的發現使得蘇聯科學家也開始對其進行研究，不過其主要研究方向為發電方面，因為此時許多人仍對原子彈的製造可能性持懷疑態度。[15]:25 早期的研究由雅科夫·弗倫克爾（專門研究凝聚態物理學的物理學家）領導，他在1940年做了第一個有關裂變過程中核結合能相關的連續介質力學計算。[14]:99

第二次世界大戰和加速的可行性

主條目：蘇德戰爭

在蘇聯科學家的強烈遊說下，蘇聯政府開始成立委員會以負責解決「鈾問題」並調查鏈式反應和同位素分離的可能性。[16]:33 委員會的工作被德國的入侵所打斷，蘇聯在接下來的四年中陷入戰爭的漩渦之中。[17]:114–115[18]:200

1940-42年，在蘇聯空軍服役的蘇聯物理學家格奧爾基·弗廖羅夫發現，德國、英國和美國的科學家已經停止發表關於原子核物理學的論文。弗廖羅夫因此推測各國都擁有有關核物理學的秘密研究項目。[19]:230 1942年4月，弗廖羅夫寫信給斯大林指出美國、英國、德國在核裂變武器上的空白。[20]:xxx 在斯大林收到了弗廖羅夫的來信之後，他立刻將蘇聯物理學家從各個軍事部門抽調出來，並授權工程物理學家阿納托利·亞歷山德羅夫和核物理學家伊格爾·庫爾恰托夫領導開展原子彈項目。在庫爾恰托夫的領導下，第2實驗室在莫斯科附近建立。[19]:230 他在1942年底被選為蘇聯原子彈項目的技術主管；他被這項任務的艱巨性所震驚。[21]

弗廖羅夫隨後被調往杜布納，在那裏他建立了核反應實驗室，重點研究人工合成元素和熱反應。1942年底，蘇聯國防委員會正式將該計劃委託給蘇聯陸軍，主要的戰時後勤工作則由內務人民委員部負責人拉夫連季·貝利亞進行監督。[17]:114–115

1945年，阿爾扎馬斯-16在莫斯科附近建立，由雅可夫·澤爾多維奇和尤里·哈里頓進行領導，他們與伊薩克·波梅蘭丘克一起進行了有關核燃燒理論的計算。[22]:117–118 儘管在早期做出了對核武器研究進行加速的努力。但據歷史學家報告，對於蘇聯科學家團隊來說，使用武器級鈾製造炸彈的努力仍沒有希望。伊格爾·庫爾恰托夫曾對製作鈾彈的工作抱有懷疑，但在NKVD取得來自英國的數據之後。蘇聯在武器級鈈方面取得了進展。[22]:117–118

1945年廣島與長崎原子彈爆炸徹底改變了蘇聯官方對於核武器項目的看法。[23]:2–5

在原子彈爆炸之後，蘇聯政治局立即控制了原子彈項目，並且成立了特別委員會來監督核武器的發展。1946年4月9日，蘇聯部長會議創建了第11設計局（KB-11），致力於繪製第一顆原子彈設計圖。其設計主要基於美國的胖子原子彈，用武器級鈈進行引爆。從那時起，有關該計劃的工作迅速展開，其後的重要成果便是1946年10月25日在莫斯科附近建造的第一座核反應堆。[23]:2–5

組織和管理

德國人的幫助

從1941年至1946年期間，蘇聯外交部進行負責原子彈項目的後勤工作，由外交部長維亞切斯拉夫·莫洛托夫控制項目的走向。:33[24] 然而，由於莫洛托夫的管理不善，該項目停滯不前。[25] 與美國在原子彈項目中的軍事管理不同，蘇聯的原子彈項目完全沒有軍隊的介入，其是由莫洛托夫、拉夫連季·貝利亞、格奧爾基·馬林科夫和米哈伊爾·別爾烏辛等政治人物指導的。[26]

在廣島和長崎的原子彈爆炸後，該計劃的領導層發生了變動。斯大林於1945年8月22日任命拉夫連季·貝利亞來負責原子彈項目的推進。[25] 貝利亞領導的新委員會保留了格奧爾基·馬林科夫，並增加了尼古拉·沃茲涅先斯基和武器人民委員部的鮑里斯·萬尼科夫。[25] 在貝利亞的管理下，內務人民委員部將蘇聯的原子間諜送入西方盟國的核計劃之中，以及德國核武器開發計劃中。德國的科學家在戰後被迫向蘇聯的核計劃進行工作。[25]

間諜活動

蘇聯原子彈圈

主條目：核間諜

美國共產主義同情者們在蘇聯駐外特工的幫助下，進行着核間諜與商業間諜的活動。這些活動大大加速了1942-1954年期間蘇聯原子彈項目的進展。[27]:105–106[28]:287–305 當蘇聯可能會因為德國入侵而戰敗時，這些被招募的美國共產主義同情者表現出更強烈的意願去分享機密信息。[28]:287–289 蘇聯在英國的情報網絡幫助了蘇聯在美國進行間諜圈的部署。[27]:105–106

塞米揚·謝苗諾夫（英語：Semyon Semyonov）控制的的間諜哈里·戈爾德（英語：Harry Gold）在英、美等國進行了廣泛的間諜活動，其中包括在美國化學工業中進行工業間諜活動和收集來自英國物理學家克勞斯·富克斯傳遞的機密資料。[28]:289–290 美國理論物理學家西奧多·霍爾和英國物理學家克勞斯·富克斯傳遞的知識和技術細節，大大縮短了蘇聯第一顆原子彈的研製周期。[27]:105

1943年，美國陸軍的維諾那計劃揭露了蘇聯間諜的存在。[29]:54

最初的熱核武器設計

聚變炸彈的的早期設想來自於間諜活動和蘇聯的內部研究。雖然間諜活動確實有助於蘇聯的研究，但美國早期的氫彈概念有很大缺陷。所以早期的情報很有可能混淆了蘇聯的研究方向，而不是幫助。[30] 早期熱核武器的設想是使用原子彈作為觸發器，為裂變材料和周圍的化學高爆炸物之間的液態氘層提供所需的熱量，以啟動熱核反應。[31] 但很快研究團隊認識到，如果缺乏足夠的熱量和對氘的壓縮，將導致氘的聚變不明顯。[31]

1948年，安德烈·薩哈羅夫的研究小組提出了第二個概念。[31] 這種構型的核彈被稱為RDS-6S。這種想法的熱核武器並不是如今意義上真正的「熱核武器」，而是裂變核武器與熱核武器的中間形態。[32]

RDS-6S「Layer Cake」於1953年8月12日被引爆，西方盟軍將此次實驗稱為「Joe 4」。[33] 此次實驗產生了40萬噸TNT的威力，比此前任何一次的實驗威力都要大十倍左右。同時期的美國於1952年11月1日引爆了他們的熱核武器，代號為常春藤麥克。雖然麥克比RDS-6S的威力更大，但其設計並不如RDS-6S實用。[31]

在RDS-6S的試驗成功之後，薩哈羅夫提出了一個升級改型，被稱為RDS-6SD。[31] 這種炸彈被證明是有問題的，它既沒有被建造，也沒有被測試。之後蘇聯研究團隊一直在研究RDS-6T的概念，但它也被證明是一個死胡同。

1954年，薩哈羅夫提出了第三種概念。[31] 第三種概念是利用裂變核武器的輻射波，來引起燃聚變反應，而不是通過熱和壓縮。[31] KB-11批准了這種新型構型的計劃。新型構型的核武器於1955年2月3日完成，並被命名為RDS-37。[31]

RDS-37於1955年11月22日試驗成功，當量為160萬噸TNT。這個當量幾乎是六年前蘇聯第一顆原子彈的百倍威力，這表明蘇聯可以與美國進行競爭，甚至超越美國。[31]

後勤問題

蘇聯核項目早期階段的最大一個問題是鈾礦，因為蘇聯在項目開始時國內資源有限。蘇聯國內的鈾礦開採可以準確追溯到1942年11月27日。蘇聯的第一個鈾礦在塔波沙爾（英語：Istiqlol）（今塔吉克斯坦的城市）建立，到1943年5月，其年產量為數噸鈾礦。[34] 塔波沙爾是蘇聯眾多鈾礦開採和生產有關的封閉城市中第一個被設立的。[35]

核武器項目的需求量很大。1940年，美國人在比利時商人埃德加·森吉爾（Edgar Sengier）的幫助下，封鎖了剛果、南非和加拿大的鈾礦出口。1944年12月，斯大林將鈾礦項目交給拉夫連季·貝利亞進行負責，取消了維亞切斯拉夫·莫洛托夫的職責。蘇聯的第一座加工廠建立在塔吉克斯坦的契卡洛夫斯克（今布斯通）。

當蘇聯核反應堆F-1於1946年12月開始運行時，蘇聯仍然在使用從德國核武器開發計劃中遺留的鈾燃料。蘇聯國內的鈾生產在此時仍供應不足。這些鈾是在比屬剛果開採的。1940年德國入侵和佔領比利時後，這些礦石落入德國人手中。

蘇聯核計劃的其他鈾來源是東德、捷克斯洛伐克、保加利亞、羅馬尼亞和波蘭的礦場。在戰爭期間，鮑里斯·普雷格爾（Boris Pregel）在美國政府的授權下向蘇聯出售了0.23噸的鈾。[36][37][38]

最終，蘇聯在本國境內發現了大量的鈾礦來源。

下表為蘇聯核計劃鈾來源數量和出產國：[39]

年份 蘇聯 德國 捷克斯洛伐克 保加利亞 波蘭
1945 14.6噸
1946 50.0噸 15噸 18噸 26.6噸
1947 129.3噸 150噸 49.1噸 7.6噸 2.3噸
1948 182.5噸 321.2噸 103.2噸 18.2噸 9.3噸
1949 278.6噸 767.8噸 147.3噸 30.3噸 43.3噸
1950 416.9噸 1,224噸 281.4噸 70.9噸 63.6噸

重要的核試驗

參見：蘇聯核武器試驗列表

RDS-1

RDS-1是蘇聯的第一枚核武器，於1949年8月29日試爆，美國人稱其為「Joe 1」。該核彈設計與美國的胖子原子彈非常相似。

RDS-2

1951年9月24日，RDS-2成功試爆，此次試爆當量為3.83萬噸。這次試驗被中央情報局（CIA）命名為「Joe 2」。

RDS-3

RDS-3是蘇聯的第三枚核武器。它於1951年10月18日進行試爆，試爆當量為4.12萬噸。美國將此次試驗命名為「Joe 3」，這是蘇聯的第一次空投核武器實驗。RDS-3在10公里的上空被投放，距離地面400米處被引爆。

RDS-4

RDS-4是戰術核武器研究的一個分支。首次測試於1953年8月23日開展，採用的空投的方式，此次試驗當量為2.8萬噸。1954年，在托茨科耶（Totskoye）的「雪球」軍演中也使用了這類核武器。圖-4轟炸機將核武器空投至模擬戰場，此次軍演共有4萬名士兵參加。RDS-4同樣也是世界第一枚中程彈道導彈R-5M的核彈頭。1956年2月5日，搭載了RDS-4的R-5M進行了實彈測驗，這是第一次也是唯一一次使用實彈進行測驗。

RDS-5

RDS-5製造並測試了兩個不同的版本。

RDS-6

RDS-6是蘇聯的第一次氫彈試驗，時間為1953年8月12日。此次試驗被美國人稱為「Joe 4」。試爆的當量為40萬噸，比以為任何一次試驗的威力都要強上十倍。[31] 在開發威力更大的核武器時，蘇聯將RDS-6作為了開發基礎，而不是繼續開發全新的RDS-7。最終在RDS-6的基礎上研製出了RDS-37。[31]

RDS-9

RDS-9是RDS-4的低當量版本，其當量為1-0.3萬噸。T-5核魚雷便是搭載了此款核武器。1955年9月21日，該型核魚雷進行了水下試驗，爆炸當量為0.35萬噸。

RDS-37

1955年11月12日，蘇聯首次進行了百萬噸級氫彈試驗。此次試驗被稱為RDS-37。Joe 1，Joe 4和RDS-37均在哈薩克斯坦的塞米巴拉金斯克基地進行測試。

沙皇炸彈（RDS-220）

沙皇炸彈是迄今為止最大、最強的熱核武器。試爆當量為5千萬噸。這相當於第二次世界大戰中所使用的炸藥總量的十倍。[40] 它於1961年10月30日在新地島被引爆，設計威力為1億噸當量，但是在試爆前削減了當量。雖然沙皇炸彈已經具備實戰化要求，但其並沒有被列裝使用。僅僅作為蘇聯軍事力量的一次示範性演示。據估計，爆炸的熱量可對100公里外造成三級灼傷。[41]

秘密城市

主條目：封閉城市

在冷戰期間，蘇聯至少建立九個封閉城市，這些城市被稱為「原子格勒（Atomgrads）」。[42] 這些地方進行着與核武器有關的研究和開發。在蘇聯解體後，這些城市均被改名（封閉城市時期均以地區+數字的方式命名）。這些城市在法律上仍然是「封閉」的，但其中部分城市允許外國遊客憑特別許可證進入（薩羅夫、斯涅任斯克和澤列諾戈爾斯克）。

冷戰名稱 當前名稱 成立 主要功能
阿爾扎馬斯-16 薩羅夫 1946 武器設計和研究，彈頭組裝
斯維爾德洛夫斯克-44 新烏拉爾斯克 1946 鈾濃縮
車里雅賓斯克-40/車里雅賓斯克-65（後期） 奧焦爾斯克 1947 鈈生產，零部件製造
斯維爾德洛夫斯克-45 列斯諾伊 1947 鈾濃縮，彈頭組裝
托木斯克-7 謝韋爾斯克 1949 鈾濃縮，零部件製造
克拉斯諾亞斯克-26 熱列茲諾戈爾斯克 1950 鈈生產
茲拉托烏斯特-36 三山城 1952 彈頭組裝
奔薩-19 扎列奇內 1955 彈頭組裝
克拉斯諾亞斯克-45 澤列諾戈爾斯克 1956 鈾濃縮
車里雅賓斯克-70 斯涅任斯克 1957 武器設計和研究

環境和公共健康影響

主條目：克什特姆核廢料爆炸事故和切爾諾貝爾核事故

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