张广翔 高腾

摘 要：  粒子加速器是用人工方法提供各种高能粒子束或辐射线的现代化装备。粒子加速器是核物理研究的实验基础，而核物理则是核计划开展的科学理论基础。因此，粒子加速器建设对苏联核计划具有重要意义。1932—1957年，苏联在粒子加速器建设领域开展了大量工作。在镭研究所、列宁格勒技术物理研究所、2号实验室、水利工程实验室、物理研究所、电物理实验室等机构的领导下，建设工作大致经历了开端、恢复、强化、“超越”四个阶段。苏联建造了若干粒子加速器，构建了核物理研究的实验基础，促进了核物理研究的发展，保障了核计划的顺利开展，研制并改进了核武器、热核武器，从而增强了苏联的国防实力。

关键词： 粒子加速器;核物理研究;苏联;核计划

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9887сс/оп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;

Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.М.：Рос.науч.центр瘙爯Курчатовский институт瘙爲，1997; Алхазов Д.Г.，Шилов В.П.，Эйсмонт В.П.Первый в Европе：История создания и довоенных лет циклотрона Радиевого института.Л.：Радиевый ин-т им.В.Г.Хлопина，1982; Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте（1925—1943 гг.）.Л.：Наука，1984; Русакович Н.А.（общ.ред.） История создания синхроциклотрона ОИЯИ （в документах и воспоминаниях）.Дубна.：ОИЯИ，2014; Kiselev G.V.，Rusakovich N.A.，“Brief Overview of the Creation of the Synchrocyclotron at the Hydrotechnical Laboratory of the USSR Academy of Sciences and first Results of Physical Studies：Review of Archival Documents，” Physics of Particles and Nuclei，Vol.43，No.4 （2012），pp.419-451.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。

Петросьянц А.М.，Джелепов В.П.Успехи техники ускорителей элементарных частиц в Советском союзе.100 лет со дня рождения Марии Кюри.М.：Знание，1968; Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，2007，№4.С.66-74.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”（трансмутация ядер）。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。

核物理研究需要高能粒子束，这类粒子束可通过宇宙射线、天然放射性元素（例如镭）、高压设备、加速器等方式获取。其中，在人工获取高能粒子束的设备中，最有效的就是加速器。参见Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.М.：Наука·Физматлит，1998.С.6; 桂伟燮编：《荷电粒子加速器原理》，第4-7页。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《俄國科学院报告》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。

Мысовский Л.В.，Рукавишников В.Н.Ускорение положительных и отрицательных ионов полем переменного тока высокой частоты.Доклады Российской академии наук，сер.А，1922.C.53.转引自Алхазов Д.Г.，Шилов В.П.，Эйсмонт В.П.Первый в Европе：История создания и довоенных лет циклотрона Радиевого института.Ч.1.C.5.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.Алхазов）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 механики）应用于阿尔法衰变（альфа-распад），并运用势垒贯穿效应（эффект проницаемости потенциального барьера 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（обратный туннельный эффект）而使带电粒子进入原子核中的概率问题，

参见Петржак К.А.，Римский-Корсаков А.А.，Эйсмонт В.П.Ядерная физика в радиевом институте：от радиактивности к началам физики деления и первым испытаниям ядерного оружия.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.2.М.：ИздАТ，1999.С.45; Алхазов Д.Г.，Шилов В.П.，Эйсмонт В.П.Первый в Европе：История создания и довоенных лет циклотрона Радиевого института.Ч.1.С.6.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》，

Мысовский Л.В.Лабораторные методы получения быстрых электронов и протонов.-УФН，1932，Т.12.C.560-610.转引自Алхазов Д.Г.，Шилов В.П.，Эйсмонт В.П.Первый в Европе：История создания и довоенных лет циклотрона Радиевого института.Ч.1.С.13.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（E.O.Lawrence）建成了回旋加速器（циклотрон）。

桂伟燮编：《荷电粒子加速器原理》，第1-2页。为了促进核物理研究的发展，苏联的镭研究所

镭研究所成立于1922年，全称为国家镭研究所;自1938年2月起，镭研究所转入苏联科学院，称为科学院镭研究所。参见Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.86.和列宁格勒技术物理研究所

列宁格勒技术物理研究所成立于1923年，1939年6月从机械制造人民委员部转入苏联科学院，称为“科学院技术物理研究所”。参见Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.105.本文统一采用“列宁格勒技术物理研究所”的名称。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В.И.韦尔纳茨基（В.И.Вернадский）、В.Г.赫洛平（В.Г.Хлопин）等人的大力支持。

刘玉宝：《早期苏联核计划研究》，第17页。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。

Петржак К.А.，Римский-Корсаков А.А.，Эйсмонт В.П.Ядерная физика в радиевом институте：от радиактивности к началам физики деления и первым испытаниям ядерного оружия.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.2.С.46.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（электромагнит）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，與列宁格勒的“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（диаметр полюсов）为100厘米的电磁体。

参见Алхазов Д.Г.，Шилов В.П.，Эйсмонт В.П.Первый в Европе：История создания и довоенных лет циклотрона Радиевого института.Ч.1.С.13-14.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 возбуждения），对电磁体进行了组装。

Алхазов Д.Г.，Шилов В.П.，Эйсмонт В.П.Первый в Европе：История создания и довоенных лет циклотрона Радиевого института.Ч.1.С.15.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。

Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.21-22.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 камера）。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

此书共分两册，关于部件生产细节的问题可参见第一册。Алхазов Д.Г.，Шилов В.П.，Эйсмонт В.П.Первый в Европе：История создания и довоенных лет циклотрона Радиевого института.Ч.1.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。

Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.22.鐳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。

参见Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.22.

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。”

Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.34.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。

参见Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.46-47; Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.59; Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.74.在这种背景下，И.В.库尔恰托夫（И.В.Курчатов）开始领导改进工作。

库尔恰托夫于1937年8月成为镭研究所回旋加速器实验室的负责人。1939年4月，因梅索夫斯基身体抱恙，库尔恰托夫被任命为镭研究所物理部的主任，并一直任职至1940年10月。参见Петржак К.А.，Римский-Корсаков А.А.，Эйсмонт В.П.Ядерная физика в радиевом институте：от радиактивности к началам физики деления и первым испытаниям ядерного оружия.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.2.С.46.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。

Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.84.1938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。

镭研究所加速器投入运行后，开展了一系列实验研究工作，回旋加速器在早期主要被用作中子源（источник нейтронов）。首先，这座加速器用以开展关于人工制备同质异能素（искусственная изомерия атомных ядер）的实验。镭研究所的成员阿尔哈佐夫等人的研究表明，钆核在俘获中子过程中产生的亚稳态（метастабильный уровень）会通过内转换（внутренняя конверсия）消失。列宁格勒技术物理研究所的成员继续研究了溴原子核的同质异能态，并成功验证其同质异能性。实验所需的“放射性制剂”是通过镭研究所加速器的慢中子辐照溴乙烷获得的。

Петржак К.А.，Римский-Корсаков А.А.，Эйсмонт В.П.Ядерная физика в радиевом институте：от радиактивности к началам физики деления и первым испытаниям ядерного оружия.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.2.С.47.其次，镭研究所加速器还用于确定元素周期表中许多元素的快中子俘获截面（сечение захвата）：在М.Г.梅谢里亚科夫（М.Г.Мещеряков）的领导下，测量了从钠到铋范围内的27种元素的俘获截面。

Петржак К.А.，Римский-Корсаков А.А.，Эйсмонт В.П.Ядерная физика в радиевом институте：от радиактивности к началам физики деления и первым испытаниям ядерного оружия.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.2.С.47-48.第三，镭研究所加速器在苏联早期核裂变的研究中发挥了重要的作用。1939年3月28日，梅索夫斯基等人发表了《中子作用下铀裂变中反冲核的轨迹》，

Мысовскнй Л.В.，Жданов А.П.，Мысовская М.Ю.ДАН СССР，1939，Т.23.С.341-342.转引自Петржак К.А.，Римский-Корсаков А.А.，Эйсмонт В.П.Ядерная физика в радиевом институте：от радиактивности к началам физики деления и первым испытаниям ядерного оружия.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.2.С.48.是借助这座加速器获得的首个物理研究结果。赫洛平等人借助镭研究所加速器研究中子致铀核裂变的产物，确定了两种新的衰变方式，还探讨了超铀元素生成的可能性。

Бутомо С.В.，Синицына Г.С.，Шашуков Е.А.Истоки российского атомного пути.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.1.С.44.1940年5月3日，Н.А.佩尔菲洛夫（Н.А.Перфилов）发表了关于裂变产物有效电荷测量的实验结果，这也是借助镭研究所加速器完成的。

参见Петржак К.А.，Римский-Корсаков А.А.，Эйсмонт В.П.Ядерная физика в радиевом институте：от радиактивности к началам физики деления и первым испытаниям ядерного оружия.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.2.С.49.

苏联卫国战争爆发后，镭研究所从列宁格勒撤离至喀山，镭研究所加速器被暂时封存。1944年下半年，以梅谢里亚科夫为首的镭研究所团队返回列宁格勒，以恢复这座加速器的运行。此后，团队利用这座回旋加速器又开展了一些研究工作。

例如，研究中子和氘核引起的核反应，参见Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.190; 辐照重水和铀样品研究，参见Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.256，395.鐳研究所加速器是欧洲建成的首座回旋加速器，其建造、改进等工作是在梅索夫斯基、库尔恰托夫等人的领导下完成的。这座加速器的建造是苏联核物理工作的重要组成部分，它在苏联裂变物理学、裂变化学、中子物理学的萌芽与发展过程中起到了重要作用。此外，它还是苏联物理学家的一所大型实践“学校”，成为他们日后建设加速器的一个样本。不过，这座回旋加速器也存在诸多不足。除了上文指出的运行不稳定等问题，韦尔纳茨基还曾在日记中指出，镭研究所加速器建设时间长达数年，而美国、日本在数月内就可完成类似装置的建造工作。

Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.230.

（二）列宁格勒技术物理研究所的回旋加速器

1932—1946年，列宁格勒技术物理研究所建造了一座回旋加速器模型和一座大型回旋加速器。1932年，库尔恰托夫和阿里汉诺夫决定建造回旋加速器。为了了解如何安装以及使用这种装置，库尔恰托夫决定建造一座回旋加速器模型。1932年底，库尔恰托夫将建造任务委托给М.А.叶列梅耶夫（М.А.Еремеев）。

Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.65.1934年，回旋加速器模型建成，它是继美国伯克利实验室回旋加速器模型之后建成的首座回旋加速器模型，在苏联加速器建设史上具有重要意义。

参见Paul R.Josephson，“Early years of Soviet Nuclear Physics，” Bulletin of the Atomic Scientists，p.38.与此同时，列宁格勒技术物理研究所大型回旋加速器（以下简称大型回旋加速器）的建设工作也提上日程。需要强调的是，虽然这座加速器建成的时间较晚，但其重点工作完成于加速器建设的开端阶段。1933年，库尔恰托夫和阿里汉诺夫计划在列宁格勒技术物理研究所建造一座大型回旋加速器。1936年9月26日，研究所学术委员会通过了一项决议：“预计于1937年建造一座10兆电子伏特的大型回旋加速器，并提供物资帮助”。

Архив ФТИ，ф.3.оп.1，ед.хр.47，л.15，об.转引自Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.87.决议的发布标志着列宁格勒技术物理研究所大型回旋加速器建设工作的开启。

大型回旋加速器包括电磁体、高频发生器（ВЧ-генератор）、真空室、真空泵（вакуумные насосы）等复杂部件，

Гринберг А.П.Курчатов и первые Советские циклотроны.Александров А.П.（Отв.ред.）Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове.М.：Наука，1988.С.131.显然，仅靠研究所的力量无法制造出这种规模的装置。因此，А.Ф.约费（А.Ф.Иоффе）等人开始向外界求助。1937年1月，约费致函重工业人民委员部的人民委员，请求拨出一定的资金，用于建造大型回旋加速器。

Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.89.1937年10月4日，约费、库尔恰托夫等人又致函重工业人民委员部的科研发明局，请求于1937年第4季度给列宁格勒技术物理研究所提供必要的资金。

Архив ФТИ，ф.3，оп.1，ед.хр.57，л.3.转引自Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.89.科研发明局为此拨款20万卢布，用于订购大型回旋加速器的部件。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.19.值得注意的是，在此之前，库尔恰托夫就已部署了大量准备工作。1936年，库尔恰托夫决定从初步计算工作转向设计工作，列宁格勒加里宁理工学院的科学家们也开始进行理论研究和磁铁计算工作。1937年底，研究所的总建筑师Я.Д.格利金（Я.Д.Гликин）开始设计安置大型回旋加速器的建筑。“电力”工厂直流电机设计局的局长В.К.费奥多罗夫（В.К.Федоров）承担了电磁体的工作项目。1938年初，“电力”工厂提供了磁体的设计图纸，磁体预估重量为75吨。此外，库尔恰托夫还定期组织会议，讨论电磁体的计算和设计工作，研究大型回旋加速器的理论、磁场等问题。Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.90-91.

设计工作结束后，列宁格勒技术物理研究所未能立即开始生产部件。1938年3月5日，列宁格勒技术物理研究所的科研人员（约费、库尔恰托夫等）致函人民委员会主席莫洛托夫：“因为大型回旋加速器建设总计划没有获准，研究所不能依照应有的速度开展建设工作。1938年，尚未向研究所拨付建设资金。”1938年11月25日，科学院主席团发布了《关于在科学院开展核研究工作的决定》，要求立即将列宁格勒技术物理研究所的核实验室从机械制造人民委员部转移到科学院物理研究所，并由人民委员会拨付大型回旋加速器建设的设备和资金。这项决定引起了约费等人的强烈抗议，但主席团坚持执行。1939年1月24日，阿里汉諾夫和库尔恰托夫在给莫洛托夫的信中也提及这一问题。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.19，44-46，45.这项决定发布之后，大型回旋加速器的建设工作实际上陷入停摆的状态。

经过约费、库尔恰托夫等人的不懈努力，事情出现了转机。1939年1月28日，科学院向人民委员会提交了《关于在苏联组织原子核研究工作的函》。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.53.其中指出，为大型回旋加速器建设拨款70万卢布，允诺在研究所核实验室完全搬至莫斯科前，为其正常工作提供一切条件。1939年6月7日，人民委员会下属的经济委员会通过了关于大型回旋加速器建设资金分配的决议，

根据经济委员会第531号指令，拨付37.5万卢布，用于回旋加速器的建造。参见Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.74.大型回旋加速器的建设工作才重回正轨。此时，建筑设计业已完成，相关部件的生产也已准备就绪。1939年，研究所在“电力”工厂订购了磁铁，“布尔什维克”工厂则负责生产所需的铁。1939年9月22日，研究所的回旋加速器实验室大楼竣工。1941年2月，磁铁制造完毕。1941年夏，大型回旋加速器的建设已基本完成。列宁格勒加里宁理工学院团队制造了高频发生器，真空室也成功通过了真空测试。大型回旋加速器预计于1942年1月1日投入使用。

参见Гринберг А.П.，Френкель В.Я.Игорь Васильевич Курчатов в Физико-техническом институте （1925—1943 гг.）.С.92-94. 然而，战争打断了后续工作。

二、建设工作的恢复

1941年6月苏德战争爆发后，苏联的加速器建设工作被迫停止。1942年6月斯大林格勒会战后，战场上的形势逐漸明朗，国内工作开始逐步恢复。

战时，大型回旋加速器的部件用于2号实验室М-1回旋加速器的建设，使得核物理研究并未彻底中断。1943年1月18日，列宁格勒的封锁被打破。库尔恰托夫决定从列宁格勒运出大型回旋加速器的部分设备，用于2号实验室М-1回旋加速器的建设。

2月11日，苏联国防委员会发布2872cc号密令——《组织铀工作的补充措施》。

Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.306-307.科学院据此发布了第121号指令：“根据国防委员会的决议，组织科学院2号实验室。”

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.6.Саров-М.：РФЯЦ-ВНИИЭФ·Физматлит，2006.С.23.1949年，2号实验室更名为科学院测量仪器实验室。库尔恰托夫担任实验室主任，负责与铀问题相关的研究工作。为了解决铀问题，2号实验室建造了两座回旋加速器——М-1回旋加速器和М-С回旋加速器。

（一）М-1回旋加速器

2号实验室成立之初，苏联没有一座运行中的回旋加速器。

镭研究所的回旋加速器被“封存”于列宁格勒，列宁格勒技术物理研究所的大型回旋加速器尚未建成。此外，两座回旋加速器均位于列宁格勒，彼时那里的封锁刚被解除，不具备开展大规模建设和研究工作的条件。在战时条件下，库尔恰托夫决定建造一座小型加速器——М-1回旋加速器，其磁极直径为730毫米，磁铁重量为25吨。

刘玉宝：《早期苏联核计划研究》，第53页。

М-1回旋加速器是2号实验室成立后的优先建设项目之一。1943年2月11日，国防委员会2872cc号密令要求，黑色冶金工业人民委员部、中型机械制造人民委员部、电力工业人民委员部、有色冶金工业人民委员部应为М-1回旋加速器的建设提供材料并生产相应的部件。Л.М.涅梅诺夫（Л.М.Неменов）负责领导М-1回旋加速器的建设工作，其设计、生产、启动预计历时16个月。彼时，变压器厂已经具备制造电磁体的技术条件，“镰刀和锤子”工厂

莫斯科的一家冶金工厂。亦有能力生产锻件。但在短期内制造高频发生器的可能性不大，库尔恰托夫建议使用列宁格勒技术物理研究所未建成的大型回旋加速器的高频发生器。1943年3月，涅梅诺夫和П.Я.格拉祖诺夫（П.Я.Глазунов）前往列宁格勒，将高频发生器等部件运到莫斯科。8月18日，2号实验室在《1943年下半年工作计划》中要求阿里汉诺夫等人在1944年1月1日前完成М-1回旋加速器的建设工作。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.386-387.但由于新克拉马托尔斯克工厂电磁体制造工作延误，建设工作无法按时完成。1943年11月28日，人民委员会秘书处在《关于铀问题研究状况的说明》中谈及这一问题，并提出了解决措施——“责成重型机械制造人民委员部加快电磁体等主要部件的研制工作，于1943年12月10日前完成这项工作”。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1.С.408.1944年2月，电磁体制造完成。电力工业人民委员部的624号工厂负责生产电磁绕组（обмотки электромагнита），于3月完成工作，М-1回旋加速器的装配工作于4月开始。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.2.М.：Издательство МФТИ，2002.С.37.在克服了诸多困难之后，М-1回旋加速器成功启动。1944年9月8日，库尔恰托夫致函莫洛托夫，向其汇报了这一消息。

Goncharov G.A.，Ryabev L.D.，“The Development of the first Soviet Atomic Bomb，”Physics-Uspekhi，Vol.44，No.1 （2001），p.83.1944年9月25日，М-1回旋加速器首次获得了氘核束。

М-1回旋加速器投入使用后，开展了一些研究工作。М-1回旋加速器的首要任务是辐照铀样品以获取钚，这项工作一直持续至1945年12月。М-С回旋加速器启动后，研究人员借助M-1回旋加速器继续进行了一些核物理研究工作。其后，M-1回旋加速器还为杜布纳联合核研究所同步回旋加速器（M装置）的离子加速过程进行了模拟。

Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.24-25.

同时，在战时条件下，2号实验室短时间内建成了一座物理装置，为铀问题研究提供了保障。M-1回旋加速器在2号实验室加速器研究人员的培训中发挥了重要作用，也为М-С回旋加速器的设计积累了经验。此外，它还被用来测量各种物理常数，为苏联首座核反应堆的建设奠定了基础。

（二）М-С回旋加速器

1945年初，苏联已经获得了相应数量的钚。因此，迫切需要开展下一步的工作——获得微克量级的钚，以研究其核物理性质，进一步解决铀问题。M-1回旋加速器无法提供所需数量的钚，短期内又无法创建反应堆。因此，唯一可行的方法就是尽快建造更大功率的回旋加速器。

1945年1月17日，苏共（布）中央委员会在一次会议上通过了一项关于必须建设新的回旋加速器（М-С回旋加速器）的基本決定。

参见Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.25.1945年1月19日，库尔恰托夫向国防委员会全权代表С.В.卡夫塔诺夫（С.В. Кафтанов）

提交了《在2号实验室建造М-С回旋加速器必要性的报告》。

Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.2.С.206-208.库尔恰托夫阐述了回旋加速器的基本原理及作用，介绍了国外的建设情况，指出苏联落后于美英的现实状况。他表示，这种落后现象将导致苏联丧失研究核物理诸多重要现象的机会，尤其是关于铀问题研究的机会。最后，他提出要在2号实验室建造М-С回旋加速器。从论证报告的文本及所附图纸可以看出，当时已对该项目进行了一定的研究。

库尔恰托夫陈述了生产主要部件的工厂、加速器的参数、安置加速器的建筑物、辐射屏蔽设计、预期完工时间等具体细节，最后还阐明了М-С回旋加速器在获取钚的过程中将起到的重要作用。参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.2.С.207.1945年5月15日，国防委员会发布8581сс/ов号决议——《关于在苏联科学院2号实验室建造特别装置（М-С回旋加速器）的决议》。1945年5月15日，贝利亚和库尔恰托夫在致斯大林的《关于1945年计划及铀问题工作情况报告》中附上了这项决议。报告还指出，“（М-С回旋加速器）建设成本预估为1700万～2000万卢布”。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.2.С.296-303，289-291，291.

由于时间紧迫，在寻求政府帮助的同时，2号实验室已开始了工作。1945年2月1日，2号实验室发布电力供应的技术任务和电气设备的技术规范。2月15日，完成了变电站选址工作。5月1日，提交了各种电气设备系统的工程图纸。值得强调的是，在国防委员会8581сс/ов号决议中，已经拟议了一些设计、生产任务：将工作委托给内务人民委员部;“电力”工厂负责设计和制造电磁体;电气工业人民委员部负责制造发电机;人民委员会提供70吨以上的红铜;建筑师А.В.休谢夫（А.В.Щусев）负责领导科学院项目大楼的技术设计等。然而在实际运转过程中遇到了诸多困难。1946年1月10日，库尔恰托夫在给贝利亚的信中指出，乌拉尔奥尔忠尼启则重型机械制造厂并未完成电磁铁锻件的制造工作。1946年1月24日，贝利亚向重型机械制造人民委员部下达了一则批示：“采取紧急措施并报告执行结果。”

Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.27-28.1946年4月，2号实验室开始进行部分设备的安装工作。9月13日，开始进行电磁体的安装。1947年2月26日，完成了电源系统、冷却系统的测试。2月20日，真空室制造完成。5月1日，真空室完成了装配并进行了测试。6月30日，高频发生器进行了测试。1947年8月1日，М-С回旋加速器所有部件的安装工作均已完成。但由于磁聚焦（магнитная фокусировка）太弱，无法成功引出粒子。9月，高频发生器又出现问题。研究团队克服了诸多困难，最终于1947年12月中旬成功启动了М-С回旋加速器。其主要参数如下：磁极直径1.5米，磁体重量330吨（美国类似装置的磁体重量为200吨）。

М-С回旋加速器是仿照美国伯克利的一座磁极直径1.5米的回旋加速器建造的。在投入运行的最初几年，М-С回旋加速器主要加速三种类型的粒子：氘核、质子、阿尔法粒子。

参见Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.30-33.然而，М-С回旋加速器也存在一些问题，例如屏蔽装置由水制成，因而效果不佳。库尔恰托夫曾表示：“М-С回旋加速器的辐射十分强烈，严重威胁工作人员的健康状况。”

参见Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.27-29.1948—1951年，研究团队又对М-С回旋加速器进行了一些改进。

早在М-С回旋加速器启动之前，研究团队就已经预先拟定过相关研究内容。1947年10月6日，库尔恰托夫等人在致斯大林的信函中谈到预计在М-С回旋加速器上开展的研究工作：一是研究16兆电子伏特的快中子与原子核的相互作用;二是研究30兆电子伏特的快中子与原子核的相互作用。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.3.Саров-М.：РФЯЦ-ВНИИЭФ·Физматлит，2002.С.745.М-С回旋加速器启动后，苏联首座核反应堆已投入运行，由于反应堆可以作为更强的中子源，亦可生产钚，М-С回旋加速器最初设定的研究任务完成。1951年底，实验室的相关负责人意识到，М-С回旋加速器的应用领域出现了问题，Н.А.弗拉索夫（Н.А.Власов）提出并开始实施一项研究轻核的计划，Г.Н.弗廖罗夫（Г.Н.Флёров）则开始着手合成超重元素的工作，

Оглоблин А.А.Циклотроны в атомных проектах.Кармадонова Г.Я.（Ред.）Курчатовский институт.История атомного проекта.Вып.12.С.34.这些工作开启了M-C回旋加速器的历史新篇章。除了研究氘核与轻核的相互作用（热核问题研究的开端），弗拉索夫等人还研究了快中子能谱测定法（спектрометрия быстрых нейтронов），В.М.潘克拉托夫（В.М.Панкратов）测量了铀同位素的反应截面与中子能量的关系。由于实验物理学家的不断改进，М-С回旋加速器也用于质子等其他粒子与轻核相互作用的研究，并且首次获得了锂离子束（пучок ионов лития）。后来，研究团队通过M-C回旋加速器发现了核反应中的核虹现象（явление ядерной радуги в реакциях），详细研究了原子核中阿尔法簇（альфа-кластер в ядрах）的形成，首次合成了铍-13，并为更复杂的实验奠定了基础。通过这些实验，А.А.奥格洛布林（А.А.Оглоблин）等人发现了超重同位素氦-10。

参见Мостовой В.И.Ядерно-физические исследования лаборатории №2.по атомном проекту СССР （1943—1955 гг.）.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.1.С.268.

M-C回旋加速器具有建设时间短、任务重等特点，是苏联首次建成的磁体重量超过美国同类装置的加速器。毋庸讳言，M-C回旋加速器也存在诸多缺陷，比如辐射问题，其产生的中子流严重损害了工作人员的身体健康。

三、新原理应用与建设工作的强化

回旋加速器为核物理研究提供了有力的技术手段，但其发展至20世纪40年代中期，已经出现了瓶颈。回旋加速器在能量上存在一个“天花板”，

Петросьянц А.М.，Джелепов В.П.Успехи техники ускорителей элементарных частиц в Советском союзе.100 лет со дня рождения Марии Кюри.С.18.换言之，回旋加速器只能将粒子加速至几十兆电子伏特。针对这一问题，苏联物理学家В.И.维克斯勒（В.И.Векслер）与美国物理学家麦克米伦（E.M.Mcmillan）于1944年、1945年分别独立提出粒子运动的自动稳相原理。

具体概念参见桂伟燮编：《荷电粒子加速器原理》，第126-133页。这一原理的发现从根本上拓宽了加速器的应用范围，将加速粒子的能量推向中高能乃至高能的水平。为获得更高能量的粒子以开展包括核反应在内的研究，研制、改进核武器和热核武器，苏联启动了此类加速器的建设工作。

（一）同步回旋加速器

1944年，维克斯勒发表了《相对论性粒子加速的新方法》，提出了自动稳相原理。

Dolbilkin B.S.，Ratner B.S.，“V.I.Veksler and the Development of Nuclear Physics in the Soviet Union，”Physics-Uspekhi，Vol.50，No.8 （2007），p.854.1945年2月20日，科学院物理数学科学部专门为此召开了一次会议，对此原理进行了讨论。

参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.2.С.220-221.根据科学院院长С.И.瓦维洛夫（С.И.Вавилов）的建议，决定立即建造由维克斯勒提出的两种类型的加速器——同步回旋加速器（синхроциклотрон）和同步加速器（синхротрон）。

1946年1月26日，库尔恰托夫就建造大功率回旋加速器（同步回旋加速器М装置）事宜致函贝利亚，

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.2.Саров.：РФЯЦ-ВНИИЭФ，2000.С.405-408.М装置的建设工作提上议事日程。1946年2月12日，库尔恰托夫在给苏联部长会议主席斯大林的报告中再次重申建造大功率回旋加速器（М装置）的理由。斯大林采纳了库尔恰托夫的建议。1946年8月13日，部长会议发布1764-766сс號决议——《关于建造大功率回旋加速器（М装置）的决议》。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.2.С.434-435，298-301.决议规定了М装置的磁铁参数、建设场所、建设时间，并将工作委托给科学院物理研究所。决议发布之后，专门委员会和第一管理总局科技委员会召开多次会议，对相关问题进行了讨论。

Русакович Н.А.（общ.ред.）История создания синхроциклотрона ОИЯИ （в документах и воспоминаниях）.С.60-200.例如，1947年2月8日，部长会议第一管理总局就М装置的选址问题进行了讨论，最终定在诺沃-伊万尼科沃（Ново-Иваньково）小镇。

贝利亚曾解释了选择该地作为建设地点的原因：这里有一个大型劳改营，劳动力充足;距离莫斯科足够远（125公里），更易保密，科学家不会从其主要工作中分心;距工程地点5公里处有一座发电厂，用电不存在问题;位于伏尔加河沿岸，用水不存在问题。参见Джелепов В.П.Когда Дубны не было на карте.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.1.С.285.库尔恰托夫对建设进度深感不满，他认为需要更多科学上和组织上的努力。1947年4月21日，在库尔恰托夫的倡议下，部长会议发布1093-314сс号决议——《关于М装置建设科学和技术领导的决议》，

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.3.184-186.将М装置的建设工作转交给2号实验室。2号实验室为此专门成立一个4号部门，后来出于保密的目的，将其更名为“水利工程实验室”。

1953年1月8日，根据部长会议48-27сс/оп号决议，水利工程实验室成为一个独立的机构，更名为科学院核问题研究所，梅谢里亚科夫担任所长。参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.Саров-М.：РФЯЦ-ВНИИЭФ·Физматлит，2005.С.492-493.该实验室领导了M装置的设计、生产、研究等相关工作。

М装置的建造需要解决一系列科学、工程任务，这涉及诸多领域的知识。项目研究和建设的领导工作由梅谢里亚科夫、Д.В.叶夫列莫夫（Д.В.Ефремов）、А.Л.明茨（А.Л.Минц）负责。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.888.М装置的科研和设计工作启动之时，苏联对于建造如此大型的装置没有任何资料储备，但苏联物理学家和工程师采用独创的方法，解决了大量复杂的科学、工程难题。任务执行情况基本如下：2号实验室完成了物理理论方面的工作;2号实验室的无线电设备部门完成了高频无线电设备和电子设备的设计;电气工业部实验设计局完成了电磁设备和电气设备的设计;电气工业部的1号特别管理部门完成了М装置设计的一系列组织工作。

参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.4.Саров-М.：РФЯЦ-ВНИИЭФ·Физматлит，2003.С.766.建筑设计由原子能部设计研究所进行，建筑工作均由特别建设协会完成。

Джелепов В.П.Когда Дубны не было на карте.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.1.С.285.电磁体所在的主建筑为整体式钢筋混凝土结构，可避免工作人员受到辐射的危害。控制系统则位于另一栋建筑中，通过隧道与主建筑相连。此外，还建有专门的实验楼、生活区，建设资金总额为2亿卢布。

参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.4.С.766.М装置的电磁体由重约120吨的独立部件组成，每个部件都必须以0.1毫米的精度进行组装。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.889.М装置的绕组亦十分巨大，无法通过铁路运至施工现场。最终，研究团队通过直接在施工现场制造绕组，成功完成了任务。需要指出的是，苏联诸多大型工厂都参与了М装置部件的生产工作。由于采用新的建造、安装方法，并同时全面施工，安装工作总体上在政府规定的时间内得以完成。1949年12月14日，М装置成功启动，获得了280兆电子伏特的氘核束和560兆电子伏特的阿尔法粒子。

Джелепов В.П.Когда Дубны не было на карте.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.1.С.285.

1951年1月，磁极直径5米的М装置投入使用，随即展开了实验研究工作。М装置主要用于以下领域的研究：（1）带电介子和中性介子的人工制备及其引起的核碎裂（nuclear disintegrations）的研究;（2）100兆～400兆电子伏特的中子与物质相互作用的研究;（3）高能粒子引起的核反应的研究;（4）高能核反应的放射化学研究;（5）高能粒子的生物学效应研究。

Kiselev G.V.，Rusakovich N.A.，“Brief overview of the Creation of the Synchrocyclotron at the Hydrotechnical Laboratory of the USSR Academy of Sciences and first Results of Physical Studies：Review of Archival Documents，”p.424.諸多科研机构参与了上述研究工作，例如水利工程实验室、科学院测量仪器实验室、镭研究所、物理研究所、化学物理研究所等。1953年，М装置进行了重建，磁极直径增至6米，获得了680兆电子伏特的质子。

Джелепов В.П.Когда Дубны не было на карте.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.1.С.286.此外，还可将氘核加速至420兆电子伏特，将阿尔法粒子加速至840兆电子伏特。

Михайлов В.А.，Науменко И.А.Ядерная физика и ядерное оружие.М.：Воениздат，1966.С.80.М装置重建完成后，继续开展了一些研究工作。时任水利工程实验室副主任的В.П.杰列波夫（В.П.Джелепов）曾对此进行了概述：（1）确定了在380～680兆电子伏特的能量下，核子间相互作用的总截面（полные сечения）;（2）确定了在380～680兆电子伏特的能量下，核子间弹性相互作用（упругое взаимодействие）的微分截面（дифференциальные сечения）和总截面;（3）测量了π±介子与质子、120～390兆电子伏特的氘核相互作用的总截面;（4）研究了170～360兆电子伏特的质子与π±介子的弹性散射（упругое рассеяние）;（5）确定了380～630兆电子伏特的中子与原子核相互作用的总截面等。

Джелепов В.П.Когда Дубны не было на карте.Наука и общество：история советского атомного проекта.Т.1.С.286.

苏联政府肯定了水利工程實验室М装置的建设工作，对参与者进行了奖励。1951年12月6日，部长会议通过4964-2148сс/оп号决议，

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.7.Саров-М.：РФЯЦ-ВНИИЭФ·Физматлит，2007.С.351-366.对М装置的设计与生产工作进行奖励，为主要参与者授予斯大林奖，并为部分人员授予列宁勋章、劳动红旗勋章。1953年12月31日，部长会议发布3044-1304сс号决议，

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР.Документы и материалы.Т.Ⅲ，Кн.2.Саров-М.：РФЯЦ-ВНИИЭФ·Физматлит，2009.С.107-122.对在М装置上完成的核子与核子、核子与π介子相互作用的实验研究做出奖励。这无疑是政府对М装置的建造及研究工作的肯定，也佐证了其在核计划中的重要地位与作用。

1949年底至1953年，М装置是世界上功率最强的加速器，其功率是美国伯克利同步回旋加速器的1.5倍，

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.4.С.766.建设时间也更短。М装置的建造及投入使用具有重要意义。首先，М装置是苏联核科学研究的有力工具，为研究原子核结构、核裂变及其产物、介子的产生、核子与物质的相互作用等提供了可能;

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.889.其次，М装置的建设、研究工作汇集了来自不同机构的诸多实验家和理论家，这种联系为科学家之间的后续合作提供了一个框架;

参见Kiselev G.V.，Rusakovich N.A.，“Brief Overview of the Creation of the Synchrocyclotron at the Hydrotechnical Laboratory of the USSR Academy of Sciences and first Results of Physical Studies：Review of Archival Documents，”p.450.最后，М装置为与核计划相关的研究培养了人才。

（二）同步加速器

1945年2月20日，科学院物理数学科学部在会议上决定创建两种类型的加速器，其中之一就是同步加速器。时任物理研究所所长的Д.В.斯科别利岑（Д.В.Скобельцын）是核物理研究方向的负责人，十分重视加速器的建设工作。

Балдин А.М.ФИАН и физика высоких энергий.Шафранова М.Г.（ред.-сост.）Владимир Иосифович Векслер.Дубна.：ОИЯИ，2003.С.86.此外，自动稳相原理的提出者维克斯勒也建议建造基于此原理的加速器，以对该原理进行实验验证。

参见Ратнер Б.С.Первый сихротрон.Шафранова М.Г.（ред.-сост.）Владимир Иосифович Векслер. С.79. 因此，科学院物理研究所开始了同步加速器的建造工作。

需要指出的是，科学院物理研究所首批同步加速器的功能是加速电子。回旋加速器无法加速电子，因为电子的静止质量过低。1940年，美国物理学家科斯特（D.W.Kerst）建成了世界上首座电子感应加速器，但其与回旋加速器一样，亦存在能量限制。维克斯勒提出自动稳相原理后，将相对论性电子（速度与光速有可比性的电子）加速至高能的想法才成为现实。参见Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，С.66-74; 桂伟燮编：《荷电粒子加速器原理》，第2页。最初计划创建三座同步加速器：С-3同步加速器（30兆电子伏特）、С-25同步加速器（250兆电子伏特）、С装置（10亿电子伏特，也被称作С-100同步加速器）。

1945年，С-3同步加速器的准备工作已经开始。当时，维克斯勒只有两名年轻的物理学家做助手，维克斯勒从未从事过加速器建造工作，物理研究所也从未创建过如此规模的装置，工作难以取得实质性进展。库尔恰托夫将加速器的建设工作纳入核计划之后，情况发生了变化。1945年夏，Б.Л.别洛乌索夫（Б.Л.Белоусов）开展了大量的工作。1946年，科学院物理研究所成立维克斯勒领导的标准实验室，其任务就包括加速器的建造。

参见Болотовский Б.М.，Ратнер Б.С.Владимир Иосифович Векслер—создатель синхрофазотрона：К 100-летию со дня рождения.Природа，2007.№4.С.79，80.1946年夏，С-3同步加速器的建造工作正式开始。当时，工作团队仅有3人：实验学家别洛乌索夫、工程师Э.Г.戈热夫斯卡娅（Э.Г.Горжевская）、实验助手И.Д.克德罗夫（И.Д.Кедров）。Ратнер Б.С.Первый сихротрон.Шафранова М.Г.（ред.-сост.）Владимир Иосифович Векслер.С.79. 后来，В.Е.皮萨列夫（В.Е.Писарев）、Б.С.拉特纳（Б.С.Ратнер）、Э.Л.布尔施泰因（Э.Л.Бурштейн）加入该团队。最初，С-3同步加速器的磁体没有磁芯（центральный сердечник），而磁芯是在电子感应加速器模式（бетатронный режим）下对电子进行预加速所必备的部件。不久后，研究团队决定使用电子感应加速器模式将电子加速至相对论速度，因此在标准实验室制造了磁芯。1946年底，研究团队首次开始尝试以电子感应加速器模式启动С-3同步加速器，这个过程持续了两月有余，但仍然无法检测到轫致辐射（тормозное излучение）

轫致辐射是此类加速器成功加速粒子的可靠标志。。维克斯勒虽心急如焚，但仍决定暂缓启动加速器。他从莫斯科变压器厂订购了新的磁铁，制造了新的加速室和真空装置，此外还购买了发电机组，以150赫兹的频率为С-3同步加速器磁铁提供稳定的供电，并制定了启动方案。

Ратнер Б.С.Первый сихротрон.Шафранова М.Г.（ред.-сост.） Владимир Иосифович Векслер.С.82.1947年秋，С-3同步加速器的安装工作开启。1947年12月28日，С-3同步加速器首次启动并获得了成功。1948年1月11日，研究团队开始用同步加速器模式对电子进行加速，能量达到30兆电子伏特。

Ратнер Б.С.Первому советскому синхротрону—25 лет.Атомная энергия，1973，Т.34，Вып.6.С.499.

С-3同步加速器投入使用后，研究团队立即开始了对γ射线束和电子束的物理学研究。其后，C-3同步加速器主要被用作γ源（источник γ-квантов），用于研究光子与原子核的相互作用，团队还对巨偶极共振（гигантский дипольный резонанс）进行了详细的研究。随后几年，研究团队开始利用核乳胶（ядерная эмульсия）研究中等质量原子核的光生质子反应（фотопротонная реакция）。

1946年8月13日，斯大林和苏联部长会议事务主管Я.Е.恰达耶夫签署了部长会议1765-767сс号决议——《关于大功率电子共振加速器（С装置）的设计和建造的决议》。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.2.С.302-304.决议要求科学院物理研究所成立研制С装置的特别实验室，将领导任务委托给物理研究所副所长维克斯勒教授。此外，要求科学院、电气工业部、通信器材工业部、财政部、高等教育部等机构和部门为С装置的设计、生产提供帮助。1946年12月23日，库尔恰托夫等人在给斯大林的报告中指出，正在对С装置的部件进行初步设计，包括电磁体（通信器材工业部624号工厂专门设计局）和高频发生器（通信器材工业部678号工厂专门设计局）。此外，部长会议还要求在1947年2月1日前，完成С装置主要部件的设计工作并最终确定其参数。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.3.С.573-574.但是，当时乌克兰科学院院士А.И.列伊彭斯基（А.И.Лейпунский）提出建造一种新型加速器，

即10億～15亿电子伏特的同步稳相加速器。虽然这两种加速器的合理性均遭到质疑，但列伊彭斯基的提议得到优先考虑，С装置的建设工作便至此停止。

1949年，科学院物理研究所建造并启动了C-25同步加速器。关于这座加速器的建造并无十分详细的信息，可以获知的是，C-25同步加速器启动后，研究团队进行了世界上最早的介子光致产生（фоторождение мезонов）的研究，特别是对阈能（порог）附近的光致产生截面（сечения фоторождения）进行详细研究，并开启强子间电磁相互作用物理学（физика электромагнитных взаимодействий адронов）的研究。

Балдин А.М.ФИАН и физика высоких энергий.Шафранова М.Г.（ред.-сост.）Владимир Иосифович Векслер.С.86.

1951年，因提出新的加速原理，以及对C-25同步加速器建设的科学领导，维克斯勒获得斯大林一等奖，被授予列宁勋章。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.7.С.361.1953年12月31日，科学院物理研究所因借助同步加速器（档案文献中并未指明是C-3同步加速器还是C-25同步加速器）完成了重核与γ射线相互作用的研究，获得了政府的奖励。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.III，Кн.2.С.121.

科学院物理研究所在短时间内建成两座同步加速器，并进行了С装置的初步建设工作，极大地促进了苏联电子加速器技术的发展，使得苏联在轻粒子加速领域达到世界先进水平。

四、技术创新与对美国的“超越”

1946年，列伊彭斯基拟将同步回旋加速器和同步加速器的功能相结合，提出创建一种新型加速器的想法。后来，维克斯勒将此类加速器命名为“同步稳相加速器”（синхрофазотрон）

同步回旋加速器也可称作稳相加速器，将两类加速器功能相结合的加速器被命名为同步稳相加速器。。

由于同步稳相加速器的技术相当复杂、建造难度极大，时人对其建造的可能性存在较大疑虑，但列伊彭斯基坚信其方案可行，并开展了旨在论证加速基本原理的工作。1947年底，在列伊彭斯基领导下，В实验室的加速器小组开始同步稳相加速器的研制工作。1948年，В实验室开始设计10亿～15亿电子伏特的同步稳相加速器，1948年12月，技术设计完成。

参见Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，С.66-74.但由于耗资高昂等原因，该项目并未实施。最终，在维克斯勒的倡议下，物理研究所开始设计100亿电子伏特的同步稳相加速器——КМ装置。

1949年4月30日，贝利亚向斯大林呈送待批准的部长会议决议和指令项目清单，其中第三项便是“关于70亿～100亿电子伏特质子加速器——КМ装置设计和建造的决议”。1949年5月2日，部长会议发布1773-646сс/оп号决议——《关于建设大功率环形质子加速器（КМ装置）的决议》。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.4.С.89，291-293.决议提出，为增强原子核物理领域科学研究的实验基础，部长会议决定建造КМ装置。决议还指定了КМ装置的建设地点（部长会议2289-949号决议规定的С装置的建设用地），

即加里宁州的伊万诺沃（今杜布纳市），该地距М装置的建设地仅5公里。将建设项目的科技领导任务委托给科学院物理研究所（维克斯勒领导），要求将В实验室中相关的专家、设备移交给物理研究所。制定了初步的工作任务，责成物理研究所、科学院测量仪器实验室、电气工业部、内务部、第一管理总局科技委员会、城市建筑总局、“电力”工厂等部门和机构在规定的时间内完成КМ装置的设计、生产、安装、调试等工作。这项决议发布后，КМ装置的建设工作正式开始。

由于КМ装置的技术相当复杂，因此需要创建模型来解决诸多技术和物理问题。在维克斯勒的倡议下，物理研究所决定创建一座能将质子加速至180兆电子伏特的加速器模型（МКМ装置），

Коломенский А.А.В.И.Векслер и ускорители.Шафранова М.Г.（ред.-сост.）Владимир Иосифович Векслер.С.92.以期获得建造和启动КМ装置所需的实验经验。1951年2月26日，部长会议发布3088-1202сс/оп号决议，要求开展“МКМ装置的研究、启动和调试工作”。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.454.维克斯勒将领导工作委托给Л.П.季诺维耶夫（Л.П.Зиновьев）。1952年11月26日，库尔恰托夫等人向贝利亚提交了一份工作计划报告，计划于1952年启动МКМ装置，1953年对МКМ装置进行必要的改进，以使用该模型的实验结果。

参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.747.但由于某些技术原因，МКМ装置于1953年才成功启动，其磁极直径4米，磁铁总重290吨，获得了预期能量的质子。МКМ装置启动后，检验了加速器的基本理念，解决了将粒子从外部注入器（внешний инжектор）引入加速器的问题，为КМ装置的建设提供了宝贵的经验，此外还培养了一批年轻的专家。后来，МКМ装置被改造成800兆電子伏特的电子同步加速器。

参见Зиновьев Л.П.瘙爯Огромная мера ответственности瘙爲 （О запуске синхрофазотрона на 10 ГэВ и его модели）.Шафранова М.Г.（ред.-сост.）Владимир Иосифович Векслер.С.144; Коломенский А.А.В.И.Векслер и ускорители.Шафранова М.Г.（ред.-сост.）Владимир Иосифович Векслер.С.92; Болотовский Б.М.，Ратнер Б.С.Владимир Иосифович Векслер—создатель синхрофазотрона：К 100-летию со дня рождения.Природа，С.81; Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，С.66-74.

在建造МКМ装置的同时，КМ装置的设计、生产工作也在展开。1949年9月5日，А.Н.科马罗夫（А.Н.Комаров）向Б.Л.万尼科夫（Б.Л.Ванников）

报告了第一管理总局特别项目的建设情况，报告指出：“在加里宁州伊万诺沃已经开始了КМ装置的建设工作。”

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.4.С.711.1950年2月14日，部长会议颁布574-220сс/оп号决议，要求1950年完成与КМ装置设计相关的科研、实验工作。

Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.159.在理论家М.С.拉比诺维奇（М.С.Рабинович）和А.А.科洛缅斯基（А.А.Коломенский）的领导下，科学院物理研究所对КМ裝置的技术设计进行了物理论证。与此同时，研究所也展开了КМ装置主要部件的研制工作——由莫斯科无线电技术研究所和列宁格勒科学研究所承担。

Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，С.66-74.此后，虽然КМ装置的建设工作遇到诸多困难，但政府为此召开多次会议，发布多项决议，保障了项目的顺利开展。

俄罗斯官方档案《苏联核计划：文件和资料》中涉及的相关会议、决议共计7项内容，限于篇幅，只列出主要的决议：1950年5月16日，部长会议2087-794сс号决议——《关于保障КМ装置建设措施的决议》，参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.222-223;1951年2月16日，部长会议2245-рс号决议——《关于КМ装置建设拨款无需批准的技术设计和一般预算的决议》，参见Рябев Л.Д.（общ.ред.）Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.277;1953年11月26日，部长会议285-1209сс号决议——《关于科学院КM装置建设完成期限的决议》，参见Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР：Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.5.С.598-600.1953年，科学院电物理实验室成立，维克斯勒担任实验室主任。该实验室成立后，成为КМ装置建设的领导机构。1955年4月5日，实验室开始组装电磁体，并安装和调试其他部件。所有部件安装完成后，由于真空室出现了一些问题，КМ装置仍无法启动。最终，维克斯勒在短时间内获得了新的真空设备并进行安装，为质子加速提供了必要的条件。

Зиновьев Л.П.瘙爯Огромная мера ответственности瘙爲 （О запуске синхрофазотрона на 10 ГэВ и его модели）.Шафранова М.Г.（ред.-сост.） Владимир Иосифович Векслер.С.146-147.后来，КМ装置很多部件的设计都有较大变化，在科学院电物理实验室的领导下，建设团队成功解决了诸多复杂的工程、技术难题。1956年3月26日，在科学院核问题研究所和科学院电物理实验室的基础上，成立了杜布纳联合核研究所。

参见Джелепов В.П.Когда Дубны не было на карте.Наука и общество：история советского атомного проекта （40-е—50-е годы）.Т.1.С.290.在联合核研究所的框架内，КМ装置的建设进度得以加快。1956年底至1957年初，КМ装置的部件安装、调试完毕，启动工作拉开了帷幕。维克斯勒、季诺维耶夫、科洛缅斯基、В.А.佩图霍夫（В.А.Петухов）、拉比诺维奇、В.П.萨兰采夫（В.П.Саранцев）、科学院无线电技术研究所和电物理设备科学研究所的员工参与了启动工作。

Болотовский Б.М.，Ратнер Б.С.Владимир Иосифович Векслер—создатель синхрофазотрона：К 100-летию со дня рождения.Природа，С.81.在克服诸多困难后，1957年3月15日，КМ装置在杜布纳成功启动，获得了83亿电子伏特的质子束，超过当时美国伯克利实验室的同步稳相加速器（63亿电子伏特）。

参见Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，С.66-74.值得一提的是，КМ装置是座巨型加速器，其磁铁重量高达3.6万吨（列入吉尼斯世界纪录）。

参见Михайлов В.А.，Науменко И.А.Ядерная физика и ядерное оружие.С.80.1957年4月16日，КМ装置将质子能量增至设计值——100亿电子伏特，几个月后，КМ装置投入使用。

参见Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，С.66-74.1958年，维克斯勒在日内瓦和平利用原子能国际会议上宣布了这一消息。

1959年4月，因参与建造КМ装置的工作并做出卓越贡献，政府向下列人员授予列宁奖：维克斯勒、季诺维耶夫、叶夫列莫夫、Е.Г.科马尔（Е.Г.Комар）、Н.А.莫诺松（Н.А.Моносзон）、А.М.斯托洛夫（А.М.Столов）、明茨、Ф.А.沃多皮亚诺夫（Ф.А.Водопьянов）、С.М.鲁布钦斯基（С.М. Рубчинский）、科洛缅斯基、佩图霍夫、拉比诺维奇。

参见Лариса Л.З.Пирамида ядерного века.История создания синхрофазотрона.Наука и жизнь，С.66-74.

同步稳相加速器КМ装置的建造工作历时8年，有数千人参与其中。在科学院物理研究所、科学院电物理实验室的领导下，苏联建造了世界上最大、功率最高的加速器，在某种程度上实现了对美国的技术超越。КМ装置投入运行后，科研人员借助其开展了大量实验工作，首次获得以接近光速运行的核子束。这些研究极大地推动了苏联核物理学、高能粒子物理学的发展，成为进一步研究核能基本问题的有力手段，保障了核计划的开展。

余 论

为构建核物理研究的实验基础，苏联开展了加速器建设工作。1932—1957年，这项工作大致经历了开端、恢复、强化、“超越”四个阶段。在工作的开端阶段，镭研究所建造了欧洲首座回旋加速器，列宁格勒技术物理研究所建造了一座回旋加速器模型和一座大型回旋加速器;在工作的恢复阶段，为了解决铀问题，2号实验室建造了两座回旋加速器——М-1回旋加速器和М-С回旋加速器;在工作的强化階段，基于维克斯勒提出的自动稳相原理，水利工程实验室建造了同步回旋加速器（М装置），科学院物理研究所建成两座同步加速器——С-3同步加速器、C-25同步加速器，还开展了С装置的初步创建工作;在工作的“超越”阶段，列伊彭斯基提出建造一种将同步回旋加速器和同步加速器技术相结合的新型加速器——同步稳相加速器，在物理研究所等机构的努力下，苏联建成了一座同步稳相加速器模型（МКМ装置）和一座100亿电子伏特的同步稳相加速器（КМ装置）。

加速器是作为一种实验工具发展起来的，核物理研究需求始终是加速器建设的“引擎”。对于核计划前后苏联加速器建设取得成功的原因，可作如下分析。

核计划开始前（1932—1945），核物理属于新兴学科，政府部门对其缺乏最基本的了解，作为核物理研究的实验工具，加速器此时自然不受重视。但是，苏联一些物理学家极具远见，他们认识到核物理的科学价值，也预见到其在军事、经济方面的巨大潜力，因此积极组织研究工作。他们依托所在的科研机构，为建设加速器积极向政府部门求助。即便苏联当时经济状况窘迫、工业技术水平有限，但政府部门仍旧为加速器的建设提供了必要的物资，并指示下属工业组织制造加速器的部件。可以说，在此阶段，苏联加速器建设的成功主要与物理学家的远见卓识与不懈追求有关，政府部门起到辅助作用。

核计划开始后（1945—1957），政府对核物理研究的重要性有了充分认识，目的性也变得十分明确——研制（热）核武器。因此，加速器建设工作受到极大重视，被纳入核计划体系。政府部门在一定程度上参与并领导了这些工作。此外，为开展核计划，苏联成立了专门委员会、第一管理总局等部门，加速器建设的组织管理体系发生了变化，相关行政程序更为精简，研究工作得到更大保障，从而也取得了更大成就。总体而言，在此时期取得的加速器建设成就主要仰赖于核计划的开展，政府部门起到了主导作用，科研机构成为次级领导者与执行者。

总之，加速器建设是苏联核计划一个重要的组成部分，是苏联物理学发展史上的一个重要篇章。这项工作为核物理研究提供了良好的实验基础，进而为苏联研制、改进核武器与热核武器提供了坚实的理论基础。同时，加速器建设是苏联科学界、工业界、政府部门合力完成的一项工作，这种模式本身体现了苏联的特色。同时也需要认识到，苏联的加速器建设存在诸多不足之处。以美国的加速器建设为参照，苏联加速器的建设时间长、工业技术水平低、运行稳定性差。在杜布纳市建成同步稳相加速器之后，苏联加速器的整体发展水平仍旧未能实现全面超越美国的目标。

责任编辑：宋 鸥 郑广超

The Construction of Accelerators and Soviet Nuclear Program：

Establishment of Experimental Basis for the Research of Nuclear Physics（1932—1957）

ZHANG Guang-xiang，GAO Teng

（Center for Northeast Asian Studies，Jilin University，Changchun，Jilin，130012，China

）Abstract： An accelerator is a modern equipment that artificially provides a variety of high-energy particle beams or radiation.This is the experimental basis for the research of nuclear physics，while nuclear physics is the scientific and theoretical basis for the development of nuclear programs; therefore，the construction of accelerators is of great significance to Soviet nuclear program.From 1932 to 1957，Soviets have done a lot of work in the fields of the construction of accelerators.Under the scientific leadership of the Radium Institute，Leningrad Physico-technical Institute，Laboratory No.2，Hydrotechnical Laboratory，Institute of Physics，Electro-physical Laboratory and other institutions，it has roughly gone through four stages：beginning，recovery，strengthening and “surpassing”.Soviets built a few accelerators，which formed the experimental basis of nuclear physics.It promoted the development of nuclear physics，ensured the running of Soviet nuclear program，made and improved nuclear weapons and thermonuclear weapons，and strengthened national defense of Soviet Union.

Key words： accelerators; the research of nuclear physics; Soviet Union; nuclear program

DOI：10.19832/j.cnki.0559-8095.2022.0016

收稿日期：2021-06-12

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”（15ZDB064）

作者简介：梁红刚，长春师范大学外国语学院副教授，历史学博士，研究方向为俄国经济史。

① 朗道团队成员包括朗道40多名弟子，其中最著名的有Е.М.栗弗席兹（Е.М.Лифшиц）、И.Я.波梅兰丘克（И.Я.Померанчук）、А.И.阿西耶泽尔（А.И.Ахиезер）、В.Г.列维奇（В.Г.Левич）、И.М.哈拉特尼科夫（И.М.Халатников）和А.А.阿布利科索夫（А.А.Абрикосов）等人。团队成员也包括与朗道在苏联科学院物理问题研究所和3号实验室共同开展研究的著名科学家，主要有К.П.斯塔纽科维奇（К.П.Станюкович）和И.И.古列維奇（И.И.Гуревич）等人。此外，团队还包括В.Л.金兹堡（В.Л.Гинзбург）、Я.Б.泽利多维奇（Я.Б.Зельдович）和А.Б.米格达尔（А.Б.Мигдал）等苏联著名科学家，他们经常参加朗道的讨论课，学习理论物理方面的知识，并在一些科研领域与朗道开展合作，将朗道视为自己的导师。Горобец Б.С.Круг Ландау： Физика войны и мира.М.： Книжный дом瘙爯ЛИБРОКОМ瘙爲，2009.С.188-189; Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове.М.： Наука，1988.С.78; Гинзбург В.Л.О науке，о себе и о других.М.： Физматлит，2003.С.396.

② Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР： Документы и материалы，Т.Ⅰ，Ч.1-2.М.： Наука·Физматлит Издательство МФТИ，1998，2002;Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР： Документы и материалы，Т.Ⅱ，Кн.1-7.Саров-М.： РФЯЦ-ВНИИЭФ·Физматлит，1999，2000，2002，2003，2005，2006，2007;Рябев Л.Д.（общ.ред.） Атомный проект СССР： Документы и материалы.Т.Ⅲ，Кн.1-3.М.： Наука·Физматлит，2008，2009，2010.

③ Велихов Е.П.（глав.ред.） Наука и общество ： история советского атомного проекта （40-е-50-е годы） .Т.1-3.М.： ИздАТ，1997，1999，2003.

1965501186220