鈾的發現與中國的核地質

從這張照片說起吧,圖片攝於2009年7月間,於核工業第四研究設計院院史館。拍攝這塊巖石樣本的時候,我剛剛畢業,糊裡糊塗的進入瞭核工業領域。

這塊樣本是一塊含有鈾元素的巖石,巖石中那些鐵銹色的小點中含有微量的鈾元素。

鈾元素,核工業和核武器的基礎,於1798年被德意志化學傢馬丁·海因裡希·克拉普羅特在來自波西米亞地區(現捷克、斯洛伐克等國)的瀝青礦樣中發現。

前捷克斯洛伐克郵票及首日封——原子時代的來臨

加拿大首日封——鈾的晶體結構

1896年法國科學傢貝克勒爾首次在鈾的樣本中發現瞭一種特殊的“熒光”現象。貝克勒爾長期的科研夥伴——居裡夫婦,幾乎同時在鐳元素上也發現瞭類似的現象。經過深入的討論,他們認為這並不是一種發光現象,而是此前從未發現的物質特性。在為這種特性命名時,考慮到此時相比未發現用途的鈾元素,鐳元素在理化科學領域已有極高的地位,於是他們將這種性質正式命名為放射性(radioaclivité)。這個法語單詞也是中文“鐳射”或“雷射”的源頭。他們在1903年分享瞭諾貝爾物理學獎。

法國郵票-亨利·貝克勒爾 1896 放射性現象的發現法國郵票-居裡夫婦 鐳的發現

1911年後的一些年內,英國科學傢盧瑟福利用鈾、鐳的放射性特性,發明瞭原子核轟擊實驗的方法,並由此推翻瞭原有的原子模型,並提出瞭原子核理論。

前蘇聯郵票-盧瑟福與原子核轟擊試驗 加拿大首日封-世界著名放射與核物理學傢

20世紀30年代間,德國科學傢奧托·哈恩分別與莉澤·邁特納、弗裡茨·斯特拉斯曼通過轟擊實驗的方法發現瞭鈾的鏈式裂變效應和能量釋放現象,引起瞭科學界對鈾的重視。

ccfe4082356f742e68559069c108152f前民主德國郵票-奧托·哈恩和中子轟擊鈾235的原子核反應公式 德國奧托·哈恩紀念首日封-原子核轟擊試驗德國奧托·哈恩紀念首日封-鏈式裂變反應西柏林郵政 知名女性 莉澤·邁特納

鈾自此改變瞭他作為鐳的副產品的身份,並逐漸成為瞭核工業的主角。

通常,一種物質得以進入工程利用領域,需要有一個前提,就是廣泛的儲量和易於開采的礦址。而鈾相比其他裂變元素更具有這樣的特性。近現代世界各國發現瞭各類型的鈾礦資源,也陸續開發瞭非常多的礦場。

西南非洲(現納米比亞)郵票-黃矽鉀鈾礦石西南非洲(現納米比亞)郵票-羅辛鈾礦

近代積貧積弱的中國,對於鈾礦的勘察和利用根本無從談起。

抗戰前和抗戰中,日本在遼寧海城進行過鈾礦勘察活動。雖然勘察發現瞭部分含鈾礦石樣本,但因為含量偏低,日方始終認為中國缺少鈾礦資源,更沒有有開采價值的鈾礦。由於一直沒有獲得足夠的裂變物質,這一定程度上使得日本法西斯的原子彈研發活動始終沒有獲得有意義的進展。

新中國成立以後,中央曾組織各方力量成立全國礦產普查委員會,在全國范圍內開展過長時間的礦產勘察工作。這項工作由地質部牽頭開展,由時任地質部部長的李四光同志主持。此時,中央已下定決心開展核工業建設和核武器研究工作,核工業所必須的鈾礦資源自然也在勘察工作的范圍內。為秘密開展相關工作,全國礦產普查委員會下保密的設第二辦公室專門找鈾。

在這項工作中,援助中國的蘇聯地質專傢曾與日方持相似的觀點,並認為不具備開展大規模核工業的基礎。土生土長的中國專傢李四光則不這樣認為。

李四光同志,中國科學院院士,地質學專傢,地質力學學派的創建者。他和他的地質力學理論,為新中國各類礦產資源的勘察工作起到瞭非常大的作用。他對日蘇的結論則提出瞭不同的看法,其根據其獨創的地質力學理論和成礦作用原理堅定的認為:“中國鈾礦是有遠景的。”

極限明信片-中國現代科學傢 李四光

通常,關於李四光同志的紀念文字裡,最常見的他根據地質力學理論推斷中國石油儲量潛力遠超外國專傢預估,以及主持石油勘察工作並摘掉瞭“中國貧油”帽子的故事。實際上,在另一種“you”的領域裡,李四光同志的貢獻同樣非常之大,這樣的文獻是相對鮮見的。

第二次世界大戰結束前後,當李四光聽到美國核武器試驗和核工業開發的有關新聞後,很快意識到鈾礦資源未來中國國防和經濟建設中的重要意義。在1948年-1949年間,他利用在英國出席國際地質大會的機會,購買瞭一臺伽瑪儀並隨身帶回國內。這臺儀表和它的仿制品為後來鈾礦的發現發揮瞭重大的作用。

說回到新中國鈾礦的勘察活動上來。1954年,二辦派出由蘇聯專傢拉祖特金和國內專傢高之杕前往廣西富中縣花山區進行鈾礦調查。在這裡,地質專傢南延宗和吳磊伯曾於1943年發現鈾礦樣本,可惜並沒有引起民國政府的重視。在這次調查中,發現瞭附著在蛋白石、方解石表面的鈣鈾雲母等礦物。在同一巖體的另一處發現瞭與錫礦伴生的鈾礦樣本,並且具有相當的豐度。

蘇聯專傢拉祖特金曾在衛國戰爭期間任團政委,作為一個見過大場面的人,為這次發現興奮的刮掉瞭蓄須很久的大胡子。後來,礦石樣本由他本人親自帶回北京,並請蘇聯專傢組和核工業部部長劉傑同志觀看,並做出調查情況匯報。

相關的消息逐級上報後,1955年1月的某一天,周恩來總理在1月14日的日歷上寫下瞭一段待辦事項:“下午二時,約李四光、錢三強、劉傑等談話。”

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在當日的談話中,周總理聽取瞭有關鈾礦樣本發現的匯報,並告訴他們:“明天毛主席和中央其他領導要聽取這方面的情況,你們做點準備,簡明扼要,可以帶點鈾礦石和簡單儀器做點現場演示。”

第二日在中南海西花廳的一次絕密會議中,李四光、錢三強、劉傑等人為中央政治局展示瞭後來被核工業人稱作“開業之石”的,從廣西帶回來的鈾礦石樣本。在伽馬計數器的探頭略過礦石表面時,發出瞭不斷的滋啦聲。這次勘察的成功,證明瞭李四光同志的推斷。在地質力學理論的指引下,許多可能存在鈾礦的成礦帶被劃定瞭出來。在隨後的許多年的勘探活動中,在湖南、遼寧、江西、廣東、河北、內蒙等多個省份,大中型鈾礦陸續發現。相關勘察活動一直持續到現在也沒有停止過。

隻可惜,因為這次會議長期處於高度機密,並沒有留下什麼影像資料。好在開業之石被保留瞭下來,被收藏在核工業北京地質研究院的檔案庫當中。

開業之石

在2012年,我參加瞭單位組織的一項崗位教育活動。地研院的領導聽聞來訪的都是行業內的新員工和青年員工,鄭重而慷慨的拿出瞭開業之石的真品。我本人有幸於陳列館內看到瞭這塊礦石的真品,實在是一次非常難得的經歷,甚至行業內許多領導也隻是見過圖片或仿制品。

cf8e75acd0880e0bc37d41c76257585a個性化小版張-慶祝核工業北京地質研究院成立五十周年 副票均為開業之石照片

在中國的核工業中,無論仍然存在於核系統內還是劃歸地方國土資源部門的地質勘察隊,還是有關設計院、工程公司、施工單位,還是科研院所,關於核地質與鈾資源開采的企業還是比較多的。上文配圖中的納米比亞,雖然本身並沒有鈾礦需求,但擁有豐富的鈾礦資源,其國內許多礦場由中國企業勘察、建設得來。

在過去,這些單位大多執行保密制度,都有專用的郵箱代號用於掩護。筆者收藏有一枚兩個相關單位人員間的書簡,其中來往兩個單位都有專用的郵箱。書簡的內容也很簡單,隻是希望朋友幫忙收集當地系統外單位的一項科研論文和工作進展。對比當下,利用知網等資源平臺,這是一件可以很容易完成的事情。

這樣帶有代號郵箱的信件一般郵政投遞起來會格外認真。即便是信件遺失被外人拿到,由於不知道來往單位都是誰,隻要內容沒有直接的秘密泄露,也必定是雲裡霧裡,猜不到實質內容。

有意思的是,書簡往來的兩個單位最近剛剛實現瞭合並

不過,隨著核能的和平利用開發活動的開展,近二三十年內這些單位大多已經逐步解密或者明確瞭保密工作范圍,這些以信箱為名的公函封早就不見瞭。這些單位中一些具有綜合實力的企事業單位,工作范圍也已經早已突破某一單一業務領域,進入到瞭更多民用工程領域,這就是外話瞭。

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