这位核能先驱反对制造原子弹，却支持中国研发核武器
The following article is from 科学杂志1915 Author 李云逸
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约里奥-居里及其领衔的团队在1930年代作出的杰出成就，将法国的核科学研究推向世界前沿水平。他还创造性地开启了核能利用的探索。他对核能开发持何种态度，是倡导核能的和平利用，还是制造武器的军事研发?
法国科学家约里奥-居里 (J. F. Joliot-Curie) 约见杨承宗时的寄语，对中国核能研究史稍有了解的人来说并不陌生。当时，这位法国核能之父表示：“你回去转告毛泽东，你们要保卫世界和平，要反对原子弹，就要有自己的原子弹。原子弹也不是那么可怕的，原子弹的原理也不是美国人发明的。你们有自己的科学家，钱 (三强) 呀、你呀、钱的夫人 (何泽慧) 呀、汪 (汪德昭) 呀。”[1]
1940年代的约里奥-居里夫妇
这段在中国成为信史的记述被认为是约里奥-居里对中国人民正义事业的有力支持，并在后来中国决心发展自己的核武器时起到了积极的推动作用。不过，法国学者在约里奥-居里看待核能利用问题上的研究却呈现了与上述话语的矛盾之处。在法国与境中，约里奥-居里被描述成核武器的坚定反对者与核能和平利用的热情倡导者。那么，他对核能开发的态度究竟如何？是什么样的与境塑造了他的观点？
发现链式反应与申请核能利用的专利
人类对核能利用的基础是对链式反应的发现。1939年1月16日，德国科学家哈恩 (O. Hahn) 和斯特拉斯曼 (F. Strassmann) 发表了第一份铀在中子作用下发生裂变的证据 (文章完成日期是1938年12月22日)，立即引起了约里奥-居里的兴趣。从1月26日到1月28日，约里奥-居里设计并进行了实验，从而成功证明了不仅是铀，连钍也会发生这种现象。他将其称为“爆炸性碎裂” (la rupture explosive)，并推测除铅之外，其他元素也能产生不同类型的碎裂。[2]在1939年2月11日，迈特纳 (L. Meitner) 与弗里施 (O. R. Frisch) 于《自然》(Nature) 杂志上的发文则将这一现象称为“裂变”，该词成为沿用至今的专业名词。
铀核里的中子比例大于核裂变产生的原子核里的中子比例，这让约里奥-居里想到了新问题：裂变产生的中子能有多少？这些中子能否产生其他裂变？同时期，美国和苏联的科学家也在进行探索。三个团队采取的方法大同小异，但法国人走在了前面。
约里奥-居里与哈尔班 (H. von Halban)、科瓦尔斯基 (Lew Kowarski) 组成了研究小组。1939年1月末起，约里奥-居里组决定先将裂变释放的中子与放射源释放的中子区分开。他们设计了两个实验方案，一是定量法，即将源浸入一个足够大的吸收系统中，以确保内部产生的中子没有明显的机会逃逸。二是定性法，即使用一种对初级中子不敏感，对次级中子敏感的探测器。这两项实验于2月同时进行。定量实验提供了第一个裂变产生中子的证据，3月18日，约里奥-居里组在《自然》杂志上公布了该结果。3月27日，他们在给法国科学院的报告中指出，“每次爆炸都有几个中子发射，这是产生链式反应的必要条件”，并进一步揭示了次级中子与初级中子在能量上的不同。[3]紧接着下一步便是确定裂变射出中子的数量。4月7日，约里奥-居里组向《自然》杂志发布了结果 (文章于4月22日刊登)，测定了裂变中子数为3.5±0.7，并认为“裂变链将自我延续”。至此，法国在发现核链式反应上取得了优先权。
约里奥-居里组对链式反应的研究发现是人类迈向利用核能的重要一步。此外在法国，还有另一个关键人物佩兰 (F. Perrin) 。他确定了链式反应的延续必须使铀达到临界质量，这使得计算材料量和研究触发链式反应的装置成为可能。佩兰与约里奥-居里组在1939年4月取得了联系，后者在当月公布的数据成为佩兰测算临界质量的基础。在吸纳了佩兰后，约里奥-居里决定在实施进一步实验之前为研究申请专利保护。四人以国家科研基金会 (Caisse nationale de la recherche scientifique, CNRS) 的名义于5月1日、2日和4日，提交了三项专利申请：《能源生产装置》《能源生产装置的稳定工艺》和《炸药的改进》。第一项专利内容提到了可能的燃料与减速剂，以及远程启动、停止和调节技术及防辐射技术等。第二项专利涉及减缓或吸收中子以稳定链式反应的不同方法。在爆炸物方面，四人建议：“将爆炸物的核心分成两半，以便爆炸从中心部分开始，引起一定程度的真空填充，将它们分开。这两个部分在爆炸时可能会靠近也可能不会靠近。也可以在核心里创造一个中央空腔，这将起到类似的作用。”
三项专利都获得了批准。虽然从其内容上来看，它们反映了数年后出现的核反应堆和原子弹的基本原理，不过，佩兰在之后的回忆中表示，当时核能被理解为一种更便宜的能源，核爆炸物则被设想用于开凿运河等大型公共工程。专利的起草像是在写科幻小说。[4]145-146这从一个侧面反映了法国当时的技术还远未达到实现专利内容的水平。但是，这三项专利确实是最早提及核研究民用与军用价值，并受到官方批准的正式文件，因此它们成为二战之后法国重拾科技创新与自立自强信心的重要来源。1945年8月，约里奥-居里接受《世界报》(Le Monde)的采访。当被问及美国向日本投掷原子弹一事时，他说：“虽然人们必须钦佩美国为此所作的巨大努力，但法国发现了最初的原理。”
对核能利用的早期探索
约里奥-居里希望能将核能利用的专利推向实用化。在国家科研基金会的协调下，约里奥-居里组与上加丹加联合矿业公司(Union minière du Haut-Katanga, UMHK) 的董事长会面。该公司控制着比属刚果的铀矿。双方达成了一项协议，联合矿业公司将提供5~50吨氧化铀用以进行约里奥-居里组的实验，并为相关装置的建造提供技术支持。这是世界上第一个有关核能利用的合作项目。5吨氧化铀在1939年5月下旬到位，约里奥-居里组还获得了5万法郎的特别拨款。对氧化铀的化学处理被他们安排在镭研究所位于巴黎南部亚捷(Arcueil)的附属机构中进行。在伊夫里(Ivry)的原子合成实验室(Laboratoire de Synthèse atomique)，他们建造了一个巨大实验装置。其直径3米，高2.5米，盛有充当反射器的水。一个填满粉状氧化铀或水的铜球被浸入其中。约里奥-居里组使用水或300千克的氧化铀填充球体，一个光电子源被放置在球体的中心。他们发现，一次碎裂至少产生8个中子，而所有这些中子并不可能都来自单一的铀核。约里奥-居里组认为，“二次、三次等等的碎裂已经发生，我们处于一个聚合型链式反应中”。[5]此次实验也表明，这种链式反应很快会中止，因为氢会捕捉中子，所以必须采用低吸收性的调节元素。
1939年10月底，团队提出用氘替代氢，这就需要大量的重水作为慢化剂。当时只有挪威的产能可以满足要求。法国军方遂派遣别动队于1940年2月至3月秘密从挪威运回167升重水，以保证实验。时任军备部部长多特里 (R. Dautry) 在1951年的一封长信中回忆道，1939年11月，有人向他转述约里奥-居里愿意为军备部开发核爆炸物。但这能否成为约里奥-居里同意为法国军方研发原子弹的证据呢?这份记录距离事发时间已经过去了12年，而且还是转述，因此不足以说明约里奥-居里会为军方制造原子弹。即便能说明，正如佩兰的回忆，以当时约里奥-居里组的认知，这种爆炸物应当不会是1945年投向日本的原子弹的水平。另外，法国人当时的技术能力还存在问题。
约里奥-居里在1940年2月和4月都曾表示，就时下对链式反应的了解，核爆炸物制造很难实现。如果实验能够获得成功，那么最重要且较容易取得突破的应用将是通过天然铀和重水的组合来生产大量的能源，以节省煤炭与石油。5月初，新的实验计划被制定。装满粉末状氧化铀的铜球将被浸入重水里。此外，需要增加镝探测器，同时还需要一个新的放大器。但是，二战的进程没有给他们更多的时间。6月，法国政府在德国军队的攻势下最终选择投降，实验由此彻底停止。约里奥-居里决定留在法国参加地下抵抗组织。哈尔班与科瓦尔斯基则前往伦敦，并于7月公布了此前在发散型链式反应上的工作。
1942年12月，世界上第一个核反应堆在美国启动，为法国人研究的有效性提供了证明。
对战后法国核能研究的规划与参与“禁核”运动
二战期间，被德国占领的法国在核能利用上的工作几乎处于停滞状态。1944年8月巴黎解放后，约里奥-居里受到英美科学家关于德国核研究情况的质询。他由此敏锐地意识到了美国的动向。他很快联系流亡海外的法国核科学家了解情况，并通过基础数据推想出“曼哈顿”计划的阶段性进展。同时，他也获悉美国正在制造核爆炸物。
约里奥-居里决定尽快恢复法国的核研究工作。1944年11月，他与戴高乐将军见面，谈到了未来法国的核能探索。这次会面除了留下了戴高乐那句“我很少相信人，但，约里奥-居里，我对您完全信任”的名言外，根据佩雷菲特 (A. Peyrefitte) ——一位长期跟随戴高乐的法国政治家的回忆，约里奥-居里答应戴高乐为法国制造核爆炸物。这一记述与多特里的证词存在相同的问题。它同样是来自他人 (戴高乐) 的转述，且转述时间 (1966年) 与事发时间相差太远。
从12月开始，约里奥-居里一方面积极联系海外的法国核科学家，并在本土勘探铀矿。他坚信美英会将法国纳入“曼哈顿”计划。另一方面，他希望挪威政府恢复法国战败前的重水供应。由于保密政策，约里奥-居里的合作规划落空了，而他为取得重水与勘探铀矿而做的努力则成为法国重启核研究的重要一步。
当时间来到1945年的夏季，据多位法国科学家回忆，广岛与长崎的蘑菇云让休假中的约里奥-居里陷入深深的痛苦。他认为如果完全为了破坏性的目的，任何科学家都无法成功对核能利用进行研究。在8月10日写给法国共产党机关报《人道报》(L’Humanité) 的文章中，除强调法国在该领域的优先权外，他表示核能将在和平中为人类提供宝贵的服务。[6]他这种主张核能和平利用的观点，被认为是早年受到朗之万 (P. Langevin) 等人关于科学家应当将世界变得美好的社会责任的影响。约里奥-居里认为科学家有能力也有义务为和平与人类福祉发挥特殊的作用。这也从侧面印证了那些孤证中，他希望建造的“核爆炸物”与“原子弹”是两个概念。
一战后，战争与科技带来的可怕破坏使得和平主义成为一股影响力极大的思潮。在被称为“30年代危机”的时期里，动荡不安的局势使得知识分子群体追求和平与科学用以维护和平的行动变为一种必然。与此同时，法国的知识分子群体也愈发变得具有批判性。他们跳出自身原有的职业定位，深刻反思社会问题，批判资本主义，并拥有极强的社会责任感。朗之万是其中的代表，其最有影响力的社会活动就是号召反法西斯力量，进行国际反战活动。他成为国际反法西斯群众大会的执行主席，并与其他科学家建立了知识分子反法西斯警惕委员会。约里奥-居里在二战之后也走上与朗之万相似的道路。
1945年10月18日，在戴高乐的授意下，法国原子能委员会 (Commissariat à l’Énergie Atomique，CEA) 正式成立。这是一个具有科学、技术和工业性质的机构，被赋予民事人格、部级权力以及行政和财务自主权，由法国政府领导和控制。原子能委员会的创新之处在于它是世界上第一个进行核研究的公共机构，体现了法国在体制上对这项学科的重视。在核科学领域，法国虽不像美国汇聚大量世界知名的科学家，但仍拥有许多一流的研究人员，原子能委员会便将他们集中起来，希望采取一切措施，使国家能够从其发展中得益。而在美国，相应的组织在1947年才成立。法国原子能委员会由一个行政委员会负责管理，设有高级专员和总干事两个职位。约里奥-居里为第一任高级专员，多特里为第一任总干事。其实验室设置在巴黎以南五千米的沙蒂永堡 (Fort de Châtillon)。约里奥-居里为原子能委员会制定了任务性质：进行有关核科学和技术的研究，以便在科学、工业和国防的各个领域使用核能。原子能委员会的军事任务包括研究辐射检测与保护，向政府和武装部队提供有益的建议，但仅仅是进行研究，让国防的各个领域使用核能，而非制造原子弹。
从原子能委员会成立到1950年被迫卸任总干事一职，约里奥-居里在科研上的基本工作是组织团队进行核能利用的实验性研究。1948年12月15日，法国也是欧洲大陆首个核反应堆——ZOE (Z代表零能量，反应堆是实验性的；O代表氧化铀；E代表重水)——在沙蒂永堡成功发散。它由原子能委员会动用了库存的天然铀和重水建造而成。其反应炉高约1.8米，包含浸泡在铝包层中垂直安置的氧化铀棒与5~6吨重水。反应堆的控制由两组镉棒实现。调整板位于反应炉外侧，更外侧的则是厚90厘米的石墨反射器，它们的位置可以通过中央面板控制的伺服机调整。ZOE由一个厚1.5米的混凝土防护罩保护。由于是零功率，因此反应堆省去了复杂的冷却机构，仅通过反应炉周围实施的空气循环以及重水的对流完成冷却。从核能产量上看，ZOE的意义并不大，其实际就是一个实验型反应堆。它产生的辐射可用于实验，譬如作为中子源，产生的中子可以用来研究晶体材料的结构。然而，ZOE在政治与公众舆论上的影响却是非凡的，是法国核研究复兴的一大标志。
ZOE反应堆
约里奥-居里还拓展了原子能委员会的研究场所，更大的设施在巴黎南郊的萨克雷 (Saclay) 进行建设。世界第一座气冷堆于1949年在萨克雷动工，然而他已经无法在总干事任上见证它于1952年的成功发散。
从1940年代末开始到1950年代初，在东西方关系日益紧张并最终爆发冷战的情况下，和平问题变得至关重要。而在核能被军事利用之后，“禁核”也成为一个时代的主题。1948年2月，在法国共产党的领导下，部分前法国抵抗运动的成员组织了西方阵营中第一个和平主义活动团体。很快在8月，波兰召开了第一次由两大阵营知识分子参加的和平主义会议。尽管声称中立，但大会的宣言明显指责了西方大国对战后和平氛围的破坏，因此被认为是得到了苏联的支持。正是在后者的推动下，1949年4月，第二次国际性和平主义会议召开，约里奥-居里积极参与。冷战的铁幕阻碍了东方阵营国家的知识分子前往巴黎参会，于是布拉格被设立为分会场。来自72个国家的2千多名代表在会议期间通过了《世界保卫和平大会宣言》，并选出了由约里奥-居里领导的世界保卫和平大会常设委员会。也正是在这次会议上，约里奥-居里收到了由钱三强委托转交的为中国购买核研究材料的经费。此次会议产生了轰动性的影响。在西方阵营看来，和平主义与国际共产主义运动已经建立起联系。
在美国决定研制氢弹的背景下，1950年3月，约里奥-居里起草了《斯德哥尔摩宣言》，并成为签署宣言的第一人，他希望以此掀起一场运动。宣言指出，应当禁止核武器。对任何国家首先使用核武器的政府将犯下危害人类的罪行，并被作为战争罪犯对待。该宣言通过世界保卫和平大会常设委员会发布后，确实在各国民众间掀起了“禁核”浪潮，但约里奥-居里却失去了自己在原子能委员会中的职务。
1950年5月要求恢复约里奥-居里在法国原子能委员会职务的示威活动。
支持中国发展核武器的缘由分析
无论从约里奥-居里所取得的研究成果，还是他所发表的言论，不难看出，他是核能和平利用的坚定支持者，并且反对原子弹这样的核武器研发。其对法国核能研究的创新与自立自强能力的建设也基于此思想。这种思想的形成与他早年的研究经历和法国知识分子的社会责任密切相关。在当时的认知中，科学既是“好的结果”，也是道德化的来源。它能够在“反战”与和平问题上展现出榜样性的力量。
即使在约里奥-居里参与的那场让他丢失原子能委员会管理职务的和平主义运动中，他也没有展现出激进性，而是出于科学的反思而非冷战的意识形态。在1945-1949年，他的理想依然是建立一个公正而统一的世界，一个科学为人类造福并被科学治理的世界。为实现这一理想的呼吁是根据科学家的良心行事，不惜冒着牺牲职业生涯的风险。尽管在原子能委员会成立时，他所设计的机构功能中涉及军事领域，但仅仅是辅助作用，可以认为是协助法国军方认知核武器及其放射性带来的风险，而不是制造核武器。
那么，如何理解约里奥-居里对杨承宗所说的话？从时间节点上来看，1949年4月，钱三强托人将经费转交约里奥-居里时，后者依然是法国原子能委员会的负责人。此外，苏联那时还没有进行自己的第一次核武器试验。这可能是约里奥-居里并未托人向钱三强表达相关意见的原因，他似乎仍然对和平使用核能的前景抱有幻想。而当杨承宗与约里奥-居里在1951年见面时，后者已经从原子能委员会卸任，并以法国共产党党员与和平主义支持者的身份全身心投入国际和平主义运动中。此时，苏联已拥有核武器，并与美国朝着“核均势”的道路迈进，威力更为强大的氢弹也在研制中。约里奥-居里将核能服务于人类福祉的理想在这样背景下业已破灭。而中苏同盟的建立与朝鲜战争的持续也成为了当时重要的国际事件。约里奥-居里在1950年代曾经表示，核武器不会给第一个使用它的人带来胜利，而苏联永远不会是第一个使用核武器的国家。在评论苏联的核武器研发工作时，他指出，他对苏联取得的进展印象深刻，苏联的科学家是服务于人民的科学家，是进步的科学家。[4]537-539如此，在那个西方阵营咄咄逼人、不断威胁世界和平的时期，东方阵营掌握核武器在他心中似乎具有了合法性。可能出于上述因素的考量，才有了约里奥-居里支持中国研发核武器的言论。
[本文为中国科学院自然科学史研究所十四五重大项目“中外科技创新史比较研究——科技自立自强之路”(E2291J01)“工程创造”专题的阶段性成果。孙烈研究员对本文提出宝贵意见，特致谢意。]
参考文献
[1]刘培. 杨承宗: 为原子弹加铀的科学家. 学习时报, 2021-07-07 (A6).
[2]JOLIOT M F. Preuve expérimentale, de la rupture explosive des noyaux d’uranium et de thorium sous l’action des neutrons. présentée par PERRIN M J. Paris: Compte rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des Sciences, la Séance du 30 janvier，1939: 341-343.
[3]DODÉ M, HALBAN H VON, JOLIOT F, et al. Sur l’énergie des neutrons libérés lors de la partition nucléaire de l’uranium. présentée par LANGEVIN M P. Paris: Compte rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des Sciences, la Séance du 27 Mars, 1939: 995-997.
[4]PINAULT M. Frédéric Joliot-Curie. Paris: Odile Jacob, 2000.
[5]HALBAN H VON, JOLIOT F. Mise en évidence d’une réaction nucléaire en chaîne au sein d’une masse uranifère. J Phys Radium, 1939(10): 428-429.
[6]PINAULT M. Naissance d’un dessein: Frédéric Joliot et le nucléaire français (août 1944-septembre 1945). Revue d’histoire des sciences, 1997, 50(1-2): 3-48.
本文经授权转载自微信公众号“科学杂志1915”， 原题目为《约里奥-居里对核能利用的认识与贡献》， 本文刊载于2023年第75卷第6期《科学》杂志（P39-P43）。
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