1942年，苏联驻外情报部门从英国和美国收集了大量关于铀问题的文件资料。这些情报资料都是以翔实的学术报告、复杂的数学计算和学术专著的副本形式发回莫斯科的。由于无人能看懂，这些材料被放在苏联内务人民委员部的保险箱里藏了一年多，无人读过。

根据现有的档案文件和回忆录来看，1942年5—6月斯大林收到了原子弹问题的简要报告。斯大林看后定夺说：“应当搞这件事。”

1942年秋天，一些物理学家被召到莫斯科参加咨询会议。他们接受的任务是：就恢复对原子弹的研究和出于军事目的使用原子弹必须展开哪些具体工作起草一个报告。一批较年轻的原子弹专家在秋天被召到莫斯科，他们是弗廖罗夫、库尔恰托夫、基科因、阿里汗诺夫和哈里顿。

1943年3月10日，斯大林签署了苏联国防委员会关于任命库尔恰托夫担任苏联原子能利用工作委员会学术领导人的决定。库尔恰托夫需要对237份学术情报资料做出鉴定结论，这些资料主要与铀石墨反应堆的结构以及不仅使用铀而且使用钚制造原子弹的可能性相关。库尔恰托夫不仅做出了鉴定分析，而且开列了一份“希望从国外得到的情报资料”清单，并请求按照这份清单“给情报部门下达任务指示”。1943年4月12日，根据苏联科学院的决定，库尔恰托夫被任命为新成立的秘密的原子能科学研究所所长，出于保密的考虑给这个研究所取了个代号叫做“2号实验室”。

尽管苏联情报部门继续向苏联物理学家们提供大量的情报资料，但是苏联在这方面的工作起色不大，原因很简单——苏联国内没有铀。

盟军在欧洲登陆之后，2号实验室组建的“缴获”铀小分队比美国成立的特别行动小组晚了一些。但是在柏林，他们找到了德国的里尔教授，他是德国生产纯金属铀的主要专家，他自愿帮助自己的苏联同行们。里尔将苏联科学家们带到了奥拉宁堡，德国生产用于反应堆的纯铀的主要工厂就在这里。

他们在德国的另一座城市又成功地找到了铀原料和铀氧化物仓库，在那里他们发现了大约100吨的铀氧化物，接着他们在德国的另一个小城镇又找到了12吨铀。1945年7月里尔以及随他一道来到莫斯科的几名德国工程师开始把莫斯科州诺金斯克的“电炉钢”工厂改装成铀工厂。1945年底，这里已经开始把铀氧化物提炼加工成纯金属铀。第一批浇铸的金属铀于1946年1月开始进入库尔恰托夫的2号实验室，并用于装配铀石墨试验反应堆。

美国的第一颗原子弹于1945年7月16日，即波茨坦会议开幕的那一天在美国新墨西哥州的沙漠里试爆成功。7月24日杜鲁门在波茨坦会议当日会议结束之后装作漫不经心的样子向斯大林介绍说，美国研制了一种杀伤力很强的武器，可是他绝口不提“原子弹”这几个字。出乎他的预料，斯大林似乎对杜鲁门说的这一消息丝毫不感兴趣，以至于丘吉尔私下对杜鲁门说：苏联领导人根本“不理解”这一消息的“重大意义”。而事实上，恰恰是因为斯大林早在三天之前，就已经通过苏联情报部门获悉了美国原子弹试爆成功的消息了。

1945年8月20日斯大林签署了国防委员会第9887号决议，国防委员会成立了一个新的机构“特别委员会”全面领导原子能利用方面的一切工作，之后成立了一个执行机构——苏联人民委员会第一总局。大批的科研、设计、规划、建筑和工业企业及机构从其他部委转归第一总局节制，库尔恰托夫领导的原子能研究中心也从科学院转归第一总局领导，对外情报部门的科技局也听命于第一总局调遣。

一直到1947年，第一批苏联本国产的铀才从塔吉克苏维埃社会主义共和国列宁纳巴德化学原料开采加工公司运来。在原子能劳改营系统内，人们只知道这个公司叫做“665工程建筑公司”，铀开采地点一直被保密到1990年，甚至在矿区干活的工人们都不知道有关铀的任何情况。

第一个工业反应堆和放射化学工厂“灯塔”，在乌拉尔地区车里雅宾斯克往北100公里克什特姆市附近开始投建。反应堆的工程项目由化学机器制造研究院院长多列扎利负责；将铀充填到反应堆里则由库尔恰托夫亲自负责；整个中心，即后来闻名遐迩的“原子城”车里雅宾斯克—40的建设工作，由第一总局局长万尼科夫负责，建设的规模非常宏大。

1947年，又有三个“原子城”破土动工：两个在斯维尔德洛夫斯克州，这两个“原子城”负责对铀同位素进行工业分解；一个在高尔基州，这个“原子城”负责制造钚弹和铀弹。负责这些工程项目的科学家现在都是举世闻名的科学家，而在当时，他们的名字是保密的。

1948年夏天，反应堆才开始工作。苏联所收集到的铀，包括原先被淘汰、剔除的有缺陷的、含有杂质的铀块，全部都被充填进反应堆里了，这在后来导致了一些铀块“膨胀起来”，导致了事故的发生和反应堆最终停止工作。负责修理的工作人员时常遭受过度的辐射。“灯塔”放射化学工厂开始从“烧尽了的”铀块中分解钚，由于没有等到短衰期的铀分裂物完全衰变，放射化学家遭受了过度的辐射。古西科娃教授，1947—1953年曾经在车里雅宾斯克—40“原子城”工作过，不久前她提供了一份材料证实：当时，在分解钚的实验室里“工作的基本上都是年轻姑娘，这群姑娘每天都沉浸在特别大的危险之中，并且她们中间登记在案的放射病病例就有120例，这种放射病被人们叫做‘钚肺硬化’”。当时，“灯塔”放射化学工厂的废料流入一条叫“捷恰”的小河，导致当地大批农民患上了辐射病。

1949年6月，苏联才积聚了10公斤钚。1949年8月29日，苏联第一颗原子弹终于试爆成功。根据从来都未曾公开过的最高苏维埃的命令，一大批参加了制造苏联原子弹的人员获得了苏联政府的奖赏，荣获最高奖赏——社会主义劳动英雄称号和金星奖章的科学家是库尔恰托夫、弗廖罗夫、哈里顿、晓尔金和多列扎利。

1950年，苏联原子能规划的发展进入了一个新的、更加复杂的阶段——建立原子弹武器库并研制氢弹。临近1952年，苏联又建成了5个更大的工业反应堆，在14个矿产地开采铀矿，斯维尔德洛夫斯克分解铀同位素工厂，专门生产用于铀弹的铀—235。苏联开始建造第一个装配有原子能发动机的潜水艇并建造第一个原子能发电站“442工程”。1953年8月12日，苏联又成功地进行了以固态氚化锂—6为热核燃料的第一颗氢弹试验。正是原子弹和氢弹的威力才保证了苏联超级大国的地位，这一地位现在部分地被俄罗斯继承了下来。

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