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１９５５年１月１８日，也就是中南海决策后的第三天，赫鲁晓夫公开宣布，将帮助中国和东欧其他四个社会主义国家进行和平利用原子能方面的研究。又过了仅仅两天，北京和莫斯科签订了一项秘密协定，主要内容是由两国合营，在中国境内进行铀矿普查勘探。协定规定，对有工业价值的铀矿床，由中国方面组织开采，铀矿石除满足中国自己的需要外，其余由苏联收购。
中国核工业创建初期，曾得到苏联的技术援助。中苏在尖端领域方面的合作有着深刻的国际背景：一方面，苏联本身随着核工业的迅速发展，需要同中国合作从而获得部分铀矿石；另一方面，国际风云变幻莫测，苏联在客观上需要增进同中国的友好关系，巩固苏联在社会主义阵营中的中心地位。西方一些学者分析说，毛泽东１９５７年中期的反右运动，减小了赫鲁晓夫对共产主义在中国的命运的担忧，苏联领导人认为毛泽东是反对在波兰和匈牙利流行的反苏潮流的。此外，以美国为首的西方盟国已开始在核领域进行相关合作，签署了几十个双边协定，苏联亦顺应时代潮流，与自己的几个友好国家进行核能方面的交流。美苏在这方面的竞争中，各自既可以获得经济收益，又可以在政治上捞取好处。苏联认为，加强苏中双边的防御伙伴关系，中国便可以成为莫斯科在东方与美日对抗的一个强大堡垒，有利于壮大苏联及社会主义阵营的力量。１９５４年９月２９日至１０月１２日，立足未稳且又受到美国核威胁的赫鲁晓夫对中国进行了首次访问。访问期间，双方就防务问题进行了磋商，其中一个主要话题就是如何通过援助中国来加强苏联的安全。赫鲁晓夫后来在回忆录中写道：为了加强中国，最终巩固社会主义阵营，我们同意派遣军事专家，提供火炮、枪支及其他武器。他这时或许是出于这样一种考虑，就是如果中国开始涉足一点原子弹，对美国也会形成一种压力，从而使苏联受到的压力有所减轻。
１９５５年４月，刘杰和钱三强率代表团赴苏联签订了苏联帮助中国建设研究性重水反应堆和回旋加速器的协议，并且参观了一些苏联的核科学研究机构和苏联的第一座实验性核电站。
实际上，中国近代物理所的科学家们在反应堆和加速器这两个项目上已经做了很多准备：赵忠尧正在安装他从美国带回来的静电质子加速器；从英国回来的杨澄中设计了回旋加速器；青年学者黄祖洽也开始研究反应堆理论，后来还纠正了苏联设计中的错误。
黄祖洽说，有一次钱先生找我去谈话，说国家要发展原子能事业，反应堆理论方面没有这个人才，希望我转向，从原来基础理论的方向转过来，搞一搞这个反应堆的理论，我也就听从他的意见，开始自己钻研反应堆的理论。所以１９５５年我们到苏联接这个一堆一器实习的时候，我已经有了相当的基础。
紧接着，钱三强组织了到苏联的实习团。实习团中还有几位是正在苏联学习的研究生。钱皋韵曾在１９５２年４月准备到苏联学习核物理。因为这个专业在苏联是非常敏感的，以至临走的时候，他还拿不到签证。直到１９５３年夏天，钱皋韵改学电子物理，这才进了莫斯科大学，研究真空中的高频放电。钱皋韵说，我从小喜欢物理、无线电，起因是中学一位物理老师讲课特别引人入胜。后来考上汪精卫政府的交通大学，蒋介石回来后，说交大的学生都是伪学生。散伙后，我后来又考了一次大学，到物理系。１９５５年１０月份那个时候我已经基本学完了，在准备写论文了，再过一年就要答辩了，突然大使馆一个电话打给我，通过留学生管理处打给我，说钱皋韵，现在国内有个代表团到莫斯科，准备在苏联的一个研究所进行实习，他们点名要把你调过去。那个时候思想非常明确，反正只要祖国需要什么都干，结果第二天就去报到。当时我们这个代表团，就住在莫斯科大剧院后面的一个小旅馆，那个旅馆叫十月旅馆，我还记得很清楚，住在那，每天上下班，他们实习单位派车来接我们。这个实习单位叫热工实验室，其实是个研究所。实际上是研究加速器、反应堆的。这个所的所长是哈里哈诺夫，也是很有名的一个院士。当时分工分了几摊，钱三强指定我在反应堆上面工作，所以我就到他们那个反应堆。后来我才知道，援助我们原子能所的７０００千瓦的重水实验堆，就是这个单位设计的。
不久，苏联援助中国的反应堆和加速器开始在北京建设。钱三强让动手能力强的几个人提前回国，以便把苏联的经验贯彻到自己的原子能研究中去，并要他们了解苏联用在反应堆和加速器的测量手段和仪器型号，作为中国购买仪器的参考。
苏联援助中国的反应堆和加速器安装在北京何处，李富春副总理曾有过指示：为了保密，要靠近山区，尽量少占良田。如果交通不便，可修铁路。为此事，刘杰找过当时的北京市委第二书记刘仁。因为刘仁过去在北京搞地下工作，很熟悉北京的地理情况。他们就在刘仁办公室的地上，摊开了地图。后来经过刘杰、钱三强等人的实地勘察，最后他们把安装地点定在北京房山一片开阔的荒滩上。
反应堆和加速器是苏联向中国提供原子能方面援助的第一项，它的作用是进行科研、为未来新兴工业打基础。核武器与核反应堆的科学原理是一致的，从某种角度讲，反应堆也是不爆炸的原子弹，只不过是控制能量让它缓慢地释放，以产生动力。在毛泽东和其他领导人看来，这也是中国走向核武器研制的第一步。１０月２３日，赫鲁晓夫回国后没多久，毛泽东便兴致勃勃地与来访的印度总理尼赫鲁谈起过原子弹，说中国正在开始研究那个东西。
中国在原子能方面的高等教育是从北大和清华起步的。１９５５年，这两所著名的学校建立了技术物理系和工程物理系，老师来自全国的几所大学，最初几届的学生从学过三年基础课的全５分学生中选拔。
要制造原子弹，必须拥有生产核材料的原子能工业。在中国原子能工业的建设初期，苏联曾给了有益的援助。但是，这种援助会不会一帆风顺，此时的中国有无能力抓住这一契机，走好原子弹制造的第一着棋，这一切都充满了变数。
抓住了一个难得的机会
当中南海做出发展原子能的决策时，事实上还不知中国到底有多少铀矿。刘杰说，中央决策之后，决定成立三人小组，由陈云、聂荣臻和薄一波组成，陈云主抓，爱追根究底，管得特别细。薄一波任国家建设委员会主任兼国务院第三办公室主任，我兼任副主任。为什么让我干？就是因为我在地质部当副部长，找到了铀矿。为了进一步展开工作，陆续调入了佟城、雷荣天、刘伟，以及李毅等人。
１９５５年１２月，联合国在日内瓦召开了和平利用原子能会议，共有１５００多位科学家参加这次会议，并向大会提交了１０００多份材料。其间，苏联公布了核电站的建造情况，法国发表了提取放射性元素钚的方法，美国展示了核电站发展计划，从而揭开了许多核技术秘密。但中国却被拒之门外。与会的苏联主动提出派一个代表团到中国来，介绍日内瓦会议的情况，传达会议科学成果方面的文件，中国政府表示欢迎，并确定由中国科学院和国务院三办接待。１０日下午４点钟左右，苏联物理学教授诺维科夫率９人代表团到达北京。除讲学之外，他们还参观了中国的各个相关研究所。
白文治说，在这个过程中，总理就提出来要请苏联的科学家给各部的部长们作一次科学讲座，安排在大概是１２月２４号那天下午。那天下午２点２０分左右，我和陈康白陪苏联的９个成员到了政协礼堂的后台，上２层楼的接待室坐下了，大家就早到１０分钟吧，准备２点半开始讲，先在那里坐一坐、聊一聊，这时候，我想赶紧到前台看看会场情况怎么样，然后好请他们去做报告。匆匆忙忙下楼，正走到楼梯口上，碰上了周恩来总理。总理就问我到多少人了？我当时也不知道到多少人了，总理旁边当时有国务院的人，说到了多少人。总理又问，各部的部长到了没有？有人讲了讲部长到的人数，紧接着又说某几位部长因工作请假，总理就问，为什么不到齐啊，是谁经办的啊？我就告诉他经办的人是谁。总理就责备说，为什么不找齐燕铭同志办啊？齐燕铭是一位副秘书长。我一看，不敢再吭声。紧接着总理就说了，立即通知部长们，马上到这儿来，都要到这儿来听报告，把工作都撂下。
苏联代表团一边讲学介绍，一边看了几个研究部门的状况，刘杰从头至尾陪同诺维科夫活动。苏联人在科学院物理所看了郭挺章和助手在试管里提取重水，看了戴传曾等人研制的又大又笨的盖革计数器之后，说你们这些做研究的人都是很高水平的科学家，所研究的却都是微量的、小型的实验室工作。诺维科夫承认，中国科学家是一流的，但设备却都是初级的。特别是重水，都是玻璃杯里几克几克的。看了杨承宗的实验室提炼铀的研究，苏联人就说，你们科学家的研究太原始，这些东西我们都是可以帮助的。１２月１４日，诺维科夫对刘杰表态说，我们这次来中国，并不打算看看