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铀－２３５藏身于铀矿石中，铀矿石被开采出并经冶炼提纯后产生天然铀，但这里面能够产生核裂变的铀－２３５连１％都不到，而９９％以上是铀－２３８。铀－２３５在天然铀中是如此微乎其微，必须经过千辛万苦对其进行精确分离并浓缩到９０％以上，才能用作原子弹的裂变材料。从工业上讲，对铀－２３５的分离只靠实验室是远远不够的，而必须依靠铀浓缩厂来完成。这项技术最早是英国人发明的，但英国后来建设自己的扩散厂时，却也费了很大的劲。建设这个生产铀－２３５的扩散厂，在原子能工业中的地位极其重要，苏联在这方面有所保留，是可以理解的——法国在搞原子弹时，也曾计划和已经掌握了原子弹的英国签署这方面的合作协议，但迫于美国的压力，最终没有实现，由此也能看出这个环节的争取是何等关键。
引起代表团特别注意的是，在介绍反应堆流程时，苏方介绍说天然铀中铀－２３５含量为０．７１４％，经原子堆照射以后提炼钚－２３９，剩下的铀中铀－２３５的含量是０．６７％，这０．６７％还可以把它用作扩散厂的原料再提炼富集铀－２３５。如果你不用它搞－２３５，它还可以做第二次照射，用原子堆再生产一部分钚－２３９，但是这样一来它总还是废料，铀－２３５并没有充分利用。所以如果用生产钚－２３９剩下的料，做扩散厂的原料来生产铀－２３５，就可以用一种原料生产两种产品。中国以前关于富集铀－２３５的知识很不够，半年前薄一波曾在他办公室里召集刘杰、钱三强和白文治讨论过原子能发展规划，会上钱三强倒是讲过富集铀－２３５的简单原理，并说搞这个规模很大，设备很多，用电量和投资都很大，但具体情节却所知甚少。而最关键的问题是，他们以前理解发展铀－２３５与发展钚－２３９是两条平行的相关不大的路线，而不知道其中还有这样一个循环生产体系。那天苏方介绍了这个情况之后，因为每天晚上中国代表团回来以后都要商量第二天怎么办，所以在提到这个问题的时候，钱三强总有些怀疑，说好像没有听见有这个问题啊。白文治想他当时可能没听清楚，就找出笔记本来和别人对照记录，讲他所记下来的苏方介绍，但钱三强还是有些不大相信。白文治就去隔壁房间里把担任翻译的刘允斌找来了。刘允斌又仔细做了一下核对，确认说，是这样一个过程。
刘杰说，后来他把这个流程一讲，我一听这个东西有门啊。可是当时听的时候，大家对这个东西不大理解。晚上讨论的时候，说他今天讲了一种原料两种产品，从流程上是怎么怎么样。那个时候大家都不大懂这个东西，三强问，确实是这么讲的吗？他也不大懂这个东西，说赶快找刘允斌来。刘允斌是刘少奇的儿子，他做翻译，问问他是不是这样讲的。刘允斌回忆了一下子，说确实是这样讲的，因为他也是学化学的啊。然后我们议了半天，定下来明天由钱三强再问一遍。
第二天，钱三强找机会便再次提到了这个问题，苏方也又解释了一番，说流程如何如何，一种原料进去怎么样出两种产品。这一下代表团就马上提出来：既然这样，我们为什么不可以有铀－２３５呢？我们应该有铀－２３５，这样的话在流程上是最合理最经济的，不然的话我们的原料就是浪费。刘杰说我们再一次提出这个问题，请你们考虑。当时苏联专家没有做任何表态。但过了两天，苏方负责人便正式表示说，你们要求搞铀－２３５是合乎逻辑的，从逻辑上讲中国应该建设一个扩散厂来分离铀－２３５，这是合理的，因此这个我们可以考虑，但是你们要考虑生产的规模。并且，苏方还进一步讲到了机器的组合，谈到机器组合的时候，就谈到了生产铀－２３５用的最尾部的小型机器——刘杰他们是后来才知道苏联已经用上更先进的离心法而不用气体扩散法了，离心机比扩散机要省９０％的电。苏联人说，如果中国有兴趣，我们可以帮助建设一座气体扩散法富集铀－２３５的工厂，这个小机器我们现在没有新的，假如你们要新的话，就得用两年的时间来制造，不过我们眼下有多余的旧机器，是我们拆下来的，经过一点修理之后，是完全可以用的，你们要不要？
刘杰说，当时我没有答复，只表示我得请示一下，明天再做答复。苏联人所谈的这里边有两条意思，第一条是他原则上答应，第二条就是这个小机器，新做是两年，旧的现在就可以给，究竟怎么办？当时我们感觉到真是出乎意料啊，非常兴奋。可这个问题原来没有列入项目，没有经过领导批准，怎么办？当天谈判结束的时候已经是下午两点钟了，中午饭也没顾上吃吧，我就和钱三强、刘允斌一起，赶快跑到大使馆去请示，向周总理报告说今天出现这么个项目，苏方也可以答应，并且还有小机器可以使用，可以加快步子。总理答复的很简单：现在先接受下来，回来再说。
至此，中国原子能代表团基本上完成了这次出访的使命，在又作了一些参观之后，除了留下几个人等待苏方起草协定草案之外，其余的人员便都陆续返回了国内。７月５日，正在苏联的李富春副总理和原子能代表团团长刘杰应约去见扎维年根和斯拉夫斯基，这两人分别是苏联部长会议副主席和苏联原子能工业部部长。会见中，苏方说明协定草案已经得到了苏共中央和部长会议的批准，现在交给中国政府，待中方批准后双方再正式签字。
这一谈判成果的重大意义，是后来才慢慢显现出来的。而刘杰他们当时并不知道，就在这之前不久，法国因为请英国帮助建设一座铀分离工厂，也进行了谈判，但两国代表正要签署协定时，美国却横插一手，明确反对这一合作计划。这样一来，由于英美间订有保密协定，英国就没办法从出售技术与设备中获利，法国也无法利用英国在这方面的现成技术——法国自己建造的铀浓缩厂直到他们的第一颗原子弹爆炸成功七年之后的１９６７年才投产。
先搭台，再唱戏
建立原子能工业，牵涉到千头万绪，必须有一个专门的机构来组织实施。所以，还在刘杰他们和苏联就原子能援助一事谈判之际，周恩来就开始考虑筹建这样的部门了。当周恩来问到刘杰的时候，刘杰说，成立原子能委员会是可以的，但是，为了把工作做得更实一些，还是建立一个职能部为好。后来，周恩来又征求了薄一波和科学院张劲夫等人的意见，最终决定成立一个实体的原子能工业部，随后又吸取了公安部主管原子能的苏联保卫专家意见，即直接用原子能事业部名称太有些突出，不利于保密，因此就设了个名称叫第三机械工业部，后来改名称二机部。部长由宋任穷担任，刘杰为常务副部长，袁成隆、刘伟、雷荣天和钱三强都是副部长。
宋任穷和刘杰两个人很早以前就相互熟悉，１９４８年刘杰任察哈尔省委书记，准备南下时，刘少奇就把他介绍给了宋任穷，因为他原先曾在苏皖一带活动过。现在他们又因为原子弹的事情走到了一起，宋任穷对刘杰说，干脆，我们就在一个办公室工作吧，就这一溜长桌子，既做办公室，又做会议室。宋任穷坐在南边，刘杰坐在北边，两个人在这排长桌子前研究处理了核工业初建时期数不清的问题。
在二机部，宋任穷常说，我这个名字不好，穷。解放初期当南京军管会主任、市委书记，南京市说我们来了个穷书记。后来调到云南去当省委书记，云南又说我们来了个穷书记。他走了以后谢富治去了，他说穷的走了富的来了。姚乃兴提起见到宋任穷的第一印象，说宋部长来之前，我想他是将官，上将啊，一看他穿着件绸子的香港衫，一顶巴拿马草帽，一把折扇，像电影里演的广东资本家一样。他平时不大讲话，自己带两个翻译来，但他们从来不发言，只在旁边听着，从军队带来的两个。他有时爱跟人开玩笑，说我们二机部是贫下中农。
二机部的许多事情都需要和科学院联系，科学院的院长是郭沫若。副院长张劲夫也是不久前才调去的。他当时搞经济工作，在地方工业部当书记，有一天安子文打电话，点名让他去科学院，说中央常委定了，你工作马上要调动，张劲夫说我不懂科学，不去那个地方不行吗？安子文说不行，党已经定了，你还能讲价钱？马上去。张劲夫说去那里找谁呀？安子文说找陈老总。张劲夫便找陈毅报到，陈毅说，我已给郭沫若打过电话了，郭老表示欢迎，今晚就在北京饭店召开欢迎会，你得去。他的调动手续是后来拖了很长时间才发的。
张劲夫说，宋任穷一当部长就打电话要来看我，我说哎呀老大哥你怎么来看我，我去看你呀。他说我一定要去看你。他非来看我不行，那我也没办法。那时候我住在北太平庄，一来之后他就说，劲夫啊，你可知道我部的任务？我说我知道，搞原子弹嘛。他说多重要啊，是中央的任务，国家的任务，你要帮忙啊。我说这个事大家都应该尽力嘛，你有什么事情要我办，你讲好了。我说中央已经定了，科学院原子能所全交给你，一个人不留。我说我们国家的力量最主要的集中在原子能所，所长是钱三强嘛，我说都交给你们。我说有一些工程师的问题你们管工业部门要吧。他说那个我已经跟他们商量了，想办法，最难的是科学研究，因为这个工作开头没有的，要研究出来。我说数理化学部有个学术秘书叫邓稼先，他在西南联大时和杨振宁他们同学，在美国得了博士，大家喊他娃娃博士。人非常好，品质很好，很少说话，�