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中国“氢弹之父”于敏(右)和“原子弹之父”邓稼先(左)

中国核武器发展被列入国家最高等级绝密工程,也是最具神秘色彩的领域。很多参与此项计划的人员长期默默无闻地奉献自己的青春和人生,他们是国家和民族走向富强的基石,他们的功绩是我们国家和民族的宝贵的精神财富。

1957年10月15日,聂荣臻副总理率中国政府代表团全体成员出席在莫斯科苏联国防部大楼举行的《中华人民共和国政府和苏维埃社会主义共和国联盟政府关于生产新式武器和军事技术装备以及在中国建立综合性的原子工业的协定》(简称“国防新技术协定”)签字仪式。在协定中,苏联政府答应在建立综合性的原子工业、生产与研究原子武器、火箭武器、作战飞机、雷达无线电设备以及试验火箭武器、原子武器的靶场等方面对中国政府进行技术援助。其中包括:供给一个型号原子弹的样品和生产的全部技术资料,两个型号的原子弹以及一个型号的氢加强的原子弹的实弹样品和有关技术资料。还规定,在中国能够生产制造氢弹用的个别元素以后,将考虑供给制造氢弹的技术资料。

按照中苏两国签订的“国防新技术协定”的规定,苏方应该在1958年内先向中方提供一个TNT 当量为4万吨的钚装料原子弹的样品及相关的技术资料。

苏联政府在1958到1960年期间找种种借口拖延履行条约规定的原子能工业援助项目

I960年7 月16日,苏联政府突然照会中国政府,决定自1960年7月28日到9月1日,撤走在中国的全部1390名苏联专家。到8月23日,在二机部系统工作的233名苏联专家,全部撤走回国,其中有的人还带走了重要的图纸资料,随后又停止供应一切技术设备和资料。至此,赫鲁晓夫领导集团完全背信弃义,单方面全部撕毁了两国政府间签订的关于援助中国建设原子能工业的协定和合同。他们的行径给正在建设中的中国原子能工业造成了很大的损失和困难。

苏联毁约终止援助以后,因为事先有了思想上、组织上和技术上的准备,原子能工业建设没有出现停顿和工作混乱的情况。相反,加快了全面彻底自力更生的进程。

在自力更生方针的指引下,九所经过1960年的工作,已基本形成了一支核武器科研队伍,创造了一定的工作条件,探索到原子弹的一些理论和技术方面的关键问题,并且找到了一些解决的途径,初步掌握了原子弹某些理论计算方法和实验技术。这为进一步继续开展科学研究工作,掌握原子弹的基本理论和关键技术打下了良好的基础。

当我国原子能工业建设和原子弹的研制工作已经从苏联援助转向全面自力更生的时候,1960年秋,时任二机部部长的刘杰开始考虑氢弹研制工作如何部署展开的问题。

刘杰在1957年作为中国政府代表团成员随聂荣臻副总理同苏联政府代表团谈判“国防新技术协定”时,从协定的文本中清楚地看出,苏联准备提供给中国的一种氢加强的实弹样品属于原子弹,而不是氢弹。看来,氢弹和原子弹在原理与结构上可能会有很大的差异。刘杰曾找机会多次向二机部的苏联专家组组长询问氢弹与原子弹在原理和结构上有什么不同。专家组组长表示不清楚,未作任何透露。看来,苏联在氢弹技术上对我们是严格保密的。

刘杰认为,氢弹肯定比原子弹更复杂;研制氢弹必须由我们自己首先在氢弹的理论上进行探索突破;而进行氢弹理论探索,不会在短期之内获得突破,这项工作也不能等到第一颗原子弹研制成功以后再进行安排。

一天,刘杰同钱三强商量此事。刘杰讲了上述想法以后说:“九所现在正在全力进行第一颗原子弹的基本理论和关键技术攻关,没有力量顾及氢弹的理论研究。

为了不分散九所的精力,原子能研究所能不能组织力量在氢弹理论研究方面进行探索,先行一步?“

钱三强思索了片刻回答说:“氢弹的研制工作迟早是要进行的,早做布置好。氢弹有自己的原理,轻核反应有它自己的规律,与轻核反应有关的理论探索工作确实需要早做安排。我很赞成。原子能研究所还有一点理论物理研究力量,可以动员投入。”

刘杰听了很高兴,说:“那很好,就这么定了。”刘杰还特意嘱托钱三强:

“这项工作很保密,由你代表部来直接组织领导,对部党组全权负责。”

随后,刘杰把上述与钱三强商量好的事情告诉九局局长李觉。李觉表示完全赞同。

经刘杰同意,钱三强把二机部的上述决定向原子能研究所党委领导人李毅等同志作了报告。钱三强在李毅的协助下,1960年第四季度,在原子能研究所第四研究室增设了一个从事氢弹理论探索研究工作的机构,名称叫“轻核反应装置理论探索组”(简称轻核理论组,保密代号为“乙项任务”),由黄祖洽任组长。一开始成立时,这个组只有黄祖洽、蔡少辉、萨本豪、刘宪辉等同志。不久,擅长粒子物理的何柞麻也加入这个组,并参与业务领导。以后又逐步增加了人员。起初,他们主要是积累有关氢弹原理的知识和收集轻核反应截面等。

为了增强轻核理论组的研究力量,黄祖洽和何柞麻多次向钱三强所长建议,调本所1955年荣获“全国青年社会主义建设积极分子”光荣称号的副研究员于敏来参加研究工作。钱三强考虑了再三,采纳了这一建议,并准备让于敏任轻核理论组副组长。

1961年1 月12日,钱三强约于敏到他的办公室,严肃而秘密地对他说:经所里研究,报请二机部党组批准,决定请你参加氢弹理论的预先研究。

时年34岁、已经在国内原子核理论研究领域开创性地辛勤耕耘了近10年并做出了出色成绩的于敏,做梦也没有想到领导会让他参加氢弹理论研究工作。一开始他感到脑子有点发蒙,以为自己听错了。当他很快明白过来,知道这是领导上的决定要他去参加氢弹理论的预先研究后,他的心中矛盾了起来。他觉得自己性格内向,喜欢宁静,喜欢从事比较自由的基础科学研究,不喜欢搞应用研究。况且当前的原子核理论研究正处在有可能取得更大成果的关键时刻,有些舍不得停下来去改行。

然而,于敏马上又想到:中国多少年来贫穷落后,屡遭帝国主义的侵略、欺侮和蹂蹭。自己青少年时代在抗日战争时期沦陷区当亡国奴的屈辱生活,依然在心中留着深刻的惨痛印象。新中国刚刚成立不久,又受到西方反华势力的战争威胁。

如果我们国家没有自己的原子弹和氢弹,不强大,就不可能真正地巍然屹立于世界之林。现在国家遭受了天灾人祸,经济困难,苏联政府又背信弃义,撕毁协议,停止援助,撤走专家。在这样的情祝下,中央仍然坚持要继续搞原子弹、氢弹,显然这是一项非常重要的战略性的历史任务。

“国家兴亡,匹夫有责”,无国就无家,怎么能在这个时候强调个人的兴趣、志向和名誉?正是这种民族忧患意识和强烈的爱国主义情怀,促使于敏面对这样重大、艰巨、光荣而神圣的任务,觉得自己不能再有另一种选择,只能接受。

经过短暂的思想斗争以后,于敏毅然决然服从了组织上的决定,他下定决心从基础研究转向氢弹理论的预先研究工作。

为由拒绝了。这个人二十年后在恒星演化方面做出相当大的成就,被一些人吹嘘成“中国大陆最接近诺贝尔物理学奖的人”,说来很有意思,冷战期间双方基础物理的交流还是通畅的,唯一的例外就是恒星演化。因为恒星演化研究的恒星内部高温等离子体和核武器爆炸时高温等离子体是一样的。一直到80年代,双方的天体物理学者才能再次聚首,原因和双方都完成了核武器小型化的关键研究(双方都达到了核武器的物理极限)不无关系。此时一些国家如伊朗,伊拉克,朝鲜也纷纷派出研究生到先进国家学习天体物理。真不知道为什么霍梅尼,萨达姆,金日成这些国家领袖为什么同时对恒星演化感兴趣了呢?于敏如果坚持基础物理研究,是否会取得类似或者更大的个人成就呢?最后提一点:上面说的那位比较年轻的物理学家就是大名鼎鼎的方励之。作为美国某知名大学的天体物理学教授,直到21世纪初,他仍活跃于物理学研究领域和某领域,这和由于身体原因1988年就基本淡出学术领域的于敏比起来,实在是强多了)

于敏和夫人的照片

于敏调入轻核理论组后任副组长。

当时全组共有十一二个人。1961年第四季度何柞麻等调到九所参加突破原子弹的工作。黄祖洽也在九所兼职参与原子弹的攻关,每周只有一半的时间在原子能研究所,轻核理论组的工作担子主要落在了于敏的肩上。1963年何柞麻又重新调回了轻核理论组。在此前后,又分配来刘恭梁、沈天海、孙永盛等一些大学毕业生,这个组陆续扩充至40人左右。

钱三强具体负责主管轻核理论组的工作。大约每隔两个星期或一个月,黄祖洽、于敏和何柞麻便向他汇报一次工作进展情况。钱三强为他们解决了许多重大决策性的问题,也为他们解决了一些具体问题。如增加调配研究人员,出面去九所请求增加几个小时的计算机机时,要一些磁带,安排小汽车送数学计算人员去中关村上计算机运算,等等。这些保障条件问题如果没有钱三强的支持,是很难解决的。

黄祖洽和于敏领导有方,把全组人员按学科划分了几个研究小组,黄祖洽、于敏及何柞麻分管各个小组的工作。

轻核理论组的研究工作从氢弹理论最基础的部分开始探索。他们从氘和氚、氚和锂-6等有关核反应截面的调研、整理、分析和估算上切入,对氢弹中各种物理过程进行了探讨和研究。“截面”是物理学中用来表示原子核与原子核之间发生反应的概率的一个物理量。经过一段时间的工作,各个选题,特别是重点选题都取得了成果,为开始氢弹的理论探索初步提供了一些必要的核数据基础。

接着,在黄祖洽、于敏的领导下,轻核理论组研究了等离子体中的基本物理过程,物质与粒子间能量的传递过程,系统中各种波的发生、发展与相互作用的规律,高温、高压下物质的基本物理参数……

当时提倡学习太祖主席的著作《矛盾论》,于敏、何作麻以《矛盾论》中所说的“唯物辩证法认为外因是变化的条件,内因是变化的根据,外因通过内因而起作用”作为指导思想,将热核点火和燃烧作为氢弹爆炸的内因,将辐射流体力学创造的条件作为外因,反复研究外因与内因的辩证关系,进而研究了高温高密度等离子体状态下的许多基本物理现象和规律。在研究过程中,于敏最“善于抓主要矛盾”去解决问题。

1960年到!962 年,国家正值三年困难时期,每人每月的粮食定量被压缩,大家都去挖野菜,以瓜、菜和小球藻等来充饥。许多人都因营养不良得了浮肿病。可是,由于大家知道肩负着的是国防尖端的绝密任务,所以都始终保持着饱满的工作情绪,再苦再累也要为氢弹事业贡献自己微薄的力量。

当时,不用说电子计算机,连手摇电动计算机也只有几台,且归第四研究室的数学组专用,轻核理论组的同志们主要靠的是计算尺。为了完成任务,只得在办公室加班加点到深夜。大家都没有自行车,工作到深夜还得从办公室步行近半个小时回到宿舍就寝,每天没有几个小时的睡眠时间,但谁也不叫苦,都是拼命工作。

轻核理论组就是在这样困难的条件下攻克了一道道科学难关,解决了大量的基础问题。其中,在许多实质性问题和关键性问题上,都是于敏做出了最主要的贡献。于敏的“物理的直观”是极其明晰而深入的。在一些复杂纷乱的现象中,于敏总能理出头绪,找出物理上的原因。于敏善于抓主要矛盾,总能从复杂的计算中找出其中的物理内容,使认识有所前进。他不断地发掘问题,提出问题,分析问题,解决问题。于敏认为问题也就是矛盾。他把这一套提出问题、解决问题的方法叫做“物理学的分析方法”。许多问题到了于敏手上,他总是把其中的物理因素一一加以解剖,并估计它们的大小和影响。这样,对许多难以解决的现象,就能够理解了,同时,解决问题的办法也就出来了。

1963年9 月13日,二机部党组向周总理写了《关于发展和试验核武器初步设想的报告》。报告就核武器发展的方向、步骤、进度、试验方法、需创造必备的工作条件和应采取的措施等提出了初步设想和建议。其中,报告在讲了正在研制的第一颗原子弹、小当量的核导弹头的进展情况以后,也讲了加强原子弹(又名氢加强原子弹)的理论设计争取在1965年底或1966年提出,从1967年开始进行试验;在加强原子弹过技术关的基础上,拟争取在1970年开始试验氢弹。

从1960年第四季度到1965年初,轻核理论组在第四研究室数学组和承担轻核反应数据测量任务的轻核实验组的大力帮助下,经过4 年扎扎实实的探索和研究,他们对氢弹有关物理过程已做了相当的研究,对氢弹的原理作了一些初步探索,对氢弹可能的整体结构也有了一些初步的设想。

提出了加强型原子弹和在液氘中实现非热动平衡情况下燃烧两条技术途径并建立了相应的模型和计算参数,编制了相应的简化计算程序。这4 年颇富成效的工作,无论对热核反应基本现象的了解、基本条件的掌握,还是对某些规律的认识,都为后来的氢弹攻关工作奠定了一些必不可少的应用基础,在最终突破氢弹原理中起了重要作用。

正当原子能研究所轻核理论组正在探索氢弹的可能结构以及作用机理的时候,第九研究所理论部在交出了第一颗原子弹的理论设计方案后,抽出部分研究力量从1963年9 月起,也开始了氢弹原理的探索,并由副所长、理论物理学家彭桓武先生亲自指导。开始时,理论部指定李德元、王贻仁等同志研究含有热核材料的加强型原子弹的理论模型。在研究过程中,彭桓武给部分科研人员就加强型原子弹的结构原理作了几次学术报告。此后,彭桓武和理论部科学负责人先后得出结论:加强型原子弹结构,尽管其中伴随着热核反应产生,但持续代数较少,不可能成为氢弹。

提出可就铀与氘化锂-6相叠加强祸合等技术问题展开研究。

1964年1 月29日,中央专委把成立一年多来原子能工业发展的情况和原子弹的研制情况向毛主席、党中央写了报告。报告中在讲到今后的工作安排时提出,第三个五年计划期间(1966-1970 年)“原子能方面的中心任务是解决核弹和热核弹的‘有无’问题“。这里说的热核弹是氢弹的别称,又称聚变弹。

1964年4 月,二机部第九研究设计院(北京第九研究所于!964 年2 月25日改称为第九研究设计院,以下简称九院)理论部李德元等人对加强型原子弹理论模型进行了一次专题讨论。他们认为热核反应对这种类型的原子弹威力虽有提高,但提高有限;原子弹与氢弹之间不是简单的联系,而是有质的差别;在氢弹研制中不能机械地搬用原子弹的设计理论和方法,必须针对氢弹特点开展新的探索研究。随后,理论部明确下一步科研工作的中心是如何从加强型原子弹向氢弹过渡,并探索提高密度与热核反应率、提高中子和氚的增值速度等方面的新路。经过努力,取得了一些有用的科研成果。

1964年10月16日,我国第一颗原子弹爆炸试验成功。

11月2 日在研究今后的核试验时,周总理问刘杰什么时候研制成氢弹。

刘杰回答:氢弹理论的预先研究已经在探索,现在还有许多问题吃不透。大概还得需要三五年时间。

周总理说:5 年是不是太慢了。

周总理对刘杰说:你们想先搞起加强型弹,要由原子弹爬到氢弹,这个什么时间能够搞成?为什么钚239 生产线要1967年底才建成?以上这些问题你要在下一次的中央专委会议上做出回答。

1965年1 月7 日下午,刘杰在二机部党委会议上讲话时,传达了不久前太祖主席的指示。毛主席说:如果有氢弹、导弹,仗可能就打不起来,和平就更有把握了。原子弹要有,搞起来也不会多,吓吓人,壮壮胆。毛主席又说:还有三年才搞成氢弹,太慢了。

1 月23日,毛主席在听取国家计委关于经济建设长远规划设想的汇报时指出:敌人有的,我们要有,敌人没有的,我们也要有,原子弹要有,氢弹也要快。管他什么国,管他什么弹,原子弹、氢弹我们都要超过。

党中央对掌握氢弹的要求如此紧迫,二机部领导的心情是很焦虑的。这时,氢弹研究工作的发展向刘杰飞刘西尧等二机部领导提出了一个迫切的问题:该如何对待原子能研究所轻核理论组和九院理论部这两方面研究氢弹理论的研究力量?刘杰认为,两方面的力量各有自己的优势,也各有自己的不足。原子能研究所轻核理论组研究氢弹理论已长达4 年多,有相当的广度和深度,已经为氢弹的理论设计奠定了一些必要的理论基础。但是,他们缺乏原子弹的具体知识,要突破氢弹原理还有很多的困难。在九院理论部这一方面,有突破原子弹的实践经验,已经掌握了原子弹的有关理论和计算技术,比较系统地查明了原子弹内部的物理图像和各种物理规律,有条件在氢弹理论研究方面向纵深发展。但是,他们开展氢弹理论问题的研究起步晚,而且,既定的任务—空投的原子弹和上导弹的原子弹头的理论设计任务还很重,这与“氢弹也要快”—要加速突破氢弹技术,实现力争在1968年进行氢弹装置的爆炸试验的任务是很不相适应的。

面对这样的现状,刘杰想到:必须把这两方面的研究力量统一起来,把两股绳拧成一股绳,集中力量,形成拳头,集智攻关。

刘杰和刘西尧、钱三强的认识是一致的。他们的这一主张,也得到李觉等九院的领导和李毅等原子能研究所的领导的支持,两方面正在从事氢弹理论研究的科学家也都赞同。

根据二机部党委的决定,1965年1 月,黄祖洽、于敏等原子能研究所轻核理论组的31位科研人员携带着预先探索研究的所有成果和资料,调到了九院理论部,在主战场汇合,一起攻关。黄祖洽、于敏被任命为理论部副主任。轻核理论组另外的10余位科研人员,包括去了河南省参加“四清”社会主义教育运动的何柞麻,则留在了原子能研究所继续从事基础理论方面的研究工作。

1965年1 月下旬,中央专委办公室通知二机部,周总理拟于2 月上旬召开中央专委会议。为了对周总理年前11月2 日、3 日就加速研制氢弹等问题所作的指示做出回答,二机部党委于1965年2 月3 日重新向中央专委呈报了《关于加速发展核武器问题的报告》。

报告在讲到氢弹的设计制造问题时说:目前我们在氢弹理论上的问题还没有解决,有待进一步探索。根据现在了解,从原子弹到氢弹是一个阶段性的发展,需要一个过程,这个过程美国是7 年,苏联是6 年,英国是5 年,法国从1960年进行原子弹试验之后,至今尚未搞成,据说要到1968年才行。氢弹一般的含意,当量在百万吨以上,聚变反应的能量要在30% 以上。从低级的氢弹,即比威力(单位重量的爆炸威力)和聚变比(聚变反应的能量在整个核反应中所占的份额)较低到高级的,即比威力和聚变比较高的氢弹也有一个发展过程,从开始试验氢弹装置到开始试验氢导弹头,美国经过6 年,苏联经过8 年。它们都是经过一系列核爆炸试验才突破氢弹技术的。看来影响氢核反应的因素很多,错综复杂,不仅许多已经理解的东西需要通过试验去验证,还有许多没有理解、没有发现的东西,需要通过试验才能理解,才能发现。根据过去苏联专家零星谈话记录,制造氢弹至少需要3 种核装料,即铀-235,氘化锂-6和钚-239. 目前我们只有铀-235和氘化锂-6,还没有钚-239. 所以从原子弹爆炸到研究制造氢弹必须解决理论技术和核燃料两个方面的问题,我们要进一步活学活用太祖思想,提高辩证唯物论的认识能力,力争时间,尽速解决这两个方面的问题。

报告接着说:经过将近一年,特别是最近几个月的调查研究,初步看来,要解决氢弹设计制造的理论技术问题,必须通过各种必要的试验摸清各种核燃料的基本性能和各种核反应的基本规律;必须抓住有关氢弹设计、制造的主要问题,在原理和结构上从多方面进行理论探索和科学实验。我们准备再经过一个季度到两个季度的调查、研究,提出初步的研究、实验的规划,力争在1968年开始进行氢弹装置试验。

中央专委要求二机部在1968年前要完成三项主要任务:1.建成钚-239生产线;2.建成第二个扩散工厂和部分建成第二套原子能工业基地;3.实现一年试验一种核武器,并力争于1968年进行氢弹装置的爆炸试验。会议还对讨论的其他议题做出了决定。

中央专委会议以后,2 一3 月,九院根据二机部党委的要求,在副院长彭桓武、朱光亚的指导下,由理论部主任邓稼先、副主任周光召主持,组织理论部有关方面的专家和研究人员开规划会议,讨论制定突破氢弹的具体规划。会议在回顾了前一段氢弹理论研究工作,分析了美国、苏联等国氢弹发展的历史以后,制定了旨在突破氢弹技术的《氢弹科研大纲》。

在制定大纲的过程中,刘西尧经常乘坐一辆退了颜色的、不太鲜红的“奔驰”小轿车到九院理论部与大家一起讨论。

这次制定的大纲中要求:氢弹研制的近期目标主要是在已有工作的基础上,通过进一步的理论研究,突破并掌握重量轻、威力大的热核武器的基本原理;第一步,作为这一目标的标志,是争取完成重量!吨左右、威力为100 万吨级TNT当量的热核弹头的理论设计(当时把这一目标简称为“1100" )。达到上述目标的关键是要摸清氘化锂-6能够烧起来,而且烧下去的规律及所需要的条件,并研究如何创造这些条件。另外,大纲也要求理论部在原理、材料、构形、计算方法等各个方面进行多路探索,并做出部署。

在3 月10日下午的规划会议上,领导小组成员们讨论了准备进行含有热核材料的原子弹试验性装置的设计工作和进行核试验的问题。

为了给氢弹理论研究提供必要的物理参数,刘西尧和彭桓武、朱光亚等到原子能研究所商请该所紧急安排对热核材料的核反应截面进行数据测量的任务。该所愉快地接受了任务,并抽调30余名科研人员组成突击队,由实验核物理学家何泽慧先生担任业务总指挥。他们在该所科研人员丁大钊、蔡敦九等曾经进行过的关于轻核反应的科研工作的基础上,经过几个月的实验研究,分批完成了一套热核材料的核反应截面数据的测量,获得了可靠的实验数据。

"1100'‘目标的制定,反映了当时在领导上对研制的氢弹是要装到导弹上去的思想是很明确的,同时,也反映了当时领导和科学家们对氢弹的正确认识,没有把加强型原子弹与氢弹相混淆。但是,在当时,九院理论部已经掌握的技术途径,距离要达到的“1100”这一目标还差很远。

为了突破氢弹原理,实现“1100”目标,九院理论部分兵作战,多路探索。邓稼先、周光召、于敏、黄祖洽等部主任,带领有关研究室的人员分别攻关夺隘。与他们一起工作的研究人员,大多是刚出校门不久,精力旺盛,工作起来不分白天、黑夜,经常加班加点工作到深夜,甚至是通宵达旦。每天晚上,科研大楼内灯火辉煌,几乎每一个人都在忘我地工作,苦苦探索。大家一心只想的是怎么快点突破氢弹原理,为国争光,为民族争气!当时,理论部及研究室的党政领导和政工人员,为了保证大家的身体健康,不要累垮,经常在晚上到办公室去一个一个地动员大家回去休息。

于敏(资料图:上个世纪九十年代北京院士大会)

理论部的学术民主气氛是非常好的。

那时已经成名的专家与刚出校门的大学毕业生,自然有知识与经验的差别,但是,在氢弹的秘密面前,大家都是平等的,谁也不知道氢弹究竟怎么设计。那时大家的学术思想非常活跃,几乎每周都要召开学术讨论会和鸣放会。在会上从彭桓武副院长这样的大科学家到邓稼先、周光召、黄祖洽、于敏等部主任直到年轻的研究人员,不论资格,人人都有发言权。不论谁有了新的想法,都可以登台各抒己见,畅所欲言。有不同的意见就展开争论,一场争论下来,常常大家都面红耳赤,但谁说得对,就听谁的,彼此都从中得到启发。

许多好的想法,就是在你一言我一语的讨论中产生出来的。通过一个个的学术报告会和学术讨论会以及鸣放会,许多种突破氢弹的设想和途径被提了出来。其中有人就提出用原子弹能量的这样或那样的朴素猜测。

然而,氢弹毕竟是非常复杂的系统,诸多制约因素混杂。经过几个月的探索研究,许多种试图突破它的途径被提出来,经过一一仔细的讨论、计算和分析后,又一条条地被否定了。理论部的研究人员虽然从失败中也吸取了一些有益的东西,但设计氢弹的关键并没有掌握,也没有找到氢弹原理的突破口。面对着困难,大家的积极性依然高涨。

1965年5 月14日,我国第一颗空投的原子弹爆炸试验成功后,聂荣臻元帅同张爱萍及国防科委的领导一起,于5 月27日上午,找刘杰部长研究了下一步核试验问题。刘杰汇报了与中近程地地导弹配套的缩小型原子弹头的研制进展情况和近几个月来氢弹理论探索研究的情况。刘杰说:理论部的专家们设想,在1966年上半年进行一次含有热核材料的加强型原子弹空中爆炸试验,目的是进行热核材料试验,为研制与中程地地导弹配套的原子弹头和研制氢弹提供热核聚变反应的实测数据。

下一步,准备进行威力为70万吨TNT 当量(名义上也可称百万吨级)的加强型氢航弹试验。

听完汇报后,聂帅说:我国核武器的发展,继去年铁塔上爆炸之后,今年又上了飞机。与中近程地地导弹配套的缩小型原子弹头正在研制,问题不大。探索氢弹的理论研究工作正在进行。现在看来,搞大当量的地下核试验,选场难,工程量大,周期长,使更快地发展氢弹受到限制。这就更清楚地看出,美、英、苏三国签订部分禁止核试验条约主要是遏制我们中国的。我们要放开思想,走自己的路,不受其条约的束缚。为此,下一步核试验规划要做些调整。另外,要考虑一下氢弹试验场有些什么问题,应早作准备。法国为什么准备那么长时间还没有进行氢弹试验?我们应该一切问题要早下手。

到了1965年的7 月,在彭桓武副院长和理论部几位主任的组织领导下,理论部的研究人员在过去原子能研究所轻核理论组和理论部氢弹探索的基础上,经过半年的努力,虽然在氢弹探索的道路上有所前进,确定了热核燃料的取舍,着重研究了突破氢弹的两条可能的技术途径,但计算结果表明,两条技术途径都有各自的困难。其中的一条途径是加强型模型,已弄清楚了这种模型的威力与重量的关系,要想威力上去,重量就得上去;在总威力中,聚变威力所占的份额不能随着威力的增加而增加;这种核弹中所加的热核材料,固然能起到加强原子弹的威力的作用,但由于热核材料燃烧得不充分,这种加强作用又是有限的;对于好材料的作用也进行了探索。结论是:这条途径与"1100 “这一目标相差甚远。探索突破氢弹的技术途径一时受阻。

在此时刻,二机部部长刘杰的思路回到了1964年12月3 日和1965年2 月3 日向中央专委呈送的《关于加速发展核武器问题的报告》上,即:力争在1968年开始进行氢弹装置的试验,然后再尽快解决上导弹的氢弹。刘杰在一次部党委会上说:“搞氢弹,先采取一切办法,加大个头,多加材料,暴露轻核反应的规律。”“美国经过6 次核爆炸试验才突破氢弹技术。我们不一定试验这么多次,但总得要试几次。能够先达到聚变比占到15% 也是很可贵的。由低到高嘛!”这就是刘杰1965年夏的心态和主张。

要达到“1100”这一目标应分两步走。第一步,在继续探索氢弹原理的同时,先做几次大威力加强型核弹试验。即重量可以放宽,先设计轰-6飞机能携带的威力在100 万吨左右TNT 当量的核炸弹。通过这几次试验,也可能发现一些还没有认识的东西。从哲学上讲,在实践与认识的关系中,实践是第一性的;量变会引起质变。第二步再设计“1100”能装到导弹头上的氢弹。

这次规划修订会除对这几次大威力试验进行了部署外,还确定要通过讲课来提高大家的知识水平,以弥补现有知识的不足,进而去发现和解决在理论工作中可能存在的还没有被认识的东西。会后不久,邓稼先、周光召、于敏三位主任分别在相关的研究室讲了“等离子体物理”课程。

听众甚多,出现了等离子体物理热。

1965年7 月10日,二机部党委向中央专委呈送了《关于核武器研究试验工作的报告》。这个报告是朱光亚代二机部起草的。报告说,核武器的研究试验工作当前的主要任务有二:一是按预定计划在1966年上半年解决原子弹与中近程地地导弹结合的问题;二是突破氢弹技术关键的问题。

报告在讲突破氢弹技术关键的问题时说,当前的主要情况是: 1. 对热核反应,我们缺乏通过自己实践所取得的第一性资料。2.在理论上虽已进行了大量的探索研究与计算,但仍有许多问题不很清楚。因此,要突破氢弹的技术关,应首先安排以下几项工作:一是,继续进行理论上的探讨研究,结合各种核性能与核材料在高压状态下的测量试验,摸清如何使热核材料重氢化埋烧起来、烧下去的基本规律。二是,进行若干次“热”试验(即装有浓缩铀的核爆炸试验)。初步考虑:第一步,进行热核材料试验。争取在1966年6 月进行一次含有热核材料的原子弹(即加强型原子弹)空中爆炸试验,以了解在数千万度的高温下重氢化锂热核反应进行情况。第二步,在上述工作的基础上,拟于1967年内进行一次更大的三相(裂变一聚变一裂变)航弹的试验。

报告还说,从国外资料的调研情况看,氢弹的技术关键的突破似乎都是从大型三相装置的试验开始的。我们目前还没有钚和超重氢,利用现有的核材料和内爆结构,能否从上述三相航弹的试验开始突破,还有待进一步的理论研究工作,并通过热核材料试验之后,才能看出苗头。我们的设想是,一方面要争取突破,另一方面又要准备反复。因而,在积极安排上述工作的同时,还要注意适当开展他有关新材料、新技术的研究。

1965年8 月9 日上午、10日下午,周总理在人民大会堂河北厅主持召开中央专委第十三次会议。会议讨论了下一阶段核武器和导弹的研制任务和原子能工业、导弹工业的三线建设问题,并着重研究了加速实现氢弹试验、制成核导弹等问题。在讨论关于突破氢弹技术关键的问题时,会议同意二机部提出的安排意见,一方面继续进行理论上的探索研究,另一方面进行若干次“热”试验,并同意第一步和第二步的具体安排。会议认为,只要本着“实事求是、循序渐进”的科学态度,树立“兢兢业业、踏踏实实,周到细致”的工作作风,贯彻“大力协同”的精神,进一步调动各方面的积极因素,原定的计划进度是完全有可能提前实现的。这次中央专委会议后,二机部的领导要求九院理论部尽快交出一个威力尽可能接近100万吨TNT 当量、轰六投弹飞机能够携带的核装置的理论设计方案。理论部主任会议决定,理论部的大部分人力在北京利用中国科学院计算技术研究所研制的119计算机(运算速度为每秒5 万次)继续探索突破氢弹的途径;由于敏副主任率领13研究室的一部分研究人员到上海华东计算技术研究所出差,利用该所的J501计算机(运算速度为每秒5 万次),完成加强型核装置——三相氢航弹优化设计的任务。

8 月27日,理论部召开全体人员大会,邓稼先宣布了上述决定。邓稼先和各位副主任在讲话中都要求去上海出差的人员在国庆节前赶到上海,以便利用华东计算技术研究所国庆节假日期间空出的全部机时,集中突击一些天,用当时已掌握的加强弹原理,选用可能取得的最好的核材料为后盾,依靠拼材料、拼重量的办法,完成当量为百万吨级的三相氢航弹优化设计的任务。考虑到我国空军轰一飞机最大载重量和机舱体积的限制,邓稼先和秦元勋(理论部副主任)还给了三个要掌握的技术指标:一是尽可能加大尺寸,多装核材料;二是核装置总威力要尽量达到100 万吨TNT 当量;三是要保证一定的聚变比。

理论部大会以后,13研究室领导研究决定,由室主任孙和生和副主任蔡少辉、彭清泉带领4 个与武器设计直接有关小组的科研人员及几名科研辅助人员共50多人,于9 月底前赴上海。随后,各小组都开始抓紧做好出发前的准备工作。他们请彭桓武、黄祖洽、于敏、秦元勋等专家给大家讲了他们个人对加强弹的看法,也请了其他研究室一些从事过加强弹理论设计经验较丰富的研究人员给大家传授经验。副组长孟昭利等还根据几位部主任的意见准备了一批到上海计算的模型。

9 月27日,在孙和生的带领下,50多位出差人员携带自己的被褥、脸盆等生活用品(当时华东计算技术研究所只能安排这50多位出差人员住办公室,为每人准备一个铺有稻草垫子的双层铁床的铺位)、计算软件、科研笔记本等资料,乘火车奔往上海。28日,他们来到了坐落在上海郊区嘉定县城外、被一大片金黄色稻田包围着的华东计算技术研究所。于敏也一同到达,并与大家同吃、同住、同工作。

到上海安顿好以后,大家马上着手安装从北京带来的各种程序,进行调试和对算。首先解决了程序计算中中子不守恒的计算方法问题。数学组的同志日夜加班,很快编出了大型计算机程序,开始了三相氢航弹的优化设计,进行了大量的数值模拟计算。由于当时的计算机性能不很稳定,机时又很宝贵,一旦机器有跳动,算出的结果就不对,将会前功尽弃,浪费很多机时。为了减少差错和机时的损失,每次算题除计算员、程序员必须在场外,还需要有物理专业人员陪伴,以便及时发现和解决问题。因此,全体物理工作者和数学工作者以及科研辅助人员一起混合编组排班,夜以继日地轮番到计算机机房算题。每去一次计算机机房,大家就抱回一大堆印满阿拉伯数字的纸带。接着,就忙于看纸带,处理这些纸带上的数据,画图、登记、分析计算结果,讨论和准备下一步上机计算的物理模型。尽管困难不少,很辛苦,但在强烈的使命感的鼓舞下,大家热情高涨,干劲十足,很快就算出了一批模型。从结果看,离领导上的要求并不太远,只要加入少量的贵重好材料,威力就可以提高到100 万吨TNT 当量。

但是,这批模型的聚变份额都很低,这表明其中的热核材料并没有充分燃烧。

面对这批计算结果,于敏并不感到意外。因为他早在原子能研究所轻核理论组进行氢弹应用基础理论的预先研究时,就曾经对原子弹中加入聚变材料的加强型原子弹进行过探索。不过那时是在缺乏必要的原子弹知识的情况下进行的。当时就发现在加强型原子弹中,聚变材料虽然能起到加强原子弹威力的作用,但由于加强弹中聚变材料燃烧不充分,这种加强作用也是不充分的。如今,于敏受理论部主任会议的委托,率领大家来上海出差,就是要研究如何把加强型原理与现实的原子弹结合起来,完成加强型核装置—三相氢航弹的优化设计任务,因此,他决定全力以赴,把任务完成得很好。

于敏经常深入到计算机机房,平日里大部分时间都是埋头于堆积如山的计算机打印的纸带中,聚精会神地仔细分析计算结果,一看就是几个小时,常常顾不上吃饭。大家帮他把饭打来,他就边吃饭、边思考问题。为了找出优化设计中的问题所在,继续前进,于敏从计算的多个模型中选了三个用不同核材料设计的模型,进行了深入细致的系统分析。他考虑到一起来上海出差的这些年轻人,大部分缺乏氢弹的基础知识,科研工作的实践经验也不多,深感自己有责任通过讲课来提高他们。为了在工作中提高他们的水平,也为了找出优化设计中的问题所在,于敏决定把他以前在原子能研究所探索氢弹机理时积累下来的氢弹物理知识结合现在加强型核装置优化设计的实践,给大家作系列学术报告。

10月13日,于敏开始了他持续大约两周的系列报告的第一讲。他从炸药爆炸开始,对加强弹的全部发展过程和各个阶段的特征物理量进行了分析。他还结合物理粗估,对内爆动力学、中子学、热核反应动力学、辐射流体力学等有关现象进行了系统分析。于敏通过这样的系列学术报告,一方面使大家学会如何分析计算结果,抓物理实质;另一方面也是一次教学相长,他进一步理清了头绪,获得了启发。于敏分析了决定氚一中子循环次数的几个物理量,看出设计氢弹的途径不外乎两条:一是高温度道路,一是高密度道路。

高温度道路已经探索过,知道其中的困难所在。从分析加强型原子弹模型看出,这种模型中氚一中子之所以达不到多次循环,是因为热核材料没有被极高地压缩,没有达到极高的密度。大幅度提高热核材料的密度是一个关键!而热核材料之所以达不到极高的压缩密度,是因为这种加强型核装置模型的压缩靠的是炸药的能量,而炸药可利用的能量是有限的,要使热核材料达到极高的压缩密度,单靠提高炸药能量利用率的办法是绝对办不到的。

于敏紧紧抓住了问题的关键,开始了新的思考。怎么办呢?于敏认为,要达到极高的压缩度,只有利用原子能才有可能。经过进一步深入分析,于敏认为:在加强弹中原子弹爆炸后出现许多物理因素,有的起好作用,有的起破坏作用。限于弹体的构形,它们不可能很好地配合。

如何选用性能良好的材料,采取什么样的构形,才能够促进起好作用的物理因素并抑制起破坏作用的物理因素呢?于敏又陷入苦苦的思索之中。

于敏比一般人懂得多、想得深、算得快,并且善于透过复杂现象抓住事物的本质。他又苦苦思索、估算了几天几夜。他首先分析了原子弹爆炸所释放的各种能量形式,比较了它们的特性与在总能量中所占的比例,明确了一种比较容易控制、驾驭的能量形式。然后,他想出了一个减少这种能量损失、提高其利用率的精巧的结构,估计了有多少能量可以被利用,又有多少可以用来压缩热核材料氘化锂-6,如何有效地利用这些能量,氘化锂-6能压缩到什么程度,如何使它点火和自持(自行维持下去)燃烧等。

10月29日(星期五)晚饭后,于敏和13研究室副主任蔡少辉在处地附近田间小道上散步,以得到短暂的身心放松。当他俩谈到应如何创造条件让热核材料充分燃烧时,于敏直截了当地谈到加强型核装置的构形不利于热核材料的压缩和燃烧。

接着,于敏向蔡少辉详细地谈了他几天几夜以来苦苦思索出的想法。蔡少辉被于敏的崭新思维所吸引,也被于敏所列举的无可辩驳的论据所折服,并马上说:“那我们就马上动手干吧!”于敏说:“可以先计算两个模型看看。其中的一个会比较理想……另一个则比较接近实际……”显然,这是于敏经过深思熟虑后想要走的关键两步。

那天晚上他们俩谈到很晚,阵阵秋风使他俩感到有几分寒意。他俩便加快步伐往回走去。

于敏在工作中

回到住处后,蔡少辉立即向研究室主任孙和生讲了于敏的想法。孙和生听后表示十分支持。当即找到物理小组的副组长孟昭利一起商量落实。

在当时的情况下,要在计算机上对于敏想出的复杂构形的氢弹进行数值模拟计算是不可能的。按照于敏的想法,得先验证原子能压缩能否使聚变材料自持燃烧。

为此准备了两个模型。通过改变计算模型的外边界条件的办法,来模拟原子弹能量通过某种机制瞬间作用在由相当数量的聚变材料氘化锂-6及其他材料构形的氢弹主体上。

这个构形可能是这个世界上被最严格保守的秘密。托米表哥是从他的山姆表弟那里得到了这个模型,高傲的高卢人花了十多年也没法想出这个构形,最后还是托米告诉了他们诀窍,作为报酬,他们甚至让托米这个内鬼混进了欧共体,惹来了无穷无尽的麻烦。

我们的邻国印度,有不少于我们的文明史,有十亿生活在民主开放多元化社会的人民,有拉曼,钱德拉塞卡这样伟大的头脑。

但是1998年5 月来自拉贾斯坦邦地下的第三声闷响宣告这个国家可能永远也无法掌握这个“复杂构形”了。未来某一天,某个印度天才或许可以想出一个完美的构形,但是怎么证明他没有犯1999年第三颗哑弹那样的错误呢,只有炸一下,但是印度已经承受不起再炸一次了。如果不能证明,那么谁敢说他就是正确的呢。读者中有谁有志于了解这个“复杂构形”,我倒是可以介绍一个捷径,西北工业大学和国防科技大学分别有“原子弹工程物理”和“氢弹工程物理”这两个“黑色”专业,可以去考,毕业后再去考中国工程物理研究院相关专业的硕士博士,运气好的话,大概十多年以后就会有人把这个构形告诉你了,之后你就离不开这个圈子了。即使叛逃出国,第一个来干掉你的也许就是CIA 的特工,因为“你知道一个他已经知道的秘密,他不想让别人知道这个秘密”。)

11月1日晚,先计算第一个模型。在J501计算机机房里柔和的灯光下,计算组组长汤敏君在拔动着计算机操作台上的键钮。蔡少辉和孟昭利趴在机房地板上忙着查阅纸带卷,检查输入与输出的数据有无差错。于敏在一旁拿着计算尺和铅笔不时地在计算着什么和写着什么。计算机在忠实地执行着主人的指令,纸带卷上缓缓地输出令人兴奋的数字。最后的结果就如于敏事前所料。在场的人都很兴奋。接着,于敏同大家一起商量,临时又加算了一个材料比例不同的模型。结果也不坏。11月3 日,计算了另一个模型,也取得了完美的结果。至此,两类共三个模型的计算结果表明,只要能驾驭原子弹能量,我们就可以设计出百万吨级的氢弹来!

在华东计算技术研究所主楼五层东侧的大教室里,13研究室的全体出差人员安静地坐在大黑板前,准备听于敏的学术报告。蔡少辉先向大家简要介绍了上述两类三个模型的计算结果和特点。写在黑板上的数据,立即引起了大家热烈的议论。

在大家殷切的期待下,于敏走上讲台给大家做“氢弹原理设想”的学术报告。他先向大家介绍了新模型的设计思想。他说:“过去大家都很重视对原子弹的压缩,现在看来,热核材料的压缩更重要。”接着,于敏列举了物理小组陈辅之等人最近算的一个理想模型的结果,当人为地把热核材料压缩度提高一倍后,加强弹的烧氘量和威力都大幅度地增加了。于敏强调说:“要实现这么大的压缩度,靠炸药不行,要靠原子能!”

于敏在指出了以前理论部在北京的学术报告会、讨论会和鸣放会上有人提出过用原子弹能量的这样或那样的朴素猜测之所以不能实现的原因以后,又详细论证了原子弹能量的利用和两级氢弹构形等一系列问题。

来听学术报告的不少人是抱着对于敏的设想感到新奇,对计算结果感到意外而来听讲的。随着于敏报告的深入,大家随着他那深入浅出的语言,严密的逻辑思维,无懈可击的推理和充分的论据进入了氢弹王国。于敏的大胆设想和他坚实的基础理论知识,使大家由衷地信服、钦佩。

这时,大家极为兴奋,群情激昂,认为经过多年的苦苦探索,今天终于抓住了使热核材料充分燃烧的关键因素和创造这些因素的技术途径了。

报告会以后,孙和生主任把蔡少辉、彭清泉两位副主任及各位小组长找到一起,同于敏一起开会研究决定:加强型三相氢航弹的优化设计是上级布置的任务,必须继续抓紧完成;同时,抽调物理组的几位同志和蔡少辉一起,配合于敏另外开辟一条突破氢弹新原理和技术的途径;立即启动大型计算机程序的编制工作,以适应突破氢弹新原理工作的需要。

此后,蔡少辉和彭清泉一起研究了计算机程序的编制问题,并抽调相关科研人员开始编制程序工作。在北京的九院理论部12研究室也派出人员前来支援。经过大家废寝忘食、夜以继日的努力工作,以惊人的高速度,使程序于11月14日投入使用。

另外,氢弹新原理小组也在于敏的领导下向纵深发展,战果也扩大了。于敏为了证明氢弹新原理中采用的特殊构形是有充分的理论根据的,就找理论部当时也在华东计算技术研究所出差的“蒙特卡罗”

小组的组长吴翔,请他计算一个问题。于敏把想要计算的问题和设想仔细地说了一遍后,问吴翔:能不能用蒙特卡罗方法把它计算出来。吴翔回答:可以。于是,吴翔和同小组的同志们放下原来的工作,着手进行这一问题的计算机程序编制。经过他们一个多星期的奋战,完成了平常需要1 一2 个月的时间才能完成的程序设计工作。

随后,吴翔等人上计算机进行了三天三夜的计算。由于小组里从事物理分析的人只有吴翔一人,他在机房里坚持了三天三夜,最后累得连站着的时候都会睡着。

于敏也常抽时间到机房同吴翔一起分析计算出的纸带。但是,他们计算出的结果有问题。于是,吴翔等人忍着极度疲劳又开始了几天新的战斗,彻底检查了编制的程序,找到了原因,修正了程序。经过新的计算,只用了几个小时,就得到了最后结果,证明于敏用原子弹引爆氢弹主体的具体方案是切实可行的。为了使结论万无一失,于敏又根据对氢弹新原理的物理过程的定性分析,鼓励昊翔等人考虑把复杂的物理问题作近似处理,编制出抓住物理实质又简化计算的程序。吴翔等人按于敏的要求做了。这些工作为后来编制氢弹工程设计所需的定量计算软件做好了充分的技术准备,并成为理论部重要的设计工具。

在此期间,孟昭利参加的小组也经过大量计算不断改进氢弹主体压缩的近似条件,最后得到了一个很好的解析函数描述的氢弹主体接收辐射能的边界条件。

此后,氢弹新原理小组在于敏的领导下继续做了许多工作。经过这一段时间的系统工作,发现了一批重要的物理现象和规律。这些规律对随后的氢弹物理设计和核试验诊断都有重要的指导意义。

于敏把各方面的研究成果归纳整理成从氢弹初级到能量传输到氢弹次级的原理、材料和构形基本完整的氢弹物理方案以后,又一次向大家做了学术报告。于敏逐一分析了氢弹反应各个过程的现象、规律和物理因素,描绘出一幅氢弹反应过程的比较完整的物理图像。做完报告后,会场上一片欢欣,大家兴奋的心情再也无法按捺。立即有人嚷着提议:“老于请客!”有人也跟着喊:“老于请客!老于请客!”于敏高兴地马上答应:“我请客!我请客!”

11月下旬,突破氢弹原理的电话用暗语打到北京后,邓稼先主任第二天就飞至上海。一到嘉定,邓稼先立即听取了于敏等人的汇报,并与大家一起通宵达旦地分析计算结果,详细讨论技术问题。他对新原理表示首肯,和大家的心情一样兴奋,可说是欢欣鼓舞。

当时大家的工资都很低,除于敏以外,几乎每人的月工资不是46元,就是56元,个别人是62元。于敏是副研究员,月工资180 元左右,但他的家庭负担较重,经济上不很宽裕。邓稼先若不在场,通常是于敏请客;如邓稼先在场,则必定是老邓请客。那时,九院理论部上下关系融洽,部、室主任都很平易近人,普通科研人员从不叫他们的官衔,一律以“老邓”、“老于”、“老周”、“老黄”等等相称。邓稼先是三级教授,工资略高一些,月工资230 元上下,无家庭负担,乐意请客,大家都亲切地把他当成“财神爷”。

这次大家一见到老邓来了,都欢呼雀跃,要他请客。于敏也跟着凑热闹说“财神爷”到了,要老邓搞劳大家。晚上,邓稼先在一家餐馆请大家美美地吃了一顿螃蟹。

邓稼先原打算只在上海停留三天,以便赴青海221 厂参加12月10日前后召开的九院科研、生产两年规划会议,研究确定1966年至1967年的工作任务,现在他决定在嘉定多留几天。他不仅详细地与大家讨论了氢弹新原理,还十分满意地听取了两个月来大家在加强型三相氢航弹优化设计工作上所取得的进展。当他听说优化设计中有的模型威力可以达到83万吨TNT 当量时,他要求再加大。科研人员上设计了一个威力更大的模型,并上计算机计算:邓稼先同科研人员一起上机计算结果,结果很好。他要求孙和生组织大家把在上海所取得的重要成果赶决整理好。

12月初,邓稼先与孙和生一起把于敏他们在上海发现的有关物理现象、规律和突破氢弹原理的设想方案等重要成果带回北京。于敏留在上海,带领大家继续深入研究。

几天后,于敏也奉调回北京汇报,吴翔等人一同回到北京。留在上海的研究人员,在蔡少辉副主任的组织下,继续深入研究氢弹原理,并在物态方程小组的研究人员帮助下,用较为严格的状态方程进行计算。随后,他们对加强型三相氢航弹的优化设计工作进行总结,开始编写科研报告。1966年1 月4 日,他们终于带着在上海奋战了近100 个日日夜夜的丰硕成果回到北京。

1967年6月17日,中国第一次实战化氢弹试验成功:当量330万吨

于敏等回到北京后,向理论部的研究人员和上级领导作了多次学术报告,详细汇报了在上海的工作进展和氢弹新原理设想方案。吴翔也作了氢弹引爆方案的论证报告。邓稼先组织理论部具有各方面专长的专家和研究人员对这个设想方案进行了反复的讨论和推敲,分析技术难点,寻求解决的途径。大家补充了一些非常好的重要改进意见,不但提高了原子能的利用率,而且克服了爆轰过程中出现的一些不利因素,使氢弹原理理论设想方案更臻于完善。当时大家估计这就是突破氢弹的技术途径。

这个氢弹原理理论设想方案的基本思想是:氢弹是把热核装料(通常用氘化锂-6)

加热到高温发生聚变反应,在瞬时释放出巨大的能量。发生聚变反应的先决条件是高温、高密度。要使热核装料燃烧充分,必须使燃烧区的高温维持足够长的时间,这就需要创造一种自持聚变反应的条件,这个条件要由原子弹爆炸来创造。

因而,氢弹包含有初级和次级两个部分。

用来为自持聚变反应创造条件起引爆作用的原子弹爆炸装置,称为“初级”或“扳机”(后来我们又把它称为引爆弹)。使热核装料发生聚变反应释放出能量和中子并诱发铀一238 外壳发生裂变反应释放出更多能量的氢弹主体部分,称为“次级”或“被扳机”(后来我们又把它称为氢弹主体)。高威力氢弹爆炸时释放的巨大能量,主要来源于氢弹主体部分。

从以上较详细的文字叙述里可以看出,氢弹原理理论设想方案的诞生不是偶然的,是原子能研究所轻核理论组和九院理论部的科研人员,前后历时近5 年时间弹精竭虑地探索和研究的结果,是集体辛劳和智慧的结晶。集体是由若干人组成的,没有每个人的努力和奉献,集体成果便空无一物。从氢弹理论研究的历程中我们可以清楚地看出,无论是在氢弹的基础理论探索研究方面,还是在氢弹原理的突破方面,于敏同志都起了极为关键的作用,做出了重大贡献。他作为中国氢弹理论研究集体的突出代表是当之无愧的。彭桓武、邓稼先、周光召、黄祖洽、秦元勋、江泽培、周毓麟、何桂莲等等,也都在氢弹理论和氢弹原理的突破工作中做出了重要贡献。

刘杰部长12月初在北京获悉九院理论部已突破氢弹原理后,喜出望外。正在青海221 厂主持“四清”社会主义教育运动的刘西尧副部长得知氢弹原理已经被突破的消息后,也很高兴。他在征得刘杰的同意后,立即指示九院副院长吴际霖,要在即将召开的该院科研、生产两年规划会议上优先讨论研究新突破的氢弹原理。

12月8 日,九院副院长彭桓武在青海221 厂召集院内的专家开会,研究论证了于敏等人新突破的氢弹原理理论设想方案。

与会专家认为没有理由对此方案表示怀疑,它很可能成为突破氢弹的重要途径。

9 日至10日,吴际霖主持召开了九院1966一1967年核武器科学研究与生产两年规划讨论会。参加会议的有二机部副部长刘西尧、李觉,国防科委二局局长胡若暇,九院副院长王淦昌、彭桓武、郭永怀、朱光亚、陈能宽等,邓稼先、周光召、于敏和理论部的部分研究人员,以及九院所属各大部门的专家和行政领导人。于敏向与会者详细介绍了利用原子弹作为“扳机”(“初级”)来引爆“被扳机”(“次级”)的两级氢弹原理理论设想方案,以及实现该方案所必须解决的关键技术问题与结构问题,初步提出了对爆轰实验、加工制造、核测试诊断等方面的要求,并回答了大家提出的问题。会上还与各大部门的专家一起对该方案涉及的各方面的问题进行了仔细研究讨论。会上除个别同志对该方案有一些疑虑外,都认为于敏报告的方案从基本物理规律上判断是合理的、可行的,前景乐观,比加强型三相氢航弹的方案优越得多,应该作为首选方案。但因该方案还没有经过核试验的检验,尚无充分把握,而加强型三相氢航弹的方案虽然体积比较大、比较重、聚变份额比较低,但它的结构简单,已经过多年的探索,理论上、技术上都比较有把握,故此方案的研究试验工作也不应该放松。

会上,刘西尧当机立断,建议:突破氢弹,准备两手,以新的理论设想方案为主;同时不放松三相氢航弹的研究和试验的准备工作。他的建议得到与会者的赞同。会议决定,按照新的理论设想方案组织理论、实验、设计、试制等方面的力量,加速准备试验工作,要求尽快确定两级氢弹的理论设计方案,力争在1966年底前后用铁塔爆炸方式进行一次减威力的两级氢弹原理试验。在不影响这次核试验目的的前提下,设计中要尽可能采用已有的部件和已成熟的技术。会议还对继续进行加强型三相氢航弹的研究试验工作做了安排,并安排了九院1966 一1967年核武器科研、生产两年规划,报请二机部批示。

报告在讲到突破氢弹技术关键的问题时说:按原定计划作为突破氢弹的第一步,拟首先进行一次含有热核材料的原子弹试验。这次核试验的准备工作正在积枢准备,可以在!966 年6 月以前做好准备,1966年6 一7 月进行试验。在这次核试验的基础上,原拟在1967年内进行一次威力为50万吨TNT 当量的内爆原理的三相(裂变一聚变一裂变)氢航弹试验,经过最近半年的理论研究,若采用爆速高的高效炸药,核材料除用浓缩铀、氘化锂-6和天然铀以外,增加几千克杯-239,爆炸威力则有可能突破百万吨TNT 当量。这样就有可能跳过50万吨级的这一步,力争将厉定1968年底以前进行的百万吨级初级的氢弹试验提前在1967年底或1968年上半年进行。目前,这方面的各项研制工作正在进行中。

接着,报告在讲到氢导弹头的研制与探索工作进展情况时说:上述三相氢航弹虽然威力可以达到百万吨级,但是体积比较大,比较重,离导弹头所要求的还有较大差距。为了掌握先进的氢弹技术,一年多来,以毛主席的著作《实践论》、《矛盾论》为武器,进行了反复的探索与研究。最近提出了一种新的设想,利用原子弹(“扳机”)释放的原子能来引起热核装料(“被扳机”)发生聚变、裂变反应,即将“扳机”所释放出的原子能的一小部分,造成“被扳机”的强烈压缩,从而引燃热核反应释放出百万吨TNT 当量以上的能量,聚变能量所占的份额,可提高到30% 左右。由于利用了原子能,这种氢弹装置体积可以缩小,重量可以降低。这种设想,从基本规律上看是合理的,但因一系列技术问题必须通过实践才能弄清楚,必须通过试验来逐步摸索解决。因此从现在起,即抓紧安排必要的理论试验等研究工作,尽可能利用现有部件、成熟的技术及其他形式,力争

在1966年底前后进行一次“扳机”试验。试验方式初步考虑从铁塔上爆炸较为适宜。具体计划需待理论试验工作进一步落实后再行提出。如果这次核试验取得成功,就可以进一步安排在1968年内进行一次这种类型的核装置的百万吨级TN丁当量航弹试验。由于这种类型的核装置目前还只是一种设想,而内爆型三相氢航弹在技术上比较成熟,因此我们打算,在突破氢弹技术关键上两手准备,以研制这种新的设想的核装置为重点,同时抓紧安排落实内爆型三相氢航弹的试验。

为了加快实验研究,突击完成629 装置全部的爆轰模拟实验,4 月7 日,九院领导研究决定,把实验、理论和设计人员组织起来,在实验部成立了第二研究室,由陈常宜为主任,陶祖聪、赵维晋为副主任。刘西尧和朱光亚、王淦昌、陈能宽等对这个室的工作进展情况给予了更多的关注。

在陈常宜、陶祖聪、赵维晋的具体组织下,张寿齐、李杰山、周创志等二室的研究人员通过大量的缩小比例的、不同代用材料的爆轰模拟实验,采取了巧妙办法,解决了系统保护这一主要技术难关。

在进行一系列爆轰模拟实验中,由二室科研人员黄世明等负责研究的X 光透视照相诊断技术,有效地观测到了系统结构破坏的过程。

就在此时,核试验基地、九院、空军等单位遵照中央专委的要求完成了含有热核材料的加强型原子弹空中爆炸试验的各项准备工作。这次核试验于5 月9 日16时(北京时间)进行,爆炸成功。结果表明,试验装置的反应过程与理论预计基本相符,氘和氚的热核聚变已经点燃,实现了一定程度的裂变一聚变一裂变反应,只是事先由于理论设计缺乏较确切的与热核材料有关的物理参数和核参数,实测的总威力值与理论预计值相差较大。这次核试验给氢弹理论研究提供了实测数据,加深了对热核聚变规律的认识。

到了6 月上旬,在经过了大量的理论计算和爆轰模拟实验以后,629 装置“扳机”的理论设计方案初步确定。随后,九院立即安排“扳机”各部件的结构设计与加工和“扳机”整体爆轰出中子实验的各项准备工作。进行“扳机”整体爆轰出中子实验是为了进一步验证此前进行过的缩小比例、代用材料、局部爆轰模拟实验所得结果的正确性,也是629 装置“扳机”能否在正式加工生产后参加核爆炸试验的一次验收性鉴定试验。经过认真准备,1966年8 月19日和9 月8 日,九院先后进行了两次1 :1 尺寸的局部爆轰实验,并最后于11月12日晚成功地进行了一次1 :1 尺寸的整体爆轰出中子实验。实验结果非常理想。至此,氢导弹头“扳机”试验的方案最后被肯定。

九院理论部的研究人员,在配合爆轰模拟实验确定629 装置“扳机”理论设计方案的同时,还进行了629 装置“被扳机”的理论研究计算工作。为了争取时间,“被扳机”的设计是按尽可能采用加强型原子弹的热核材料部件,其他许多设计细节问题则不准备在这次核试验里同时解决的思路进行的。为了清楚计算从原子弹“扳机”爆炸传送能量给“被扳机”这一重要过程,九院理论部的数学工作者,根据当时的计算条件,发展了计算方法,在二维计算程序的编制中做了很出色的工作。物理与力学工作者研究了热核聚变反应过程中各阶段的物理图像和发展规律,论证了“扳机”爆炸对“被扳机”的作用和影响,研究了部件的配置与能量释放的关系。经过几个月的不懈努力,到11月,从理论上解决了这个问题,确定了629 装置“被扳机”的理论方案。

1966年12月28日12时,在聂帅亲自主持下,629 氢弹装置按时爆炸。

在距爆心以西23千米的参观点处,于敏从护目镜中看到了氢弹装置爆炸瞬间较亮的闪光。闪光过后,于敏马上摘下护目镜,看到半球形的火球在膨胀并上升。

几秒钟后,火球变成棕褐色的烟云并连同地面的尘柱一起上升,开始形成蘑菇状烟云,并听到了春雷般的巨大爆炸响声。此时,于敏从核爆炸景象上看,心里有了一些底,但在拿到速报结果之前,他悬着的心仍然不能完全放下,因为他还不能断定试验是否非常圆满。

聂帅看到了翻滚着的蘑菇状烟云向上升起的时候,他向在场的科学家、基地的领导和指挥部的工作人员握手,表示热烈祝贺。

核爆炸后,根据爆后侦察分队的宏观观察报告,铁塔全部被熔化,地面无明显弹坑,仅残留少量变了形的钢管。塔架周围地面被烧成揭色。距爆心200 米内的建筑物全部被吹光。另外,测试队很快向指挥部报告了速报数据。聂帅、张震寰、张蕴钮、李觉及九院的领导与专家和程开甲及核试验基地研究所的专家,一起听取了上述宏观观察和速报数据的汇报。当于敏一听到两个关键的速报数据后,便脱口而出:“与理论预估的结果完全一样!”在于敏像计算机般精密的脑子里,装着一大堆重要的数据,像这些速报数据,在他的脑子里不知道已经盘桓了多少时候了。此时,于敏已经可以断定,我们掌握的氢弹原理是正确的,设计方案是可行的,氢弹研制中的关键科学技术已获解决。

下午,聂帅在张震寰、张蕴钮等陪同下,乘飞机在爆心附近上空1200米处绕行两圈,察看铁塔残骸和核爆炸后效应试验物受破坏的情景。

这次核爆炸后还取得了大量的测量数据,特别是取得了热核反应过程、氘化锂6 反应速率及聚变威力等重要数据。根据对多种测量数据的综合分析,这次爆炸的威力为12.2万吨TNT 当量。试验取得了圆满成功。

12月28日晚,新华社发表(新闻公报》,宣布中国又成功地进行了一次新的核爆炸;中央人民广播电台也广播了《新闻公报》。(新闻公报》中说:“继导弹核武器试验成功之后,又圆满地实现了这次新的核爆炸,从而把我国核武器的科学技术提高到一个新的水平。”

这次核试验,无论是按照氢弹的三要素—原理、材料、构形,还是以测得的数据及实际结果来看,都是一次名副其实的低威力氢弹地面试验。国外的报刊在当时也评论说这是一次地面塔爆,爆炸威力为20万一30万吨TNT 当量,是一次初步的氢弹试验。美国原子能委员会在1967年对中国前6 次核试验的估计中还认为,这次试验的当量故意受到限制,以便使落在中国境内的放射性尘埃保持在可接受的程度之内。因为二机部在制定1966一1967年核武器研制两年规划时是以突破氢弹为重点,目标是要研制出重量轻、体积小、威力大、可以上导弹头的百万吨级的氢弹,而这次氢导弹头“扳机”核试验的主要目的是通过实践来检验我们自己探索到的氢弹原理是否正确、技术上是否现实可行,所以,在《新闻公报》中对这次氢导弹头

“扳机”核试验只宣布是中国“又成功地进行了一次新的核爆炸”。实际上,这是中国的首次氢弹原理试验,也就是一次成功的氢弹试验。由于有意识地限制了它的爆炸威力,所以也可以称作减当量的氢弹试验。因此,1966年12月28日实际上就是中国氢弹试验成功的日子。它距中国第一颗原子弹爆炸,仅相隔2 年2个月。这次试验的圆满成功,表明中国已掌握了氢弹原理,氢弹研究中的关键科学技术已获得解决,标志着中国核武器技术迈上了一个新台阶,它是中国核武器发展史上的第二个里程碑。

世界上习惯于用从原子弹到氢弹按其原理试验的年、月时间间隔来衡量比较各国早期核武器的发展速度。从第一次原子弹爆炸到第一次两级氢弹试验成功,美国用了7年3个月,英国用了5年6个月,苏联用了6年3个月,法国用了8年6个月。中国从1960年底开始探索氢弹原理;1964年10月原子弹试验成功后,氢弹攻关力量得到加强,只用了2年2个月,就成功地进行了两级氢弹原理试验,实现了太祖主席提出的“氢弹也要快”的要求。中国的发展速度是世界上最决的。

1967年6 月17日8 时20分,我国第一次氢弹(航弹)实验爆炸成功,爆炸威力达到了330 万吨TNT 当量。从原子弹到氢弹,美国用了7年零3个月,苏联用了6年零3个月,英国用了4年零7个月,法国用了8 年零6 个月,而一向被认为是贫穷落后的中国,只用了2年零8个月就爆炸了空投的氢弹,不仅在全世界时间最短,而且赶在法国前面。这再一次证明,外国人能办到的事,中国人也一定能够办到,而且能够办得更好。.

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