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科技人物|朱建士院士|回忆中国核武器自力更生的艰辛历程

2023-08-24   科普青岛   阅读量:270

    我于1958年从北京大学毕业以后,就加入负责核武器研制的二机部九局,从第一颗原子弹的研制到1996年进行的最后一次核试验,可以说全程参与了中国核武器发展的历程。

1955 年朱建士在北京大学上学时于北海公园留影

    1958年1月,负责核武器研制的三机部(2月更名为二机部)九局在北京成立,后来成为负责核武器研制、试验、生产整个过程的研究设计院,称二机部九院,即现在的中国工程物理研究院。

    二机部九局成立后,由李觉担任局长,吴际霖和郭英会任副局长。1959年6月苏联毁约后,中央抽调得力的领导骨干开始组建科技队伍,由王淦昌、彭桓武、郭永怀、朱光亚、程开甲等知名专家担任核武器研究机构的技术领导。

    中央组织部分别于1960年和1962年从中科院、全国各地高等院校和产业部门的科研单位选调了两批优秀的科技骨干到九所参加原子弹的攻关。同时在九所组建理论部、实验部、设计部和生产部,分别负责产品的理论设计、非核部件性能实验、工程结构设计及场外试验(核试验)、加工生产和装配。

    1962年,为加强设计、试验工作的技术指导,又设置了产品设计、冷实验、场外试验与中子点火共四个技术委员会。

    1958年9月,第一批大学毕业生分配到理论部,被大家称为“娃娃博士”的理论部主任邓稼先就带着这群年轻人,从最基础的三本书学起,艰难地摸索着现在看来已是常识的一些基础理论知识。

    1960年4月,第一颗原子弹的理论设计正式开始。当时进行总体力学计算的,只有3个学力学、3个学数学的大学生和一些科辅人员,他们在4台半自动的电动计算器上,开始了特征线法数值计算。

    经过20多天的奋战,取得了第一次计算结果。由于缺乏经验,差分网格取大了,没有体现出几何形状的特点,但从中却发现了一些新的物理现象。大家分析后认为,这些新问题的出现是合理的,进而提出了3种解决方法,为此又进行了3次计算,即第二、三、四次计算。

    3次计算所得结果十分接近,但其中一个很重要的数据却和1958年7月苏联专家说的不符合。经过反复验证和讨论,又提出了3个重要的物理因素,建立了3个数学模型,进行第五、六、七次的计算,其结果和前三次的结果一样,这就促使我们对苏联专家的那个数据产生了疑问,但大家又不能轻易否定它。

    这时搞爆轰物理状态方程的科技人员提供了高低压两套重要的数据,大家选出一个最佳的数学模型又不厌其烦地进行了第八、九次计算,结果仍然一样。

    1961年年中,年轻的物理学家周光召调来理论部任第一副主任,他仔细分析了九次计算的结果,运用炸药能量最大功原理,从理论上证明苏联数据不可能,证明我们用特征线法作的九次计算的结果是正确的。

    “九次计算”历时半年多,计算稿纸一麻袋一麻袋地堆满了房间,人们终于摸清了原子弹爆炸过程的物理规律和诸多交叉作用因素的相互影响,为理论设计奠定了基础,为武器设计培养和锻炼了人才。

    在彭桓武的建议下,研究人员每个星期召开一次专题研讨会,对难题“会诊”。他认为,研制原子弹离不开集体的智慧和力量。当时,核武器研制队伍中时时召开“鸣放会”,大家集思广益,知无不言,充分发扬科学民主。他器重和喜爱那些年轻的科技人员,总是鼓励年轻人谈出自己的看法,从不同的意见中吸取每一点有价值的东西。

    彭桓武运用强有力的理论手段完成了原子弹反应过程的粗估计算,为掌握原子弹核反应的基本规律与物理图像起了重要的作用。他回忆说:“我们穷人有穷人的办法,想了些窍门,可能计算上比人家省些时间。”

    从1958年到1960年间,邓稼先和理论设计人员进行了两年的理论工作准备,在获得了关于爆炸力学、中子传输、核反应和高温高压下的材料属性方面的大量数据后,准备进行原子弹的实际设计和造型。

    1961年初,探索预研阶段已经完成,所领导要求在两年内掌握关键的技术原理,基本完成原子弹的理论设计。于是,一切工作都在紧锣密鼓地进行。

    实验核物理专家王淦昌和实验部主任陈能宽负责非核部件的研制实验(爆轰试验)。

    在进行第一颗原子弹理论设计的同时,开始着手进行爆轰试验。长城脚下的17号工地,原本是工程兵的靶场。这块荒凉的土地见证了中国原子弹最初级、最艰难的爆轰试验。

    这个30多人的小组由陈能宽直接带领,摸索浇制由不同类型炸药组装的“透镜体”。首先遇到的障碍是各种不同类型炸药的构成问题。火工品专家、实验部副主任钱晋组织了高能炸药会战,研制出了高能炸药和电火花雷管的新品种。

    为给爆轰试验提供炸药部件,技术人员利用一台普通锅炉,向部队借了几只熔药桶,自己动手熔化炸药。蒸汽熔化的炸药,气味难闻,毒性也大。雾腾腾的粉尘和蒸汽充满整个帐篷。但越是这个时候,越需要尽快搅拌,才能使炸药部件密度均匀。他们冒着危险浇铸出了第一批合格的炸药部件。

    后来,俞大光副教授帮助设计了炸药的多路同步点火装置。陈能宽带着小组成员以不同配方的高能炸药,采用不同的浇铸模型,设计了一系列系统化的实验,从中挑选了一些特殊的化学炸药,拟定几个可供选择的模型来浇铸和装配炸药透镜体。周光召计算了这些炸药的最大爆炸力。另外几位科学家把这些数据用于临界和超临界的能量释放的计算。

    对各项设计方案进行真实试验的选择工作花了好几个月时间,王淦昌亲自指导制造第一批试验用部件;陈能宽用手算多次核对了全部数据。到1960年4月,他们造出了第一批火工样品。此后,先后生产10000个供试验使用。科研人员经常顾不上休息,一天之内做10多次试验。1962年9月初,终于完成了第一颗原子弹的炸药配件。

    核武器研究所两位技术领导郭永怀和程开甲,负责场外试验。场外试验涉及到结构设计、强度计算和环境实验等任务,郭永怀一方面为科研人员传授爆炸力学和弹头设计的基本理论,另一方面致力于结构强度、结构传力路线、气动特性、振动和冲击等方面的研究,加速建立自己的实验室,组织开展大量的实验。

    核装置的结构设计如何确定?科研人员通过直接参加爆轰试验,深入了解试验要求,与实验人员共同分析试验数据,并结合日后武器化的需要开展设计,先后完成了两种可供试验的方案。

    中子点火委员会由彭桓武和朱光亚担任技术领导,负责点火中子源的理论研究和设计。

    点火中子源是引发原子弹产生链式反应的重要部件,它的作用很关键。为了寻找合适的中子源,当时准备了3套方案,即内爆中子源、钚铍源和中子管,以内爆中子源为主攻方向。

    制备内爆中子源的材料氘化铀,遇到很多困难,要解决纯度、含氘量、颗粒度等要求很高的氘化铀粉末研制、金属外壳的加工和封装以及中子源质量检验等技术难题。王方定工程师和一些年轻的科技人员经过几个月日夜奋战,进行了200多次的化学实验。他们的工作环境极其恶劣,当年房子里没有空调。在炎热的天气往往使装着危险性物质的容器变形,很不安全。在实验不顺利时,王淦昌、彭桓武和朱光亚几次来到实验室,帮助他们分析并提出建议。

    在钱三强和何泽慧的指导下,其他两个方案的研究也同时进行。包括测量中子能量、安排关键性实验和制造点火装置组件,这些任务也逐一地完成了。

    产品设计技术委员会由吴际霖和设计部主任龙文光负责,主要任务是组织完成原子弹的工程设计任务。原子弹试验装置的零部件加工精度要求高,有的部件形状特殊,成型、加工都很困难。第一生产部、第二生产部按照设计要求在极端困难和紧迫的条件下,完成了大量的实验所需零部件的加工生产,保证了各类分解实验和大型试验的进度要求,最后提供了合格的核试验产品。

    来源:中国科学家

朱建士
中国工程院院士
流体力学专家