橫空出世——中國突破氫彈原理的祕密

橫空出世——中國突破氫彈原理的秘密

1967 年6 月17 日8 時20 分,新疆天空上出現兩個“太陽”。

50年前的羅布泊荒原上,一團炫目的光芒在天空綻放,見到的人們曾稱這一奇特景觀為“兩個太陽”——這一天是1967年6月17日,中國在羅布泊核試驗基地成功地爆炸了第一顆氫彈。

舉世震驚。

更加令西方世界驚訝的是中國核技術的進步速度:從第一顆原子彈試驗成功到第一顆氫彈,美國用了七年零三個月,蘇聯用了四年,英國用了四年零七個月,而中國,僅用了兩年零八個月。

沒有任何資料,沒有來自其他國家的任何幫助,中國的科學家在如此短的時間裡研製出了氫彈。對西方國家來說,這種驚人的速度是一個科學奇蹟,更是一個不解之謎。

實際上,若以突破和掌握氫彈原理的時間點來衡量,中國的腳步更會讓西方瞠目。在公開宣佈氫彈爆炸成功半年前,1966年12月28日,中國已經成功進行了氫彈原理試驗。兩年零兩個月,中國核技術就從原子彈跨越到了氫彈。

1967年爆炸的第一顆氫彈,更嚴格的定義是第一顆氫彈空投試驗。50年過去,隨著許多歷史細節的逐步解密,我們得以瞭解那一段中國人民的奮鬥史詩。

“原子彈要有,氫彈也要快”

1967年6月17日,羅布泊核試驗基地上空。一架轟炸機打開腹艙,一顆炸彈拖著降落傘,向著預定投彈點急速墜落下去。

8時20分,炸彈降到距地面2930米的高度,只聽一聲巨響,閃出一道熾熱的白光,天空隨即翻騰起熊熊烈火,傳來滾滾的雷鳴聲……紅色煙塵向空中急劇翻卷,愈來愈大,火球也愈來愈紅,火球上方漸漸形成了草帽狀雲霧,與地面捲起的塵柱形成了巨大的蘑菇雲。

此刻,正是羅布泊地區旭日東昇之時。只見地平線上出現了兩顆火紅的太陽,一顆在上,一顆在下,上面那顆強烈的光芒,使另一顆黯然失色。這蔚為壯觀的景象,撼人心魄。

這是一顆人造“太陽”,它的光亮比1000個真正的太陽還亮。

中國的第一顆氫彈爆炸成功!

這則消息像爆炸的衝擊波一樣震撼了世界。

日本的通訊社報道了當天晚上長安街上的情景:18日零時左右,天安門前的長安街燈火輝煌,那裡自發聚集了大批敲鑼打鼓的遊行隊伍,市民們為第一顆氫彈的爆炸歡呼雀躍,政府甚至不得不出動大批交警來疏導人流,保證安全。

橫空出世——中國突破氫彈原理的秘密

我國氫彈爆炸成功以後,北京市民搶閱人民日報喜報。

英國《每日簡報》在6月19日發表的評論中說:“他們有7億人,而現在他們有了一顆氫彈了。”

中國是世界上第五個擁有原子彈的國家,而中國第一顆氫彈的成功爆炸卻搶在了法國前面,成為世界上第四個擁有氫彈的國家。

美國第一個造出了原子彈,也第一個造出了氫彈。1942年,美國科學家在研製原子彈的過程中,推斷原子彈爆炸提供的能量有可能激發大規模的核聚變反應,並想以此來製造一種威力比原子彈更大的超級核彈。

1945年7月,美國試爆了人類歷史上第一顆原子彈,並很快把原子彈扔到了日本的廣島和長崎。

7年後,美國在太平洋上的恩尼威托克島試驗場進行氫彈試驗。美國人把一個重達62噸的試驗裝置放在60餘米的鋼架上,以液態氘作為核聚變原料,用冷卻系統使氘處於極低溫,這是人類第一次氫彈原理試驗,但這個裝置太過巨大,並不具備實戰價值。

蘇聯是第一個成功把氫彈實用化的國家。1949年8月,蘇聯原子彈研製成功,四年後宣佈氫彈試驗成功,當量40萬噸。美國不甘其後,1954年3月1日,美國的第一顆實用型氫彈在比基尼島試驗成功,實際當量躥升到1500萬噸。

隨後,在美國幫助下,英國也在1957年5月15日進行了第一次氫彈實驗。

法國在1960年試爆了第一顆原子彈,比中國早了四年。氫彈研製的前三國,排名和研製原子彈的順序一樣,但第四個研製出氫彈的國家,打破了這個順序。

20世紀80年代,曾有一位來訪的法國科學家告訴中國同行,中國第一顆氫彈爆炸的消息傳到法國後,時任法國總統戴高樂大發雷霆。他把原子能總署的官員和主要科學家叫到他的辦公室,拍著桌子質問為什麼法國的氫彈遲遲搞不出來,而讓中國人搶在前面了。在場的人都無言以對,因為誰也解釋不出中國這麼快研製出氫彈的原因。

在中國成功爆炸第一顆氫彈一年以後的1968年8月,法國才成為了世界上第五個擁有氫彈的國家。

前五個擁有原子彈的國家中,無論經濟和科技,中國基礎最弱,底子最薄,起步也最晚,但中國人想做的事,就一定能夠做成。

早在1958年6月21日的中央軍委擴大會議上,毛澤東就提出:“我們要搞海軍……空軍搞得強一點。還有原子彈,聽說就是這麼大一個東西,沒有那個東西,人家就說你不算數。那麼好,我們就搞一點。搞一點原子彈、氫彈、洲際導彈,我看有十年功夫是完全可能的。原子彈要有,氫彈也要快。”

1964年,中國第一顆原子彈的試爆成功,已經讓世界震驚了一次。而中國人的志氣,遠不止於此。

作為核武器的一種形式,氫彈是利用原子彈爆炸的能量點燃氘、氚等輕核的自持聚變反應,瞬間釋放巨大能量,又稱聚變彈或熱核彈。氫彈並不是原子彈的“加強版”,它有自己完全不同的原理,而這套理論的建立完完全全依靠中國人自己的探索。

事實上,中國關於氫彈的研究工作,早在第一顆原子彈爆炸之前好幾年就已經秘密地展開了。

理論先行

1960年12月,一個寒風凜凜的早晨。

中國原子能科學事業的創始人、中國“兩彈一星”元勳錢三強的辦公室裡,來了一位30多歲的年輕人。他叫黃祖洽,當時是原子能研究所第四研究室的一個組長。

黃祖洽是錢三強和彭桓武兩位“兩彈一星”元勳的得意弟子。他1948年畢業於清華大學物理系,同年報考了剛剛留學回國任教於清華的錢三強的研究生。進入清華研究院,黃祖洽先是跟隨錢三強研製核乳膠,一年後又改跟彭桓武研習理論物理。彭桓武比黃祖洽大9歲,做黃祖洽的導師時剛剛34歲,已是國際物理學界的知名學者。此後,兩人一生保持著亦師亦友的特殊情誼。

錢三強把黃祖洽找來,是給他派了一個新任務——輕核理論組組長。對這個新的小組和組長,錢三強特意叮囑:“你原來那個組叫47組,這個輕核理論組就叫470組,注意保密。”

“輕核理論組”的全稱叫“輕核反應裝置理論探索組”,從這個名字,業內人大概就能把它的任務看出幾分。所謂“輕核”,指的是核子數小的原子核,例如氕、氘、氚、氦等原子核都是輕核。氘、氚是氫彈的“原料”,輕核反應就是核聚變——氫彈的基本原理。

從氫彈的基本原理到實際的氫彈,還差著十萬八千里。彼時,中國的原子彈技術也還在探索之中,但是中國氫彈的理論研究已經先行邁出了腳步。

在1960年時,世界上只有三個國家造出了氫彈。這種終極武器如何打造,自然不能為外人所知。中國的原子能科學家們,只能自己摸索前路。

中國原本有機會走上“捷徑”。按照1957年中蘇簽訂的《國防新技術協定》,蘇聯政府答應在建立綜合性的原子工業、生產與研究原子武器、火箭武器、作戰飛機、雷達無線電設備以及試驗火箭武器、原子武器的靶場等方面對中國政府進行技術援助。根據這個協定,蘇方應該在1958年內先向中方提供一個TNT當量為4萬噸的鈈裝料原子彈的樣品及相關的技術資料。

時任二機部部長的劉傑,曾是1957年簽訂中蘇《國防新技術協定》時的中國代表團成員。他曾撰文回憶,在協定的文本中,他清楚地看出,蘇聯準備提供給中國一種氫加強的實彈樣品。不過,那仍是原子彈,並非氫彈。而且這個氫加強實彈樣品和4萬噸的鈈原子彈樣品一樣,最後都沒有兌現。

蘇聯找種種藉口拖延履行條約規定的原子能工業援助項目,直到1960年撤走了全部蘇聯專家。

中國原子能工業建設和原子彈的研製工作,從蘇聯援助轉向了全面自力更生。“老大哥”的支援沒有了,但中國有的是自力更生的成功“經驗”。

蘇聯專家在中國時,劉傑曾多次找機會向二機部的蘇聯專家組組長詢問氫彈和原子彈的差別。但對方的回答都是“不清楚”、“不知道”。看來,即便是在中蘇關係“蜜月期”,蘇聯在氫彈技術上也對中國嚴格保密。

到1960年底時,中國原子彈的研製已漸漸有了眉目,重大科研攻關進展順利。劉傑和錢三強商量,氫彈研製高度複雜,預研工作必須立即啟動,宜早不宜遲;他們商定,氫彈預研工作由錢三強全權負責,在原子能所開展預研工作,目標是在氫彈的理論探索工作上先行一步。

當時,原子能所由二機部和中科院雙重領導,是我國原子能事業科學研究的發祥地,可謂藏龍臥虎。但是,原子能所的大部分研究人員都已承擔了第一顆原子彈的研製任務,每個人的任務和壓力都很大,難有多餘精力放在從零開始的氫彈理論的預先研究上。在這種情況下,錢三強決定在年輕人中物色人選,組建氫彈理論預研隊伍。

這支隊伍就是輕核理論組。剛成立時,輕核理論組只有黃祖洽、蔡少輝、薩本豪、劉憲輝等同志。不久,擅長粒子物理的何祚庥也加入這個組,並參與業務領導。此後又逐步增加了人員,最多時共有四十多人。

于敏,也是在這個時候被錢三強調來了輕核理論組。

于敏被日本著名物理學家朝永振一郎(諾貝爾物理學獎獲得者)譽為中國的“國產土專家一號”,北京大學研究生畢業,他從未出過國,但研究水平極高,錢三強對他的評價是:“于敏填補了我國原子核理論的空白。”錢三強在北大查檔選人時發現了于敏,1951年就將其調至原子能所。但于敏是“老運動員”,總是在政治運動中挨批,因此難以參加絕密研究。經過錢三強的爭取,于敏得以與黃祖洽一起工作。

參與氫彈研究工作,對於敏來說也是意料之外。

于敏在《艱苦的歲月,時代的使命》一文中回憶:“1961年1月的一天,錢三強先生把我叫到辦公室,非常嚴肅和秘密地告訴我,希望我參加氫彈理論的預先研究。這是我始料不及的事情。錢先生與我的這次談話,改變了我此後的人生道路。”

一個月以後,于敏正式被任命為“輕核理論組”的副組長,那一年,他35歲。

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鄧稼先(左)和于敏(右)。

年輕的探索者們出發的陣地,只是最基本的物理學原理,他們手中的主要兵器只是一張書桌、一把計算尺和一塊黑板,但他們有一顆顆火熱的心和一個個不知疲倦的大腦。

一篇又一篇的論文交到了錢三強手裡,一個又一個未知的山頭被嘔心瀝血的勇士攻克。4年中,黃祖洽、于敏和其他科技人員提出研究成果報告69篇,對氫彈的許多基本現象和規律有了更深的認識。

歷史已經證明,輕核理論組在氫彈理論探索方面先行一步是極為關鍵的一步,為儘快突破氫彈技術打下了基礎,贏得了時間。

花園路三號

在李德元的記憶裡,1963年的夏天格外炎熱。那時的他,剛剛完成了原子彈的理論計算,正準備稍稍放鬆一段時間,卻忽然接到了時任二機部第九研究所副所長彭桓武的電話。

20歲從上海交通大學數學系畢業的李德元,留校教書幾年後被派往莫斯科大學學習偏微分方程。學成歸國後不到半年,李德元便被招入九院,從事關於原子彈的計算工作。

“我學習的偏微分方程是理論數學的一門學科,但是我的工作卻是計算數學的內容,開始可以說是一竅不通,完全靠自己摸索。”此後幾年,作為組長的李德元帶領計算組,一直忙碌於原子彈各項數據的計算工作。

在彭桓武的辦公室,李德元得知,新的任務和氫彈有關。

原子能研究所是二機部和中科院雙重管理的科研機構,原子彈和氫彈的理論探索,是其眾多科研方向中的一個領域。而對九所來說,原子彈和氫彈的研究則是“頭等大事”——九所,本就是核武器研究所。這裡是中國核武器研究的大本營。

“中國核武器的理論研究,彭桓武是舉足輕重的人物。”李德元說。

從清華大學畢業的彭桓武,曾在上世紀30年代遠赴英國愛丁堡大學理論物理系留學。新中國成立後,他離開英國,輾轉香港,回國在條件艱苦的雲南大學當起了物理老師。此後,又分別在清華大學、北京大學、中國科技大學等學校的物理系任教。1952年4月,彭桓武出任近代物理研究所(原子能研究所前身)副所長。

上世紀60年代,蘇聯撕毀了與中國的合作協議,全面撤走專家,停止供給資料設備。1961年4月初,中央決定調彭桓武到九所,充實研究力量,負責核武器物理研究工作。

當時正值原子彈設計的探索階段,可參考的資料極少。

作為核武器理論設計的領頭人之一,彭桓武面臨選擇:他可以像完成一項工程設計一樣完成核武器理論研究與設計,也可以將之視為一項科學研究,深入探討其科學原理、物理規律。彭桓武選擇了後者。

第一顆原子彈理論設計完成後,九所迅速組織力量向氫彈原理的探索轉移。

然而,和李德元一樣,大家都對氫彈幾乎是一無所知。

事實上,即使是李德元他們眼中的“大科學家”彭桓武,在當時也並不知道氫彈是什麼樣子。

李德元回憶,大家為了搞清氫彈究竟是什麼樣,還做過一些現在看來很“蠢”的事,指定幾位同志把好幾個月的《紐約時報》借來,一頁一頁翻,希望能從中找到關於氫彈的蛛絲馬跡,可惜最終什麼也沒有找到。

起初,李德元他們並不知道輕核理論組的存在,不過,倒是時常能夠見到黃祖洽。

據李德元回憶,黃祖洽幾乎每週都會來花園路三號,帶來一些數學模型,由計算組編制程序,在電子計算機上進行模擬計算。

那時,九所還在全力以赴地進行原子彈理論攻關。

在很多文學和影視作品裡,中國的科學家拿著算盤進行原子彈和氫彈的理論計算。李德元說,這並不是實際情況,那種複雜的計算,根本不可能用算盤完成。中國的原子彈和氫彈研製都用上了電子計算機。

1958年,中科院計算技術研究所研製出了中國第一臺半導體大型計算機103機(每秒運算2500次);1959年,中國第一臺大型數字電子計算機104機投入使用,運算速度達到了每秒1萬次。

以今天的標準,普通電子計算機的運算速度以每秒億次為單位,超級計算機能達到每秒幾十萬億次,104機每秒1萬次的運算速度簡直是在“石器時代”,但在當時,這已經是計算機領域的“高精尖”。

北京只有一臺104機,主要的機時要留給九所使用,保證原子彈研究的主戰場,輕核理論組每個星期只能分到十幾個小時。每次都是黃祖洽來上機計算。

非但如此,黃祖洽當時也是“半個九所人”。他在原子能研究所原來研究的是核反應堆,在物理學原理上和原子彈有共通之處,原子彈理論設計負責人鄧稼先就頻頻找黃祖洽討論問題,最後乾脆把他拉去兼差。於是,黃祖洽成了我國唯一一位同時參與原子彈和氫彈研究的科技工作者。他被要求用一半時間在核武器研究所兼職,一方面參與設計原子彈研製所需的“狀態方程”,一方面仍繼續參加氫彈預研。

由此,黃祖洽得了一個“半導體”的綽號——按保密要求,他在原子能所的工作情況可以提供給核武器研究所,以促進他們的工作;但核武器研究所關於原子彈的研製,卻絕不能向外界有丁點透露。

黃祖洽的“半導體”狀態持續到1964年10月,中國第一顆原子彈爆炸成功。九所隨即轉向氫彈研究。於是,中國有了研究氫彈的兩組人馬——原子能研究所的輕核理論組和九所理論部。

中國第一顆原子彈爆炸試驗成功僅一個月後,周恩來總理找來劉傑,聽取氫彈研究的進展彙報。

周恩來問劉傑:什麼時候能夠研製成氫彈?

劉傑回答,氫彈理論的預先研究已經在探索,現在還有許多問題吃不透,大概還得需要三五年時間。

周恩來當時就表示,五年太慢了,要快。

1965年1月,毛澤東在聽取國家計委關於遠景規劃設想的彙報時指出,“敵人有的,我們要有,敵人沒有的,我們也要有,原子彈要有,氫彈也要快。管他什麼國,管他什麼彈,原子彈、氫彈我們都要超過。”

周恩來立刻指示二機部,要儘快提出加快氫彈研製的計劃,並把氫彈的理論研究放在首要位置上,同時注意處理好理論和技術、研製和試驗的關係。

中央研究決定,把原子能研究所輕核理論組和九所這兩方面研究氫彈理論的力量統一起來,集智攻關。

於是,1965年春節過後不久,花園路三號迎來了一批新的客人。

“龍頭三次方”

1965年的北京,北太平莊以北還很荒涼,九所所在地——花園路三號的院子外面是一片片的菜地。

在這個遠離城市燈火的地方,花園路三號院裡的14號樓卻整夜的燈火通明,在寂靜的黑夜中猶如一盞明燈。

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14號樓燈火輝煌。

每每想起14號樓燈火輝煌的一幕,李德元都感慨萬千。在這棟樓裡,中國頂尖的科學家們為了研製氫彈拼搏了兩年多。

1965年1月,二機部決定把原子能所輕核理論組的30多人調入九所,一起攻關氫彈理論。

于敏就是在那時來到了花園路三號。調入九所後,于敏任理論部副主任,而理論部的主任正是大名鼎鼎的鄧稼先。

那時,我國已經掌握了原子彈技術,又通過預先研究對熱核材料和熱核燃燒的有關現象及規律獲得了一些重要的認識,為突破氫彈奠定了比較好的基礎。

“當時,彭桓武號召大家多路探索,任何人都可以提出自己的構想,14號樓充滿了民主空氣。”李德元說。

被稱為“鳴放會”的學術討論會經常在這裡舉行。在14號樓三樓、四樓的大會議室,幾乎每天都有討論。不論大專家還是剛畢業的大學生,每個人都可以走上臺去發言,每個人也可以對別人的設想提出不同意見。

氫彈研究在當時畢竟是一項複雜而嚴峻的工作,李德元說,雖然上級並沒有明確提出氫彈原理突破的時間表,但是從二機部領導們對14號樓的“頻繁光顧”中,大家都能感受到他們心中的急迫。

事實上,為了對中央關於加速研製氫彈等問題所作的指示做出回答,二機部黨委在1965年2月3日重新向中央專委呈報了《關於加速發展核武器問題的報告》,報告中稱力爭在1968年開始進行氫彈裝置試驗,並爭取完成重量1噸左右、威力為100萬噸級TNT當量的熱核彈頭的理論設計,這一目標當時被簡稱為“1100”。

“1100”目標的制定,反映了當時領導和科學家們對氫彈的正確認識,但是就當時理論部已經掌握的氫彈技術來看,距離“1100”這一目標還差得很遠。

據北京應用物理與計算數學研究所高級政工師吳明靜在《一張黑白照片的輝煌記憶》一文中記載:時任二機部副部長的劉西堯,幾乎每週都會來理論部實地瞭解科研進展。

他稱理論部是“龍頭三次方”。他曾對別人說:“搞核武器的龍頭在二機部,二機部的龍頭又在核武器研究所,研究所的龍頭又在理論部,首先要靠他們來探索和突破氫彈原理。”

在此後的兩三年中,14號樓前經常會停著一輛紅色小轎車,一見這輛車,九所人便知道,劉西堯部長又來了。

研究進展不暢,劉西堯就會很著急。一次他在會上大聲說:“各人把兜裡的東西掏出來!”

兜裡的東西,當然就是指研究成果。可是,坐在劉西堯面前的是一批十分嚴謹的科學家,沒有可靠的論據,誰也不會在領導面前誇誇其談。

除了民主大討論,理論部還安排了專家講課,目的是進一步提高科研人員理論水平。彭桓武、鄧稼先、于敏、周光召都為科研人員作報告,在所內掀起了空前熱烈的學習熱潮。鄧稼先等人在那個時期撰寫的等離子體物理的講義至今還留存在九所檔案室。

當時,由於嚴格的保密規定,一張紙片都不能帶出辦公室,更不要說是材料和數據了。

李德元回憶,每天晚上下班前,大家都要把所有材料和筆記本放到保密包裡,統一存放在保密室。連草稿紙都是按張來領取,用完後統一回收再由專人負責燒燬,所以一切工作都只能在辦公室完成,不可能帶回家去做。

也正因為這樣,14號樓永遠人流湧動,不分白天黑夜。所有人都自動加班加點,爭分奪秒,以至於當時的室主任和支部書記有一項重要任務:晚上十點,一定要規勸科研人員下班。

作為組長的李德元每天晚上都要一間辦公室一間辦公室巡視,苦苦勸說科研人員早點回家休息。許多人抹不開情面,假裝離開了,在樓下轉悠一圈,瞅個空子又回到辦公室繼續挑燈夜戰。

李德元說,氫彈的理論研究聽起來很激動人心,實際上十分枯燥單調,“那是一幫子耐得住寂寞的人,整天就是埋頭‘算題’,然後把計算結果細心地一點一點地點在座標紙上供大家討論,很難產生一般電視劇和電影所追求的戲劇效果。”

科學的奇蹟,就是在這日復一日的枯燥計算中誕生的。

從1965年的春天開始,彭桓武讓周光召、于敏、黃祖洽等三位科學家各自率一個研究小組,從不同方向對氫彈原理展開猛攻。但計算結果表明,周光召和黃祖洽的技術途徑都有各自的困難,探索突破氫彈之路一時受阻。

8月27日,理論部召開了全體人員大會,彭桓武認為應該調整突破氫彈的思路和步伐。

眼見氫彈理論研究進行得並不順利,大家討論認為,要達到“1100”這一目標應分兩步走。第一步,先設計轟-6飛機能攜帶的威力在100萬噸左右TNT當量的核炸彈,並爭取在1966年先做幾次大威力加強型核彈試驗。第二步是突破氫彈技術關鍵的問題,設計“1100”能裝到導彈頭上的氫彈。

大會最終決定,理論部的大部分人力在北京利用119計算機繼續探索突破氫彈的途徑,同時由於敏率領第13研究室的一部分研究人員到上海華東計算技術研究所出差,利用該所的J501計算機完成加強型原子彈優化設計的任務。

加強型原子彈雖然含有熱核材料,但是熱核燃燒不充分,只對原子彈的威力起到輔助作用,還不是氫彈。簡單地說,就是利用當時已經掌握的加強型原理,靠拼材料、拼個頭、拼重量的辦法,優化設計一顆飛機載得動的百萬噸級熱核彈頭,儘量達到氫彈的威力。

這其實是迫不得已的應急辦法。

“應急”可不是憑空而來。當時的世界格局,冷戰愈演愈烈,美蘇核軍備競賽節節攀升。蘇聯在1961年試爆的氫彈“沙皇炸彈”(又稱“赫魯曉夫炸彈”、“大伊萬”),當量達到瘋狂的5900萬噸(蘇方公開資料為5000萬噸)。“沙皇炸彈”原設計為1.75億噸當量,不過蘇聯當局憂心試爆後的核子落塵會帶來嚴重的環境汙染以及外交糾紛,因此將核彈縮減為5000萬噸的爆炸威力。“沙皇炸彈”爆炸後,4000公里範圍內的高頻通信,甚至美軍設在阿拉斯加的預警雷達也全部失靈,時間長達20小時。

以此為參照,普通原子彈的核威懾能力就太弱小了。

中國的氫彈研究前路尚不明朗,只能先用加強型原子彈壯壯聲勢。沒想到的是,于敏等人以優化加強型原子彈為目的的上海之行,卻給氫彈研究找到了突破點。

百日會戰

橫空出世——中國突破氫彈原理的秘密

1965 年九院理論部氫彈研製“百日會戰”期間使用的J501電子管計算機。

1965年9月底, “蒙特卡洛研究方法”小組揹著被子、帶著臉盆來到了位於上海嘉定的華東計算所“五班”。

“五班”是九所理論部在華東計算所工作時的代號。“蒙特卡洛計算法”於20世紀40年代由美國在“曼哈頓計劃”中提出,也稱為統計模擬方法,對於核武器研究來說是一種非常重要的數值計算方法。數學家馮·諾伊曼用馳名世界的賭城——摩納哥的蒙特卡洛來命名這種方法,為它蒙上了一層神秘色彩。

北京應用物理與計算數學研究所退休副編審侯藝兵曾出版過《院士風采》等書和圖冊,為了獲得中國第一顆氫彈原理研究的一手資料,他最近幾年走訪了無數親歷者,採訪和整理成《親歷者說“氫彈研製”》一書,即將出版。

根據“百日會戰”時擔任理論部科研室副主任的蔡少輝回憶,那年9月23日,組長吳翔帶領“蒙特卡洛小組”四人:雷光耀、胡錦、張鎖春、鄭玉珍,到達了上海華東計算所。

在他們到上海的前一天,先遣小分隊已經在緊張地準備上計算機使用的計算程序,“估計他們至少比我們要早到一天,這就是上海‘百日會戰’的起始點。”蔡少輝回憶。

于敏也趕到了上海,然而在最初的日子裡,研究進行得並不順利。

利用J501計算出的加強型原子彈的設計數據並不令人滿意,而對這個結果,于敏一點都不意外。

事實上,早在原子能研究所“輕核理論組”進行氫彈應用基礎研究時,大家就曾經對原子彈中加入聚變材料的加強型原子彈進行過探索,不過那時是在缺乏必要的原子彈知識的情況下進行的。當時就發現在加強型原子彈中,聚變材料雖然能起到加強原子彈威力的作用,但由於聚變材料燃燒不充分,這種加強作用也是不充分的。

國慶節後的一天,張鎖春帶“蒙特卡洛小組”的同事去“五班”接班時,還未進入機房的門,就聽到另外一個組的人在機房裡大叫起來:“發現新大陸了!”

計算機得到了一個意想不到的威力高達300多萬噸的測試新結果,大家都十分興奮。經過分析,查找發現“新大陸”原因時人們才發現,這次成功測算竟然緣於一個錯誤。負責計算模型數據準備的一個年輕組員把一處密度參數填錯了,這才出現了“新大陸”。

雖然是一處錯誤,卻給了科研人員意外的提醒:要獲得威力高的氫彈,最重要的因素之一是提高輕核材料的密度。也就是說,設計氫彈應該走高密度這條路。

但是,問題也隨之而來,要達到這麼高的密度,靠炸藥是絕對辦不到的。此前人們曾指望原子彈起爆後就能給聚變材料創造自持燃燒所需要的高溫、高密度條件,但計算結果表明,情況並非如此。

根據于敏等人的分析,在加強型中,原子彈爆炸後會出現許多物理因素,有的起好作用,有的起破壞作用。限於彈體的構型,它們不可能很好地配合。如何選用性能合適的材料,採取什麼樣的構型,才能促進起好作用的物理因素,抑制起破壞作用的物理因素?大家又陷入苦苦的思索之中。

這時,于敏提出了一個新的思路。

11月1日晚上,華東計算技術研究所J501機房裡,所有的人都緊張地忙碌著,等待著一個奇蹟的出現。

紙帶捲上緩緩地輸出令人興奮的數字,計算的結果和于敏先前預測的一樣。興奮之餘,大家臨時又加算了一個材料比例不同的模型,結果也不壞。隔天,另一個模型的計算也取得了完美的結果。

于敏高興地說:“我們到底牽住了‘牛鼻子’!”他當即給北京的鄧稼先打了一個耐人尋味的電話:“我們幾個人去打了一次獵……打上了一隻松鼠……”

鄧稼先聽出是好消息:“你們美美地吃了一頓野味?”

“不,現在還不能把它煮熟……要留做標本。”

“我們有新奇的發現,它身體結構特別,需要做進一步的解剖研究,可是……我們人手不夠。”

“好,我立即趕到你那裡……”

為了保密,于敏在這裡使用的是隻有他們才能聽懂的隱語,暗指氫彈理論研究的突破。

1965年11月8日,鄧稼先乘飛機抵達上海。

當時大家的工資都很低,鄧稼先的工資略高一些,大家都把他當成“財神爺”。一見到鄧稼先,大家都歡呼雀躍,于敏也要他請客犒勞大家。鄧稼先詳細瞭解情況後,立即把上海發現的有關物理現象、規律和突破氫彈原理的方案帶回到北京,留在北京的李德元他們,聽到來自上海的喜訊也都十分振奮。

于敏後來回憶說,當時雖然掌握了突破氫彈的關鍵所在,但要創造熱核材料充分燃燒的條件,還是相當困難的事情。因為原子彈有多方面的破壞作用,其能量是很難駕馭和控制的。

這時候,善於進行復雜計算的“蒙特卡洛小組”出場了。

鄧稼先親自向“蒙特卡洛小組”下達了任務,要求在半個月內為于敏提出的理論編出一個新程序出來,並要計算出結果。

張鎖春後來回憶說,他們還趁機敲老鄧的“竹槓”,提出兩個條件:一是把他身上帶的“中華牌”香菸拿出來給大家每人抽一支;二是到離華東計算所門口不遠的“澄橋”小吃店,請每人吃一碗餛飩。

“老鄧爽快地答應了,因此大家不得不為老鄧‘賣命’。”他回憶說。

這當然是玩笑話,實際上,九院的所有人都翹首期盼著氫彈研究的突破。“蒙特卡洛小組”四位學數學的同志在餘下的時間裡齊心協力,日夜苦戰,終於在11月25日交出了令人滿意的計算結果。

氫彈原理研究,終於曙光初現。

最後突破

按照“百日會戰”的研究結果,我國的第一顆氫彈的結構,應該包含有初級和次級兩個部分。

到此為止,這個方案尚在理論階段,要付諸實施,必須進行實驗,想辦法解決幾個關鍵技術問題,也就是當時必須克服的技術難點。1965年後,二機部九所改稱九院,理論部繼承了九所這一光榮序號。繼續留在花園路三號院(後來的花園路六號院)。而九院大本營已經移師大西北,遠上青海高原了。

12月9日至10日,在青海的九院召開了1966到1967年核武器科學研究與生產兩年規劃討論會。

于敏向與會者詳細介紹了利用原子彈作為“扳機”(“初級”)來引爆“被扳機”(“次級”)的兩級氫彈原理理論設想方案,以及實現該方案所必須解決的關鍵技術問題與結構問題。

會上大家都認為,該方案雖然好,但還沒有經過核試驗的檢驗,尚無充分把握,當時已經經過實驗的加強型原子彈的方案雖然體積比較大、比較重、聚變份額比較低,但它結構簡單,已經過多年的探索,理論上、技術上都比較有把握,故此方案的研究試驗工作也不應該放鬆。

在會上,劉西堯當機立斷,做出了一個重要決定:突破氫彈,準備兩手,以新的理論設想方案為主,加強型原子彈作為候補方案。

1966年初,九院實驗部制定了爆轟模擬試驗方案,在青海金銀灘上進行了一系列爆轟模擬試驗,解決了引爆彈的關鍵技術問題。

1966年是羅布泊試驗場十分忙碌的一年。

5月9日,飛機空投爆炸了含有熱核材料的原子彈。10月27日,這裡又進行了導彈核武器試驗。但當年真正的“重頭戲”還在後頭。

從6月中旬開始,來自各個部門的人員就陸續進駐羅布泊基地,他們都在為一個重要的時刻準備:國家預計於1966年12月在這裡進行氫彈原理試驗。

這次原理試驗是利用“塔爆”的方式來進行,“把核裝置放在鐵塔上爆炸試驗,這樣也便於數據的測試。”李德元解釋道。

為了控制核汙染的擴散,科學家經過反覆論證,嚴格地選定試驗時的氣象條件,還對塔基半徑230米內的地面用水泥和石塊進行了加固,以減少地面鬆土被震入煙雲,擴散到四周。

經過氣象學家的測定,最終把氫彈原理試驗的“零時”定在了1966年12月28日12時。

天氣的測定十分準確,前一天還飄著雪花的羅布泊,在“零時”到來前幾分鐘,鐵塔上空出現了一片藍天,氫彈裝置按時起爆。

在試驗現場的于敏一直記得當時的情景,隨著強烈的閃光,蘑菇雲翻滾著直上雲霄。

“這種心情只有經歷的人才知道,從心提到嗓子眼,知道成功了,好像五臟六腑、三萬六千個毛孔全都舒服極了。”于敏如此描述自己在那一刻的心情。

“扳機”核試驗後,中國只對外宣稱“又成功地進行了一次新的核爆炸”。實際上,這是中國的首次氫彈原理試驗,由於有意識地限制了它的爆炸威力,所以也可以稱作減當量的氫彈試驗。

1967年6月17日,中國的第一顆氫彈在中國的西部地區上空爆炸成功。消息一出,全世界為之驚歎,中國在如此短暫的時間裡自主突破氫彈技術,成為了美蘇等核大國心中的一個未解之謎。

但是,參與了整個中國氫彈理論研究的親歷者們清楚地知道,這個奇蹟是由多少人的汗水和淚水才換來的。

李德元認為,氫彈原理理論設想方案的誕生不是偶然的,是原子能研究所輕核理論組和九所理論部的科研人員,前後歷時近5年時間殫精竭慮地探索和研究的結果,是集體辛勞和智慧的結晶。

2015年,為氫彈理論突破立下最大功績的于敏,在近九十高齡之際獲得了國家最高科技獎,而這位睿智的學者謙虛地說:核武器是千千萬萬人共同的事業,我只是獻出了自己微薄的力量,國家選擇了我,我很幸運。

50年過去了,老科學家們或已離世,或兩鬢斑白,但回憶那段為氫彈而拼搏的歲月,心中仍舊激動而驕傲。

鄧稼先曾對妻子許鹿希說:這件事(核武器)做成功了,我為它死了都值得。

這不是一個人的感慨,而是一群人的心聲。

本文圖片由侯藝兵、吳明靜提供

本文首發於《北京日報》2017年11月28日

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