他曾解决原子弹"过早点火",刚刚因"约束"核聚变获国际大奖

日前,中国科学院院士贺贤土摘取代表激光聚变能源领域国际最高奖项。他为我国第一颗原子弹、第一颗氢弹、中子弹研制立下汗马功劳。


他曾解决原子弹

贺贤土

专家简介:

贺贤土,理论物理学家,中国科学院院士,北京应用物理与计算数学研究所研究员。作为首席科学家,领导国家"863计划"惯性约束聚变主题专家组工作,为我国形成一个独立自主的惯性约束聚变研究体系作出了重要贡献。

曾获国家自然科学奖二等奖1项,国家科技进步奖一等、二等奖各1项,部委级科技进步奖7项。2000年获何梁何利基金科学与技术进步奖,2001年获国家"863计划"突出贡献先进个人奖。


9月26日,在日本大阪,82岁的理论物理学家、中国科学院院士贺贤土走上国际惯性聚变科学与应用大会的颁奖台,接过了美国核物理学会授予的2019年度"爱德华.泰勒奖"。这是激光聚变能源领域国际最高奖项,奖励他领导推动中国惯性约束聚变(ICF)领域发展,在靶物理和高能量密度物理研究方面做出的突出贡献。

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▲贺贤土获颁爱德华泰勒奖(图片来自网络)

站在领奖台上,贺贤土谦逊地表示,这个奖属于集体,"我只是代表我们国家来领奖"。

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然而,很多人却很少听说过贺贤土的名字,以前甚至在科学界也很少有人知道贺贤土究竟是谁?这一切都与贺贤土的研究有关。1962年,贺贤土从浙江大学物理系理论物理专业毕业后,响应国家的召唤,到北京参加核武器理论研究,在彭桓武、邓稼先、周光召、于敏等两弹元勋指导与领导下工作,从此开始了自己不为人知的核武器研究生涯。

贺贤土曾经先后参加了我国第一颗原子弹、第一颗氢弹的相关研制工作。20世纪70年代末到80年代中,他率领一个研究小组,夜以继日地工作,终于突破中子弹原理,为我国掌握中子弹技术立下汗马功劳。

由于工作需要保密,贺贤土的名字一直并不为公众所熟知,为我国从事核武器研究的科学家在长时间内都需要隐姓埋名做无名英雄,贺贤土也隐姓埋名了将近30年,很长的时间内,他不能发表相关论文,也不能出国学习考察和进行科研交流。直到最近一些年来,随着我国核武器事业的一些解密,他的名字才开始出现在我们的面前。他晚年重点参与的激光惯性约束聚变(ICF)的研究,现在已经发展成为我国的重大科学工程。

推动我国激光惯性约束核聚变研究

贺贤土本次获奖主要是奖励他人生后半段的研究成果。上个世纪80年代末,50岁的贺贤土开始领导科研人员进行激光惯性约束核聚变的研究。

惯性约束核聚变,也被译为局限惯性核聚变、惯性约束聚变、惯性限制氢聚变,这是一种核聚变的技术,是指利用激光的冲击波来引发核聚变反应。这一领域的研究,体现着一个国家的科技水平和综合实力。当时世界上,美国、欧盟、法国(单独)、俄罗斯、日本等,都在竞相拓展对ICF的认识和研究。

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与此同时,我国的ICF研究基础却十分薄弱,既缺乏顶层设计和长远规划,也没有足够经费。1988年,在王淦昌、王大珩和于敏三位院士上书中央后,1993年该项目得以进入国家863计划。随后惯性约束聚变主题专家组成立,贺贤土即为主题专家组秘书长,开始负责这一项目的实施。

从1996年起,贺贤土开始以首席科学家的身份来负责这一项目的研究。经过不断探索,中国很快就在这一重大科技领域实现了突破。2000年,命名为"神光Ⅱ"的高功率实验装置成功运行,实验时,在十亿分之一秒的超短瞬间内,该装置传输发射出相当于全世界电网功率总和数倍的强大功率,达到了国际同类物理实验装置的最好水平。

2001年12月,因为年龄的关系,贺贤土把首席科学家的位置让给了年轻人,不过此后的10多年他依旧在指导着这方面的一些研究工作,把握总体发展方向。

"惯性约束核聚变不仅在军事上具有重要意义,它在能源、基础研究和工业生产中都具有重要作用。目前,在这一大科学工程研究中,中国已经在世界上占有了一个重要位置。"贺贤土说他们最开始进行这一领域的研究时,中国的研究基础非常薄弱,并且美国等国家也对中国实施技术封锁。但是经过中国科研人员自己的努力,中国目前已经形成了一个独立的研究体系,并对以后的工作打下了良好的基础。

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为了国家聚变科学的长远发展,贺贤土还推动浙江大学成立聚变理论与模拟中心和北京大学应用物理与技术研究中心,并建立了国内首个高能量密度物理学科,为我国核聚变科学事业培养了一批人才。

贺贤土说,现在他获得 "爱德华·泰勒奖",也代表着中国的惯性约束聚变大科学工程及高能量密度物理研究发展速度很快,并且越来越受到国际关注。近些年来,一些投资巨大的相关工程项目已经建成或者即将上马。在新的发展机遇面前,贺贤土再次强调了基础研究的重要性。

"大科学工程一定要重视相关基础科学研究,只有高度重视基础研究,我们才能在大科学工程上实现创新,不断引领国际前沿研究。"贺贤土表示。·

"没有人告诉我们任务到底是什么"

贺贤土的人生并不是自己主动选择的结果。1962年7月刚从浙江大学物理系毕业时,他的想法很简单,就是希望自己能够留在浙江大学当一名老师,而校方也有意让他留校当助教,并且工作几乎已经是铁板钉钉。但是事与愿违,到了11月中旬,物理系主任李文铸教授却通知他到北京一个很重要的单位去报到。具体是什么单位,李文铸教授说他也不知道。

没过几天,贺贤土就拿到了报到证。但是一看,他却傻眼了:自己明明是学习理论物理的,通知书却居然要求他去当时的煤炭工业部招待所去报到!

"煤炭工业部是管挖煤的,他们要理论物理方面的人才干什么?难道是要我去挖煤不成?这和我学的专业又有什么关系呢?"贺贤土心中充满了疑惑。尤其是报到的地点是在招待所里更是让贺贤土很不安。

"但是心里打鼓也还是要出发的,我们这一代人总是有一种只要国家有需要就要服从的心理。"11月30日,贺贤土启程踏上了北上的列车。到北京之后,贺贤土几经周折才找到报到的招待所。

在这里,贺贤土看到了很多像他一样前来报到的年轻人:军人中有海军的、陆军的,大学毕业生中有清华的、北大的,还有其他一些著名高校的,物理、数学、力学等一些专业的都有。另外,还有一些大学的老师。

"总不至于这些方面的人都是来搞煤炭的吧!"这时,贺贤土已经隐隐感觉到他即将从事的工作和煤炭没有任何关系,他心中悬着的石头总算落了地。

"在招待所接待我们的人没有一个人告诉大家我们的任务到底是干什么。并且一个负责接待我们的人也很神秘,他一有空就在房子里看书,但是一看到我们,他就把书藏了起来。"贺贤土和很多年轻人当时心想,他们将要从事的肯定是十分秘密的工作。但是究竟是什么工作,他们谁也不清楚。

后来贺贤土才知道,为了应对美国的威胁和讹诈,中国决定自己研制原子武器。1962年11月,国家决定选调100名技术骨干、选拔6000名刚刚毕业的大学生和中专生,进入到原子弹的研制队伍中。贺贤土就是这6000名毕业生中的一员。

一个多月以后,招待所的很多人陆陆续续调往在北京西郊刚刚建好的秘密单位中。贺贤土想自己也该快了吧。但是左等右等,始终不见他的调入通知下来。后来一问才知道是政审人员发现自己档案中的海外关系有问题。

原来他爷爷的一个亲兄弟有一个孙子,也就是他的远方堂兄,那时正在美国。并且他以前还负责过蒋介石的膳食,解放前夕随国民党到了台湾,后来又辗转到美国定居。堂兄有一个比贺贤土小几岁的儿子,在贺贤土读浙大时还在杭州大学物理系读书。1960年,国家允许国内有海外关系的人去香港探亲,堂兄的儿子于是去香港探亲,并从香港去了美国,可是再也没有回来。由于贺贤土他们和这个远方堂兄多年以前就没有什么联系了,对于这些,贺贤土并不知情,因此并没有填写在自己的档案中,但是不知是谁后来给填了上去。于是贺贤土麻烦了。

当时,政审通不过的一些人后来就不得不离开了。贺贤土自己也开始打起了退堂鼓,准备到上海市一家理化研究所或者是北京市的一家加速器研究所去工作。

但是上面并没有放人。"他们不取也不放,让我在北京南郊果子市客店足足待了近2个月,这一段时间内,心里真不是滋味。"

后来事情出现了转机。推荐他的系主任李文铸教授坚信贺贤土的人品和政治可靠性,他给当时的高教部副部长兼浙江大学校长周荣鑫打电话,后者又给二机部部长刘杰打电话,具体讲明了贺贤土的情况后,贺贤土终于等到了调令得以进入了秘密单位。

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▲贺贤土(站立者)参与第一颗原子弹的研制工作(图片来自网络)

这时贺贤土才知道他所进入的就是二机部第九研究所(中国工程物理研究院的前身)——中国核武器研究的最前沿阵地。

报到的时候,贺贤土被分在研究所一室,他完全没有想到接待他的常务副主任居然是在初中就已经成为他心中偶像的著名科学家周光召,而该室的主任就是邓稼先。

能够在这些顶级科学家的手下工作,贺贤土前一段苦闷的心情马上来了一个180度的大转弯。"这样的机遇是很少有人能够碰到的。"他同时也为自己感到庆幸。

从原子弹到中子弹的跨越

至今贺贤土都不能忘记他参与研究原子弹时那段激情燃烧的岁月。他进入研究室时,已经是1963年3月初,这时原子弹各个方面的工作都已经在摸索中前进。贺贤土的第一件工作就是跟一个老同志计算原子弹爆炸以后中子在空气中穿透的距离。大半年以后,这个工作得以顺利完成,因为出色的工作能力,第二年他开始负责研究跟原子弹爆炸点火有关的"过早点火概率"问题。

"我们当时决定采用内爆法引爆中国的第一颗原子弹。按照这种方法,原子弹在发生内爆以后,所产生的冲击波会把裂变材料压缩到高密度,达到高超临界状态,这时通过中子源点火就会使裂变材料产生链式反应,从而发生大量裂变,并在瞬间释放出巨大能量产生爆炸。但是中子源的点火时刻通常都是预先设定好的,如果原子弹在内爆压缩到预定点火时刻之前,外界突然降临少量中子,提前点火引燃了核材料裂变,就有可能产生两种后果,一个是导致原子弹提前爆炸不能达到预期的当量,一个是根本还没有炸起来,就已经把核材料熔化了,从而导致原子弹爆炸试验的失败。因此,我们需要计算出现这种问题的概率。"

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▲原子城轰爆试验场

虽然此前已经有好几位专家计算过这个概率,但是都不太可靠。贺贤土决定另辟蹊径。起初,他是与一个老同志一起进行研究计算,但是还不到一年时间,这个老同志就回家探亲去了。贺贤土于是开始负责这一项目并独立进行新的艰苦探索。那时,中国没有电子计算机,他们的很多演算只能通过手摇计算机、计算尺和笔头来完成,草稿纸装了一麻袋接着一麻袋,最后都快抵住了他们工作房间的天花板。

在经过艰苦努力之后,最后贺贤土完成了物理方案,并与一位搞数学的同志合作,编成了数学程序,终于计算出了原子弹爆炸的"过早点火概率"。为我国原子弹1964年10月16日的成功爆炸提供了重要的数据支持。

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▲1964年10月16日,中国自行制造的第一颗原子弹在新疆罗布泊爆炸成功。贺贤土当时主要负责有关原子弹爆炸"过早点火概率"的问题(图片来自网络)

1967年6月17日,中国在罗布泊成功爆炸了第一颗氢弹。但是据贺贤土透露,实际上在1966年12月,他们就已经完成了氢弹爆炸原理突破的核试验。

"在原子弹爆炸前一两年,我们对氢弹的研究和探索就已经开始了。但是当时由于美、苏、英三个已经成功试爆氢弹装置的国家严密封锁消息,中国研制氢弹没有任何资料和模型可以参考或者借鉴。"贺贤土说他接手氢弹的第一项工作就是搞调研,希望从一些外文报纸和杂志关于美、苏、英氢弹的报道中找到一些具有启发性的材料。为此他专门组织了几个人成立了一个调研小组,他跑到外交部、北京图书馆,用小轿车把一些外文报刊拉回来,然后他们就关起门来进行查阅。

"但我们整整看了大半年的时间也没有取得任何进展,报刊中根本就没有找到多少有用的信息。研制氢弹只能完全依靠我们自己的力量进行钻研和摸索了。"贺贤土说。

接下来,贺贤土开始从事氢弹爆炸的热测试理论研究。当时,贺贤土还没有结婚,往往为了一些计算,他常常要干到深夜一点多才回到集体宿舍睡觉,有时他嫌吃饭浪费时间,就在早餐时多买几个馒头,饿了就啃几口馒头,喝上几口开水。

正是在贺贤土等成千上万科研人员日以继夜的努力下,中国得以成为世界上第四个拥有氢弹的国家。

1977年,中国开始进行中子弹的研究。贺贤土受命担任一个研究组的组长负责中子弹原理探索和理论设计研究。在经过艰苦的研究和探索之后,贺贤土提出了自己独到的见解。1980年,他在自己的研究报告中阐明了中子弹作用的物理原理和主要结论。

在众多科研人员的努力下,1984年12月,中国中子弹原理试验成功,充分证明贺贤土等人提出的原理和设计的正确性。

"1999年,美国发布报告声称中国窃取了他们的中子弹技术,实际上我们依靠自己的力量在80年代早期就将中子弹搞出来了。只是我们以前一直没有对外公布而已。"贺贤土说。

也正是因为在核武器物理理论研究方面的突出成就,1995年,贺贤土当选为中国科学院院士。

为了表彰贺贤土在理论物理研究方面的突出贡献,2018年9月25日,国际天文学联合会小天体命名委员会发布《小行星通报》,将第079286号小行星正式命名为"贺贤土星"。

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▲贺贤土星运行轨道图(图片来自网络)

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出品:科普中央厨房

监制:北京科技报 | 科学加客户端

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