中国科学院与“两弹一星”纪念馆
中国科学院“攻坚克难 爱国奋斗”党员主题教育基地

    编者按:1970424日,中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功,拉开了中国人探索宇宙奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕。201638日,国务院批复同意自2016年起,将每年424日设立为“中国航天日”,旨在宣传我国和平利用外层空间的一贯宗旨,大力弘扬航天精神。在第四个“中国航天日”来临之际,档案馆/校史馆推出《史料的见证》纪念活动,组织编研中国科学院与“两弹一星”系列文章,激发莘莘学子热爱祖国,崇尚科学,树立正确的价值观,积极投身科教事业,以所学的知识报效祖国。

 

史料的见证

 

——纪念中国航天日之《“两弹一星”之氢弹》

 

198810月,邓小平在参观北京正负电子对撞机工程时曾说道:“如果六十年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”由此可见,作为上世纪最具有轰动性的三项发明成果,“两弹一星”不仅奠定了当时中国的国际地位,同时也成为了当今中国维护世界和平的大国重器。

李政道陪同邓小平视察北京正负电子对撞机

新中国成立之初,正值世界资本主义国家和社会主义国家两大阵营处于对峙的冷战时期,国际形势波诡云谲。彼时,面对帝国主义的武力威胁和超级大国的核讹诈、核垄断,年轻的共和国深刻地认识到要想谋和平、求发展,首先自身必须要有一个具有威慑性的力量来作为安全保障。故在1955年中国领导人高瞻远瞩,果断地做出了研制“两弹一星”的战略决策,自此,中国开启了发展核事业的伟大历程。

 

苦心人,天不负。在经历了科研人员十几年的艰辛研究以及国家不计代价的投入之后,中国终于于19641016日引爆了第一颗原子弹,于1967617日引爆了第一颗氢弹。自此,中国成为五个核大国之一,这不仅打破了帝国主义的武力威胁和超级大国的核讹诈、核垄断,同时也为维护世界和平做出了巨大的贡献。

 

一、氢弹研究之初——氢弹理论预研

 

氢弹的基本原理是利用氢的同位素氘、氚核的聚变反应释放能量,这与原子弹铀-235或钋-239重核裂变的原理有本质的区别,且所需要的反应条件也更难创造。然而,由于氢弹的聚变反应要由原子弹来引爆,故两者之间存在一定的联系。原子弹的设计理论和设计方法虽然可用于氢弹的研究,但是还远远不能满足设计需要,因此还必须针对氢弹的特点,进一步开展新的探索研究。19639月,第一颗原子弹理论设计完成后,核武器研究所即组织力量开始探讨诸如热核反应机理、热核材料的点燃等氢弹理论问题。同时,针对中子输运、辐射流体力学、二位流体力学计算方法、超高温高压状态方程等专题也展开了研究。通过对装有热核材料(即聚变材料)的原子弹(亦称为“加强型原子弹”)进行研究,研究人员开始着手探索热核反应的规律和裂变聚变耦合问题[1]

 

1960年受二机部所托,钱三强先生在钻研突破原子弹理论的同时,开始组织人员进行氢弹预研,并且在当年四季度即委任黄祖洽、何祚庥xiū带领一些年轻人开始了工作。于敏先生于1961年进入中科院原子能研究所进行氢弹预研,他在氢弹研制任务中起到了至关重要的作用。由于在接触氢弹理论之前做的一直都是基础研究,因此于敏先生并不习惯参与这种集体性非常强的任务,而于敏先生最后之所以会投身到氢弹研究当中,是因为与钱三强先生的一次谈话触动了自己。“中华民族不能欺侮旁人,也决不受旁人欺侮,核武器是一种保障手段。”这句话最终激励于敏先生进行了三十年隐姓埋名的艰苦奋斗。时过境迁,今天若要去探究中国的研究人员当初为什么能在经济落后、物资匮乏、技术知识储备都特别紧缺的情况下研制出原子弹和氢弹,那么深藏于他们内心深处的最朴实的民族感情和爱国思想便是最好的回答。

于敏

众所周知,中国的原子弹在研制的起步阶段得到了前苏联的援助,但对于氢弹的研制却是一穷二白、从零做起的,因为当时国内没有人知道氢弹是什么东西,唯一确定的仅是氢弹确实存在。由于美国和前苏联对氢弹技术严密封锁,因此中国的研究人员在对各种外国报道、交流做了充分调查之后,也仅仅得到一些无关痛痒的信息,如氢弹比较小、美国的氢弹体型是圆形的、苏联要造一个几千万吨级的巨型氢弹等。虽然这些消息在当时没有什么实质性的价值,但却激发了研究人员的研发灵感。

 

研究一开始的思路是做加强型原子弹,即多填料将爆炸威力提高,但是在小规模实验时发现加强型原子弹中的填料不能完全爆炸,因此威力并不达标,不能算是氢弹,于是研究队伍只能想办法去开拓新的研发思路。1963年研究室开始进行文献大调研,为此还专门成立了一个特别小组去调研美国的报纸,当他们把1945年至1963年出版的《纽约时报》全部翻遍时,也没找到一丁点有用的信息,此后调研小组又翻阅了苏联的《真理报》,也还是没找到有用的信息。由此不难想象,当时的研究人员对氢弹的研制真的是一无所知,在从外界获取信息无果后,他们就只能硬着头皮自己想办法了。

 

二、氢弹研究高潮——氢弹理论突破

 

中国的氢弹理论研究之路充满艰辛。研究团队夜以继日地办公、废寝忘食地钻研,是氢弹理论取得突破的主要原因,然而良好的学术氛围、国家的鼎力支持、研究人员强烈的研究热情,也是促使他们能在七年内突破理论的重要原因。

 

1964年原子弹成功爆炸之后,参研人员就被调过来进行氢弹研究了。位于花园路三号院的九院理论部十四号办公楼每夜都灯火不熄,这里的每个人时刻都在绞尽脑汁想方设法设计出氢弹来。于是他们就夜以继日不停地计算,这边提出了一个新的观点大家就共同讨论,那边想到了一个新的条件就上台讲讲。当时为了最大程度地收集到所有的想法,任何人只要有看法都可以自由地表达,无所谓教授还是学生,因为大家在这个领域都是新人。与此同时,研究室举办了鸣放会,大家可以畅所欲言,科研楼里还摆着大黑板,谁有想法就写上去大家比着看看。在那样活跃的学术氛围中,自然出现了很多千奇百怪的设想,尽管这些设想最后都没有被采纳,但它们也为最后的理论突破奠定了一定的基础。

 

1965年经过充分地讨论研究之后,研究人员初步制定了一个计划:第一步,突破氢弹原理;第二步,完成重一吨左右、威力为百万吨级TNT当量的热核弹头理论设计,力争在1968年前实现首次氢弹爆破试验。彼时于敏刚刚从中科院原子能所调到九院理论部,由于他在1961年就已经开始进行氢弹预研了,因此进入理论部以后,于敏对氢弹有着自己独到的看法。尽管如此,于敏还是虚心地去向周围的同志学习,不断吸收大家的知识,这从侧面也说明了为什么他能提出氢弹构型1965年初,于敏和彭恒武分别提出了自己的氢弹模型构想,经过验证以后,于敏的模型构想获得通过,但要进行适当的计算调整,而彭恒武的模型构想并未通过。后来彭恒武在做总结时,也认为自己的模型是不正确的,考虑到当时的资源紧张,所以他也就没有坚持在计算机上进行模拟。

 

为了争取更好的计算条件,19659月于敏带领科研人员前往上海,借用华东计算技术研究所的J-501计算机对氢弹原理做了进一步研究计算。科研人员还额外利用国庆假期计算机无其他作业任务的时间,对氢弹原理进行了大量的计算。经过三个多月的努力,研究团队对不同模型均进行了数值模拟,他们从中发现了热核材料燃烧过程中几个特征量与释放能量的关系,并找到了实现自持热核反应的关键条件。1965年底提出的利用原子弹来引爆氢弹的理论方案,是氢弹理论的重大突破[2]

 

三、氢弹投放

 

1965129号到10号,九院在221厂召开了1966-1967核武器科学研究与生产两年规划讨论会。会上,于敏详细介绍了利用原子弹作为“初级”来引爆“次级”的两级氢弹原理理论设想方案,并提出了实现该方案所必须解决的关键技术问题和结构问题。此外,于敏还在会上初步提出了对爆轰试验、加工制造、核测试诊断等方面的要求。会后,二机部据此详细拟订了1966年和1967年的核武器研制计划。1966年元月,221厂实验部很快就成立了氢弹原理试验突击队,并制定了爆轰模拟试验方案,为探索模拟试验方法,他们事先还进行了一系列小型试验。

 

氢弹试验是危险的。由于当时的核知识没有普及,核防护也没有那么严密,因此在试验部的很多人都受到了不同程度的核辐射。1964613日,正值原子弹铀零件加工的关键时刻,然而在一次切削铀材料、集中倒桶的时候,由于操作不当,导致桶盛装不满,铀切屑随后发生燃烧。当时一共有60千克的天然铀切屑被烧掉,对现场的工人以及救援人员造成了严重的放射性污染。这次铀切屑燃烧事件引起了工厂对安全的重视,此后,每次工人在操作开工之前都要进行安全培训。

 

理论转为实际需要解决材料、技术和设计结构上的一系列问题,即使是一枚螺丝钉都要进行特殊定制。这个阶段需要221厂各个部门协调配合,而管理此时便显得至关重要,这期间工人们各司其职、各尽其责。无论是搞炸药的,还是搞金属件、搞装配的,所有工人的分配任务都能如期完成。

 

1966年九院221厂实验部经过上百次爆轰模拟试验和反复研究分析,最后实现了“初级”系统的结构方案,从而圆满地解决了爆轰试验、加工制造、核测试诊断这三大技术难题。196611月,九院理论部确定了629装置“次级”理论方案,12月中旬完成了正式试验用的氢弹装置,1225日完成了氢弹装置的总装配。在27日的19时研究人员进行了第一次氢弹装置爆炸试验,并取得了圆满成功,当时的爆炸当量为12.2万吨TNT量。但这次爆炸只对外宣布是一次新的核爆炸,并没有说是氢弹爆炸。试验成功后,科研人员便开始着手氢弹的武器应用,即设计制造可空投的氢弹。

 

1967年文化大革命运动进入狂热期,各个部门科室都受到了巨大的影响,但是大部分研究人员都能以大局为重,积极投入科研工作。1月,氢弹气动外形设计定型;2月,受武斗影响,九院221厂没有办法正常开工,后经中央批示,对221厂做了军事管制,且命令红卫兵不得夺权、不得“串联”,文化大革命运动只准在8小时工作以外时间进行。此项措施以后,211厂逐步恢复正常生产秩序,大部分职工积极投入639氢弹研制试验工作中去。3月,研究人员采取边设计、边加工、边试验,齐头并进的办法进行工作,终于按计划完成设计任务。首次氢弹空投试验采用轰-6甲型飞机作为运载工具,且空投的航弹自带降落伞,因此俗称这次试验方式为机、伞、弹试验方式,试验人员事先对投放的安全性进行了计算和论证,同时确定了测量手段。4月,试验人员开始着手准备氢弹空爆试验,并在核试验基地进行了人员调配和物资准备工作。5月至6月,试验基地进行了空投训练,同时科研人员也抓紧时间完成氢航弹的制造。68日,试验氢弹运达试验场地;610日,氢弹正式装配飞机;616日,工作人员完成氢弹装配;6177时整,轰-6飞机准时起飞;820分,氢弹在距靶心315米、距地面2960的高度成功爆炸,此时一个巨大的火球出现在天空,不久一朵蘑菇云形成,后经测试得出这颗氢弹爆炸的威力是330万吨TNT当量。

  

1967617日中国第一颗氢弹爆炸成功

 

中国第一颗氢弹的成功爆炸,是中国核武器发展的又一次飞跃,标志着我国核武器的发展进入了一个崭新的阶段!

 

参考资料

 

[1] 邓力群,马洪,武衡. 当代中国的核工业[M]. 北京:中国社会科学出版社,1987275-284.

 

[2] 刘西尧,方正知,李德元,侯艺兵. 亲历者说“氢弹研制”[M]. 湖南教育出版社,201753-86.

 

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