攻关氢弹_关于彭司勋的故事

攻关氢弹_关于彭司勋的故事

按照毛泽东主席的指示：“原子弹要有，氢弹也要快”。原子弹爆炸成功之后，九院上下全力投入到了氢弹突破之中。当时，我国和法国同时在研制氢弹，大家提出了一句响亮的口号：“要赶在法国人之前爆炸氢弹。”

早在1934年，科学界就已经发现了核聚变，即两个轻的原子核氘（又称重氢）相碰，可以形成一个原子核，并放出核能（聚变能），后来又发现氘原子核与另外一个叫氚（又称超重氢）的原子核相碰，融合在一起，就形成一个新的原子核氦，并放出一个中子，这种聚变反应能放出更大的能量。但是核聚变的发现并没有引进震惊，这是因为两个原子核都带正电，相互排斥，要把它们融合到一块很难，条件很苛刻，需要把氘、氚加热到极高的温度，当时是没有办法达到的。因此人们没敢想用核聚变来制造核武器。后来由于实现了原子弹爆炸，它的威力足以使核聚变成为可能，所以人们自然想到利用原子弹爆炸的巨大能量来加热聚变材料，引发热核聚变来制造氢弹了郑春开.中国核武器研制的艰辛历程和辉煌成就［Z］.北大纪念建国六十周年讲座报告，2009，9，24.。

图 6-17氢弹结构原理

也就是说，氢弹是利用氢同位素原子核发生聚核反应产生的巨大能量造成毁伤效应的武器，1克氢原子核燃烧可放出5.8×1011焦耳的热量，相当于140吨TNT炸药爆炸释放的热量，是一种比原子弹威力更大的杀伤性武器。氢弹研究的关键，是要创造并实现聚变反应，俗称“烧起来”的条件。只有在千万度量级的高温和几千万个大气压的条件下，才有可能使氢同位素的原子核密度高过普通金属的十几倍，才能实现“烧起来”。简言之，这个条件仍然是“高温、高压、高密度、瞬间”，这种条件只有原子弹裂变才能创造形成，只是聚变要比原子弹发生裂变的条件和要求更加苛刻。如果用爆竹来做比喻，原子弹相当于一个“麻雷子”，那么，氢弹就是一个“二踢脚”。要利用“麻雷子”第一响的裂变反应，引爆“二踢脚”的第二响，使之发生聚变反应。看似简单的一个物理过程，实现起来却有想象不到的难度。(www.guayunfan.com)1963年9月，北京第九研究所完成原子弹的理论设计之后，遵照党中央、国务院、二机部的指示，一部分科研人员转入加强型和缩小型原子弹的研究，另一部分科研人员就集中开展氢弹研究工作。

早在1960年初，当九局、北京第九研究所正集中力量研究原子弹的时候，刘杰部长就和钱三强副部长商量由中科院原子能研究所（当时称601所）组织“中子物理小组”，由少数研究人员预先做一些热核材料性能和核反应机理等基础研究，准备为以后氢弹研究提供一些基础参数。1963年，北京第九研究所完成原子弹（“596”）理论设计后，调集大部分科研人员转移到氢弹研究工作上来。1965年1月，二机部又决定将原子能研究所从事氢弹探索的黄祖洽、于敏等30人调到第九研究所。他们当中有一批人做过氢弹基础研究，另一批人则有设计原子弹的经验，两股力量“合二为一”，进一步增强了氢弹理论研究力量。

理论研究工作由彭桓武和朱光亚两位副所长具体领导。于敏继续他原来在原子能研究所就已经开始做的理论模型研究。周光召另外组织一部分研究人员做另一种模型的理论研究。考虑到这些模型可能在短期内得不到结果，核武器研究所还安排了黄祖洽研究一种在原子弹的基础上做的模型，这种加强型的原子弹虽然有部分聚变反应，还不能算氢弹，而且个头也大。这3种方案威力都达到了百万吨TNT当量以上李觉.核武器研制工作的片断回忆［M］.创业之路(第一辑).北京：人民出版社,1989.。

在理论部“多路探索，重点突破”技术路线指导下，各小组的工作积极开展起来。在氢弹理论设计方案还未最终确定之前，实验部要对周光召、黄祖洽、于敏3人领衔的3种方案，按要求做论证实验。时间紧、任务急，作为实验部主要负责人，张兴钤经常披着他那件蓝色的棉猴，穿梭在实验部的各个场地之间。那时他只身在草原上工作，平时就住在办公室，除了睡觉，几乎随时都在工作。

一边是氢弹的攻关实验，一边是原子弹的定型还需要的各种试验。1965年的各项任务紧张而有序地进行着，尽管有“四清”运动的影响，但实验部还是在张兴钤的领导下排除外在干扰完成了一系列工作任务，仅《工作简报》就出了43期之多，很多《工作简报》都是张兴钤亲自签发，从实验准备、实验过程，直到实验结论，他都要亲自过问。

在这一年组织的原子弹空爆试验中，张兴钤负责诊断分队的工作，带领实验部的十九室承担了测定空中核爆爆心位置的任务，就是说要精确地测定核爆瞬间的爆心位置，这对于确定核爆炸的物理参数有重要作用。在赴场试验前，为获取最佳的测试诊断结果，作为实验部主任的张兴钤，经常下到科室去听取技术方案汇报，与技术人员一起研讨测试诊断的相关技术问题。

欲精确测定空爆爆心位置，只能采用投影照相法，但若使测试系统直接对向爆心，任何胶片都会因过度曝光而报废。参加测试方案论证的同志很着急，当时也找不到任何参考资料，只有一本格拉斯顿的《核武器效应》英文原版书可供参考，书中的一幅照片是美国在广岛投下的原子弹爆炸时，一个手轮阀门在水箱的油漆表面留下清晰的烧蚀投影。受这幅照片的启发，有人提出用油漆涂在胶木板上作为接收器，张兴钤对这个想法给予了肯定。在一次方案论证会上，张兴钤提及1940年代中期在鞍钢担任工程师时观察到在炼钢时用变色漆可测炉温，不同的炉温用不同颜色的变色漆。会后方案队马上派人去上海买了变色漆，接着便着手在实验工号用炸药作模拟试验，用放大镜聚焦阳光以观察在变色漆上烧蚀出的焦斑。张兴钤也赶来看变色漆实验，他兴奋地与刚毕业的大学生们讨论测试精度，分析焦斑边缘清晰度对测试结果的影响。

实验部里有很多骨干都是1964年前后分配到二二一厂工作的大学生，他们知道张兴钤是在美国获得博士学位的教授，主动放弃美国优裕的工作和生活条件回到刚刚建立、百废待兴的新中国。由于张兴钤学识渊博却为人谦和，年轻人都对他很尊敬。当时实验部的一位年轻人孙景文回忆：

有时张主任陪同王淦昌一起来听方案论证的汇报，汇报者心里有一种亲切平和的感觉，一点也不紧张。王老与张主任不时提出问题，有的我们回答得好，也有的答不上，因为这些问题都是从书本上找不到的，只有用模拟试验来解决。每次讨论的学术气氛很浓厚，使大家充分地感受到了学术民主。张主任的发言总有一种磁石般的力量吸引着我，这大概就是以理服人的学者风范吧！他说起话来旁征博引、有条不紊而又有哲理，既讲出他的意见又指出下一步应该怎么办。张主任的严谨、认真的学风和作风，使年轻人受益匪浅，我也从中悟出一些做人、治学的道理。孙景文.深入实际同甘共苦［C］.张兴钤院士八十华诞纪念文集，2001.

3月初，实验部的测试作业队，开始进入戈壁滩的空爆场地，当时张兴钤担任作业队队长。在大型综合实验中，核测试是为检验产品设计服务的，这类大型试验的测试系统由多个子系统组成，子系统由各个专业组完成，实验时，远距离、无人自动操作。按照爆心测量方案，作业队分别在距爆心投影点半径不同的距离各设置了8个测点。每个测点放置一台自行设计加工的照相机，每台相机约1米高，长、宽分别为40～50厘米，基本上是在露天的水泥坑中，也没有什么屏蔽，更谈不上有什么钢筋水泥的测试记录工号了，乍看上去这种相机显得“土”气，但性能稳定、实用，既抗核辐射、冲击波，也抗热辐射，能与核爆零时同步，属“钝感型”的。

调试相机的任务很重，每个测点都要利用光学经纬仪调试相机的光轴使其对准预定爆心。作业区设在一望无际的戈壁滩，找不到一块可以躲避烈日的地方，也没有时间去躲。于是，在火辣辣的阳光照耀下，每个测量队员都像地质勘探队员一样，手臂和脸庞晒得黝黑。作业区时常刮起风沙，让人睁不开眼睛，有时一天野外作业忙碌下来，队员浑身都是土。张兴钤就常到测点来看望队员们，嘘寒问暖，帮助作业队解决一些实际困难。5月14日，我国的首次空爆原子弹取得了成功。5月16日，即核爆零后第3天，张兴钤和队员们一起带上防毒面罩、身着防化服，顶着烈日进入爆区回收底片。回到住宿营地又立即组织作业队进入现场处理数据，希望尽快做到零后数据速报。一周之后，第九作业队结束长达60多天与戈壁、烈日和风沙作伴的日子，从核爆场区的住宿营地撤离现场，直接到乌鲁木齐新疆军区招待所集中。

撤场时已是5月下旬，绝大部分工作人员乘坐大卡车返回。作业队党委考虑张兴钤年龄最长，就让张兴钤乘坐一台旧的英式吉普车，测试组有4人与他同车返回。

那天早晨天气格外晴朗，天空湛蓝，没有一丝云彩。由于获得了预想的实验结果，大家心情格外地好。早晨6点多钟车队开始陆续出发，大客车先走，稍后出发的英式吉普不久就超过了大客车队，将其远远甩在后面。到了上午10点多钟时，戈壁滩已是烈日当空、酷热难耐，人在这样的环境里呆不了多久，就感到干渴想大口喝水，而此时吉普车水箱因气温太高也开锅了，车子不得不停下来，车里带的备用冷却水也用光了，大家就把行军壶里的饮用水倒入水箱降温，以满足汽车的需要。坐在司机旁边的张兴钤每隔一会儿点一支烟递给司机小李，偶尔还给大家讲段小趣闻，主要是担心司机太疲惫，开车出问题，也是为缓解大家的疲劳。当时公路路面已完全被过往的车辆碾压成“搓衣板”路面，上下颠簸，摇摇晃晃地极易催眠，经过连日劳累，紧张的心情放松下来，同车的人纷纷进入梦乡。车子已经连续开了8小时了，除了司机小李和张兴钤之外，每个人都处于半睡眠状态。突然，“嘎”地一声，车子来了个180度的大旋转，车子绕左前轮转了半圈停了下来。大家不知发生了什么事，赶紧跳下车去。原来是路面的石头扎坏了左前轮，方向盘转不动了，司机小李只好来了个紧急刹车。这时车子右后轮已停在离路边不到10厘米处，再往下就是沿陡坡而下的七八十米深的山沟，大家吓得瞠目结舌。车子真要是滚下坡去，大家可就粉身碎骨了。司机小李迅速地卸下车轮，换上备用轮胎。经此有惊无险的一折腾，大家睡意全消，精神又来了。不知是谁放声唱起了“解放区的天是明朗的天”，此时的张兴钤一言未发，含笑凭窗远望，全车人都有一种有如新生般的解脱，紧张的气氛顿时缓和了。

1965年国庆节期间，理论部的于敏带领的研究人员在上海华东计算所做模型计算，他们研究了引爆氢弹的试算模型，取得了预期的结果，这意味着氢弹理论设计原理有可能已被突破。一个关键性的抉择摆在了时任二机部副部长的刘西尧面前，向国家上报哪一个方案：一是加强型原子弹，一是刚探索出的新方案。两相比较，新方案的风险无疑更大，无论是政治上、经济上，乃至于个人的政治生命皆是如此。但是二机部还是果断决策：上新方案。

图 6-18氢弹设计用的电子管计算机J501机

理论设计方案确定后，所有工作都要围绕这一方案动作起来。首当其冲的就是实验部。而此时实验部的任务异常繁重，既要承担原子弹武器化的任务，又要配合氢弹原理突破做大量的基础性工作，为了适应新的任务要求，实验部的结构又进行了新一轮调整，张兴钤出任第一实验部主任，下辖3个研究室，15个研究小组。各研究室分别从事爆轰物理中的物理基本规律、大型爆轰实验等理论设计研究；加速器相关的测量、零功率装置及物理实验、放射化学、剂量防护等内容的研究。

1965年12月，在实验部召开的1966年科研任务研讨会上，理论部于敏、黄祖洽、秦元勋分别介绍了氢弹理论设计不同主攻方向的研究进展情况。实验部的同志们进一步了解氢弹爆炸条件的产生及过程，与理论部专家一起，共同归纳出数十个关键问题，包括了理论、冷实验、热试验等诸多方面。

1966年3月，代号“629”的氢弹理论设计方案正式上马，实验部为此成立了新的研究室——第二研究室，负责为突破氢弹开展爆轰物理实验研究工作。这时，张兴钤的工作又有了调整，被任命为二二一厂设计分院的副总工程师。职务变化了，但他的工作作风没有变，仍然是下实验场、钻车间，只是工作面更广，责任更大了。在此期间，张兴钤不仅要组织草原基地的各项研制任务，还要亲自带队，转战热试验场，参加核试验。

1966年底，张兴钤再次担任作业队的副队长，负责组织核测试分队参加氢弹原理国家核试验。“试验现场无小事”，对于实验部主持的测试工作来说更是如此。物理测试本身就是一项颇大的系统工程，通常要使用数十公里的电缆、几十甚至上百米真空管道和测试管道、数十个探测器、数百台仪器设备，要分析和计算大量的波形和数据。在成千上万的环节中，任何细小的差错和故障，都会造成失败，带来不可估量的损失，甚至所有的心血都有可能付诸东流。核试验物理测试要求更高，其主要特点是测量对象以瞬态核辐射脉冲的形式出现，同时到达探测器的还有很强的本底和干扰，被测信号变化很快（微秒、纳秒量级），其幅度往往需要覆盖十余个量级，测量不能重复，要求一次成功，测量环境复杂、空间受到严格限制。通常是爆炸一结束，要进行示波器记录的照相底片的冲洗，获得脉冲波形，对波形进行分析，从而确定试验的结果是否符合最初理论设计的构想。

核试验的测试技术中，除了核物理诊断之外，还有放射化学分析方法。核物理诊断方法是测量物理量随时间产生的变化，是瞬态量的测量，放化分析则是累积量的测量，给出积分量。如果说核爆区物理测量在国家核试验场只能是瞬间一次性完成，不可重复，那么放射化学分析则是通过取回样品，在实验室里可以进行多次重复分析，以便提高测量的准确度。这两种方法同时使用，可以取得互补的效果。

在核试验现场能否及时获得满意的、有代表性的样品，是放射化学分析方法成败的关键。这个环节被称为“零后取样”技术，是一个难度很大并且具有一定危险性的工程技术问题，也是核爆之后，实验部的人员要立即冲向爆区，取回样品的原因。因为无论是原子弹还是氢弹爆炸，判断准确威力的权威数据，均出自实验部的物理测试和放射化学分析的测验结果。

这是首次氢弹原理试验，获取数据的可靠性和重要性非同一般。为了能够实现远距离、无人自动操作，张兴钤多次听取各测试组组长的汇报，详细了解仪器的固定程度，电缆走向等细节。因为他深知，热试验的检测是不能重复的，如果测不到信号，就意味着前期工作的重大损失。因此，试前预先建立的一整套检测手段、程序的每个环节都必须完全可靠，方能排除各类隐患，确保万无一失。

为避免不可预计的因素对测试数据的影响，必须要在第一时间拿到最真实的数据。试验当天，核装置按照正常程序起爆，年近半百的张兴钤与其他作业队员一起，冒着爆炸升起的烟尘，一起冲向爆区回收测试数据，防毒面罩憋得他呼吸困难，有时不得不停下脚步，喘口气再往前跑。零后取样测试的数据表明，我国的第一次氢弹原理实验取得了成功。

就这样，张兴钤在2年的时间内，4次参加了热核实验，每一次的实验，他都要与大家一起克服重重困难，身先士卒冲在第一线拿到第一手测试资料，为验证多个型号核武器理论数据作出了贡献。在张兴钤先生八十华诞的时候，有一位当年与他一起在实验部工作，一起负责回收测试数据的王乃彦王乃彦，中国科学院数学物理学部院士，曾任国家自然科学基金委员会副主任。先生生动地回忆了那段时光。

图 619实验部工作人员第一时间冲向爆区，抢收数据（中国工程物理研究院提供）