朱建士院士回憶中國核武器自力更生的艱辛歷程

我於1958年從北京大學畢業以後,就加入負責核武器研製的二機部九局,從第一顆原子彈的研製到1996年進行的最後一次核試驗,可以說全程參與了中國核武器發展的歷程。

朱建士院士回憶中國核武器自力更生的艱辛歷程

1955 年朱建士在北京大學上學時於北海公園留影

1958年1月,負責核武器研製的三機部(2月更名為二機部)九局在北京成立,後來成為負責核武器研製、試驗、生產整個過程的研究設計院,稱二機部九院,即現在的中國工程物理研究院。

二機部九局成立後,由李覺擔任局長,吳際霖和郭英會任副局長。1959年6月蘇聯毀約後,中央抽調得力的領導骨幹開始組建科技隊伍,由王淦昌、彭桓武、郭永懷、朱光亞、程開甲等知名專家擔任核武器研究機構的技術領導。

中央組織部分別於1960年和1962年從中科院、全國各地高等院校和產業部門的科研單位選調了兩批優秀的科技骨幹到九所參加原子彈的攻關。同時在九所組建理論部、實驗部、設計部和生產部,分別負責產品的理論設計、非核部件效能實驗、工程結構設計及場外試驗(核試驗)、加工生產和裝配。

1962年,為加強設計、試驗工作的技術指導,又設定了產品設計、冷實驗、場外試驗與中子點火共四個技術委員會。

1958年9月,第一批大學畢業生分配到理論部,被大家稱為“娃娃博士”的理論部主任鄧稼先就帶著這群年輕人,從最基礎的三本書學起,艱難地摸索著現在看來已是常識的一些基礎理論知識。

1960年4月,第一顆原子彈的理論設計正式開始。當時進行總體力學計算的,只有3個學力學、3個學數學的大學生和一些科輔人員,他們在4臺半自動的電動計算器上,開始了特徵線法數值計算。

經過20多天的奮戰,取得了第一次計算結果。由於缺乏經驗,差分網格取大了,沒有體現出幾何形狀的特點,但從中卻發現了一些新的物理現象。大家分析後認為,這些新問題的出現是合理的,進而提出了3種解決方法,為此又進行了3次計算,即第二、三、四次計算。

3次計算所得結果十分接近,但其中一個很重要的資料卻和1958年7月蘇聯專家說的不符合。經過反覆驗證和討論,又提出了3個重要的物理因素,建立了3個數學模型,進行第五、六、七次的計算,其結果和前三次的結果一樣,這就促使我們對蘇聯專家的那個資料產生了疑問,但大家又不能輕易否定它。

這時搞爆轟物理狀態方程的科技人員提供了高低壓兩套重要的資料,大家選出一個最佳的數學模型又不厭其煩地進行了第八、九次計算,結果仍然一樣。

1961年年中,年輕的物理學家周光召調來理論部任第一副主任,他仔細分析了九次計算的結果,運用炸藥能量最大功原理,從理論上證明蘇聯資料不可能,證明我們用特徵線法作的九次計算的結果是正確的。

“九次計算”歷時半年多,計算稿紙一麻袋一麻袋地堆滿了房間,人們終於摸清了原子彈爆炸過程的物理規律和諸多交叉作用因素的相互影響,為理論設計奠定了基礎,為武器設計培養和鍛鍊了人才。

在彭桓武的建議下,研究人員每個星期召開一次專題研討會,對難題“會診”。他認為,研製原子彈離不開集體的智慧和力量。當時,核武器研製隊伍中時時召開“鳴放會”,大家集思廣益,知無不言,充分發揚科學民主。他器重和喜愛那些年輕的科技人員,總是鼓勵年輕人談出自己的看法,從不同的意見中吸取每一點有價值的東西。

彭桓武運用強有力的理論手段完成了原子彈反應過程的粗估計算,為掌握原子彈核反應的基本規律與物理影象起了重要的作用。他回憶說:“我們窮人有窮人的辦法,想了些竅門,可能計算上比人家省些時間。”

從1958年到1960年間,鄧稼先和理論設計人員進行了兩年的理論工作準備,在獲得了關於爆炸力學、中子傳輸、核反應和高溫高壓下的材料屬性方面的大量資料後,準備進行原子彈的實際設計和造型。

1961年初,探索預研階段已經完成,所領導要求在兩年內掌握關鍵的技術原理,基本完成原子彈的理論設計。於是,一切工作都在緊鑼密鼓地進行。

實驗核物理專家王淦昌和實驗部主任陳能寬負責非核部件的研製實驗(爆轟試驗)。

在進行第一顆原子彈理論設計的同時,開始著手進行爆轟試驗。長城腳下的17號工地,原本是工程兵的靶場。這塊荒涼的土地見證了中國原子彈最初級、最艱難的爆轟試驗。

這個30多人的小組由陳能寬直接帶領,摸索澆製由不同型別炸藥組裝的“透鏡體”。首先遇到的障礙是各種不同型別炸藥的構成問題。火工品專家、實驗部副主任錢晉組織了高能炸藥會戰,研製出了高能炸藥和電火花雷管的新品種。

為給爆轟試驗提供炸藥部件,技術人員利用一臺普通鍋爐,向部隊借了幾隻熔藥桶,自己動手熔化炸藥。蒸汽熔化的炸藥,氣味難聞,毒性也大。霧騰騰的粉塵和蒸汽充滿整個帳篷。但越是這個時候,越需要儘快攪拌,才能使炸藥部件密度均勻。他們冒著危險澆鑄出了第一批合格的炸藥部件。

後來,俞大光副教授幫助設計了炸藥的多路同步點火裝置。陳能寬頻著小組成員以不同配方的高能炸藥,採用不同的澆鑄模型,設計了一系列系統化的實驗,從中挑選了一些特殊的化學炸藥,擬定幾個可供選擇的模型來澆鑄和裝配炸藥透鏡體。周光召計算了這些炸藥的最大爆炸力。另外幾位科學家把這些資料用於臨界和超臨界的能量釋放的計算。

對各項設計方案進行真實試驗的選擇工作花了好幾個月時間,王淦昌親自指導製造第一批試驗用部件;陳能寬用手算多次核對了全部資料。到1960年4月,他們造出了第一批火工樣品。此後,先後生產10000個供試驗使用。科研人員經常顧不上休息,一天之內做10多次試驗。1962年9月初,終於完成了第一顆原子彈的炸藥配件。

核武器研究所兩位技術領導郭永懷和程開甲,負責場外試驗。場外試驗涉及到結構設計、強度計算和環境實驗等任務,郭永懷一方面為科研人員傳授爆炸力學和彈頭設計的基本理論,另一方面致力於結構強度、結構傳力路線、氣動特性、振動和衝擊等方面的研究,加速建立自己的實驗室,組織開展大量的實驗。

核裝置的結構設計如何確定?科研人員透過直接參加爆轟試驗,深入瞭解試驗要求,與實驗人員共同分析試驗資料,並結合日後武器化的需要開展設計,先後完成了兩種可供試驗的方案。

中子點火委員會由彭桓武和朱光亞擔任技術領導,負責點火中子源的理論研究和設計。

點火中子源是引發原子彈產生鏈式反應的重要部件,它的作用很關鍵。為了尋找合適的中子源,當時準備了3套方案,即內爆中子源、鈽鈹源和中子管,以內爆中子源為主攻方向。

製備內爆中子源的材料氘化鈾,遇到很多困難,要解決純度、含氘量、顆粒度等要求很高的氘化鈾粉末研製、金屬外殼的加工和封裝以及中子源質量檢驗等技術難題。王方定工程師和一些年輕的科技人員經過幾個月日夜奮戰,進行了200多次的化學實驗。他們的工作環境極其惡劣,當年房子裡沒有空調。在炎熱的天氣往往使裝著危險性物質的容器變形,很不安全。在實驗不順利時,王淦昌、彭桓武和朱光亞幾次來到實驗室,幫助他們分析並提出建議。

在錢三強和何澤慧的指導下,其他兩個方案的研究也同時進行。包括測量中子能量、安排關鍵性實驗和製造點火裝置元件,這些任務也逐一地完成了。

產品設計技術委員會由吳際霖和設計部主任龍文光負責,主要任務是組織完成原子彈的工程設計任務。原子彈試驗裝置的零部件加工精度要求高,有的部件形狀特殊,成型、加工都很困難。第一生產部、第二生產部按照設計要求在極端困難和緊迫的條件下,完成了大量的實驗所需零部件的加工生產,保證了各類分解實驗和大型試驗的進度要求,最後提供了合格的核試驗產品。

文:朱建士(1936。3。28-2011。12。18)九所原副總工程師,中國工程院院士

選自中物院叢書《核武情 強國夢》

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