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他用萝卜干顶饿,计算尺计算,填补了中国核理论空白

作者:全景科学家

二十世纪五十年代,为了突破原子弹技术,我国作出部署,由核武器研究院集中攻关,并安排于敏“转行”,参加氢弹理论的预先研究工作。从接受这份任务开始,于敏的名字和他从事的事业便一起成为国家最高机密。他不仅需要隐姓埋名,常年奔波在外,更是被要求上不告父母,下不告妻儿,忍受家人的误解,耐得住寂寞清苦。

于敏毫不犹豫地接受了任务,因为他忘不了“童年亡国奴的屈辱生活”带给他的惨痛记忆。于敏说:“中华民族不欺负旁人,也不能受旁人欺负,核武器是一种保障手段,这种民族情感是我的精神动力。”

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于敏,中国科学院院士,著名核物理学家,国家最高科技奖、“两弹一星”功勋奖章、“共和国勋章”获得者。他在中国核武器研制中作出了突破性贡献,独立提出了从氢弹原理到构形基本完整的设想,直接引领和推动中国第二、三代核武器理论的探索、设计、研制、定型。

上世纪五十年代,党中央做出发展核科学技术、研制核武器、建设核工业的重要决策。1951年,25岁的于敏调入近代物理所(1956年改为原子能研究所,现原子能研究院和高能物理研究所的前身),并被分配在彭桓武院士领导的原子核理论研究组,从此开始了他的科研生涯。

当时,彭桓武决定从调研入手,了解国际上核物理研究的进展情况。在这次调研中,于敏阅读了大量文献,还仔细钻研了物理学家费米的名著《原子核物理》一书。1953年,于敏递交了一份完整的调研报告,其中包含了他对原子核模型、轻原子核能极、裂变、中子反应、β放射现象、γ放射现象深入而系统的认识。

彭桓武看完报告说:“真正钻进去了的只有于敏。”

1956年,于敏担任原子核理论组组长。他在广泛阅读核物理文献的基础上,精读了诺贝尔物理学奖得主梅耶(M.G.Mayer)和简森(J.H.D.Jensen)合写的《原子核壳结构基本理论》。

于敏在研读梅尔的论文时发现,她的成功一部分是因为坚实的物理基础和数学功底,而最重要的一点是她非常重视物理实验,她的壳模型理论正是在分析大量物理实验基础上建立起来的。由此,于敏感悟到从事物理理论研究,一定要重视物理实验,要同时仔细了解相关物理实验的内容,注意和分析相关的物理现象,去伪存真,总结有关的物理规律。只有这样,才能做到有所发现,有所前进。这一感悟一直贯穿他终身的研究生涯。

著名实验核物理学家王淦昌院士后来也曾说:“我所接触的我国理论物理学家中最重视物理实验的人是于敏。”

1957年,于敏在物理学报上发表《关于208Pb附近一些原子核的能级》,1959年发表《关于重原子核的壳结构理论》。在他的指导下,研究小组发表的《一个具有等间隔能谱的费米系统》和《原子核在短程力下的相干效应》等研究成果在当时位居世界前列水平。

1961年1月12日,二机部副部长钱三强告诉于敏:“经所里研究,并报请上级批准,决定让你作为副组长领导和参加‘轻核理论组’,参加氢弹理论的预先研究工作。”

当时,于敏带领原子核理论研究小组正处在有可能取得更大成果的关键时刻,同意“转行”就意味着他将从基础研究转入应用研究。

这次谈话改变了于敏从事基础研究的夙愿,成为他终身奉献核武器研制的开始。于敏这个名字从此也在原子核理论研究领域“隐形”了。他说:“当时国家的国防基石要是没有这个东西(指氢弹),就要受人欺负,就没有真正的独立。面对这样庞大的题目,我不能有另一种选择。一个人的名字早晚是要没有的,我必须要义不容辞地尽国民一份责任”。

从1960年到1965年初,“轻核理论组”在黄祖洽、于敏、何祚庥的带领下,对氢弹的物理基础和各种物理过程进行了探索和研究,同时对氢弹的作用原理和可能结构方面作了一些初步探索。

他用萝卜干顶饿,计算尺计算,填补了中国核理论空白

电视剧《功勋》中,于敏因十二指肠溃疡用萝卜干顶饿

于敏领导的工作组人手一把计算尺,废寝忘食地计算。通过4年多时间的团结协作,他们解决了一系列有关热核材料燃烧的应用基础问题,对氢弹的许多基本现象和规律有了深刻的认识,产生了六十多篇论文。

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当时使用的计算尺

1965年1月,黄祖洽、于敏等原子能研究所“轻核理论组”的31位科研人员携带着预先探索研究的所有成果和资料,来到九院理论部,于敏被任命为理论部副主任。

为了突破氢弹原理,九院理论部分兵作战,多路探索。邓稼先、周光召、于敏、黄祖洽等部主任,带领有关研究室的人员分别攻关夺隘。

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于敏在九所科研室查阅计算数据

在科研攻关的同时,理论部还召开了大量技术研讨会。研究探索中出现的种种问题都会拿到会上进行“会诊”,会诊的专家除了理论部之外,还有朱光亚、王淦昌、程开甲、陈能宽等实验部领导。

这些研讨会当时被称为“鸣放会”,不论资格,人人都有发言权,只要有了新的想法,都可以登台各抒己见。

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氢弹是非常复杂的系统,其研究受诸多制约因素影响,几个月过去,多路探索并不顺利,许多种试图突破它的途径被提出来,经过一一仔细地讨论、计算和分析后,又一条条地被否定了。

1965年9月,理论部决定由于敏率领一部分研究人员前往上海华东计算技术研究所出差,利用该所的J501计算机(运算速度为每秒5万次),完成加强型核航弹的优化设计任务。

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J501计算机

9月27日,队伍抵达上海。创造历史的“百日会战”开始了。

那时的计算机性能不稳定,一碰到机器跳动,算出来的结果就不准确,上机时间有限,一次次推倒重来,时间全都浪费了。解决的办法是,每隔一段时间就把计算结果存在计算机的磁鼓里,一旦机器跳动,就把存在磁鼓里的前一时刻的计算结果取出来作为初始条件让计算机重新计算,用这个办法来减少机时损失。这样一来,机器就离不开人,机器24小时工作,人也要在一旁时刻盯着纸带上打印出来的计算结果。

于敏整日在计算机房和宿舍里,埋头于输出纸带卷中仔细分析计算结果。他从众多的计算模型中挑出三个用不同核材料设计的模型,进行了深入细致的系统分析。

中国氢弹的构型是个大科学工程,必须要凝聚大家的共识,依靠大家群策群力,共同完成。为此10月13日,于敏开始了持续约两周的一系列报告。他从炸药起爆开始,将加强弹的全过程分为原子阶段、热核爆震阶段和尾燃阶段,并对其中每一阶段进行分析。通过这样的学术报告,大家对加强弹的物理过程有了进一步的认识。

10月29日,于敏和研究室副主任蔡少辉在住地附近的田间小道散步。当谈到应如何创造条件让热核材料充分燃烧时,于敏直言加强型核装置的构型不利于热核材料的压缩和燃烧,并把自己几天几夜以来苦苦思索的想法一一道明。

回到住处,蔡少辉把于敏的思路向上级反映,得到批示后立即投入试算。在于敏的指导下,对去掉炸药改用原子能的新模型进行了试算,当量和聚变燃耗果然大幅度提高,达到了自持“点火”燃烧。这也就意味着:氢弹的物理构型成了!

兴奋之余,他们临时又加算了一个材料比例不同的模型,结果也不坏。隔天,另一个模型的计算也取得了完美的结果。至此,两类共三个模型的计算结果,为设计出百万吨级的氢弹做好了准备。

在华东计算技术研究所主楼五层东侧大教室里,于敏登上讲台给大家做学术报告,介绍新模型的设计思想,列举理想模型的结果。上海的工作进入群情振奋、思想活跃的高潮,研究人员对现象、规律的讨论热烈而持续。

于敏在抓住苗头之后,不放弃、不懈怠,抓住主要矛盾,抽丝剥茧,深究所以, 以自己的学科功力和大家的团结协作,成功建立了氢弹的物理模型。

1967年6月17日,罗布泊沙漠腹地成功升起了巨大的蘑菇云,当日,新华社向全世界庄严宣告:中国的第一颗氢弹爆炸成功!

他用萝卜干顶饿,计算尺计算,填补了中国核理论空白

1967年6月17日人民日报喜报

从第一颗原子弹成功爆炸到氢弹爆炸成功,我国仅用32个月,创下了全世界最短的研究周期纪录。这对超级大国的核讹诈、核威胁是一记漂亮的反击。

“两弹一星” 事业是中国历史上值得铭记的伟业,也是科技强国的史诗。《无名英雄于敏》展现的不仅是于敏一个人的故事,还有以他为代表,千千万万为我国核武器发展作出突出贡献的科学家们。他们为了“两弹一星” 事业的成功,把青春融入党和人民事业中,把个人理想与国家民族命运紧密联系起来。他们所代表的“两弹一星”精神,成为了为实现中华民族伟大复兴奋勇前进的重要精神力量。

文:采集工程项目办公室/中国科协创新战略研究院

参考资料:

[1]应阳君、李绍孟. 于敏和氢弹原理突破的百日会战[J]. 现代物理知识,2014,26(04):39-42.

[2]《于敏院士成长资料研究报告》,温天舒、李绍孟,老科学家学术成长资料采集工程

[3]本文图片来源于老科学家学术成长资料采集工程

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