氢弹原理试验纪事

2009-05-07宋炳寰

神剑 2009年1期

宋炳寰

一

1960年秋，当中国原子能工业建设和原子弹的研制工作已经从苏联援助转向全面自力更生的时候，时任二机部部长的刘杰开始考虑氢弹研制工作如何部署展开的问题。

刘杰在1957年作为中国政府代表团成员随聂荣臻副总理同苏联政府代表团谈判“国防新技术协定”时，从协定的文本中清楚地看出，苏联准备提供给中国的一种氢加强的实弹样品属于原子弹，而不是氢弹。看来，氢弹和原子弹在原理与结构上可能会有很大的差异。刘杰曾找机会多次向二机部的苏联专家组组长询问氢弹与原子弹在原理和结构上有什么不同。专家组组长表示不清楚，未作任何透露。看来，苏联在氢弹技术上对我们是严格保密的。刘杰认为，氢弹肯定比原子弹更复杂；研制氢弹必须由我们自己首先在氢弹的理论上进行探索突破；而进行氢弹理论探索，不会在短期之内获得突破，这项工作也不能等到第一颗原子弹研制成功以后再进行安排。

一天，刘杰同钱三强商量此事。刘杰讲了上述想法以后说：“九所现在正在全力进行第一颗原子弹的基本理论和关键技术攻关，没有力量顾及氢弹的理论研究。为了不分散九所的精力，原子能研究所能不能组织力量在氢弹理论研究方面进行探索，先行一步？”

钱三强思索了片刻回答说： “ 氢弹的研制工作迟早是要进行的，早做布置好。氢弹有自己的原理，轻核反应有它自己的规律，与轻核反应有关的理论探索工作确实需要早做安排。我很赞成。原子能研究所还有一点理论物理研究力量，可以动员投入。”

刘杰听了很高兴，说：“那很好，就这么定了。”刘杰还特意嘱托钱三强：“这项工作很保密，由你代表部来直接组织领导，对部党组全权负责。”

随后，刘杰把上述与钱三强商量好的事情告诉九局局长李觉。李觉表示完全赞同。

经刘杰同意，钱三强把二机部的上述决定向原子能研究所党委领导人李毅等同志作了报告。钱三强在李毅的协助下，1 9 6 0年第四季度，在原子能研究所第四研究室增设了一个从事氢弹理论探索研究工作的机构，名称叫“轻核反应装置理论探索组”（简称“轻核理论组”，保密代号为“乙项任务”），由黄祖洽任组长。一开始成立时，这个组只有黄祖洽、蔡少辉、萨本豪、刘宪辉等同志。不久，擅长粒子物理的何祚庥也加入这个组，并参与业务领导。以后又逐步增加了人员。起初，他们主要是寻觅有关氢弹原理的知识和收集轻核反应截面等。

为了增强“ 轻核理论组” 的研究力量，黄祖洽和何祚庥多次向钱三强所长建议，调本所1 9 5 5年荣获“ 全国青年社会主义建设积极分子” 光荣称号的副研究员于敏来参加研究工作。钱三强考虑了再三，采纳了这一建议，并准备让于敏任“ 轻核理论组”副组长。

于敏调入“轻核理论组”后任副组长。当时全组共有十一二个人。1 9 6 1年第四季度何祚庥等调到九所参加突破原子弹的工作。黄祖洽也在九所兼职参与原子弹的攻关，每周只有一半的时间在原子能研究所，“轻核理论组”的工作担子主要落在了于敏的肩上。1 9 6 3年何祚庥又重新调回了“轻核理论组”。

钱三强具体负责主管“ 轻核理论组” 的工作。大约每隔两个星期或一个月，黄祖洽、于敏和何祚庥便向他汇报一次工作进展情况。钱三强为他们解决了许多重大决策性的问题，也为他们解决了一些具体问题。

黄祖洽和于敏领导有方，把全组人员按学科划分了几个研究小组，黄祖洽、于敏及何祚庥分管各个小组的工作。

二

正当原子能研究所“ 轻核理论组” 正在探索氢弹的可能结构以及作用机理的时候，第九研究所理论部在交出了第一颗原子弹的理论设计方案后，抽出部分研究力量从1 9 6 3 年9 月起，也开始了氢弹原理的探索，并由副所长、理论物理学家彭桓武亲自指导。他和理论部科学负责人先后得出结论：加强型原子弹结构，尽管其中伴随着热核反应产生，但持续代数较少，不可能成为氢弹。提出可就铀与氘化锂- 6相叠加强耦合等技术问题展开研究。

1 9 6 4年1 0月1 6日，我国第一颗原子弹爆炸试验成功。11月2日，周总理听取了汇报，并研究了今后的核试验问题。

在研究今后的核试验时，周总理问刘杰什么时候研制成氢弹？

刘杰回答：氢弹理论的预先研究已经在探索，现在还有许多问题吃不透。大概还得需要三五年时间。

周总理说：5年是不是太慢了。

周总理指示说：我们的四大目标是一年搞一个：今年原子弹在铁塔上爆炸成功了；明年第二个是核航弹，原子弹空中爆炸；后年第三个是原子弹上导弹搞两弹结合；1 9 6 7年第四个搞氢弹或加强弹试验。

在这以后，九院理论部主任邓稼先一方面组织人力研究原子弹的小型化，一方面迅速抽调了1 / 3 的力量，对氢弹的二十几项理论课题展开研究，以加速突破氢弹原理。

1 9 6 5 年1 月7 日下午，刘杰在二机部党委会议上讲话时，传达了不久前毛泽东主席的指示。毛主席说：如果有氢弹、导弹，仗可能就打不起来，和平就更有把握了。原子弹要有，搞起来也不会多，吓吓人，壮壮胆。毛主席又说：还有三年才搞成氢弹，太慢了。

1 月2 3 日，毛主席在听取国家计委关于经济建设长远规划设想的汇报时指出：敌人有的，我们要有，敌人没有的，我们也要有，原子弹要有，氢弹也要快。管他什么国，管他什么弹，原子弹、氢弹我们都要超过。

党中央对掌握氢弹的要求如此紧迫，二机部领导的心情是很焦虑的。这时，氢弹研究工作的发展向刘杰、刘西尧等二机部领导提出了一个迫切的问题：如何对待原子能研究所“轻核理论组”和九院理论部这两方面研究氢弹理论的研究力量。必须把这两方面的研究力量统一起来，把两股绳拧成一股绳，集中力量，形成拳头，集智攻关。

三

3 月1 0 日下午，在规划会议上，领导小组成员们讨论了准备进行含有热核材料的原子弹试验性装置的设计工作和进行核试验的问题。

为了给氢弹理论研究提供必要的物理参数，刘西尧和彭桓武、朱光亚等到原子能研究所商请该所紧急安排对热核材料的核反应截面进行数据测量的任务。该所抽调3 0余名科研人员组成突击队，由实验核物理学家何泽慧先生担任业务总指挥。经过几个月的实验研究，分批完成了一套热核材料的核反应截面数据的测量，获得了可靠的实验数据。

为了突破氢弹原理，实现“ 1 1 0 0 ” 目标，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。

到了1 9 6 5年的7月，在彭桓武副院长和理论部几位主任的组织领导下，理论部的研究人员在过去原子能研究所“ 轻核理论组” 和理论部氢弹探索的基础上，经过半年的努力，虽然在氢弹探索的道路上有所前进，确定了热核燃料

的取舍，着重研究了突破氢弹的两条可能的技术途径，但计算结果表明，两条技术途径都有各自的困难。其中的一条途径是加强型模型，已弄清楚了这种模型的威力与重量的关系，要想威力上去，重量就得上去；在总威力中，聚变威力所占的份额不能随着威力的增加而增加；这种核弹中所加的热核材料，固然能起到加强原子弹的威力的作用，但由于热核材料燃烧得不充分，这种加强作用又是有限的；对于好材料的作用也进行了探索。结论是：这条途径与“ 1 1 0 0 ” 这一目标相差甚远。探索突破氢弹的技术途径一时受阻。

在此时刻，二机部部长刘杰的思路回到了1 9 6 4年1 2月3日和1 9 6 5年2月3日向中央专委呈送的《关于加速发展核武器问题的报告》上，即：力争在1 9 6 8年开始进行氢弹装置的试验，然后再尽快地解决上导弹的氢弹。

刘西尧对氢弹研究工作抓得很紧， 7 月初，刘西尧又与九院副院长彭桓武、朱光亚一起指导理论部开了一个规划修订会，对2 至3 月间制定的《氢弹科研大纲》作了修改。经过会议讨论，研究人员认识到，要改变过去想一下子把聚变的份额提高很多的做法，脚踏实地分阶段前进。第一步，在继续探索氢弹原理的同时，先做几次大威力加强型核弹试验。即重量可以放宽，先设计轰-6飞机能携带的威力在100万吨左右TNT当量的核炸弹。第二步再设计“1 1 0 0”能装到导弹头的氢弹。

四

9月2 7日，在孙和生的带领下，5 0多位出差人员来到华东计算技术研究所。

到上海安顿好以后，大家马上着手安装从北京带来的各种程序，进行调试和对算。首先解决了程序计算中中子不守恒的计算方法问题。很快编出了大型计算机程序，开始了三相氢航弹的优化设计，进行了大量的数值模拟计算。很快就算出了一批模型。从结果看，离领导上的要求并不太远，只要加入少量的贵重好材料，威力就可以提高到100万吨TNT当量。但是，这批模型的聚变份额都很低，这表明其中的热核材料并没有充分燃烧。

为了找出优化设计中问题的所在，继续前进，于敏从计算的多个模型中选了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。

于敏紧紧抓住了问题的关键，开始了新的思考。他首先分析了原子弹爆炸所释放的各种能量形式，比较了它们的特性与在总能量中所占的比例，明确了一种比较容易控制、驾驭的能量形式。然后，他想出了一个减少这种能量损失、提高其利用率的精巧的结构，估计了有多少能量可以被利用，又有多少可以用来压缩热核材料氘化锂- 6，如何有效的利用这些能量，氘化锂- 6能压缩到什么程度，如何使它点火和自持（自行维持下去）燃烧等等。

在当时的情况下，要在计算机上对于敏想出的复杂构形的氢弹进行数值模拟计算是不可能的。按照于敏的想法，先验证原子能压缩是否能使聚变材料自持燃烧。为此准备了两个模型。通过改变计算模型的外边界条件的办法，来模拟原子弹能量通过某种机制瞬间作用在由相当数量的聚变材料氘化锂- 6 及其他材料构形的氢弹主体上。

11月1日晚，先计算第一个模型。在J501计算机机房里柔和的灯光下，计算组组长汤敏君在拨动着计算机操作台上的键钮。蔡少辉和孟昭利趴在机房地板上忙着查阅纸带卷，检查输入与输出的数据有无差错。于敏在一旁拿着计算尺和铅笔不时地在计算着什么和写着什么。计算机在忠实地执行着主人的指令，纸带卷上缓缓地输出令人兴奋的数字。最后的结果就如于敏事前所料。在场的人都很兴奋。接着，于敏同大家一起商量，临时又加算了一个材料比例不同的模型。结果也不坏。11月3日，计算了另一个模型，也取得了完美的结果。至此，两类共三个模型的计算结果表明，只要能驾驭原子弹能量，我们就可以设计出百万吨级的氢弹来！

五

在此期间，孟昭利参加的小组也经过大量计算不断改进氢弹主体压缩的近似条件，最后得到了一个很好的解析函数描述的氢弹主体接收辐射能的边界条件。

此后，氢弹新原理小组在于敏的领导下继续做了许多工作。经过这一段时间的系统工作，发现了一批重要的物理现象和规律。这些规律对随后的氢弹物理设计和核试验诊断都有重要的指导意义。

于敏把各方面的研究成果归纳整理成从氢弹初级到能量传输到氢弹次级的原理、材料和构形基本完整的氢弹物理方案以后，又一次向大家作了学术报告。于敏逐一分析了氢弹反应各个过程的现象、规律和物理因素，描绘出一幅氢弹反应过程的比较完整的物理图像。

1 1月下旬，突破氢弹原理的电话用暗语打到北京后，邓稼先主任第二天就飞至上海。一到嘉定，邓稼先立即听取了于敏等人的汇报，并与大家一起通宵达旦地分析计算结果，详细讨论技术问题。他对新原理表示首肯，他和大家的心情都十分兴奋，欢欣鼓舞。

邓稼先不仅详细地与大家讨论了氢弹新原理，还十分满意地听取了两个月来大家在加强型三相氢航弹优化设计工作所取得的进展。当他听说优化设计中有的模型威力可以达到8 3万吨T N T当量时，他要求再加大。科研人员马上设计了一个威力更大的模型，并上计算机计算。邓稼先同科研人员一起上机看计算结果，结果很好。他要求孙和生组织大家把在上海所取得的重要成果赶快整理好。

1 2月初，邓稼先与孙和生一起把于敏他们在上海发现的有关物理现象、规律和突破氢弹原理的设想方案等重要成果带回北京。

几天后，于敏也奉调回北京汇报。留在上海的研究人员，在蔡少辉副主任的组织下，继续深入研究氢弹原理，并在物态方程小组的研究人员帮助下，用较为严格的状态方程进行计算。随后，他们对加强型三相氢航弹的优化设计工作进行总结，开始编写科研报告。1 9 6 6年1月4日，他们终于带着在上海奋战了近100个日日夜夜的丰硕成果回到北京。

这个氢弹原理理论设想方案的基本思想是：氢弹是把热核装料（通常用氘化锂- 6）加热到高温发生聚变反应，在瞬时释放出巨大的能量。发生聚变反应的先决条件是高温、高密度。要使热核装料燃烧充分，必须使燃烧区的高温维持足够长的时间，这就需要创造一种自持聚变反应的条件，这个条件要由原子弹爆炸来创造。因而，氢弹包含有“初级”和“次级”两个部分。用来为自持聚变反应创造条件起引爆作用的原子弹爆炸装置，称为“初级”或“扳机”（后来我们又把它称为引爆弹）。使热核装料发生聚变反应释放出能量和中子并诱发铀- 2 3 8外壳发生裂变反应释放出更多能量的氢弹主体部分，称为“次级”或“被扳机”（后来我们又把它称为氢弹主体）。高威力氢弹爆炸时释放的巨大能量，主要来源于氢弹主体部分。

六

刘杰部长1 2月初在北京获悉九院理论部已突破氢弹原理后，喜出望外。正在青海二二一厂主持“四清”运动的刘西尧副部长得知氢弹原理已

经被突破的消息后，也很高兴。他在征得刘杰的同意后，立即指示九院副院长吴际霖，要在即将召开的该院科研、生产两年规划会议上优先讨论研究新突破的氢弹原理。

1 2 月8 日，九院副院长彭桓武在青海二二一厂召集院内的专家开会，研究论证了于敏等人新突破的氢弹原理理论设想方案。与会专家认为没有理由对此方案表示怀疑，它很可能成为突破氢弹的重要途径。

9 日至1 0 日，吴际霖主持召开了九院1 9 6 6～1 9 6 7年核武器科学研究与生产两年规划讨论会。于敏向与会者详细介绍了利用原子弹作为“扳机”（“初级”）来引爆“被扳机”（“次级”）的两级氢弹原理理论设想方案，以及实现该方案所必须解决的关键技术问题与结构问题，初步提出了对爆轰实验、加工制造、核测试诊断等方面的要求。

12月29日、30日、31日，周总理主持召开中央专委第十四次会议。着重讨论了下一阶段核弹和导弹的研制工作。

刘杰汇报了二机部党委1 2 月1 3 日请示报告的内容。周总理很关心已突破的氢弹原理的新设想。他还问刘杰：准备好“扳机”试验需要多长时间？明年能成功吗？刘杰答：明年年底可以试验“扳机”。外国经常爆炸2万吨TNT当量的核试验，很多试验是为了解决和改进“扳机”。

会议原则批准了1966～1967年核武器研制两年规划和1966～1967年导弹的研制计划。

此后，二机部按照总的计划安排，在继续开展加强型原子弹、中近程地地导弹原子弹头等项研制、试验准备工作的同时，也迅速展开了突破氢弹原理，力争在1 9 6 6年底前后进行氢导弹头“扳机”试验的各项准备工作。

七

1 9 6 6 年1 月，九院实验部制定了爆轰模拟实验方案，并为探索模拟试验方法进行了一系列小型试验。九院理论部最初提出的进行爆轰模拟实验的“扳机”结构方案存在着三个难以克服的技术问题。面对三大技术难题，王淦昌、彭桓武、陈能宽、周光召、于敏等科学家，多次与在第一线工作的理论、实验和设计人员在一起分析研究，寻找解决的办法。经过3 个多月的不懈努力，进行了上百次爆轰模拟实验和反复研究分析，在大家的相互启发下，最后解决了“扳机”系统的结构方案。经过爆轰模拟实验，取得了满意的结果，从而圆满地解决了遇到的三大技术难题。４月７日，九院理论部根据爆轰模拟实验结果，修改了原来的理论模型。这样，就诞生了代号为6 2 9 的氢弹原理试验装置的“ 扳机” 理论设计模型。

为了加快实验研究，突击完成6 2 9装置全部的爆轰模拟实验，４月７日，九院领导研究决定，把实验、理论和设计人员组织起来，在实验部成立了第二研究室。

研究人员通过大量的缩小比例的、不同代用材料的爆轰模拟实验，采取了巧妙办法，解决了系统保护这一主要技术难关。在进行一系列爆轰模拟实验中，由二室科研人员黄世明等负责研究的Ｘ光透视照相诊断技术，有效地观测到了系统结构破坏的过程。

就在此时，核试验基地、九院、空军等单位遵照中央专委的要求完成了含有热核材料的加强型原子弹空中爆炸试验的各项准备工作。这次核试验于5 月9 日1 6 时（北京时间）进行，爆炸成功。这次核试验给氢弹理论研究提供了实测数据，加深了对热核聚变规律的认识。

到了6 月上旬，在经过了大量的理论计算和爆轰模拟实验以后， 6 2 9 装置“ 扳机” 的理论设计方案初步确定。1 9 6 6年8月1 9日和9月8日，九院先后进行了两次1∶1尺寸的局部爆轰实验，并最后于11月12日晚成功地进行了一次1∶1尺寸的整体爆轰出中子实验。实验结果非常理想。至此，氢导弹头“扳机”试验的方案最后被肯定。

与此同时，8月15日至9月3 0日期间，九院实验部三室的研究人员还完成了62 9核装置的次临界安全试验，结果表明，各装配操作环节都是安全的。

九院理论部的研究人员，在配合爆轰模拟实验确定6 2 9 装置“ 扳机” 理论设计方案的同时，还进行了6 2 9 装置“ 被扳机” 的理论研究计算工作。经过几个月的不懈努力，到1 1月，从理论上解决了这个问题，确定了6 2 9 装置“ 被扳机” 的理论方案。

1 9 6 6年4月3日至1 1日，国防科委在核试验基地召开会议，请二机部九院、工程兵设计院、核试验基地研究所等单位的技术专家和工程技术人员研究了“扳机”核试验的方案。

会议研究商定，本次核试验的测量项目由九院、核试验基地研究所、原子能研究所、中国科学院物理研究所、上海光机所、西安光机所、长春光机所及浙江大学等单位分工合作来完成。

4 月间，张蕴钰（核试验基地司令员）、胡若嘏与有关工程技术人员还到核试验场区勘选了铁塔的位置。5 月1 1 日，张蕴钰在核试验场区向刚刚主持完含有热核材料的原子弹空爆核试验的张爱萍副总长、刘西尧副部长汇报了勘选铁塔位置的情况及安排的测量项目。5月下旬，张蕴钰、张英（核试验基地副司令员）等又进行了工程定位勘察，本着不影响空爆试验区的连续使用、确保核试验场外下风方向附近地区居民的安全、尽可能利用空爆试验区的部分现有工程及新建测量工程能够多次使用这三条原则，选定了铁塔的位置。

6 月1 4 日，周总理在中南海西花厅主持召开部分中央专委委员参加的中央专委小会，聂荣臻、赵尔陆、刘杰、王秉璋（七机部部长）出席了小会。会议批准了所选的铁塔位置，同时要求国防科委和核试验基地要积极采取减少放射性沉降和加强防护的措施，确保这次核试验的安全。

6 月中旬，国防科委召开了氢导弹头“ 扳机”试验准备工作会议，李觉副部长及九院、核试验基地等单位负责同志和技术人员参加了会议。会议商定1 2 月1 日前完成试验的各项准备工作，待命试验。会后，核试验基地制订了工作计划，陆续展开了试验的各项准备工作。

二机部九院在加紧6 2 9核装置理论设计和爆轰实验的同时，也积极地投入了分工承担的核爆炸测量项目的准备工作。

9月2 5日下午，周总理在人民大会堂福建厅主持召开中央专委第十六次会议。会议着重讨论了中近程地地导弹与原子弹头两弹结合飞行试验和氢导弹头“扳机”核试验的问题。会议在讨论这次“扳机”核试验时，会议原则同意二机部7月2 2日上报的氢弹装置研制方案及国防科委9月2日报告中的工作安排，要力争年底进行核试验，以便早日突破百万吨级氢导弹头技术关。

八

参加这次“扳机”核试验的军内外单位共2 8个，技术和保障人员6408人。

九院加工好的供预演用的氢弹模拟装置（ 6 2 9 - 0 ），于1 2 月1 1 日空运到核试验现场。经过检查、总装配以后，于1 6日顺利地吊上铁塔就

位。在各项准备工作基本就绪后，1 2月1 8日核试验场区进行了全场联试。2 0日进行了全场综合预演，全面检查了各项准备工作，并按正式试验所规定的全部程序和动作进行了演习。

正式试验用的氢弹装置，于2 1 日1 5 时2 0 分空运到核试验场区。2 5 日完成了氢弹装置的总装配。

2 5日晚，张震寰主持召开第五次核试验党委会议，研究气象情况。根据气象预报，2 8日可能是适合试验要求的好天气。2 6 日3 时，核试验党委向国防科委并周总理、中央专委请示，拟先按2 8日正式进行核试验来安排各项工作，待气象情况查明后，再请示批准零时。周总理批准了这一请示。

2 6 日下午，正式试验用的氢弹装置吊装到102米高的铁塔塔顶工作间。

2 6日晚，张震寰主持召开核试验党委会议，听取了气象汇报。根据预报，2 8日中午将出现适合试验要求的短时间的好天气。试验党委讨论拟将试验零时定为28日12时（北京时间）。

晚上，聂帅用保密电话向周总理做了汇报。周总理同意零时定在2 8 日1 2 时，并预祝试验成功。

2 7日1 3时，核试验场区进行了全场最后一次联试，结果良好。仅效应工号有两台测试仪器没有动作，后已排除故障。效应试验的动物于2 0时布设完毕。

2 1时，九院的装配工人与技术人员开始在铁塔顶部安放氢弹装置的工作间内接插雷管。

2 8日黎明，核试验场区的天气变坏，云层变厚，下起了小雪。