于敏:献身中国氢弹事业的核物理学家

侯新杰 邵梦迎

(河南师范大学物理与材料科学学院,河南 新乡 453007)

·物理学家与物理学史·

于敏:献身中国氢弹事业的核物理学家

侯新杰 邵梦迎

(河南师范大学物理与材料科学学院,河南 新乡 453007)

介绍了于敏的求学经历、隐性埋名改变研究方向和突破氢弹原理的历程、以及他鞠躬尽瘁献身祖国核武器事业的动人事迹．

核理论;氢弹原理;氢弹试验;核武器

1967年6月17日,伴随着罗布泊沙漠腹地上空的一声惊天巨响,我国的第一颗氢弹爆炸,成功地震慑了西方各国,深刻地影响着当今世界的格局．然而,被誉为“中国氢弹之父”的于敏,却由于核事业的特殊性甘心“隐身”30年．1988年,他的名字才被解禁,但仍然鲜少出现于报端．2014年获得国家最高科学技术奖使于敏先生回到了大众的视野,也使更多人认识了这位国之巨匠．让我们通过此文回顾于敏的科研历程和动人事迹．

1 出身寒门难挡报国赤子心

1926年,于敏出生在河北宁河县芦台镇(现天津市)的一个普通家庭,父亲是天津市财政局的小职员．于敏排行老二,上面有一个姐姐,下面还有一个妹妹和弟弟,但都不幸夭折．于敏出生的前一年,国父孙中山去世,而后北方开始了军阀混战时期,社会动荡,民不聊生．国弱家穷,一大家人只靠于父一人的微薄工资过活,生活也越来越困难．

少年时代的于敏性格内向,善于思考并且酷爱读史书,读书时常常被名著里的古代将领的爱国精神和聪明智慧深深感动．当时于敏亲眼目睹日本侵略者的暴行,忧愤之情郁结于胸．自己不像古代将领能上战场英勇杀敌,想要改变旧中国积贫积弱的面貌,只能好好学习科学知识,将来搞科学研究．从此以后,他矢志不改,立志走科学救国的道路,一直为实现自己的理想抱负奋斗不懈．

于敏在中学期间勤奋好学,成绩出类拔萃,老师们都一致认为他是多年未见过的好学生,临近高中毕业时,于敏本以为自己还能接着上大学,但没想到父亲突然失业,无力再供他求学深造．幸亏天无绝人之路,同窗好友陈克潜的父亲出于爱才之心,为他申请了资助,在各方的帮助下,1944年于敏被北京大学工学院电机系录取．在工学院学习,老师更强调知识的应用,而于敏喜欢刨根问底、追本溯源的习惯对此并不满足．于是,1946年于敏转到理学院物理系,将自己的专业方向定为理论物理．他在理论物理方而的天赋很快展现出来,并以惊人的记忆力和领悟力赢得教授们的欣赏．在于敏上学期间还有个令人津津乐道的小插曲．于敏为了打好学习物理的基础,选修了张禾瑞先生的代数,张先生是出了名的教学严谨,对学生要求极其严格．一次张先生考试出的题目很刁钻,数学系“尖子生”才勉强得了60分,唯独选修的于敏考了100分,师生无不佩服和称赞．

2 服从祖国需要转变研究方向

1949年,于敏从大学毕业,留校攻读研究生,先后师从张宗隧、胡宁两位先生．在胡宁先生指导下完成了第一篇论文《核子非正常磁矩》．1951年他被慧眼识才的钱三强、彭桓武选中,调到中国科学院近代物理研究所(1958年改称原子能研究所)任助理研究员,专心从事原子核理论研究．

彼时新中国建立不久,百废待举．国家科学规划把原子核物理研究列为重点,领导希望于敏从事这一课题的理论研究工作．想到建国初期国家需要原子核理论方面的人才,于敏放弃自己钟爱的量子场论,欣然服从了国家需要．当时我国在核物理理论研究上几乎是一片空白,作为早期进入该领域的先行者,于敏克服重重困难,凭着学习上惯有的韧性,经过几年努力发表了《关于重原子核的壳理论》、《关于原子核独立粒子结构的力学基础》、《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》等具有国际领先水平的核物理文章,为我国核武器的研制与发展奠定了基础．1959年暑假,于敏与北京大学杨立铭教授合作,在成都主办了我国第一个原子核物理培训班,出版了我国第一部原子核理论专著《原子核理论讲义》,为国家培养了亟需的原子核理论科研人才．

就在于敏在原子核理论研究上将要取得重要进展和丰硕成果的时候,1961年1月,时任第二机械工业部(简称二机部)副部长的钱三强找于敏谈话,向他传达了上级任命他为“轻核理论组”副组长、领导开展氢弹理论预先研究的决定．氢弹是基于轻原子核的热核反应而制成的,比原子弹的威力更大,各核国家都把氢弹的制造技术列为国家的最高机密．面对这个艰巨的任务,于敏先生毫不犹豫地接受了组织的安排,立即停下手中有关原子核理论的基础研究,全力以赴地投入到氢弹原理的探索之中．在他的科研生涯中,这已是第二次根据国家需要调整自己的专业方向,从此以后,便与核武器结下不解之缘．然而,氢弹的理论与技术远比原子弹复杂,它具有高度的综合性,涉及理论物理、原子物理、核物理、辐射流体力学、等离子体物理、凝聚态物理、应用数学等众多学科．于敏虽然基础理论雄厚,知识面宽,但对于氢弹理论这个研究领域仍感到陌生．而且当时美、苏两大国对所有与氢弹相关的技术信息都绝对保密,所以只能靠自己摸索．从1961年到1964年,于敏和黄祖洽、何柞庥一起,领导“轻核理论组”做了大量研究工作,包括氢弹中多种物理过程的探讨和研究、氢弹作用原理和可能结构方面的探索．

时代的使命,社会的需要往往决定了一个人的命运和人生道路．于敏这次的学术转向,对他个人损失很大．搞氢弹研究,不仅任务重,集体性强,而且意味着他必须放弃原本光明的学术前途,转向绝密的核科研领域,从此隐姓埋名,默默奉献．多年后于敏在一篇回忆中说:“这次变化,改变决定了我的一生．30年中,我一直深入实际,昼夜思虑,全力以赴．中华民族不欺侮旁人,也决不受旁人欺侮,核武器是一种保障手段．这种朴素民族感情、爱国思想一直是我的精神动力．”[1]

3 “百日会战”突破氢弹原理

1964年10月16日中国第一枚原子弹爆炸成功．这标志着中国已经掌握了设计制造原子弹的科学技术．研制氢弹的任务更加紧迫了,必须要尽快在氢弹的理论上有所突破．虽然在原子能所的4年时间里,于敏和何柞庥带领同事们对氢弹的原理做了初步的探索,了解了热核反应的基本现象,掌握了热核反应的基本条件,但氢弹毕竟是复杂系统,探索过程仍十分艰苦．一条条途径提出来,经过仔细的讨论和计算分析,又一条条地被否定,于敏和同事们始终找不到氢弹原理的突破口．

氢弹理论转折发生在1965年,一场创造历史的上海”百日会战“,最终打破僵局．1965年9月27日,于敏作为理论部业务领导率领部分队伍去上海华东计算技术研究所开展加强型原子弹优化设计．工作刚开始时,大家热情高涨,都想尽快完成从加强型原子弹到氢弹的设计任务,但无论如何优化,计算结果总不理想．于敏便整日都泡在计算机房里,埋头于堆积如山的纸带中,仔细分析计算结果．于敏以其敏锐的理论洞察力透过现象抓住了事物的本质,不仅很快找到了加强型原子弹无法进一步优化的症结所在,更进一步发现了实现氢弹自持热核燃烧的关键之处．值得一提的是当时美国想要通过禁运计算机来遏制我国核事业的发展,用于运算的J501计算机,是我国自主研发的,5万次每秒的计算速度比美国当年用的要快5倍,在突破氢弹过程中发挥了非常重要的作用．10月下旬,于敏向在上海出差的全体同志作了系列的”氢弹原理设想“的学术报告．于敏从辐射流体力学、中子扩散和热核反应动力学的基本方程出发,结合以前的理论探索和最新的计算结果,列举了实现热核材料自持燃烧的各种可能途径,比较了它们的优劣利弊,详尽地论证了实现热核材料自持燃烧的内因和必要条件,提出了两级氢弹的原理和构型的设想．听完于敏的报告,大家都极为兴奋,认为经过多年的苦苦探索,终于牵住了”牛鼻子”,抓住了使热核材料充分燃烧的关键因素和创造这些因素的技术途径．这样的突破使大家深受鼓舞,热情高涨,又抓紧完成了一系列系统的工作,发现了一批重要的物理现象和规律,终于形成了一套从原理到构型的基本完整的氢弹理论方案.

1966年12月28日,中国进行了氢弹原理试验,这是一次完美的试验．试验结果证明,我国已在原子弹研制成功后仅两年零两个月的时间内独立掌握了氢弹原理．而后理论部经过5个多月的团结协作,完成了全威力氢弹的理论设计任务．1967年6月17日,沉寂的戈壁大漠上空,刹那间升起了一颗极为神奇壮观的“太阳”,中国第一颗氢弹试验圆满成功!从第一颗原子弹到氢弹,我国只用了26个月,速度是世界上最快的,而于敏在其中发挥了关键作用．氢弹爆炸成功后,于敏与邓稼先、周光召、黄祖洽等理论部领导一起带领科研队伍完成了核装置的理论设计,在提高比威力和核武器生存能力等方面进行了优化设计．经过冷、热试验证实,该理论设计是成功的．从此,中国拥有了第一代核武器,并开始装备部队．[3]

4 殚精竭虑三次与死神擦肩而过

由于长年累月的科研攻关,废寝忘食,积劳成疾,于敏的健康状况每况愈下,1969年初,因奔波于北京和大西南之之间,沉重的精神压力和过度劳累,使得于敏的胃病日益加重,身体瘦得形销骨立．在首次地下核试验时,他身体虚弱得连走路都很困难,上台阶要用手提着腿才能迈上去．在做热核试验,当于敏被同事们拉到小山冈看火球时,突然脸色苍白,冷汗淋漓,由于操劳过度和心力交瘁,当场休克昏迷过去……

到了1971年,考虑到于敏的身体状况,上级准许于敏的妻子留在身边照顾他．10月的一天深夜,于敏正伏案钻研,突感身体不适,头晕眼花,叫醒妻子．孙玉芹见他脸色蜡黄,气喘叮叮,赶紧将他扶起来,不料,于敏身子一软,摊倒在地,经医生及时抢救,才化险为夷．

出院后,于敏身体还未完全康复,就又全身心的投入到工作中．1973年于敏从绵阳返京途中,在列车上开始便血．回京时,人便昏厥过去,还没进家门,就直接送进了医院,由于抢救及时,才转危为安．[2]

就是在这样的身体条件下,于敏也没有停下科研的脚步．第一代核武器虽然解决了有无问题,但在武器的性能上还亟待提高．为了与运载装置导弹适配,核装置还得提高比威力并小型化．只有小型化才能装上导弹头,才能机动,只有高比威力才能构成实战所要求的破坏杀伤力．因此发展第二代核武器势在必行．在1980年,于敏被任命为核武器研究院副院长兼核武器理论研究所所长,全面负责领导突破第二代核武器原理．于敏清楚二代核武器的发展对我国的国防安全的重要性,也深知研制第二代核武器核武器的技术难度．从原理、材料和构型上都要有新的发展,新的突破,任务的艰巨性是局外人无法想象的．面对这样重大的国防任务,于敏以其强大的理论功底缜密的思维能力、勇于担当的精神和强烈的责任心为祖国交出了满意的答卷,中国在20世纪80年代终于突破了新型初级小型化原理的任务,成功研制出了第二代核武器．与此同时,在于敏的亲自指挥下中子弹的试验也于1988年获得圆满成功,我国核武器设计达到了国际先进水平．

5 甘于奉献的学界楷模

自从担起研制氢弹重任那天起,于敏不但要隐姓埋名,而且还要远地奔波,在条件艰苦的环境里,他凭借信仰、毅力、智慧和心血,孜孜以求,鞠躬尽瘁．可以这么说,为了中国氢弹早日研制成功,于敏不惜付出生命代价．然而有的人对于敏和他的同事们从事的事业并不理解,认为他们是在制造杀人武器,不人道．对此于敏非常朴素的说了这样一番话:“中国5000年的历史都是受外族的侵略,中华民族从来就是非常坚强同时又非常爱好和平．我打心眼里赞成核武器最好都彻底销毁、完全禁止,但是在50年代,核大国几次威胁要使用核武器来打我们,要不受人家欺负,就必须打破核垄断．我国的的核战略属于战略防御性质,我们完全是为了自卫．我们承担不首先使用核武器的义务,不对无核国家或地区使用核武器,也不会用核武器进行威胁．”[2]

回顾于敏先生的经历,我们不难发现于敏先生所处的时代和科研经历,使他无法像科学工作者通常所做的那样著书立说,并在所获得的科学成就上打上个人的标记,个人首先服从于国家的需要,淡薄名利,甘心将自己无私地奉献给祖国的科学事业和国防建设．在祖国的核武器事业中,他是勇敢的先行者之一,与一批老科学家在科学道路上中披荆斩棘,完全靠自己的智慧和毅力走出了一条自主创新之路,给后来者开辟领域,指引道路．著名科学家周光召称他,“毕生奉献,学界楷模!”

1 郑绍唐.氢弹功勋,于敏传略[J].现代物理知识.2015(02):4.

2 郑绍唐,曾先才.于敏[M].贵州:贵州人民出版社，2005.05.

3 应阳君,蓝可,李华.从理论物理到工程物理——于敏先生的学术生涯与杰出贡献[J].物理,2015,44(2):88-89.

本文系2017年河南省教师教育课程改革研究重点项目“中学物理校本课程开发及实施策略研究”的研究成果之一．

2016-12-12)