亲历者说丨陈叔平:为第二颗原子弹准备原料

百科   2024-12-04 17:20   北京  


2024年是新中国成立75周年,是我国第一颗原子弹成功爆炸60周年,同时将迎来核工业创建70周年。院官微推出“亲历者说”系列文章,重拾那些记忆深处的难忘时刻,再现那段激情燃烧的峥嵘岁月。让我们追寻先辈足迹,传承“两弹一星”精神、核工业精神和“以身许国、敢为人先、严谨求实”的院训,在新时代以拼搏和奋斗谱写无愧先辈、无愧时代、无愧祖国的新篇章。


陈叔平,1935年6月4日出生于江苏无锡,中国原子能科学研究院研究员级高级工程师。1955年毕业于南京工学院(东南大学前身)动力系,在院工作期间,曾组建我国第一个反应堆热工水力实验室,先后担任热工水力研究室副主任、反应堆工程技术研究所所长、快堆工程处处长,曾担任国家高科技发展计划(863计划)能源领域第一届专家委员会委员兼先进核反应堆专家组组长。

众所周知,原子弹的原料有两种:一是铀-235,二是钚-239。


在天然铀中,铀-235只占0.7%,而原子弹需要的铀-235丰度要在90%以上。提高铀-235丰度的工艺叫做“浓缩”(现在称“富集”),不仅难度很大,而且要耗费大量电力。据说美国最初搞原子弹时用了全国一半以上的电,苏联当时也以我们电力不够为由,认为不应该搞原子弹。


钚-239是由铀-238与中子反应后产生的。它与铀的化学性质不同,比较容易与铀-238分离(称为“后处理”)。但要让铀-238与中子发生反应,必须要有反应堆,即生产堆。


1960年苏联撤走专家后,核工业部(时称二机部)领导作了战略调整,将搞潜艇核动力堆的设计队伍和任务交给了海军。剩下的力量分成一线、二线,一线负责搞铀-235的“浓缩”,二线就是让已经建了半截子的生产堆尽快投产。


1955年1月15日,党中央作出中国也要大力发展原子能事业的决定。我刚好在这一年从南京工学院动力系毕业,在统一分配之前,被直接选入二机部。我先是学了八个多月的俄语,准备派往苏联进修。后因有色弱,不适合在反应堆上工作,所以没有去成。


钱三强先生亲自找我谈话,让我去搞理论,于是我就被分配到原子能研究所(原子能院前身)四室刚成立的反应堆大组。在彭桓武、黄祖洽、金星南等领导下学了半年多的反应堆理论。1960年,我被调到十二室五大组从事潜艇核动力的设计,负责其第一个方案的热工设计。


二机部作战略调整时,我没有跟着潜艇核动力堆设计队伍去海军,而是留在了原子能研究所。1961年,我被调到从事热工水力试验研究的十二室一大组任副大组长,大组长是杨忠万。当时这个大组的任务就是为潜艇核动力堆和生产堆提供设计必需的热工水力数据。


生产堆原来是苏联帮助建造的,苏联专家撤退时,这个堆还没有建成,留下不少问题,为此需要做大量“补漏”工作。原子能研究所解决了许多遗留问题,特别是在重水堆和游泳池堆上对生产堆的燃料芯块进行了长期考验,消除了最没有把握的“担心”。


在热工水力方面,由于生产堆的工艺管是垂直的,燃料芯块是从上往下一块一块装进去的,它们掉落的位置是随机的,那在工艺管中如何定位呢?会不会装进工艺管的燃料芯块都偏向一边?如果偏在一边,传热就可能不太好,有可能会烧坏。解决这个问题的任务就交给了我们一大组。


为此,除了测量节流小室和塔型调节阀等部件的阻力特性外,我们主要做了两个试验:一是在472实验大楼(大楼由苏联专家初步设计,1959年夏天建成)中间最高的六层厂房内建一个常温水力回路,做随机投放芯块位置观测和整根工艺管阻力试验;二是做偏心套管传热试验。


我们用一根透明的1:1的工艺管,让模拟芯块从上往下掉。工艺管垂直布置或者稍有倾斜,因为它透明,可以清楚地看到芯块掉落的位置。这样反复做了许多次,证明掉落的芯块分布是随机的,不会都偏向一边。然后测量了整根工艺管的水力特性。做这些试验时,题目组同志每天要从一楼到六楼爬上爬下十几次,十分辛苦!


尽管如此,我们还是放心不下:万一芯块都偏向一边,会出现什么情况呢?为此,大家查阅了所有相关文献,也没有找到偏心套管传热系数的数据,只好自己做实验来验证。我与俞受训、张玉虎组成一个题目组,负责做这个实验,取得了宝贵的数据。记得那时候彭桓武副所长凭借他深厚的数学功底,搞出了解析解。我们佩服得五体投地!


1960年前后,尤其是1961年党中央批准实行《科研十四条》,1962年召开“七千人大会”之后,提出“调整、巩固、充实、提高”的八字方针,科研工作摆脱了“左”的束缚,科技工作者的积极性得到大大提高。十二室连培生、孟戈非等领导与我们一起,每天早晨七点前就赶到工作区,晚上十点多才回生活区宿舍。在反应堆热工水力这个新领域,大家边干边学,团结奋斗,意气风发。无论是工作成绩还是个人成长,都是真正的大跃进。


做热工水力实验,需要测量的参数主要有三个:压力、温度和流量。只有这些参数测准了,才敢保证提供给工程的数据绝对可靠。正好这时,连培生亲自从苏联学成归来的同志中挑选了学热物性测量的钱增源和江生南。众所周知,热物性测量对参数测量的准确度要求极高。他们来后,对这些参数的标定提出了很好的建议和办法。压力测量比较好办,当时已有准确度很高的标准油压计,只需采购精度高的压力表,在每次使用前用标准油压计进行标定就可以了。但温度和流量就没那么简单了。


测量温度方面,我们从国外采购了长一米多、准确度达到0.01℃的汞温度计和最高级的铂电阻温度计。当我们把这些仪表送国家计量局标定时,他们说这些仪表精度与他们持有的最高级的温度计一样,无法标定,只能相互比对。有了这些仪表,再配上相应的恒温室和恒温炉,就保证了试验用的热电偶等测量温度的准确性。


最麻烦的是测量流量。用孔板测量,如果按国际标准制造,算出阻力系数,测出流量的准确度只有3%左右,满足不了试验要求。为此,我们在472实验大楼最高层——六楼装了一个特殊设计的高位水箱,由它产生恒定压头,从那里流下来的水通过孔板流量计后流入一个大水箱,通过测定一定时间内流入该水箱的水量,从而算出流量。

测量水量的大天平

水量是如何测量的呢?我们买了一台称重50千克、测量准确度达0.01克的大天平,将大水箱中的水一桶一桶放到天平上去称重。每标定一个流量计,这样的工作就要反复多次。这是一项重体力劳动,但同志们都抢着干。就这样,最终使流量测量的准确度达到了0.5%以上。


做传热试验是有一定风险的。如高温高压回路最初是在管道上通低压电流加热,由于接触不良,夹头与管子接触处都烧红了,有天晚上我们发现时,大家都吓了一跳,赶紧在接触处加上银垫圈改善接触。又如最初判断“临界”(流过燃料元件的水从泡核沸腾转为膜态沸腾的温度),我们都是用肉眼判断,看到出现红点后就马上手动切断电源。如果临界点破裂,高温高压水喷射出来,后果将不堪设想。后来,试验人员都戴上了保护眼罩,用有机玻璃与临界点隔开。再如那时测量流量用的差压计,为了追求高准确度,用的都是水银差压计,操作稍不留神,水银就会冲出来。几乎所有同志都有被喷得满头黑发中留有水银细粒的经历,有些男同志还为此剃了光头。


值得一提的是当时的学术气氛。在《科研工作十四条》的指引下,我们真正做到了“百花齐放,百家争鸣”。小组每周开一次学术讨论会、大组每月开一两次。凡是试验方案、试验中碰到的问题和解决办法、试验结果的准确性等,都要拿到会上讨论。参加者千方百计挑“毛病”,报告人绞尽脑汁答辩,往往争得面红耳赤,有时甚至真有点下不来台。但会后大家都不计较,相反还更尊重对方。许多同志在回忆这段历史时,都赞不绝口地说,正是这些学术讨论会,使他们在业务上有很大提高,终身受益!


最终,我们将试验结果提供给了从事生产堆的同志,使生产堆顺利投产。


1965年5月14日夜,中国第二颗原子弹(钚弹)爆炸成功,次日凌晨,我国就向全世界宣布了中国第二次核试验爆炸成功的消息。


由于铀-235生产比较困难,铀弹数量一下子不可能太多。而钚-239是由生产堆生产的,钚弹的爆炸成功意味着我国已经拥有一定数量的原子弹!我国成为真正的“核大国”!


据我不完整的记忆,参与这个阶段热工水力实验室工作的有:


研究室和大组领导:连培生、孟戈非、梁宝廷、包德清、杨忠万、马剑秋、陈叔平、何健文。


热工组:李蔚方、刘汉洲、李炳书、颜迪民、叶树荣、孙元楹、高国荷、顾全生、陈焕新、扈金元、陈逸少、陈希瑞、李聚生、张君玉、李忠朋、程萍、易新亚、程明诚、俞尔俊、俞受训、鲍浣萍、张伯义、钱增源、江生南、石双凯、马载琦、蒋章燄、黄士鉴、王琣南、张吉生、傅志、乔林春、张玉虎、赵国俊、董连阁、苏慕贞、赵金玲、刘大福。


水力组:黄幼三、曹富津、田吉安、李治宇、柳迎先、郝俊记、董柏年、卢广仁、钱道元、张昌权、范生财、潘佩霞、冯桂芝、周海云、曾凡昌、马青柯、樊容民、郝老迷、李素义、张英俊、王均、杨淑贞、李秀芝、马秀贞。


气组:赵俊才、王彬、徐荣瑜、王彦斌、于文贵、魏珍、彭建国、胡文凤、张金文、宋玺清。


仪表组:田丰亮、谭昌唐、江兴英、王仁高、王华明、邢桂嫒、吴艾菊、曹丽华等等。


谨以此文献给他(她)们!

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文丨陈叔平

责编、制作丨李理达

责校丨张彬

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