编者按：这篇文章是作者花费近一个月的时间倾力撰写的。它勾勒了我国独立自主地研究氢弹理论预先研究的全过程，其科学性得到了有关专家学者的肯定。
由于核科学尤其是氢弹理论甚为深奥，故文友读者可能一时难以了解理解，但只要下心下力，可以逐渐深入下去，于敏等著名科学家研究科学、解决科学问题的方法，应该是与我们日常工作是相通的。故此文值得文友们仔细研读。
于敏在原子能所：
中国氢弹理论预研的一段历史
文 / 孟东明
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谨以本文感恩原子能研究所对我的培养教育！
——题 记
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于敏先生与孟东明 1988年7月，工人日报记者王光禄 摄
52年前，本人由上海市教育局调往二机部（即后来的核工业部）原子能研究所工作。名义上是担任原子能所所报主笔，但实际上每年的年中、岁尾还要与郑玉辉（所办公室秘书）、贾基业（所党委办公室秘书）、孔凡岱（政治部宣传部干事）即所谓“四条汉子”为党委领导两次起草“工作总结报告”，其间必然会接触到既往研究所的历史，但从未见过原子能所历史上还曾有过一段“氢弹理论预研”历史的记载。第一次见何祚庥先生是1973年5月的一天。那一天，他风尘仆仆地来到原子能研究所，在政治部，先后与政治部领导张吉卿、任大明、陈松、李港等握手、致意并寒喧了一番，政治部的同事告诉我：此人乃何祚庥也，著名科学家！此时的我心里“咯噔”了一下：上一年为王承书先生整理她在全所大会上的“讲用报告”，王先生说她与丈夫张文裕于1956年冲破重重阻拦从美国归来时，中国科学院就是派她的表弟何祚庥在深圳罗湖口岸接待他们踏上了国土的……何祚庥，1927年8月24日生于上海，原籍安徽望江，祖籍江苏扬州，毕业于清华大学，中国科学院院士，粒子物理、理论物理学家。主要从事粒子物理及各种应用性问题研究并取得多项重要成果，中国氢弹理论的开拓者之一，中国第一颗原子弹和氢弹的研制参与者之一。
正面直接与何祚庥先生接触已是1995年的时候了。当时伪科学、伪气功在中国大地泛滥，所谓的“气功大师”张洪宝、张宝顺到处演讲、表演敛钱；河北无极县“捕鼠大王”邱滿囤则以“氟乙酰胺”极毒药物到处表演引鼠捕鼠独创技艺敛钱……问题还在于无数传媒卷入其间，推波助澜，真所谓在中国舆论场上形成了妖风四起的局面……是时，《工人日报》科技部主任朱海燕先后撰写了《张宝顺败走麦城》（张宝顺在北京电视台礼堂的气功表演被人戳穿西洋镜的故事）和批评北京海淀区法院的文章《农民邱滿囤胜诉六位科学家》（此一事件在第二年的全国人代大会上成为一桩公案，在全国人大常委会法制委员会干预下，北京海淀区法院迫于社会压力，重新开庭审理，最终宣判状告六位科学家的邱滿囤败诉）。这两篇文章在《工人日报》刊登后，與论一片哗然，当然也引起了一直关注此等事件的何祚庥先生的重视。![]()
尔后，何祚庥先生会同一批科学家找我座谈，他破题的话是：“批评伪科学、伪气功可能使你的帽子不保，如何？”我答：“世界科学史上布鲁诺曾为科学而献身！如果由于因批评伪科学、伪气功而被摘掉我的帽子，我愿意承当！”还在此之前的1988年7月，于敏先生由于被评为当年“全国劳动模范”，《工人日报》作为劳模的代言人，理该全力以赴。为此，本人陪同记者董玉琴采访了于敏先生遂后在《工人日报》发表了《闪光的事业，闪光的人》。鉴于当时还处于保密的境况下，于敏先生带人研究氢弹理论的细节不能见报，深感颇为遗憾。以下这张氢弹型构图，是2021年11月1日笔者采访何祚庥先生时，在他家里由他亲手给我绘制的。图边的说明，是当时本人的笔迹：![]()
他接着又说：“所以能如此说，因为中国氢弹的理论和型构在世界上是独一无二的！”由此，中国的氢弹成功爆炸之后，在世界上引起了极大的反响！![]()
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于敏先生（右）与黄祖洽（中）、何祚庥先生（左）在一起（1993年）何先生还郑重其事地指出：“氢弹的理论预先研究”是在原子能研究所（即401所）基本完成的！是所长钱三强先生与部长刘杰的远见卓识，才下达了这一预研任务，并把于敏、黄祖洽、何祚庥召在一起，下达了这一重大任务！中国氢弹理论研究的基础是在原子能研究所奠定的！何祚庥先生的夫人庆承瑞教授插话说：“于敏本来是中国科学院近代物理所的一个业务尖子，1958年近代物理所改名为原子能研究所，是时在莫斯科召开了世界理论物理年会，于敏赴会作报告时，我刚好由清华大学派出正在莫斯科大学进修，于是给他翻译他在会上的报告，会上对他反映非常之好！可是回来后，1959～1960年却成了原子能研究所拔白旗的白专典型，被’打倒’了，弄得灰头土脸，整天抬不起来头……”![]()
1999年9月18日，党中央、国务院、中央军委决定，对当年为研制“两弹一星”作出突出贡献的23位科技专家予以表彰，并授予于敏、王大珩、王希季、朱光亚、孙家栋、任新民、吴自良、陈芳允、陈能宽、杨嘉墀、周光召、钱学森、屠守锷、黄纬禄、程开甲、彭桓武“两弹一星功勋奖章”，追授王淦昌、邓稼先、赵九章、姚桐斌、钱骥、钱三强、郭永怀“两弹一星功勋奖章”（以上排名按姓氏笔画为序）。新华社发1960年6月，前苏联撕毁与中国的所有合作协议，撤走全部专家……是年9月，原正在莫斯科杜布纳联合核子所工作的何祚庥主动请缨回国工作，钱三强与刘杰决定让何祚庥参与氢弹理论预研。至当年12月何祚庥回国在向钱三强所长报到时，钱先生说已从一部（原近代物理所改为原子能所后留在中关村原址部份的研究人员称一部人员；迁往房山坨里的新址称为二部）调来了黄祖洽（1924～2014，生于长沙，理论物理和核物理学家，中国科学院院士，“两弹一星”杰出贡献者，曾获国家自然科学奖一等奖，国家教委科学技术奖一等奖）任“组长”。此时，何祚庥向钱三强所长又特别推荐了于敏。此时的于敏，虽说他被“打倒”了，可他依然积极工作。钱三强先生遂与刘杰部长商议，把于敏调到了“氢弹理论预研小组”，后来才有了于敏、黄祖洽、何祚庥三人从事预研的人事架构。![]()
1986年合影，前排由左至右分别为陈能宽、王淦昌、朱光亚、于敏业内人士都知道，如果没有当初苏联的援助和帮助，中国的原子弹是不可能那么快地研制成功的！这是事实，不能抹掉历史。但是，中国的氢弹则完全是独立自主、自力更生地搞起来并完成的。对此，于敏和何祚庥曾多次谈到：如果没有美国人、苏联人的成功范例在先，那我们也绝对不会敢于“闯”这个重大难关的。原因是，如果遭到了失败，如果浪费了大量的钱，怎么向国人交代？“裂变”是在裂变材料如U235或钚239在中子作用下原子核发生分裂，同时放射出大量能量，即谓之“核裂变”；“聚变”则是两个轻元素如氘和氚在超强压力及超能量中子的作用下，两个轻元素原子核聚合成一个新的原子核如锂6或锂7，同时放射出比原子核分裂时更大的能量，即谓之“核聚变”。这里还有必要再简要科普一下氘和氚。氢有两个同位素——氘和氚。氘即重水，是两个氘和氧组成的化合物，化学名为D20，化学性质与普通水相似，分子质量比普通水高出约11%，天然水中含量约占0.02%。氚即超重水，氚的化学名为T2O，是氧和两个氚的化合物，系放射性元素，半衰期为12.43年，在天然水中所占比例不到十亿分之一，故其提炼成本比黄金还高上百倍。![]()
对于氢弹的材料，说是氢弹，当然不是用氢气做成的。但人们通常会猜到氢弹是由氢的同位素——氘和氚做成的。这就是美国人曾经试验过、在太平洋上的比基尼小岛上爆炸的那只重达62吨的所谓T—U型氢弹。这里的T是指氚，而U即指U235，也许其中还包含U238。于敏他们预研氢弹的材料，而材料与机理有密切关系。美国的T—U型氢弹，是原子弹外面包着大量液态的氘和氚，原子弹爆炸后，会点燃氘和氚的混合体发生聚变热核反应，释放巨大能量，这就是用原子弹引爆了氢弹。但问题是这样的氢弹体积太大了，也太重了，因为液态氘和氚的氢弹，必须附加一个超低温冷冻机，所以重达62吨。这显然不能用于作战，而且价格也实在太贵了！有资料显示，美国的氘是在一个海湾里筑上堤坝，然后在海水中提纯以取得氘的；然后再建造大型加速器，用大型高速氚束流轰击氚靶以取得寿命仅为12年的氚——这种高昂的成本，就是美国也不可能持续地进行的！所以说，真正用于作战的氢弹，必然有氚的贡献，但氚的取得一定另有出路！于是，黄祖洽组长决定：收集氘、氚的实验数据！请两位年轻人萨本豪和刘宪辉专门搜集氘氘、氘氚的反应截面数据。![]()
1984年于敏和邓稼先在一起
两位年轻人当时能搜到的资料表明：氘氚反应最大截面是5个巴（“巴”是核反应截面的单位，1个巴等于10-24——即10的负24次方的平方厘米），是所有轻核反应截面中最大的截面。而氘氘反应最大的截面却只有100毫巴——两者相差达几十倍到100倍！于敏他们的疑问来了：氚在氢弹爆炸中起什么作用？更大的疑问是：如果氚是氢弹爆炸中的必需材料，而我们国家却没有，那我们预研小组是否应建议国家早早地部署氚的生产？何祚庥从著名物理学家、核物理学家梅镇岳（1915～2009，杭州人，1939年毕业于清华大学，曾留学美国并在美国教学多年）著教科书《原子核物理》（1960年出版）查到氚氚反应截面的理论值是15巴，是氘氚反应的3倍。而梅先生的数据是来自美国的权威杂志《现代物理评论》，应当是可靠的。这就是说，在今后的氢弹试制中一定要适当添加进氚，既有利于起爆，也有利于提高爆炸当量！然而中国既没有氚，连研究氚的实验装置也无力制备！何祚庥和黄祖洽详细聆听了于敏的证明，一致认为于敏的结论十分可信和巧妙，不仅判定美国提供的是假数据，而且否决了需要部署、测量氚氚反应截面昂贵实验的建议。在否决了昂贵的氚弹的设想之后，其第二位的选择，必定是采用氘化锂。因为在氘化锂这种介质中，不仅可以由氘氘反应产生氚，而且还能由中子和锂6的反应产生氚。既然由人工直接制备氚以制造氢弹十分昂贵，那利用氘和锂6形成的固体氘化锂，间接地利用氚以制造的氢弹，则就很廉价了！于是，一个最简单的设想产生了：在原子弹外面加上一个氘化锂组成的球壳，通过氚的中介，用原子弹爆炸产生的高温，直接点燃氘化锂，这样的热核反应不就产生了吗？——设想很骨感，但现实却很悲催：于敏用原子核理论中的一个散射机制，仔细计算了一个核反应时特殊的电子和符合特殊条件下的光子相碰撞并逐步转移能量的过程，结论是：原子弹根本不可能直接点燃氘化锂的等离子体！![]()
于敏曾用公式严格证明氘氚反应所具有的最大截面不会超过5巴，但他们又注意到氘氚发生反应后，总共会放出17.6Mev（兆电子伏特）的能量，而停留在等离子体内的仅有3.5Mev。其中大部分能量由14.1Mev的中子所帶走。于是，设法使中子带走的14.1Mev能量，又回到等离子体内，就有可能成为维持热核反应的关键所在！何祚庥还在杜布纳所工作时，买了一本俄文版《原子核物理常数与反应堆设计手册》，书中所列数据至1958年12月止，苏联原子能利用国家出版社出版，1960年版。书中列示：当中子能量达到14.1Mev时，铀235及铀238、钚239、钍232均发生裂变，且裂变后平均产生4.5个中子，同时还释放出约200Mev的裂变能。![]()
于是，于敏、黄祖洽、何祚庥三人从研究苏联核物理常数开始，对氢弹材料、机理入手开始新的研究。何祚庥说：如果把苏联著作中所示的这些能量补充转移到氘化锂的介质里，而且在中子打击锂6之后，锂6将分裂成氚核和氢核，同时还将增加约4.9Mev的能量。如果能够将所有这些新释放的能量，转移或集中在氘化锂的等离子体里，也许可能使氘化锂的等离子体里积累的热量大于损失的热量，从而形成持续的链式反应，其过程是——“裂变中子→被锂吸收形成氚→由氘氚反应释放出14.1Mev中子→14.1Mev中子轰击重核元素，如铀238→产生4.5个裂变中子→……”这就形成了类似原子弹爆炸的中子不断增殖的链式反应过程，然由于此过程中出现了氚，产生了氘氚反应，而且是不断增殖的链式反应，故就有可能形成一个大爆炸！何祚庥曾特别指出：上述反应过程就是当今受控热核反应界，所热衷研究和发展的“聚变-裂变”混合反应堆。对于这个设想的链式反应机制，能不能想办法编成一个计算程序，先在计算机上算一下？于敏他们估摸了一下，光是中子的能谱要分成16群，在当时仅有的、极有限的纸带穿孔的计算机条件下，其工作量几乎是不可能完成的！此时的于敏，拿出来了他的看家本领：先研究一个理想模型！于敏建议：不要马上去求解如此复杂的方程式，而是完全略去介质的运动，首先构造一个静态的、无限大的中子增殖模型，集中计算中子的增殖速度，同时也就给出了升温速度——这个设想大大地节省了计算工作量！于敏与何祚庥由这次计算受到了重要启示：通过某种升温和压缩，将某一室温下的“裂变中子→氘化锂→U238”体系，从而压缩升温成为某种处在高温、高密度下氚的等离子状态，就可能形成一个包含热核反应在内的“链式反应”式的氢弹的爆炸。不经意间，氢弹预研小组竟然在纸上做出了一题巨型原子弹！有一次，他们总结过去的几个简单设想为什么均不太成功？是不是忘记了一个简单的因子：临界质量问题？这一问，使大家如梦初醒！是啊！美国的“小男孩”，是由两块U235分置在弹壳里的，中间则有一支枪把它们隔开；当扣动扳机，一颗子弹射出，击中并引爆烈性炸药，炸药的爆震力把两块U235合在一起，U235随即达到临界状态，随即发生链式反应，原子弹发生爆炸。那氢弹爆炸是不是也有氘、氚的临界质量问题？这时，黄祖洽突发奇想：我们是不是可以用1吨重的U235做成一个大壳子，里面放上大量的氘化锂，这一特制的原子弹必然也会产生向心的压缩波，由此将“点燃”藏在U23外壳内的氘化锂——也许这就是“增强”式的原子弹，或者说是十分“肮脏”的大原子弹？![]()
1992年11月在中物院发展战略研究研讨会上（左起：王淦昌、彭桓武、朱光亚、于敏）于敏和何祚庥异口同声说“好”！因为他们已懂得了上述爆炸机理，也有了运动方程式，也掌握了中子运动的截面，也不难给出它的尺寸大小，用计算机计算出这一“设计”的爆炸当量也不难……不料，计算机算出这一超大型原子弹的TNT爆炸当量，竟高连几千万吨级！啊！氢弹预研小组竟然在纸上做出了类似氢弹爆炸当量的大原子弹！激动过后的氢弹预研“三剑客”，冷静之时不得不反思、检阅“超大原子弹”设想的细节了！首当其冲的问题是这个模型竟用了1吨重的U235！这个U235的用量约相当于30枚原子弹！而一枚原子弹的爆炸当量才约为2万～3万吨TNT当量；依此推算，这一超大型原子弹的爆炸当量应在3万x30或者说百万吨级才可说合乎常理、常规！可是，计算机纸带上打印出来的巨型原子弹的爆炸当量，却几乎相当于1000枚的原子弹的爆炸！“三剑客”详细、认真地检查了穿孔纸带，结果发现：这一巨型原子弹的中子通量增殖速度极快，以致这1吨重的U235几乎烧掉了总重量的99.99%！![]()
何祚庥与于敏几乎同时发出疑问：这一爆炸究竟是原子弹爆炸还是实质上是氢弹爆炸？抑或两者兼而有之？于敏仔细思考后指出：所谓原子弹爆炸，其链式反应的特征，是每次裂变平均放出2.5个中子；而氢弹爆炸，其链式反应的特征，是每次聚变平均放出4.5个中子……现在还要仔细检查在这一纸上的爆炸中，真正起主导作用的是4.5个中子还是2.5个中子？于敏从计算机穿孔纸带中摘出了一系列的中子增殖数据，测算中子通量的上升速度，特别取出其中的第一群，即14.1Mev中子的数据。最后他对何祚庥说，纸带上穿孔的数据，似乎这里起作用的是从1吨U235放出的4.5个中子，并不是由裂变中子诱发的2.5个中子！这就是说，这一“超大型”原子弹的爆炸，实际上并不是原子弹爆炸，而更像是氢弹爆炸！![]()
2014年度国家科学技术大会，于敏获最高科学技术奖黄祖洽建议的纸上架构的超大型原子弹爆炸的计算，就像是一颗由U235球壳组成的原子弹，爆炸后对内产生一个内爆波，从外向里压缩球壳里的氘化锂达到高密度、高温状态，从而引起包括氘氚反应和中子系列的链式核聚变反应！——也就是说，从表面上看，这似乎是某个超大型原子弹的爆炸，而其实是一颗大型氢弹的爆炸！“三剑客”深入讨论了黄祖洽建议1吨重超大原子弹计算机演示的意义：第一，其第一阶段的或早期的原子弹式爆炸为氘化锂提供了制氚所需要的大量中子；第二，用1吨U235外壳的爆炸，它提供了一个巨大的向内的爆震波，将U235空腔内的氘化锂压缩成温度极高、密度极高的一个小球，由此它极大地提高了氘化锂发生聚变热核反应的速度；但辐射等损失却仍然是一个常数。——由此可见，只要创造某种类似的机制环境，就有可能点燃一个真实的氢弹！![]()
1980年3月，何祚庥（中）、戴元本（右）在李政道先生美国哥伦比亚大学的办公室合影再经深入讨论，“三剑客”认为，所谓原子弹“点燃”氢弹的说法，并不是利用原子弹直接“点燃”氢弹、引发氢弹内的热核聚变反应，而是提供一个人为的类似原子弹起爆的内向的“向心”压缩波，使腔内氘化锂温度升高、密大增大从而点燃其中的氘氚热核聚变反应，由此导致氢弹迅速爆炸。在氢弹理论预先研究中，在一步步的“设想”探求之中，几乎首先都离不开复杂的数学方程式的求解问题。由于氢弹理论属于核物理问题，所以预研小组成员首先要从核物理学、物理学最基础原理出发提出命题，即所谓“第一性原理”展开研究，初始涉及的是统计物理、电动力学等基础理论。当进入更深刻现实问题研究时，则要涉及偏微分方程理论、计算数学、爆轰物理、原子核物理、中子物理、等离子体物理、凝聚态物理、状态方程、本构物理、输运理论、辐射流体力学等横跨数学物理专业理论知识，现实研究的又是动态的、非线性、非定常、非平衡态复杂偏微分方程——面对如此庞大复杂的系统，一般人会弄得犹如老话说的“天狗食月，无从下手”！![]()
聂帅、钱学森、朱光亚、于敏、王淦昌签名纪念封一枚
面对如此极端高温、高压、极短时间内、多重物质形态变化、多种幅射扩散、多群粒子输运叠加的核反应与宏观运动的多重尺度重耦合的顶级难题，何祚庥称于敏的“临门一脚”就是“抓住主要矛盾中的主要问题入手”，把庞杂问题先简化为一维问题，用线性方程求解，尔后按问题的重要性把问题方程再遂一叠加上去进行数学运算——这不仅要有高屋建瓴的独到眼光，还要把十几门科学融会贯通的统筹驾驭能力——当然，不仅需要有可求解的运动方程式，还要找到隐藏在运动方程式后面爆炸的机理、“新”物理！![]()
何祚庥先生也曾不无自豪地介绍了向于敏先生学习“科研方法论”的收获。何祚庥曾如此请教于敏：“为什么你本事这么大？看问题这么准？分析问题这么清楚？”于敏说：“我经常注意观察和学习前辈学者思考问题的方法！”此后，何祚庥每每注意观察于敏抓住问题、解决问题的方法。于敏在诸多矛盾中，首先抓住主要矛盾，然后把问题展开为多侧面形态的问题，又从中挑出最主要的问题——尔后用最简单的办法来求解，力图展示此问题的原生态状态——基本把握此问题的原生态状态，就可抓住问题的定性乃或半定性了……抓住主要问题，尔后用最简单的办法给问题定性——何祚庥在向于敏学习中有了切身的感受和经验。有一次，何祚庥遇到等离子体态内存在多个能级均有贡献，但不知如何相加的困难。而到了于敏那里，他立即用“求和规则”，求出一个简单而可信的结果，从而大大节省了计算的工作量！![]()
后来，何祚庥与庆承瑞共同研究如何由氚分子的衰变谱形探求中微子质量时，也碰到了如何处理多个高能激发态，如何影响中微子质量的测量精度的困难。何祚庥立即想到了于敏的方法，他和庆承瑞就给出了一个测量中微子质量时检验其测量精度的一个求和规则，使问题得到了圆滿的解决。何祚庥在于敏那里学到了许多从事科学工作的本领。除于1980年12月在科学方法论问题讨论会上做过有关科学方法论问题的报告外，后来还发表了两篇专论：《再谈科学方法论问题》《谈谈怎样做科学研究》，何祚庥还坦言：“其中部分内容就是我和于敏同志合作的经验总结”。何祚庥先生感慨万千地说：钱三强先生在1964年下放去了；我也在1964年9月中旬下放到河南信阳带新大学生去“四清”去了；黄祖洽回理论物理所了；于敏也就回九院（即现在的中国工程物理研究院）任理论部副主任去了……1965年11月初，于敏带领九院50多名计算科学等研究人员在上海嘉定的华东计算技术研究所，利用该所的计算机，历经一个多月的艰苦奋斗，完成了三个型构氢弹的理论计算，得出了可喜结论——中国氢弹的理论研究，终于大功告成！![]()
注：反应截面=单位时间每一个原子核发生指定事件数/单位时间单位面积上入射粒子数从理论物理到工程物理——于敏先生的学术生涯和杰出贡献 中国物理学会期刊网2019.01.18.作者：应阳君 蓝可 李华 中国工程物理研究院党委宣传部供稿2021.1.16.
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孟东明，江苏常熟人，1939年生，《工人日报》原常务副总编，笔名蔚然。曾任上海《少年报》负责人、中国原子能科学研究院院报主编、中国科普记者编辑协会理事、北京科技记者编辑协会理事长等。著有常熟乡贤、史学大师之《戴逸传》（70万字，2023年5月由光明日报出版社出版），科普作品《蘑菇云升腾记》《杨振宁传》（在海内外连续出版7个版本，产生了广泛的社会影响）等。曾策划、组织了反对伪科学、伪气功、封建迷信的宣传报道，在国内外产生了重大影响，受到国家领导人、多位华人诺贝尔奖得主的高度评价。
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