每一届的国家科学技术奖励,公布出来的技术发明奖和科技进步奖获奖成果,其实只有“通用项目”,那些涉及国防、军工等机密领域的“专用项目”,是没有公开的。相较之下,针对基础研究和应用基础研究的“自然科学奖”,便没有对此进行区分。
鲜为人知的是,曾经有两项获得国家自然科学奖一等奖的项目,属于“绝密”而被保护了多年,直到最近些年才逐步公开——那就是上世纪在原子弹、氢弹研制相关技术攻坚的研究成果,其中有一项为“聚合爆轰波人工热核反应研究”。
这项成果由王淦昌、陈能宽等学术巨匠主导,曾荣膺1982年国家自然科学奖一等奖。在当时,这项成果属于绝密,并没有公开。即使到了今天,还有很多关键信息处于保密状态。
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在中科院关于陈能宽院士的介绍中,有这样一句话:“1982年,由他领导进行的‘聚合爆轰波人工热核反应研究’获全国自然科学奖一等奖”。
除了王淦昌、陈能宽,申报的完成人还有经福谦、龙文光、俞大光、董庆东等共10人。我们根据公开资料,粗浅梳理一下这个项目,看看究竟是什么样的重大成果,能推进原子弹、氢弹的研制,同时还荣获国家自然科学领域的最高奖。
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临危受命,英才齐聚
上世纪五六十年代,面对风云突变的国际局势,我党高瞻远瞩作出向科学进军、研发“两弹一星”等尖端装备、构建坚不可摧的国防力量的战略部署。然而,一穷二白的新中国,科技的底子何其薄弱,加上西方国家的技术封锁,使我们研发核武器之路变得举步维艰。
原子弹、氢弹的研发需要攻克诸多难题,除了工程、技术上的实现,还需要先解决力学、物理、数学等理论难题,其中“爆轰波”就是最难啃的硬骨头之一。
彼时,我国首颗原子弹选定技术难度更高、当量可控的内爆构型,依靠多路炸药同步汇聚球面冲击波挤压核材料达到临界。若全部依靠装填核材料开展实弹核试验,不但成本极高,还存在强放射性污染、场地限制、国际舆论约束等难题。
不仅如此,这种方式无法有效检验弹头结构性能,难以获得起爆同步性、压缩效率等基础参数,后续洲际核导弹定型、弹头环境适应性检验等也将受到限制。
因此,面对经济、安全、外交等方面的压力,我们亟需一套安全、可重复、低成本的冷实验验证体系来支撑系列弹头的定型。
原子弹试验成功后,九院接到上级指示,研发不含裂变、聚变核材料的模拟冷试验方法,在不发生真实核爆炸的前提下,精准校验核装置全流程力学、高压特性。为此,上级主管部门调集多位一线技术骨干,以攻破“聚合爆轰波人工热核反应”这一核心难题。
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十年一剑,披荆斩棘
作为中国核武器研制过程中的一项关键基础性课题,聚合爆轰波人工热核反应研究旨在通过爆轰波聚焦技术模拟核爆炸中心的高温高压环境,从而在无需进行真实核试验的情况下,获取热核反应所需的定型数据。
为了攻克这一项目,由王淦昌担任学术总带头人,陈能宽主持一线爆轰实验攻关,朱光亚统筹整体工程部署,联合十名多学科骨干,从上世纪60年代初“两弹一星”立项开始,到70年代初才最终完成。
第一阶段:理论方案与小型模型验证
在王淦昌、陈能宽的带领下,团队开辟了国内爆轰物理研究,确立球面爆轰聚焦整体技术路线;开展半球缩小模型试验,经福谦提出 “爆轰头模型” 修正原有稀疏范围计算,大幅减少无效实验,加速理论验证进度。
经过数年攻坚,王淦昌带领团队建立了爆轰波汇聚流体力学计算模型,结合手摇计算机与早期电子设备推演球面同步聚焦条件,提出了有效装药长度的估算方法。
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第二阶段:超半球、全尺寸冷试验关键攻坚
研究过程中,各个成员各司其职,各展所长,充分发挥自身的能力。
针对超半球模型内腔信号线保护问题这一关键难点,经福谦与董庆东经过多次演算后提出“绝对保护”的信号线方案,彻底解决了爆轰挤压损毁测试线缆的致命难题。这个方案也成为后续冷试验的通用技术。
龙文光则负责爆轰装置精密结构设计,俞大光牵头瞬态遥测、同步计时电子诊断系统,他们采用非核模拟金属材料替代核芯,完整复现爆轰聚合、向心压缩的全过程,精准标定起爆同步误差、增压效率、高压材料状态方程;
1963年,团队终于完成了1:2缩小比例模拟的全球爆轰出中子冷试验,次年6月完成了1:1全尺寸无核模拟试验,全部部件与实弹一致,仅替换核材料,试验圆满成功,为1964年10月首次原子弹核试验夯实基础。
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第三阶段:体系标准化与氢弹、弹头定型应用
基于前期试验成果,团队建立了标准化冷试验全流程规范,统一炸药工艺、靶体加工、诊断设备、数据校正方法。
这一技术体系支撑了氢弹内爆构型验证,大量超半球冷试验用于校正氢弹设计参数,极大地缩短了氢弹研制周期。从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功,我国仅用了2年8个月,这一速度远快于美国(7年4个月)、苏联(4年)和英国(4年7个月),“聚合爆轰波人工热核反应”的研究成果功不可没。
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成果无价,意义非凡
整套研究体系,从理论计算起步,贯穿精密炸药构件、同步起爆系统、瞬态高压测试、数据反演等流程的完整技术链条,建成国内独有的球面聚合爆轰实验科学体系,其重要意义不言而喻。
正是因为这个成果,绝大多数弹头设计迭代、故障排查、定型考核均可通过无核冷试验完成,极大地降低了核试验经费投入和辐射安全风险,有效规避了国际核试验限制的压力。
不仅如此,“聚合爆轰波人工热核反应”理论成果完全由中国科学家独立完成,打破了国外技术封锁,开创我国爆轰物理、内爆动力学、动高压物理、瞬态强脉冲诊断等全新研究方向,培养出我国第一代爆轰物理、高压物理、核测试专业顶尖人才梯队,为后续强激光、高能量密度物理、863高技术计划储备了核心科研力量。
王淦昌、陈能宽、经福谦等多名院士逐渐成长为国内顶尖的学术带头人,“聚合爆轰波人工热核反应研究”成果也在1982年荣获国家自然科学一等奖,是核武器领域少见的基础理论类国家级最高奖项,具有重大的基础科学创新与工程实用价值。
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