白银时代·核弹本记
本文目录
核弹本记(一)世代更迭
核弹本记(二)慷慨援助
核弹本记(三)艰苦奋斗
核弹本记(四)高能物理攻关
核弹本记(五)国家物理实验
核弹本记(六)六三九
核弹本记•世代更迭
参观比基尼岛核试验:46年7月1日上午8时59分50秒,南太平洋马绍尔群岛比基尼岛核试验,“十字路”行动(Able)中测试核弹效能的试验。核爆中心18公里外两栖指挥舰班纳特号参观团有国民政府驻美陆军武官侯腾少将和中央大学物理系教授赵忠尧。2.3万吨当量,B-29空投,内华达号战列舰上空120米高度爆炸。7月25日上午8时35分,比基尼岛水域进行“Baker”浅水核试验。中国、英国、苏联和波兰参观代表自愿考察被炸靶舰内部情况。侯腾提交“太平洋原子弹试验告书”,详细介绍核试验过程等。此书国图有电子版。蒋介石要求国防部照此推进核研究事业。侯腾告书共有3个副本,其中两份遗留在南京和上海,可能被新中国接收。
国民政府核物理:美国曾将一册绝密告交给中国,详细叙述美国原子弹的发展经过。45年秋,魏德迈与俞大维交谈时,透露出美国可以接受中国人学习制造原子弹的意思。蒋介石下令陈诚和俞大维负责,拨款10亿法币秘密筹划。派出吴大猷、华罗庚、曾昭伦各带二名助手,前往美国考察学习。助手是李政道、朱光亚、孙本旺、徐贤修、王瑞、唐敖庆。赵忠尧受命滞留美国,在加州理工学院学习加速器设计和制造。南京中央大学校长吴有训和南京中央研究院的总干事萨本栋秘密筹集12.5万美元交给赵忠尧订购加速器材料和部件,回国加工组装。北平研究院原子学研究所、中央研究院物理研究所原子核物理实验室,科研人员加在一起不足10人,不具备开展科研工作的条件。
参观比基尼岛核试验:46年7月1日上午8时59分50秒,南太平洋马绍尔群岛比基尼岛核试验,“十字路”行动(Able)中测试核弹效能的试验。核爆中心18公里外两栖指挥舰班纳特号参观团有国民政府驻美陆军武官侯腾少将和中央大学物理系教授赵忠尧。2.3万吨当量,B-29空投,内华达号战列舰上空120米高度爆炸。7月25日上午8时35分,比基尼岛水域进行“Baker”浅水核试验。中国、英国、苏联和波兰参观代表自愿考察被炸靶舰内部情况。侯腾提交“太平洋原子弹试验告书”,详细介绍核试验过程等。此书国图有电子版。蒋介石要求国防部照此推进核研究事业。侯腾告书共有3个副本,其中两份遗留在南京和上海,可能被新中国接收。
(1946年,左一赵忠尧,比基尼岛原子弹核试验,驱逐舰上合影)
共军核知识:核试验基地第一任司令员张蕴钰任军调处执行部代表时,46年2月在南京梅国新村周公馆看了美军播放的原子弹爆炸的电影。49年8月刘少奇秘密访苏,提出的参观核设施被拒,观看了原子弹纪录片(当时苏联没有爆炸原子弹,不知观看具体内容)。
约里奥•居里夫妇:49年4月,钱三强参加以郭沫若为团长的中国保卫世界和平代表团,出席第一次世界和平大会(布拉格和巴黎同时举行)。根据钱三强的建议,周恩来拨出5万美元专款购买核物理仪器设备和图书资料。法国不给签证,拿出5000美元托人转交给约里奥•居里,委托法国杨承宗和英国杨澄中代购仪器与图书。居里夫妇帮助购买书籍、仪器等,并在51年协助带出法国。51年10月杨承宗回国前,约里奥将10克含微量镭盐的标准源送给杨承宗,并说:“你回国后请转告毛泽东主席,你们要反对原子弹,你们必须要有原子弹。原子弹也不是那么可怕的,原子弹的原理也不是美国人发明的。”杨承宗转告钱三强和龚育之。钱三强请丁瓒上中央。郭沫若会见斯大林提到,约里奥•居里表示,如果法国局势让他不能继续活动的话,他想到中国去。斯大林反对。
琼•辛顿:中文名寒春。40年代初在洛斯阿拉姆斯武器实验室做费米的助手,从事核物理研究并参与原子弹研制,52年参加在北京召开的亚洲及太平洋和平会议,呼吁科学为和平服务。55年寒春和丈夫阳早带一千多头牛落户西安草滩农场,为了让中国人喝上新鲜牛奶。在此期间,有关部门曾询问寒春,是否愿意继续研制原子弹,寒春拒绝,说现在中国人缺的不是原子弹,而是牛奶。2004年8月23日,寒春在北京市公安局出入境管理处换领《外国人永久居留证》,成为领到中国绿卡的第一人。杨振宁71年8月向邓稼先询问寒春,邓稼先后来回信,中国核武器工程除苏联援助外,没有任何外国人参加。
发展特种武器:52年5月,中央军委研究国防建设五年计划时,开始酝酿发展特种武器问题。周恩来曾派秘书征求竺可桢意见。周曾试探苏联,请求援助。苏联认为中国不具备搞尖端技术的条件,应先搞常规的,一步一步来。53年钱三强26人代表团到苏联学习发展科学技术的经验,提出参观原子能有关设施,未获同意。54年9月,彭德怀参观核试验前请钱三强讲解有关原子弹的原理和构造等科学知识。钱三强提出购买回旋加速器和实验性反应堆为建设核工业和研制核武器做技术准备。
近代物理研究所:50年4月,中科院组建近代物理研究所,主要任务是建立核科学技术基础,为核能的应用和发展做准备。吴有训所长,钱三强副所长。调入彭桓武、王淦昌。到55年,又有13名归国人员。52年下半年,制订53至57年计划,目标是打基础,为进一步开展核物理实验和建造反应堆创造条件。以原子核物理研究为中心,充分发展放射化学,为核能应用准备条件;使宇宙线研究获得发展;通过科研实践培养人才,为发展核科学技术准备力量。53年10月6日改名为物理研究所,54年1月迁到西郊中关村。到55年,已在6个学科领域开展研究工作。
(1954年近代物理研究所)
留学归国:赵忠尧托运30箱器材被扣一小部分。52年何炳林准备回国时,美国政府规定中国留学生理工农医的学生都不准回国。53年收到南开大学化学系教授陈天池的信,代买两磅强碱性阴离子交换树脂。属不能出口的军事物品,何炳林发现是提取铀的,转行学习离子交换树脂。56年何炳林回国,购买大量仪器、书籍,及合成离子交换树脂的10公斤苯乙烯和5公斤二乙烯苯,蒙混过关。
原子能宣传:54年底周恩来指示宣传原子能,中科院成立吴有训副院长为首的“原子能知识普及讲座委员会”。钱三强等20人组成宣传团,到北京和全国各地宣讲原子能和平利用的科普知识。出版书籍、科普幻灯影片。
原子能三人小组:55年1月31日周恩来在国务院第四次全体会议上提出:“在这方面,我们很落后,但是有苏联的帮助,我们有信心、有决心能够赶上去。美国的核恐怖吓不倒我们,我们要掌握原子弹。”彭德怀2月18日告正式提出研制和发展核武器。毛泽东在3月中共全会上宣布中国进入“开始要钻原子能这样的历史的新时期”。54年10月军委第五次会议,聂荣臻负责军工生产方面工作。11月,成立总军械部,与总参装备计划部、二机部联系很多,聂荣臻统一领导和联系这几个部门的工作。不仅主管军工生产,也主管军队武器装备方面的工作。55年7月4日成立薄一波、聂荣臻、陈云原子能三人小组,向中央负责。具体业务由国务院第三办公室管理,设专门办事机构直接指导国家建委建筑技术局、地质部第三局、近代物理所的工作,并组织协调各方面的关系。
原子能事业计划大纲:55年9月,薄一波主持下,钱三强、刘杰起草《关于我国制定原子能事业计划的一些意见》,12月修订成《关于一九五六年至一九六七年发展原子能事业计划大纲(草案)》。提出:“在苏联大力援助下,积极地建设我们自己的原子能工业,使我国以最近代的科学技术,发展国民经济,巩固国防。”以建设一批生产和动力两用反应堆为中心创建核工业。55年12月苏联原子能科学家代表团访华,赠送一批有关和平利用原子能的影片和书籍。在全国政协礼堂举行告会,讲授关于和平利用原子能的各项问题。12月26日会谈讨论《中华人民共和国1956-1967年原子能事业规划大纲(草案)》。代表团向周恩来表示,苏联准备给中国核工业建设以全面援助。
核武器研发流程:原子弹是利用铀或钚等易裂变重原子核裂变反应,瞬时释放巨大能量的核武器。它是通过爆轰、压缩、超临界、中子点火、爆炸产生冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性污染和电磁波对人员和目标进行杀伤和破坏。原子弹研制工作融科研、设计、制造、建设、生产为一体的高科技工业体系,最重要的是核武器的理论设计和核材料生产。核材料生产从铀矿地质勘探,矿石开采,到提纯为60%~90%的化学浓缩物(重铀酸铵或重铀酸钠,俗称黄饼)经过二氧化铀、四氟化铀、六氟化铀到浓缩铀235多道工艺流程,以及后来的钚239和氘化锂等热核材料。热核材料重水提取。原子弹技术路线两种,一种采用钚239,一种采用高富集铀235(也称高浓铀)。钚239通过铀在反应堆辐照后生成;高浓铀235通过铀同位素分离而获得,通常使用气体扩散厂。
(寒春与其丈夫阳早在延安)
核弹本记•人民原子弹
铀矿物的发现:铀元素分布广泛,平均每吨地壳物质中约含2.5克铀。铀元素化学性质活泼,形成大量铀矿物,世界上发现铀矿物超过180种,具有工业开采价值的铀矿只有2、30种。张定钊34年用分光分析法鉴定赣南钨、锡、铋、钼等矿中含有铀元素。张更生38年在广西富贺钟地区的冲积砂内采得独居石、钍石等矿物。43年5月,南延宗与田遇奇等,广西钟山红花区黄羌坪发现铀矿物。
第一块铀矿石:地质部54年4月成立普查委员会第二办公室,负责铀矿普查。普委二办7月根据日本人富田达辽宁海城发现铀的记述,派出拉祖特金和高之领导的技术小组,海城大房身伟晶岩露天长石采场放射性调查。携带科学院近代物理所组装的全国第一台木盒盖格计数器,采集标本。估算采场区的铀只有800公斤,无利用价值。54年10月根据40年代南延宗、吴磊伯、何杰调查铀的线索,派出拉祖特金和高之领导的20多人的花山工作队,对广西富钟县花山区铀矿调查。黄羌坪发现附着在蛋白石、方解石表面的钙铀云母等次生铀矿物,后在同一岩体的杉木冲找到云英岩化锡石脉中的铀矿化,局部很富集。采集了中国第一块铀矿石。毛泽东、周恩来很快听取刘杰汇。毛泽东说:“我们很有希望。要找,一定会发现铀矿。”
铀矿普查合作:55年1月17日苏联政府发表声明,促进和平利用原子能给予其他国家帮助。1月20日签署《关于在中华人民共和国进行放射性元素的寻找、鉴定和地质勘察工作的议定书》。2月,刘杰、高之和格利波组成的中苏委员会开始工作。协定规定双方各投资一半合营,有工业价值的铀矿床,中国开采,除满足中国发展需要外,其余均由苏联收购。中国发展核工业需要大量铀矿石时,56年12月19日重新签订苏联给予中国在铀矿普查勘探方面以技术援助的协定。由两国合营改为苏联提供技术援助,中国自主经营。地质部普查委员会第二办公室55年4月改为地质部第三局,区域地质调查队(区调队)和综合性地质队开展铀矿顺查工作。组建长沙三○九队,乌鲁木齐五一九队两个地区性管理机构,共辖10个地质队, 共1000多人。55年下半年组建放射性检查队二○九队。湖南、广西、云贵川疆等地大面积普查。55年在中南和新疆地区发现第一批200个有意义的放射性异常点带,其中有勘察价值的矿点11处,并对其中较好的矿点初步勘探。55年9月中南309地质大队在湖南郴州发现金银寨异常,碳硅泥岩型铀矿床。
铀矿学校与设备:56年长沙、乌鲁木齐、太原3所中等地质学校,开封等地创办了工业计划经济学校和技工学校3所。前两校57年合并为长沙地质学校。太原地校发展为华东地质学院。59年6月,北京建立铀矿地质研究所。地质部58年成立铀矿专业队,60年,地质部及各省区市地质局成立管理铀矿地质工作的机构;地质科学院成立铀矿研究室。地质部63年分别在广东韶关和甘肃永登成立两个铀矿专业实验室,从事铀矿选冶研究。矿产综合利用研究所也担负部分铀矿选冶研究任务。56年10月,地质部第三局组建仪器设计所,负责研究设计核辐射探测器和核仪器。57年新建上海电子仪器厂,负责辐射探测器和核仪器的生产;华东电子管厂扩建专业车间生产计数管和光电倍增管。
铀矿大规模普查:56年地质部第三局改三机部三局。56年太原一八二队管理华北和西北地区,209队扩建为西南地区管理机构。从37个部门和15个省区抽调管理干部、技术干部和技术工人共4754人,分配高校毕业生1791人和中学毕业生4200人。56年底铀矿地质系统2.1万多人。长春57年2月组建四○六队,负责辽东地区,58年初迁沈阳,扩建为东北地区管理机构。59年1月309队一分为二,南昌建立608队管理华东地区。铀矿地质工作起步时,主要是大规模地开展普查,快速勘探,解决铀矿资源有无问题。56年执行“扩大普查,加紧勘探”方针,对达拉地、金银寨、白马硐、蒙其古尔、巴什布拉克等矿床、矿点重点勘探,部分矿床计算工业储量。57年按“巩固提高,重点勘探,适当扩大普查”方针,转向勘探为主。58年正式提交第一批工业铀储量,到60年提交8个开采基地。苏联先后用合营方式和技术援助方式派来专家和提供仪器设备。
希望矿点:铀矿区域地质调查的主要任务是战略选区,采用简单的地质、物探联合,路线穿越式的踏勘性区域调查,侧重了解区域含铀性、铀源条件。铀矿普查采用航空伽玛测量和地面小比例尺大范围伽玛普查,难以通行地区进行踏勘性概查,局部地区采用放射性水化学法和射气测量法。57年到61年,全国范围内发现异常点15万多个,揭露勘探铀矿点230余处。我国大多数铀矿床和铀矿点都是在这一时期发现的。55年到56年重点在广西花山花岗岩体内,一批铀异常和铀矿化点经深揭都无工业意义。转向花岗岩体外接触带的碳酸盐岩中与多金属伴生的铀矿化,对洪泰、银沙隆等许多矿点揭露和勘探,矿体分布零散规模小,也被否定。以花岗岩体外接触带的前泥盆纪变质岩系(龙山系)重点普查,一些异常和矿点仍未发现开采价值。56年11月,309队在广东贵东花岗岩体接触带发现新桥、下庄铀矿点,规模不大;57年找到花岗岩体内含铀硅化带,命名为“希望”矿点。58年深部揭露,成为首次发现的大型铀矿。经刘兴忠等人总结,确认花岗岩体中找铀矿前景良好。此后在贵东找到一批铀矿床,相继在诸广山、九连山等岩体内也找到一大批铀矿床。其中诸广山岩体中的东坑、澜河铀矿床是花岗岩体品位最富的铀矿床,有很大工业价值。
铀矿建设:国务院第三办公室责成冶金工业部有色金属管理局兼管铀矿开采和冶炼工作。冶金部58年初成立第三司专门负责,12月划归二机部第十二局。还成立新疆、中南两个矿冶公司和江西矿务管理局,组建铀矿冶研究设计院。选调1万多名干部和工人,其中包括近千名工程技术人员组建铀矿冶队伍。建设工作程序上采取“勘探、设计、施工”适当交叉进行的办法。到60年8月,第一批铀矿山建设临近完成,第一座铀水冶厂开始设备安装。至63年10月,第一批铀矿山先后建成投产。
广东202厂:铀矿石提纯成为含铀60%~80%的化学浓缩物,叫做重铀酸铵或重铀酸纳,俗称黄饼。58年7月,309队11分队创办翁源县下庄202厂,是第一个土法炼铀厂。水冶流程试验后8月17日产出第一批重铀酸铵,28日正式投产,当年生产重铀酸铵837公斤。65年下庄土法水冶厂停办。
全民办铀矿:二机部党组请示中说:“为了加速原子能事业的建设,对于铀矿的勘查和开采,必须采取全民办铀矿的方针……对于中小型铀矿的勘查和开采,一律由地方经营。”58年起,江西、广东、湖南、云南、贵州等20多省区土法采矿炼铀。58年11月,湖南宁乡黄材流砂河建101厂。全国土法炼铀现场会召开。宋任穷视察,并拍摄电影。流砂河花岗岩储量上百吨。60年建设湖南宁乡黄材406厂,采取碎矿、浸出、沉淀三个车间流水作业,反应罐进行铀化学沉淀,采用6092萃取技术,62年完成重铀酸铵生产。获得土法冶炼重铀酸铵163吨,每吨收购价20多万元。全国共117个小厂矿。309队自办或协办37个土法炼铀厂生产其中80%左右。596所用原料,主要是202厂和湖南406厂生产出来的。某种意义上说,中国第一颗原子弹是“人民的原子弹”。
湖南郴州411铀矿:湖南郴县许家洞、金银寨等。第一座铀矿山411矿(后称711矿)。57年6月提交金银寨铀工业储量,满足援助前提。58年建设,60年4月完成第一采场的采准、备采工作,采出第一批矿石。9月1日,一期工程建成投产。为596研制、爆炸提供合格原料,被二机部部长刘杰赞誉为“中国核工业第一功勋铀矿”。
铀矿地质研究:59年成立北京铀矿地质研究,60年代初和地质队结合,建立花岗岩成矿模式和找矿准则。和西北182队对芨岭矿床研究,对南北方相继发现碱交代型铀矿起重要作用。60年至63年,中科院地质研究所、二机部地质所侯德封等提出铀矿床沉积再造的成矿理论;完成《中国若干铀矿床矿石成分及地球化学》论文集和花岗岩铀矿蚀变带三位一体演化模式与大型铀矿等研究。70年代铀矿所对火山型、砂岩型、碳硅泥岩型铀矿的特点和形成规律的系统研究。
铀矿冶炼研究与设计:58年成立北京铀矿选冶研究所。同年提出适于不同类型铀矿的水冶工艺流程和选矿流程。58年至60年验证和改进了苏联提供的第一批铀水冶厂的工艺流程,自行研制成功在多种类型铀矿石中提取铀的工艺流程,开展从铀磷矿、铀煤矿、铀钍矿、铀铁矿、铀铅锌矿石中提取铀和从铀矿石中综合回收钼铼镍锌等伴生元素的研究,提出相应的工艺流程和技术方案。矿冶研究所研究铀矿采矿方法。研究铀水冶技术,其中萃取磷、络合铁、重铀酸铵连续沉淀和树脂两段淋洗除钼等一直在工厂使用。还研究了炼汞炉渣中铀的水冶提取。
(1935年清华大学物理系部分师生,多名两弹元勋在其中)
核弹本记•慷慨援助
苏联原子能援助:中共中央和苏共中央在56年1月和2月,以书信方式就援助中国建设核工业问题交换意见。3月就援建问题谈判。8月17日,签订关于苏联援助中国建设原子能工业的协定。援建一批原子能工业项目和一批进行核科学技术研究用的实验室。
订购铀生产线:56年4月,刘杰率中国原子能代表团赴莫斯科,为提供技术援助而进行谈判。生产浓缩铀235的工厂,技术复杂,投资多,耗电量大,当时国内专家和苏联专家都认为中国没有条件建,而主张只建反应堆和后处理厂,采用钚239路线。毛泽东给赫鲁晓夫复信所附的《供讨论用的提纲》未列铀浓缩厂这个项目。谈判前夕,刘杰得到一份简要资料,说美国建设一个日产5公斤的铀浓缩厂,投资只需5亿美元。刘杰谈判中提出建铀浓缩厂,苏联拒绝谈判。苏联专家讲解核燃料循环过程时,讲到生产浓缩铀的原料可以是天然铀,也可以是在反应堆辐照过的铀(也称堆后铀)。堆后铀中,铀235 的含量0.6%左右,与天然铀相比仅少0.1%左右。制取浓缩铀是核燃料循环不可缺少的部分。刘杰抓住机会再次提出建铀浓缩厂实现核燃料合理循环,否则会造成资源的很大损失,苏方没有当场表示异议。几天后,苏方表示可以考虑援助铀浓缩厂,并提出有一部分经大修的扩散机可以转让,因为全新的约需两年时间。刘杰立即赶到使馆用电话向周恩来请示,总理指示:“先接受下来,回国再研究。”
核武器影片放映:56年10月苏联军事总顾问杜鲁法诺夫上将提议,国防部长、总参谋长批准,远东军区派出电影放映组,为中国高级军官放映苏联原子弹、氢弹机密影片,增加军队领导对核武器和核战争的认识,提高核条件下的指挥艺术,宣传苏联核武器威力和军队指挥能力。国防部大楼一层会议厅,为军委办公厅、总参各单位高级军官放映三部影片:原子弹构造、原子弹和氢弹爆炸原理;苏联原子弹氢弹爆炸(55年11月)的实况;54年9月核演习,有中国代表团镜头。邓小平观看了影片。
成立三机部:56年11月全国人大通过决议成立第三机械工业部主管核工业,宋任穷部长,刘杰、刘伟、袁成隆、钱三强、雷荣天任副部长。《国防新技术协定》提供某种原子弹样品和全部技术资料4种。规定,“为培养设计和科学研究方面的干部和生产原子核武器的专家,苏联政府保证供给中国生产原子弹的全部技术资料,带有训练使用和战斗用的成品样品……并帮助中国设计和建设研究原子弹结构的设计院(代号221);生产和装配原子弹的工厂(代号342)。”
反应堆工程技术:铀既能维持链式反应,又能人为地控制反应的快慢,这样的装置叫做反应堆。反应堆核心部分是装载裂变燃料并进行裂变反应的活性区,一般由裂变燃料、载热剂、中子慢化剂、反射层和结构材料组成。反应堆的控制通过控制棒升降来实现。控制棒由能强烈吸收中子而又不发生裂变反应的材料制成。随着它在堆内的升降,所吸收的中子数就会有增减,堆内裂变反应的快慢也即随之变化。
一堆一器建设:功率6500-千瓦实验性重水反应堆,反应堆能够生产军用钚。12.5-25MeV(百万电子伏特)能量的回旋加速器,加速器能够进行原子分裂的科学研究。协议规定无偿提供有关资料,提供维持反应堆运转的数量充足的核燃料和放射性同位素,负责培训。55年7月成立国家建设委员会建筑技术局,筹备建造工作。苏联负责初步设计,中国负责为初步设计提供勘探资料和总平面草图,参加审查初步设计、编制设计任务书,并作施工图设计。选址北京西南郊房山县坨里地区,北京市第二建筑公司总承包,建筑工程部第一工业设备安装公司负责设备安装任务。科研基地代号601厂,55年11月26日动工。一堆一器56年5月动工,苏联派出专家全程指导。此工程高度重视,盛大移交典礼。58年春建成,反应堆6月13日临界。
(601厂重水反应堆)
《关于成立核子研究所的决定》:56年3月26日,中国、阿尔巴尼亚、保加利亚、匈牙利、民主德国、朝鲜、蒙古、波兰、罗马尼亚、苏联和捷克斯洛伐克签订。当年建立联合原子核研究所,所址设在苏联加里宁州杜布纳市。宗旨是参加国选派一定数量的研究人员去该所共同研究核子物理理论和进行实验研究,以促进各成员国核子物理的发展。联合原子核研究所的经费,由各成员国按协定规定的比例分担。根据协定,各成员国派代表参加联合原子核研究所全权代表会议。全权代表会议每年召开一次,听取和讨论联合原子核研究所的工作告,审议本年度的决算和下年度的预算,通过人员编制和基建计划草案,选举和改选所领导成员等。王淦昌曾被选为副所长。从56年到60年,中国每年五六十人在该所工作,中国65年7月1日退出该所。
物理所设备与科研:56年9月中关村物理所与601厂合并,仍叫物理所,由中科院和三机部双重领导,以三机部为主。58年7月改名原子能所,59年改名401所。建成一堆一器前后,还从苏联引进铀同位素分离气体扩散实验室的设备。赵忠尧主持下,利用带回的零件和器材,55年建成大气型700千伏静电加速器。58年又主持建成高气压型2.5兆伏静电加速器。杨澄中设计40万电子伏特高压倍加器初步建成。谢家开始电子直线加速器研究、设计和制造。同时在杨澄中指导下,对回旋加速器的高频、磁铁系统初步设计。当时我国核物理实验技术,约相当于国际上四十年代水平。何泽慧等主持研制多种核探测器和核电子仪器。陈芳允、忻贤杰负责的核电子学小组,研制多种核电子仪器。其中探测器、定标器55年批产,供应铀矿地质勘探等。梅镇岳、郑林生指导下,多种β谱仪和同位素分离器的设计研制工作也取得进展。王淦昌主持设计建造磁云室,54年建起云南高山宇宙线实验室。彭桓武等开展核物理、基本粒子物理和反应堆理论等研究。放射化学组开展铀的提取、纯化、分析测定以及重水和高纯石墨的研制。杨承宗指导下,制备了克级的较纯的铀氧化物。
原子能所的成绩:中子谱仪、零功率装置、磁镜型绝热压缩等离子体实验装置等重要仪器设备设施50台件先后交付使用。先后开展堆物理、堆工程技术、钚化学、放射生物学、放射性同位素的制备、高能加速器技术、受控核聚变等研究工作。同时在核科学基础研究和应用基础研究等方面的工作,也取得较好成绩。到60年上半年,原子能所从54年底170人,发展到4300多人,其中大专以上科技人员近1500人。从54年5个研究组,发展到57年8个研究室和反应堆室和加速器室两个技术单位;59年又增加到22个研究技术单位。从事研究的学科从57年的6个,发展到59年的22个,包括60个学科分支。逐步建成一个比较完整的综合性核科学技术研究中心,为中国自力更生发展核工业、研制核武器作了人才和技术准备。
五厂三矿选址:从56年8月至57年初,先后确定第一批建设三矿一厂(水冶厂)项目和厂址。根据协议,苏联负责三矿一厂和铀矿冶科学研究试验室(即北京铀矿冶研究所)初步设计,中方施工设计。58年提供三矿工业储量。57年10月下旬,三机部与苏联设计总局签署《二二一厂工程项目设计任务书》和《二二一工程项目设计工作明细表》,221厂由三机部设计院与苏联列宁格勒设计院初步设计。三机部与苏联专家组成小组负责厂址选择。厂址具有高度机密性和安全隐蔽性,要有利于战备,水电交通条件良好,因有放射性及炮轰试验,占地面积要大,要留有发展空间(221预留了机场用地),尽量少移民等原则。从57年10月开始,经初选、勘察、定点三阶段,部审查上中央。58年5月31日,中共中央总书记邓小平代表中央批准二机部五厂(湖南衡阳铀水冶厂、包头核燃料元件厂、兰州铀浓缩厂、酒泉原子能联合企业和221核武器研制基地)、三矿(湖南郴县铀矿、湖南衡山大浦铀矿、江西上饶坑口铀矿)的选址告。58年3月下旬,安德烈也夫组长选场组来华勘察选址。
北京第九研究所:核武器研究所,58年7月13日成立,隶属九局,李觉、吴际霖和郭英会分别兼任正、副所长。在221基地建成以前,接收、消化原子弹样品、教学模型、图纸和技术资料的场所,调集、培训科研人员和干部,为核武器研制做准备。在北京北郊花园路建成储存原子弹技术资料和样品的仓库。
苏联专家授课:58年7月派叶夫根尼•涅金(理论物理)、加夫里诺夫(实验物理)、马斯洛夫(总装厂总工程师)三人科学调查组来华执行协定。7月15日二机部五楼会议室向二机部和九局领导介绍1951年试验的压紧型原子弹的一般原理、构件和研制、试验等方面的知识。宋任穷、刘杰、袁成隆、钱三强、吴际霖、郭英会6人。二机部总顾问扎吉江拒绝记录,宋任穷说会后收回笔记本,不再作记录。翻译朱少华、陈中根据记录和回忆整理一份记录稿。苏联不允许专家把比51年更先进的设计方案告诉中国人。
先写楷书,后写草书: 59年技术革新、技术革命运动中,有人主张在引进的苏联工厂设计和设备仪表上搞革新。宋任穷写信告毛泽东,作了“先写楷书,后写草书”的批语。二机部据此号召虚心向苏联专家学习,努力消化吸收苏联技术;强调没有研究掌握的情况下不准改苏联设计,不准乱拆乱动苏联设备仪器;如不符合中国实际情况,要经试验研究,征得苏联专家同意,再作必要改进。与此同时,国务院有关部委还确定,凡能在国内配套的设备和原材料,都由国内负责提供;国内积极组织生产专用仪器设备,创造自行设计和制造设备的条件;加快建设原子能研究所,并相继建立铀矿地质、铀矿选冶等专业性研究机构,充分发挥科研人员积极性,增强自力更生能力。大跃进运动中,核工业生产建设追求产值、进度,忽视质量和安全的事件时有发生。
(何泽慧、钱三强,巴黎,1947年)
核专业人才培养:苏联和东欧留学生中挑选与核专业相近的学生改学核科学和核工程专业,国内增派这方面留学生;55年9月北京大学和兰州大学各设一个物理研究室,作为培训干部中心;56年北大和清华设立核科学和核工程专业,选拔其他专业大学二三年级学生改学这些专业。北京地质学院55年筹建铀矿地质专业。到59年,全国发展到有核专业的高等院校27所。兰州大学、中国科技大学、天津大学、复旦大学、南京大学、哈工大、上海交大、西安交大、四川大学、白求恩医科大学等院校相继建立原子能等专业。63年苏州医学院划归二机部,并增设放射医学专业。二机部也从58年起筹办大学,成立抚州地质专科学校和衡阳矿冶工程学院。还筹办一批中专、技校。二机部多次派科技人员到苏联进修实习、参观考察,55年7月至59年末先后选送260余名干部和工人赴苏专业实习、专题考察和参加工程设计工作。派出140余名高中级科研人员到苏联杜布纳联合原子能研究所工作。聘请专家来华对有关人员进行专业培训,如专题讲学和答疑,举办短期培训班等。认真学习研究苏联专家建议,同苏联专家一起下现场,边干边学。
克劳斯•富克斯:2008年托马斯•瑞德(Thomas Reed)在美国《今日物理》杂志发表告,认为59年钱三强从克劳斯•富克斯得到核知识。德国物理学家富克斯在洛斯阿拉莫斯研究核武器,战后回到英国哈威尔原子能研究机构。1949年美国破译苏联战时密码,发现富克斯是核间谍,50年在英国法庭判刑。59年6月23日释放,移民东德的德累斯顿。59年7月,钱三强与福克斯长时间会谈。此事可信度非常低,待查。
核试验初步确定:二机部党组59年5月4日建议61年进行原子弹爆炸试验的任务定下来,拟组织代表团去苏联商谈落实供给原子弹样品和技术资料等问题。周恩来改为可定在61年~62年间,并同意派代表团。59年6月20日,苏共中央致函,苏联与美国日内瓦谈判关于禁止核武器试验的协议,担心核援助有可能严重破坏争取和平,缓和国际紧张局势所作的努力。原子弹模型和技术资料推迟两年以后视国际形势发展再定。宋任穷7月4日提交聂荣臻告,认为苏联不想给,提出坚决自己搞。中央决定不给苏联复信,“自己动手,从头摸起,准备用8年时间搞出原子弹。”10月1日,赫鲁晓夫当面提出准备停止核援助,毛泽东同意。
计算技术研究所筹备委员会:科学院数学所所长华罗庚领导,53年1月正式成立第一个电子计算机科研小组,开始计算技术早期研究。在苏联专家的大力帮助下,十二年科学技术发展远景规划第41项计算技术完成。确立快速通用数字计算机设计与制造为基础掌握制造各种电子计算机基本技术。先集中后分散原则建立计算技术研究所筹备处。购买苏联计算技术研究所现在制作中的电子计算机及其全套标准部件等。制定规划期间,电子计算机有争议,一些人认为发展情景不明,钱学森力主发展计算机,起了举足轻重的作用。5月20日提交《发展计算技术、半导体技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术的紧急措施方案》,很快批准。搞电子计算机目的明确,为研制两弹一星服务。56年秋北京大学、清华大学开设电子计算机专业。56年9月计算技术考察团访苏,获得建立计算技术研究所和计算机发展方向的一整套知识。57年2月筹备委员会成立三个研究室,建立实验室。购入M-3计算机和БЭCM计算机图纸资料,获得M-20计算机部分研究资料。11月与北京738厂签定试制М-3(103)和БЭСМ-Ⅱ(代号104)计算机合同。12月11日签订《中国科学院和苏维埃社会主义共和国联盟科学院科学技术合作协定》(1958-1962年),包括计算技术合作。58年1月18日签订《中苏共同进行和苏联帮助中国进行重大科学技术研究的协定》,“计算技术科学研究与工业基础的建立”为其中一项。包括通用快速数字计算机、专用数字计算机研究与制造。程序设计,近似计算方法研究,模拟计算机研究,专用模拟计算机之研究、制造与运用,计算分析机之研究与制造。
计算技术研究所:一室一组第一小组是逻辑组,58年改名二室一组,59年5月17日成立正式成立中国科学院计算技术研究所。设计119机和109乙机。
103计算机:58年8月1日仿制成功每秒运算30次八一型(M-3)数字电子计算机填补空白。共生产36台。字长32位、每秒运算30次,采用磁鼓内部存储器,容量为1K字,DJS-1。北京有线电厂改进设计,DKS-3机,磁芯作内存,1/4英寸磁带机,每秒速度3000次,63年投产。59年12月华东计算所、上海有线电厂等研制一台103机,最初运算速度为每秒30次,改进后每秒1500~次。
104计算机:58年江南计算技术研究所研制完成。共生产8台。БЭСМ-Ⅱ为蓝本。22个机柜,主机、电机组机房各占地200平方米。共用4200个电子管,4000个晶体二极管。字长39位,容量4K,每秒约一万次浮点运算,内存2048个全字长磁芯体,2台2096全字长卧式磁鼓。消耗功率100千瓦,机房通风100千瓦。开始投入运行时,平均稳定工作时间20分钟。为航天、核工程、气象预做出巨大的贡献。61年706所运行一台,为东风、红旗、长征、卫星东方红1号等轨道计算、系统设计等完成1076项理论计算任务,耗机时约余小时。击落U2也发挥重要作用。一台九院完成596计算。DJS-2。59年10月1日每秒运算一万次大型通用数字电子计算机104机仿制成功,提前完成计算技术12年远景规划。两机交军事部门使用。
107计算机:小型串联通用电子管数字计算机。采用二进制,定点,字长32位,补码。指令为一地址,指令长16位,每个存储单元放两条指令。指令中,操作码占用4位,其余地址码。磁心存储器容量1024字节。可执行接收、发送、接收反码、逻辑加、逻辑乘、移位、加法、溢出不停机的加法、减法、乘法、除法、无条件转移、条件转移、非零转移、打印、停机16种操作。主频62.5千赫,平均每秒运算250次。有6个机柜,中央处理机占两个,磁心存储器占两个,电源占两个。作为输入输出设备的五单位发机一台,电传打印机一台和控制台一个。共使用电子管1280只,功耗6KW(不包括通风)。两台,一台火炮研究所弹道计算,一台中科大研究计算。
441-B计算机:哈军工63年试制通用441-B机。脉冲变压器和半导体三极管组成的隔离-阻塞逻辑电路。字长40位,主存容量8192X20,浮点运算每秒1.2万次。可直接用市电,不需发电机隔离,电源电压拉偏范围可达±20%。65年全面公开441-B的电路和图纸资料,上海交大、成都电讯、西安交大等仿制,第一批共生产11台。66年天津电子仪器厂生产约40台441-BⅢ,还有一批C、D型号。实际达150余台,用于两弹一星、海军、防空、歼六等,在成都、西安、上海等地生产。441-C机用到59式57-1数字式高炮指挥仪。68年完成相距60米441-B与441-C联机实现的实时数字仿真系统。同年研制成车载式441-C通用机,实现441-B与441-C专用机联机使用的实时数字仿真功能。长沙工学院等75年441BⅢ完成 FORTRAN 编译系统。441-D计算机导弹靶场数据处理。
核弹本记•艰苦奋斗
苏联撤走专家:1959年6月20日,苏共中央致函,苏联与美国日内瓦谈判关于禁止核武器试验的协议,担心核援助有可能严重破坏争取和平,缓和国际紧张局势所作的努力。原子弹模型和技术资料推迟两年以后视国际形势发展再定。中国将第一颗原子弹定名596纪念。59年7月,中央决定:“自己动手,从头摸起,准备用8年时间搞出原子弹。”二机部12月制定核武器研制规划,力争3年突破,5年掌握,8年有所储备。30日军委第9次常委会上批准国防科委有关加强核武器研究机构建设的意见。1960年7月16日,苏联照会,自12天后的7月28日到9月1日,撤走全部在华的苏联专家。7月6日至8月23日,苏联撤走核工业系统工作的全部233名专家。据统计,援建30个工程项目中,苏联完成16项设计任务,有9项被迫停工。仅核燃料循环后段工厂和核武器研究中心几个工程,约有776项台件设备没有供货,其中主要是中方尚不能制造的专用设备、仪器仪表和特殊材料。
60年年7月3日聂荣臻提交告认为坚持独立自主、自力更生的方针是可能的。认为协议项目仍然要,但不给就算了,中国签字承担的义务在一般科技范围内如约完成。留学生少派但不中断。认为独立自主,立足国内,不意味自己封锁自己。很快批准。7月18日毛泽东指示“要下决心搞尖端技术”。
苏联驻华使馆61年统计,截至60年7月1日,中国44座城市和34个部委系统中有1292名苏联专家,经济专家一机部467人,二机部252人,冶金部101人,水电部60人,化工部37人,地质部和地质总局27人。此外,医疗保健系统21人,教育部系统28人。
九所科研力量:59年下半年原子弹样品仓库扩建,作为原子弹研究所。九所改成核武器科学研究单位,增建科研实验楼、加工车间及其他的相应设施,从有关部门调用和从国内外增购必需的设备器材,建立建筑设计室和非标准设备设计室。借用官厅水库地区的工程兵科学实验场一角,改建小型爆轰实验场(代号17号工地)。60年3月朱光亚副所长,选调郭永怀、程开甲、陈能宽、龙文光等105名高中级科技骨干参加原子弹研制工作(原106人,其中1人改往原子能所)。王淦昌、彭桓武和郭永怀先后调任副所长(3人是核武器研究领域最初的三大支柱)。组建理论、实验、设计、生产四个部13个研究室,60年10月撤销。60年10月设立理论物理、爆轰物理、中子物理和放射化学、金属物理、引爆控制和弹体弹道等研究室和加工车间。配合221基地建设,还成立非标准设备、建筑工程两个设计室。60年6月初,朱光亚、邓稼先、李嘉尧再次将58年7月讲课资料整理一番,作为研制原子弹参考。刘杰6月9日动员告提出研制有一个由低到高的发展过程,争取高的,准备低的;争取好的,准备差的。效率高,体积小,用料少,能响,应该是努力方向。
西北核武器研制基地初步建设:二机部九局、北京核武器研究所,西北核武器研制基地是一个机构三块牌子。69年后设计与制造分开,四川成立核武器研究设计院。西北基地只负责生产。58年九局负责筹建西北核武器研制基地(02工程)。
58年3至6月,中苏专家联合选厂小组选定青海海晏县西北金银滩的银滩大草原建设西北核武器研制基地,海拔3000-3600米。7月批准。位于西宁北102公里,青海省海晏县西海镇,地处湟水源头海晏盆地,北靠祁连山,南临青海湖,东接西宁市,西邻柴达木,距青海湖30公里,四周环山,山包错落起伏,便于隐蔽。基地用青海省机械厂筹备处、青海省综合机械厂、青海省第五建筑工程公司、青海矿区等名称掩护。苏联为部分工程提供初步设计和少量设备器材。国防部和总参从部队抽调121名驾驶员,80台嘎斯汽车成立汽车队。青海协助解决征地移民筑路、地方性建筑材料和生活物资供应等问题,河南省青丰、内黄两县7000名支边壮工建设。建工部从兰州工程局和第九生产设备安装公司等选调1200多名职工组建104建筑工程公司和103安装工程公司第四工程处,承担基地施工任务。军委分配给基地退伍战士1900人。59年2月陆续入厂施工。60年8月爆轰试验场开始施工。随后总装和炸药加工厂、机械加工厂、自备小电厂等也先后开工。境内最高峰同宝山海拔4025米。年平均气温零下摄氏0.4度,紫外线强,氧气含量比平原少近1/3,自然条件十分恶劣。空气干燥,气压低,摄氏80度水沸。一年有八九个月穿棉衣,无霜期短,春秋两季时有大风沙和沙尘暴。厂区横跨三个河谷盆地,湟水源头麻匹寺河和哈勒景河发源于此。
二机部60年状况:苏联60年撤走专家。60年3—4月间,二机部调整建设规模和部署,把在建核燃料循环工程分为一线(铀生产线)、二线(钚生产线)。一线以铀浓缩厂为中心,前后左右相关工厂建设进度都向它看齐,与它衔接。集中力量建设好铀235生产线。调集人力物力加速221建设,同时缩短战线,缓建刚开工的钚生产线。调集力量加强北京核武器研究所建设,积极探索原子弹设计、引爆和爆轰试验等研究设计工作。利用资本主义国家已有科学成果这一条,聂荣臻指示各有关单位作出更大努力,广泛收集外国各种书杂志等资料,参观各种技术展览,购买技术专利和各种先进设备。因粮食不足,迫使20基地、核试验基地施工的工程兵、铁道兵部队疏散或撤走,甚至科技人员也被疏散。聂荣臻上周恩来,令军队各大单位紧急筹粮,运往西北解燃眉之急。当年已有提交的8个开采矿点,基本满足第一批铀矿山建设需要。60年8月,铀矿3矿临近建成,铀水冶厂开始设备安装,铀浓缩厂安装部分机组,配套的酒泉、包头厂有关项目土建工程接近完工。中国60年从事核工业的10万人中,25岁以下68%,26~35岁25.5%。
(西北核武器研制基地)
下马争论:61 年夏,中央准备对国民经济进行调整、巩固、充实、提高的八字方针,国防工业和国防科研战线出现两弹上马、下马之争。北戴河国防工业委员会工作会议上,下马派认为苏联援助没有了,经济形势不好,国防尖端武器研制困难太多太大,工业基础薄弱,原材料无法保证,品种规格不全,新材料研究困难重重,两弹花钱太多,影响国民经济其他部门发展等等。主张只搞常规武器:“你打你的原子弹,我打我的手榴弹。”聂荣臻认为两弹研制有一定基础。五院、二机部各拥有大学毕业以上的研究人员数千名和一批先进研究设备,铀矿资源能满足第一套金属铀冶炼设备生产的需要,特别是有一批世界一流的两弹科学家,两弹研制带动一系列科技飞速发展。聂荣臻认为三五年内要力争突破尖端是不能动摇的历史任务,两弹为主,导弹第一并没有排除常规武器研制,应该两条腿走路,眼前依靠常规武器打仗,要特别重视常规武器研制和生产配套问题。无论尖端武器,还是常规武器,上不去的关键是新型原材料、精密仪器仪表和技术力量分散问题。问题不解决,就算尖端停下来,常规武器也上不去。要列入国家计划,大家都来攻关。另一项措施是都要缩短战线,任务排队。尖端与常规是要从解决具体问题入手,不管是尖端武器还是常规武器都不要退。61年7月,中央作出关于加强原子能工业建设的决定,在人财物方面给予大力支持。
《两年规划》:61年初暂停342厂建设。当年7月中央下发《关于加强原子能工业建设若干问题的决定》。62年8月23日,刘杰提交《关于自力更生建设原子能工业情况的告》,争取64年,至迟65年实现第一颗原子弹爆炸试验是可能的。9月11日,二机部党组呈送《关于自力更生建设原子武器工业建设情况的告》,即《两年规划》,详细汇工业建设和核武器研制攻关的进展情况,以及请求解决的问题,提出64年,最迟在65年上半年爆炸第一颗原子弹。刘少奇召开中央常委会讨论同意,并要求搞一个中央级委员会,加强对两弹研究试验工作的领导和更好地组织全国大协作。63年3月正式批准《两年规划》。
两步走规划草案:刘杰还要求按15个月完成技术设计、21个月基本准备好原子弹爆炸的装置这一进度,制定具体工作计划。经讨论研究,9月14日提交朱光亚执笔《第一种试验性产品的科学研究、设计、制造与试验工作计划纲要》(草稿),正文19页,另有具体进度计划和核爆炸试验拟分两步进行的具体考虑等两个附件。共分6个大部分。
第一部分,核装料高浓铀重量,内爆法原理,混合炸药装药,列出炸药品种和混合比例,大型航弹;62年底以前、63年、64年上半年应分别完成的研究、设计、试验的主要项目,具体进度计划写入附件一;核试验拟分两步,第一步地面爆炸试验,第二步做空中爆炸试验。提出核试验测试准备工作立即进行,具体考虑写入附件二;完成计划应抓的几项关键技术问题,最重要的一项关键技术两手抓。
第二部分,必须加快221基地建设,创造起码的实验场地条件,指出建设的重点场地;62年四季度应开始交付使用和应开始进行试验工作的建筑工号;列出62年四季度到63年底陆续完成的各场区建筑工号及交付使用时间。
第三部分,大力加强研究所的科技干部力量。指出62年科研工作进度较迟缓,特别是爆炸物理与炸药工艺方面进度拖后许多,除场地、设备问题外,科技干部力量不足,需要重点加强。列出各研究室尽早增加的骨干人员的专业与数量;分配300名以上62年大专毕业生,特别是火炸药、实验物理、精密机械设计、仪表与测量技术、光谱分析、真空技术、放射化学等10多个专业希望得到保证。
第四部分,各项试验工作所必需的仪器、设备与材料的供应保证,重点仍然在消耗量与使用量大的爆炸物理试验与炸药工艺方面的物资供应保证。从爆炸物理试验方面、炸药工艺方面、科学研究的其他几个方面,详细列出所需仪器、设备与材料品种、型号、数量、供应时间。
第五部分,研究所各项科研工作两年多以来一直大力协作。具体列出请部内、部外有关单位协作的项目和供应的产品的名称、规格、数量、时间要求等。
第六部分,必须采取一系列有效的组织措施,使各项工作能落实下来。局所的组织机构相应调整。62年四季度起科研工作即将在青海基地开展起来,与北京机构相应统一,利于加强领导。北京各研究室应按任务需要适当改组。分组原则应以任务为主,学科为辅。62年四季度内应组织全所的科学技术委员会,以任务为主,学科为辅。可考虑先设立产品设计委员会、中子引发器委员会、“冷”试验委员会、场外试验委员会,写明各委员会负责组织协调的主要技术领域,并提出每一委员会设学术秘书1~2人。青海基地与北京同时进行时,两地联系必须加强。改善长途电话联系,考虑建立直接的空运交通联络。图书、期刊、论文、总结告与图纸的复本与复制,必须采取措施予以解决,及时供应青海基地所需参考资料。拟在62年四季度内成立图书管理委员会加强图书、期刊的采购与管理工作。进一步贯彻技术责任制,加强领导。本计划纲要经部党组审核批准后,各单位均应按照分工制定每一项目的实施计划,提出措施,送所党委会与所务委员会审议。
中央十五人专门委员会:62年9月,二机部党组呈送《关于自力更生建设原子武器工业建设情况的告》(即《两年规划》),详细汇工业建设和核武器研制攻关的进展情况,以及请求解决的问题,提出64年,最迟在65年上半年爆炸第一颗原子弹。刘少奇召开中央常委会讨论同意,并要求搞一个中央级委员会,加强对两弹研究试验工作的领导和更好地组织全国大协作。62年11月17日,刘少奇在中央政治局会议上宣布成立十五人委员会,由各有关方面的负责同志参加。会议并传达毛泽东关于“要大力协同,做好这件工作”的指示。周恩来主任,贺龙、李富春、李先念、薄一波、陆定一、聂荣臻、罗瑞卿、赵尔陆、张爱萍、王鹤寿、刘杰、孙志远、段君毅、高扬等人组成。65年3月也管导弹研究试验工作,调整增加成员,改称中央专门委员会。12月14日,中央下达《关于成立中央15人专门委员会的决定》。科研方面明确提出科研攻关的五个方面军,即国防研究机构、中国科学院、工业部门、高等院校和地方研究机构,要大力协同,互相支援。特别要求地方有关科研部门协助国防科研部门突破以导弹、原子弹为代表的尖端武器关。中国科学院成立新技术局专门负责组织科学院各部门配合国防尖端武器攻关。11月17日召开第一次专委会。62年底有人提出两年规划不可能,联合调查组经过四个多月解决一系列问题。第二次专委会上,周恩来明确提出国防尖端科技“先抓原子弹”的指导方针,要求二机部制订实现两年规划详细计划,以便更精确执行和便于检查落实。63年3月正式批准《两年规划》。12月28日,国务院成立国务院特种武器定型委员会,聂荣臻主任,张爱萍、安东(兼秘书长)副主任,负责制定特种武器定型的方针、政策和定型审批工作。
九局工作纲要:朱光亚62年9月19日拟订出《九局第一种试验性产品的科研、设计、制造与试验工作的计划纲要及必需解决的关键问题》的文件。把草稿6大部分调整为4大部分和两个附件,草稿第二、三、四、五部分合并为文件的第二部分;第一部分核试验分两步进行改成文件第四部分,关于核爆炸试验问题。附件一《第一个试验性产品的科学研究、设计、制造与试验工作的进度计划》;附件二《关于第一种试验性产品国家试验项目与准备工作的初步建议》。指以“国家试验”而对九局需要进行的工作的加以说明,并非九局组织国家试验。10月19日“修改稿”上,争取64年第三季度进行国家试验;进度计划按62年底前、63年上半年、63年下半年、64年上半年、64年下半年这5个阶段列出应完成研制、试验的各主要项目;具体分述必需创造的各种人力、物力、场地等条件问题。第二次专委会上,周恩来明确提出国防尖端科技“先抓原子弹”的指导方针,要求二机部制订实现两年规划详细计划,以便更精确执行和便于检查落实。12月4日上午,周恩来在中南海西花厅主持中央专委第三次会议。听取刘杰、钱三强等关于原子能工业生产、建设情况和“两年规划”、原子弹研制等问题的汇。朱光亚列席会议并作补充汇,着重对原子弹装置的理论设计作了介绍。中央专委审议批准了“两年规划”,逐项解决二机部提出的一系列问题。周恩来指示“实事求是,循序而进,坚持不懈,戒骄戒躁”。 12月28日,国务院成立国务院特种武器定型委员会,聂荣臻主任,张爱萍、安东(兼秘书长)副主任,负责制定特种武器定型的方针、政策和定型审批工作。
核试验基地研究所准备文件:朱光亚起草《关于迅速组织核试验基地所属研究所并安排国家试验各项准备工作的建议》。62年10月25日转国防科委。共有7点。一是迅速确定研究所的地址。二是迅速选调研究所骨干,提出20人名单,希望于11月份内到。其中二机部选调程开甲、忻贤杰、陆祖荫、吕敏,程开甲是兼任。三是迅速确定研究所领导,立即抓组织筹备。四是重新安排技术部科研与培训,直接参加到各项试验仪器的研究与生产工作中去,边干边学。建议再补充20至30名专业较对口的大学毕业生,列出专业。五是研究所组成、近期任务与外部协作安排。提出起始阶段设置5个研究室或组,写出各研究室(组)主要任务,提出必需有一定的业务与行政保证部门、设计与加工部门。详细地列出对外协作或负责承担任务的单位。六是建议组织国防科委领导的国家试验委员会,应包括的军内外组成单位,并建议张爱萍副总参谋长主持。七是63年初组成地面试验场地选择调查小组进行实地调查研究,提出具体选场方案,63年二季度内上。10月30日国防科委办公会议研究在核试验基地技术部的基础上立即组建核试验基地研究所。程开甲提出第一次核试验以百米高塔爆炸为宜。核装置起爆和核试验场区测试仪器的自动控制系统应放弃原初步设计采用的无线电控制系统方案,而应全部采用简单、可靠、保密、经济的有线电自动控制系统的方案。
核试验工作纲要:程开甲主持,吕敏、忻贤杰、陆祖荫等参加,62年11月26日提出《关于第一种试验性产品国家试验的研究工作纲要》(草稿)及《急需安排的研究题目》,经钱三强审阅后转国防科委。这个文件是九所10月19日建议及附件二基础上经过进一步讨论而提出的。纲要分五个部分,即试验目的和要求、基本方法、题目的类型和协作的要求、若干突出问题、若干建议。
(邓稼先、于敏)
核试验基地研究所:国防科委62年12月20日办公会议同意核试验基地研究所整个技术工作分5个阶段进行,但每一项工作都需尽量向前赶。张爱萍要求研究所63年3月以前工作条件应基本具备,协作任务安排应基本落实。要求国防科委二局、总后第二物资计划部协助21基地研究所从国外进口、在国内抽调和安排试制这三条途径解决所需的仪器、设备;决定从军事工程学院及其他院校为研究所补充150名大学生;同意研究所在位于官厅水库附近的工程兵科学实验场进行模拟爆炸试验;同意建100人的试制加工车间。继程开甲、董寿莘、吕敏、忻贤杰、陆祖荫、孙瑞蕃之后,63年1月开始,中央组织部和总政陆续从军内外调乔登江、王如芝(借调)、杨裕生、高才生、史君文、丁浩然、张忠义等多人,分别担任所室组的技术领导,带领100余名青年技术干部展开工作。核试验基地研究所一边组建,一边展开原子弹试验技术准备工作。到63年5月,共提出83个研究课题,其中80%的技术工作同中科院和军内有关研究院所共23个单位组织了广泛协作,大部分课题已有计划或已开展工作。
221基地加快建设:到62年秋,核工业所需专用设备,器材的研制协作网络初步形成。急需的新材料和专用设备,如重水、耐氟橡胶、高能炸药、高性能电子元器件陆续进入221基地。62年底,炸药加工浇注和两个小型试验场及辅助工程相继完工,基地初具规模。全国抽调技术工人、转业军人和大中专毕业生1000多人陆续充实到各研究室、车间和工号。但是爆轰试验场区和装配车间等主工艺厂房仍未建成,即将进行的大型爆轰试验和原子弹装配等工作必须从北京移到基地进行。这些工程建设起来尚需10万平方米基建工程量。专委决定加快基地建设。63年2月组建221基地指挥部,增调126人加强产品设计制造工作。建工部、交通部、水电部、邮电部、工程兵、铁道兵、通信兵等13个部门1.5万多人施工队伍,随带施工机具500多台件、汽车300多辆突击抢建。李觉任总指挥的联合指挥部的组织领导下,64年4月,主要工程陆续竣工。6月全面建成。建造多处地下掩体和地下指挥所,其中地下指挥所能抗1000磅炸弹。保卫部三科负责管理进入大门的钥匙,必要时在厂办公楼和招待所一楼值班室值班。厂区挖防空洞、交通壕,核试验前进行过防空演习。
第九研究设计院:63年3月开始,九局机关和北京核武器所(除理论部外)设计、实验和生产部门人员陆续迁往221基地。选调张兴钤、方正知、黄国光等126名高中级科技人员也陆续赶到。64年2月撤销九局,局所厂三位一体合并成立第九研究设计院,李觉院长。221基地称221研究设计分院,65年9月18日改为二二一厂,吴际霖副院长任书记兼厂长。分院下设第一、二、三生产部,设计部及实验部,理论部留北京。69年后设计与制造分开,四川成立核武器研究设计院(九院,现在的工程物理研究院)。221基地只负责生产。
国营221工厂:基地18个厂区、4个生活福利区。38.9公里铁路专用线与青藏铁路在海晏县火车站接轨,75公里沥青标准公路,与青藏、青新、湟嘉公路连接。2X1.2KW电厂1座,污水处理厂一座。建筑投资共3.1亿元。基地占地1170平方公里(后缩减为570多平方公里),周边近2000平公里都是军事禁区。厂区分甲、乙两部份,甲区集生产、科研、政治、经济、文化为一体的主厂区;乙区在县城西边,是干部、职工家属聚居区,并有招待所。甲区机关有行政、政工、物资保障及保卫部门,下设理论部、设计部、实验部、生产部及七个分厂。生产区分厂分布在总厂生活区四周,总厂办公区海拔3200米。一分厂东北方向,主要生产弹头、核部件、无线电控制系统;二分厂正北方向,生产火工材料、核部件及全弹总装厂;三分厂水厂,二分厂西北边是全厂水源地;四分厂电厂在福利区北边;五分厂东南高地斜坡下方,有531等仓库和几处机修车间;六分厂西北边,15公里处是炮轰试验场,简称靶厂,34平方公里,海拔3690米;608、610、614、636、651、656试验工号,170-1、2天然临时靶场,2个试验废物掩埋坑。七分厂西南边,负责核部件的理化分析及检测。基地总投资4亿5156万元,建筑面积56.4万平方米,其中33万平方米的厂房建筑。221八个哨所(一个班),其中第六号哨所一个排。独立师六团保卫,禁区骑兵巡逻。外围哨所环绕一周约170多公里;内卫哨卡60余处,主要设甲区各分厂车间、首脑机关、科研、机要机构等要害部位,工作人员持盖有车间、工号字样的通行证才能进入。65年5月-73年10月空军高炮师,66年12月-76年4月地空导弹12营。国务院批准成立“青海省人民政府矿区办事处”,建立公检法、司、民政、粮食、商业、文教、卫生、邮电、银行等部门,建成以核武器研制设计实验和主生产、辅助生产、生活服务的政企合一事业联合体,创建我国第一个核武器研制基地,形成高层次生产力要素组合。基地实行特殊商品供应,保证从事有毒有害作业人员的保健食品供应,节日为职工提供凭票供应的黄花鱼、粉丝、木耳、烟酒等。
221基地先后成功进行16次核试验,实现两弹武器化,生产出多种型号核武器装备部队。74年改名国营221厂,完成多个型号核武器退役处理和延寿试验。87年撤销221厂,对570多平方公里工业区进行全面的退役处理。93年6月,退役工程正式通过国家验收,移交青海省海北州,全面对外开放。95年5月15日宣布全面退役。爆轰试验场不远的是称为亚洲第一坑的放射原料深埋地。
塔爆试验大纲:从原子弹装置本身而言,完成聚合爆轰实物试验,解决中子点火部件可靠动作问题,也就具备了地面或地下核爆炸试验的基本条件。若再相应完成实物弹道试验、自动控制系统遥测试验与实物飞行起爆试验,则第二步就可接着进行空中核爆炸试验。第一次核试验从科研要求来说,先进行地面核爆炸试验更有意义,可以避免一些复杂因素,有利于安排更多测量项目,取得更多的、可靠的测量数据。62年10月10日,聂荣臻指示当任拿出原子弹,采用什么试验方式都行,将来再考虑装到运载工具上的问题。11月2日又指示:将来进行首次核试验,是一种试验方式,还是两种方式,由二机部来定。
朱光亚63年5月21日执笔14页正文的《第一期试验大纲草案》。再一次提出核爆炸试验分两步进行,并详细阐明理由。核试验任务“将主要是解决灵与不灵的问题,是过技术关的问题”。因此,“最好是安排两次试验,即先在地面上试一次,如果灵了,经过一段不太长的时间(三个月到半年)之后再用空投方式试一次。前一次是静态的,只需要验证产品的核心部分动作灵不灵;后一次是动态的,则包括产品的全部。这样安排,既有利于实现核爆炸试验的主要目的,同时也有利于达到由低到高、逐步过技术关的目的,取得最大的效果,因而也可以说是应力争实现的上策”。阐明第一次试验宜在地面进行的理由:“首先,这是因为进行静态的核爆炸试验可以减少许多可以避免的复杂因素,而又能达到同样的目的。这些因素包括产品制造、运载与投掷方式、遥测、测试观察的瞄准系统等方面。可以说,地面试验要可靠些、容易些、简单些。其次,静态的试验,可以安排较多的、能验证设计数据的测试项目。此外,地面试验还可以做到完全避免应用无线电来传递讯号,对于保密十分有利”。进一步说:“如果第一次的地面试验成功了,经过一段不太长的时间以后用同一种产品(也只能如此)再进行一次空投,不仅是有利的,而且也是可能的。因为:第一,到目前为止,从产品的科研设计制造到测试,在地面和空投方面都已进行了准备工作,已取得一定的进展。如果各项科研工作能按既定计划顺利进行,在第一次试验成功的基础上,是有条件进行空投的。第二,在当前的情况来讲,地面试验成功了,并无必要重复试验。但是,由于第一次经验不足,总会有若干测试项目得不到预期结果,需要进一步复查。这可以在第二次在空中用同一种产品试验获得。第三,一般而言,地面试验仅仅代表有了一个核装置,进行了空中试验以后,才能算是往核武器方面接近了一大步。因此,接着进行一次空投,有利于扩大政治影响。”
两次试验时间间隔问题:“主要决定于以下两个因素:在第一次试验成功以后,对所得的结果需做分析研究,然后对测试方法和工具作必要的检修和改善;同时以地面转向空投也要进行一些新的准备。初步估计,需三个到六个月的准备时间。”
试验大纲还写了主要测试项目、技术保障、测试场地总布局、参加试验的场地工作人员规模;主要测试项目及具体题目的附表和测试场地主要土建工程点具体布置示意图。技术保障包括自动控制,建议测试区仪器控制全部采用有线电自动控制系统,包含钢塔与装配车间、气象保障、通信联络保障、遥测站、空中取样等内容。其中5月13日会议初步确定地面和空中试验场地位置,如果采用有线电控制系统,两个场地共用一个有线电自动控制系统,共用一组电缆。
批准两次核试验:试验大纲钱三强审阅,63年5月24日,张爱萍召开核试验准备工作会议,钱三强同意有线测试方案。会上工程兵科研设计院杨士明关于铁塔工程初步设计方案告,朱光亚对铁塔工程设计指标的几点意见。讨论批准铁塔工程初步设计方案。张爱萍5月24日就首次地面核试验场地定位问题向罗瑞卿总参谋长并中央军委、中央专委告;27日以国防科委办公会议名义向周恩来并中央专委、中央军委写出地面核试验区的布置方案和工程方案的告。第一期拟先进行地面爆炸试验,然后再进行空中爆炸试验。7月26日和27日,国务院会议厅专委第六次会议,批准靶场建设方案告。
核弹本记•高能物理攻关
596理论设计:原子弹研制工作60年春正式展开,分析研究枪法(压拢型)和内爆法(压紧型)两种原子弹优缺点,提出内爆法主攻方向。104计算机完成理论设计和核爆炸模拟。彭桓武、邓稼先和周光召主持下进行。彭桓武辩证分析原子弹爆炸的全过程,提出决定各反应阶段的主要物理量,对掌握核反应的基本规律与物理图象起了重要作用。胡思得、李茂生等4人60年春节后对爆轰产物的状态方程,特别是铀的状态方程进行探索。经半年努力,建立包括低压、高压等整个压力范围内的状态方程,为原子弹总体力学计算提供依据。61年彭桓武、邓稼先等领导,对原子弹爆炸过程进行分析和计算,并把复杂方程组简化,完成原子弹反应过程估算,科学划分反应过程各个阶段,提出决定各反应过程特性的主要物理量,这对掌握原子弹反应基本规律与物理变化过程起到重要作用。61年至62年,核武器所对爆轰波与冲击波相互作用、冲击波聚焦和界面不稳定性等专题进行研究。61年上半年解决问题,全面投入原子弹理论设计。彭桓武阐明核材料被压缩到超高临界后,链式反应引起的能量释放和其它物理问题。数学家秦元勋和李德元等用特征线法完成核材料被压缩到超高临界后能量释放过程的总体计算。63年3月提出第一颗原子弹的理论设计方案。63年5月取名596。
(朱光亚、赵忠尧与周光召)
原子弹内爆压力计算:60年4月,孙清河、朱建士等10多人用几台手摇和电动台式计算机进行原子弹总体力学计算,用特征线法对原子弹爆炸核反应前物质运动全过程计算。一年左右时间里,对弹体内物质运动全过程(原子弹内爆压力)反复计算9次,都比苏联给的低。61年5月周光召调任理论设计室第一副主任,仔细分析并用最大功原理解决问题。炸药爆炸后,理想状态下所作功就是最大功,所对应压力就是最大压力。从理论上论证伪特征线法计算结果的正确性。同时,数学家周毓麟等研究出有效的数学方法和计算程序,通过计算机计算,取得相同的结果。据此编制出原子弹总体计算程序,为以后精确计算提供范例。
爆轰物理试验研究:王淦昌、陈能宽主持下进行。60年2月利用工程兵北京试验场部分场地修建爆轰物理试验场,小药量爆轰试验,开展起爆元件和材料状态方程的试验研究,摸索原子弹设计的基本规律和各种参数的测试方法,培养有实际操作能力的科技人员。林传骝等在两年左右的时间里研制成电测装置和多种类型的测试仪器;吴世法等把高速摄影技术应用于爆轰试验,解决了试验中的测量问题。63年上半年王淦昌、陈能宽、胡仁宇等指导下,一系列缩小尺寸的局部聚合爆轰试验,取得对爆轰规律较为完整的认识,并带动炸药加工工艺、试验部件的装配及检验各种测试技术的研究。5至11月,做了多次局部分解爆轰试验。12月24日缩小尺寸同步聚焦整体爆轰试验,产生中子。测试结果解释发生不同意见。探测系统负责人唐孝威作出正确判断。聚合爆轰试验和高浓铀核装料标志596主要技术难关攻克。
中子物理和放射化学研究:核武器所60年会同原子能所在钱三强、王淦昌、彭桓武、朱光亚、何泽慧等指导,开展脉冲中子测量、临界试验物理方案和实验装置研究及中子源研究与试制。精确测定与裂变反应有关的重核中子截面、裂变中子能谱及裂变中子平均数,建立各种放射性测量方法及标准,包括中子通量标准、中子源强度标准、α源强度标定等;原子弹部件加工过程中建立各种中子通量、中子能源、γ脉冲等测量方法;核爆燃耗测定工作中建立裂变数测定方法。60年至64年,原子能所、核武器所和21基地共同协作,建立燃耗分析方法,制备用于核试验反应效能探测的同位素示踪剂。原子能所还协助核武器所完成快中子临界装置理论计算、临界安全计算等课题。
点火中子源:原子弹重要部件之一。原子能研究所与核武器研究所共同承担。3条技术路线。王方定小组经200多次化学试验,62年底研制出中子源装料。原子能所解决中子源包装和最终检验技术,221基地102车间八组生产出点火中子源部件。王方定中子源63年12月24日聚合爆轰试验成功,被首次核试验采用。另两条技术路线两种中子源也获成功。原子能所同位素制备研究室61年开展军用同位素氚、钋-210和钋中子源的研制。提供钋-铍中子源和模拟铀-235裂变谱中子源以及钋-210a源在核武器研制中发挥作用。研制出钴-60KBF-1、钴-60KBF-2等军用源。
高压雷管:核武器研究所二室副主任钱晋等,与北京工业学院、三机部西安三所和804厂协作,研制成功性能良好的高压雷管,并经大量同步试验考核。九所二室李富学等60年研制微秒级雷管。
起爆元件:61年至62年起爆元件设计和波形会聚流体力学过程的实验研究及爆轰波传播规律和高压状态方程的实验研究。为获得所需聚焦波形,陈能宽等用了约一年时间,设计调试成功第一个起爆元件。
引爆控制:引爆控制系统同步起爆装置是实现核内爆关键设备之一。惠钟锡、祝国梁等经几个月钻研,掌握同步引爆装置的设计技术。同时,引爆控制系统其它部分如期完成,均被首次核试验采用。221一厂区103车间试制。
结构设计:郭永怀、龙文光等主持,分别从爆轰和力学结构方面开展核装置结构的两种方案研究,到62年均取得预期结果。
核燃料前处理研制:铀是天然放射性元素,含铀235和铀238两种主要同位素。铀235能够自发裂变,天然铀中的丰度0.714%,其余铀238只有在受到中子照射后才能转变为裂变燃料。天然铀可以用作反应堆核燃料,但装料多,体积大。大多数情况下,动力用和研究用反应堆都要采用铀235丰度较高的浓缩铀,原子弹装料要求铀235丰度90%以上。核燃料前处理是指从铀矿中提取、纯化和精制铀的一系列化合物的化工生产过程,为制造各类核燃料提供合格原料。核燃料前处理中化学问题研究,主要解决铀的纯化和四氟化铀、六氟化铀的制备。中科院矿冶所成立铀采矿研究室、选矿研究室、铀水冶研究室和5个铀矿分析化验小组,建立岩石力学、爆破、凿岩、光弹、放射性选矿、浸出、离子交换、溶剂萃取、铀化合物纯化等实验研究。先后进行铀矿方面科研课题40余个。中科院新技术局、上海有机化学所、长沙矿冶所、长春应化所帮助解决投料试生产中的148个技术问题。应化所用热分解法解决铀的纯化,用三种方法从二氧化铀制备四氟化铀,又用氟化法制得六氟化铀,向二机部提供了六氟化铀结晶样品。
湖南衡阳铀水冶厂:中国将铀的提取与精制厂统称铀水冶厂。湖南衡阳铀水冶厂272厂是第一座大型铀水冶厂,60年11月生产出第一批符合纯度要求的二氧化铀产品。处理湖南郴县、大浦和江西上饶铀矿矿石,制成二氧化铀。58年8月动工。中科院矿冶所协同二机部61年9月开展三矿一厂技术攻关。62年9月生产出合格产品,为596提供合格的原料。63年8月第一期完工并试生产。65年11月全部建成投产。铀水冶厂62年四氟化铀的湿法生产技术生产合格产品。苏联设计采用弱碱性阴离子交换树脂作吸附剂,一次装入量和年消耗量数百吨。58年12月铀矿冶所与南开共同合成201×7型强碱性阴离子交换树脂。59年化工部在天津和上海建成两座树脂生产厂,满足衡阳、上饶水冶厂投产的需要。
上饶铀水冶厂:上饶铀矿含磷高,不宜在衡阳厂处理,另建一座小型铀水冶厂,生产重铀酸铵送衡阳精制。59年10月动工,62年11月413铀矿水冶厂投产。采用矿浆吸附流程,处理碳硅泥岩型铀矿石较先进。
(水冶厂)
二氧化铀和四氟化铀:重铀酸铵用乙醚萃取硝酸铀酰和制取二氧化铀,二氧化铀经氟化(铀转化)获得四氟化铀,再次氟化获得六氟化铀,交铀浓缩厂使用。58年9月,北京第六研究所首次从铀矿石中提取出二氧化铀产品。60年北京铀矿选冶研究所邓佐卿、郑琼英等在四个月内建成简法生产装置,重铀酸铵做原料,生产两吨二氧化铀,进一步生产80公斤四氟化铀。从铀矿石浸出液直接制备四氟化铀的湿法生产技术。
简易六氟化铀生产装置:六氟化铀是强腐蚀、毒性大的放射性气体。60年5月周恩来致函赫鲁晓夫,请求按协议提供六氟化铀。二机部7月决定简法生产,气体扩散试验室组建两套简法生产装置,615乙60年10月试车获得3.4千克六氟化铀,12月获得首批3公斤合格产品。在此基础上,建设615丙试验装置。63年12月5日,615乙、丙简法生产出18.5吨合格六氟化铀产品。兰州铀浓缩厂化工车间回收装置64年1月14日生产部分武器级六氟化铀,满足投产初期需要,是596的装料。这几个装置为596作出重要贡献。
酒泉六氟化铀生产厂:60年4月动工,63年11月29日生产出第一批六氟化铀合格产品。酒泉一分厂六氟化铀-铀转化厂,投产初期,使用天然铀作原料。
六氟化铀批量生产:62至63年,二机部矿冶局局长苏华组织下,湖南郴县、衡山大浦、江西上饶和湖南衡阳铀水冶厂先后建成投产;包头核燃料元件厂四氟化铀车间和酒泉原子能联合企业六氟化铀厂也相继生产出合格产品,兰州铀浓缩厂所需原料有保障。
铀同位素分离:铀同位素分离有气体扩散法、离心法和喷嘴分离法,气体扩散法技术上最成熟,首先用于工业生产。气体扩散法是利用两种质量不同的气体混合物,在热运动平衡时不同质量的分子平均运动速度不同的特性,让含两种同位素的六氟化铀气体,通过一种特制的多孔分离膜而扩散。含铀235的六氟化铀气体分子较轻,运动速度较快,通过分离膜的几率大,因而在透过膜的一侧富集;含铀238的六氟化铀气体分子较重,运动速度慢,通过膜的几率小,因而在膜的另一侧富集,从而实现两种同位素的分离。通过一个分离单元产生的分离效果(分离系数)极小,必须把许多分离单元串联起来,构成级联装置,提高分离效果。工业生产中,级联装置都由数千台扩散机组成。
原子能所扩散实验室:苏联扩散厂不接受实习,建设兰州扩散厂时,北京建一个扩散实验室作为培训基地。58年9月20日动工,10月23日开始安装设备。苏联专家分批来华进行较全面的培训。原子能所吴征铠等61年开展铀同位素分离理论研究等,获得气体扩散法的理论和实践经验。60年2月12日,铀同位素分离气体扩散实验室工程建成使用,62年原子能所王承书领导实验室(实验室63年划归天津理化工程研究院)研究,为铀浓缩厂启动运行提供重要资料和经验。级联定态和非定态的研究,为工厂生产提供重要参考数据。与其他单位进行有关分离器研究,共同提出新的级联方案。
气体扩散铀分离膜:扩散机关键部件,各国严格保密。分离膜结构分为单层膜和复合膜两种;材质分为金属和非金属分离膜。六氟化铀对材质有很强腐蚀作用,并生成有害的固体氟化物,需选用高纯度、耐腐蚀材料。50年代末,钱三强组织力量进行分离膜调研和理论探索。中科院、二机部、冶金部、纺织部、上海复旦大学有关厂所两年时间研制出第一代分离膜(甲、乙两种),保证兰州厂需要。理化工程研究院60年至63年承担分离膜研究。62年初冶金所、金属所、原子能所和复旦集中到冶金所,吴自良领导下合作攻关,制成小批量甲种分离膜,64年通过鉴定。64年7月,甲种、乙种分离膜分别在中科院上海冶金所和冶金部北京钢院完成实验室研究,并于9月进行扩大试验。
小流量扩散机组:扩散机组技术绝密。63年开始,按工艺流量大小,先后研制四种扩散机组。每套扩散机组,包括分离器、压缩机、电机、冷却器、调节器、阀门、管道、仪表等,此外还有300多项配套的非标准产品。共组织150个工厂和研究所承制,在北京重型电机厂、上海电机厂、哈尔滨汽轮机厂、四川东风电机厂等总装。机组有中机械加工、大面积电镀、耐腐蚀铝合金铸造、冷作焊接、特殊电机制造、整机总装测试等6大技术关键,11个工厂、11个研究所,攻克306项技术关键,67年按期完成任务。上海机电工业企业64年11月起承制气体扩散设备二号主机,上海电机厂总装厂。上海汽轮机厂、上海先锋电机厂、上海华通开关厂、大隆机器厂、上海锅炉厂、孚动力机厂、上海塑料研究所、上海喷涂机械厂等参与试制。上海电机厂65年按时完成2台仿苏样机试制,并于当年生产出40台。68年4月完成二号机生产任务。68年1月起自行设计新二号机。77年完成全部生产任务。
建设兰州铀浓缩厂:兰州铀浓缩厂504厂、甘肃矿山机械厂。56年成立刘宝庆8人选厂委员会,10月起在河南、陕西、甘肃、青海4省调查11个厂址,57年2月提交选厂告选定。地处兰州城西远郊河口地区,南靠不通航黄河,黄河在这拐弯,三面环山。一条进出厂区通路设哨卡,其他方向无路进出。10月15日批准建厂设计任务书。苏联初步设计工厂,58年1月王中蕃专业组赴苏联列宁格勒参加初步设计。按有区别引进方针,凡能承担的任务,一律以国内单位为主承担。施工设计由二机部设计院负责,土建施工、设备安装分别由101建筑公司、103安装公司第二工程处承担。建筑工程部、铁道部、电力部等参与设计施工。按“先外围、后主体、以主带辅、以辅保主、协调前进”的建设部署,58年从21个省市区集中力量,上半年外围工程陆续开工,7月全面开工。5月28日,苏联通知将从9月至59年分13批提供几种型号扩散机。59年国庆节后,二机部向厂负责人张丕绪、王介福交底,要求抢建主工艺厂房,争取按计划主机进厂,年底主机安装,59年12月27日,首批机组安装就位。
建成兰州铀浓缩厂:60年基本完成主要项目土建,培养595名初步掌握扩散技术的生产技术骨干。中断援助以后,集中力量建设铀235生产线。二机部8月9日发出“为在我部事业中彻底实行自力更生的方针而斗争”,工厂最大限度解决职工生活困难,中央生活物资供应给予特殊照顾。工厂开展五个摸清,即摸清工程质量底细、职工技术水平底细、技术资料底细、设备材料底细和攻关项目底细。二机部袁成隆副部长61年1月起到厂长期蹲点,组织20多个专门小组对主工艺及辅助系统施工安装情况全面调查,共发现问题1395个。调吴征铠任原子能所同位素分离研究室主任,王承书和钱皋韵任副主任。全国22个大中城市81个工厂、大专院校、科研设计单位,研制各类专用设备、仪器仪表和主机备件832种, 40多万台件。44个大中城市237个工厂优先提供各类标准设备、机电、仪器仪表433种,材料余种。62年12月完成扩散机组安装,在不同型号的10个机组上开始扩散机群启动试验,循序渐进逐步扩大试验范围。苏联方案扩散机组共分9批启动,第7批启动后生产出高浓铀产品,拿出产品至少要到64年4月。刘宝庆主持下,原方案第5批扩散机组启动时拿出产品,王承书、吴征铠、钱皋韵等指导,分批启动扩散机组,64年1月14日获得丰度90%可作原子弹装料的高浓铀。
核部件研制实验室:北京核武器所第四研究室负责第一颗原子弹从中心到惰层各部件制造工艺的研究。61年11月,核武器所与酒泉厂人员在北京建成浓缩铀部件成型加工技术研究的简易实验室。陈宏毅、何文钊、杨庸、徐基乾等两年探索,初步掌握铀的精炼和铀部件的铸造加工和检验等技术,确定工艺参数,制定工艺规程和控制铀杂质含量基本原则,为核部件制作奠定基础。
酒泉核部件加工车间:酒泉原子能联合企业核部件制造厂59年8月动工。62年下半年祝麟芳等修改设计建议,不到一年建成简易核部件加工车间。62下半年512车间研制聚焦元件。511车间(即后来的301车间)铸造毛坯。形位和尺寸精度要求高,形状特殊的薄壁零件,铸造加工测量都十分复杂和困难。63年6月突破,是221基地研制成功的第一个核武器关键部件。63年11月至64年4月,801厂核部件化工及精炼工艺攻关进展顺利,铸造气孔技术缺陷迟迟未能解决。总工姜圣阶和二机部生产局总工张沛霖指导下,经张同星等试验摸索,找到消除浓缩铀235金属球气孔技术途径。精度、光洁度要求非常高,只允许误差不超过一根头发的几分之一,当时部内尚无这样高水平车工,武汉请来七级车工与玉门厂的车工共同努力,64年5月1日原公浦切削加工生产出第一套高浓铀合格核部件。酒泉从浓缩的六氟化铀,经多道工序还原成金属铀,精炼、铸造、生产出第一套合格的铀235部件,从而完成从铀矿石勘探、开采到最终生产出原子弹的核心部件,实现原子弹核心技术的突破。包头核燃料元件厂64年加工出合格部件。
包头贫铀核部件:铀238金属核部件在爆炸中将裂变泄漏中子反射到反应区,参加裂变反应。聚变爆炸中,铀238裂变。张诚主持下,包头核燃料元件厂元件研究室61~62年试制粗金属铀小型试验,63年4月中型生产一批铀块,为核部件试制和铀芯体研制提供原料。经两年攻关,掌握天然铀部件加工技术。617厂协助,64年4月7日生产出第一套核部件,至此,596所需核部件都加工出来了。
(扩散机)
221厂组件制造:64年初,九所四室迁入221一厂区第一生产部102车间(65年4月,技术二处107实验室、203车间XX装配合并到102车间),具备试生产条件。热电厂还启动列车发电机组,作为备用电源(与西宁电力联网后,撤走列车)。102车间承担596内球组合件等的试制和装配。包头核燃料元件厂提供铀238半成品部件。6月13日下午五时许,24号大厅外北边装卸厅,铀切屑倒桶时摩擦引燃切屑。烧掉约60公斤铀切屑,救火人员住院检查。车间成立安全组,对铀屑燃烧机理、贮存方法进行探索,反复实验研究出一套既经济又安全的贮存方法,取代苏联提供的方法。飞层组件结构比较复杂,尺寸精度、光洁度要求高。
炸药部件研制:王淦昌、朱光亚、陈能宽等指导,第二生产部副主任孙维昌组织,221厂201车间炸药部件研制,四台带蒸汽夹层的球形底不锈钢药炉,把材料用木棒搅拌熔化后,制成悬浮体浇注。64年3月28日通过全尺寸主药球成型工艺定型,远距离电视操作,生产出合格炸药部件。郭永怀和设计部龙文光主任指导下,开展原子弹总体结构设计和力学、环境条件适应性试验。
结构部件加工:大型爆轰试验证明两种结构部件均能满足要求。64年3月23日确定选用伍代先等设计的刚度强度更好的结构部件,加工精度要求比较高。三机部西安和沈阳航空发动机厂试制原子弹精密金属部件,430厂4月专设大棚式精加工车间紧急完成结构部件加工任务。
聚合爆轰试验:王淦昌、陈能宽指导下,64年6月6日,全尺寸爆轰模拟试验及其它一系列试验。221六厂区610工号全尺寸爆轰模拟试验,铀235用代用品,其他全部为真品,爆轰出中子。至此,历时四年爆轰物理试验,从单件到组件,从局部到整体,从缩小尺寸到全尺寸,共进行千余次小型试验和多次大型试验,验证理论设计,考核部件,解决聚合爆轰等关键性技术问题,获得丰硕成果。
快中子次临界实验装置:在221中子物理和放射性化学大厅,进行铀235临界、次临界实验,经过上千次安全试验,取得临界、次临界数据。64年6月6日全尺寸爆轰模拟试验完成快中子次临界实验装置试制、安装和调试,开展次临界度的测量。试验结果表明,现有增殖系统均处于相当深的次临界状态,即使按最苛刻的条件估计,在装配过程中及装配后出现某种意外的事件,也仍然不会导致核材料超临界事故。根据此次试验,制定出次临界安全操作规程。64年5至7月,研制基地对核部件、炸药部件、起爆元件和同步装置等进行震动试验和运输模拟试验。8月22日赖祖武等在次临界装置上成功地对核装置进行次临界试验。结果表明原子弹装配过程中所有环节都具有足够的次临界安全性,即使按最苛刻、最不利的条件,也能保证安全。
596组装:宋光洲等进行一系列试验,解决加工装配过程中工艺技术问题,保证零部件加工质量。第二生产部蔡抱真副主任,203车间吴永文主任领导下,207和215工号完成原子弹投篮总装和无线电引控系统联试。原子弹装置预演产品、备品、正式产品在总装联试后,分解装箱待发。
(陈能宽)
核弹本记•国家物理实验
核试验靶场勘选:58年6月及11月,陈士榘选场委员会和核试验部队勘察大队及工程兵国防工程设计院、一机部四院、总后营房管理部、通信兵部等组成的工程定位勘察组和苏联地质专家等组成的工作组,多次对甘肃、内蒙、新疆沙漠地区勘察。起初定于甘肃敦煌西北约100公里的戈壁地带。主要因高空风向不理想,为保证安全,据苏联专家建议,同年12月到59年初,现场踏勘选新疆,军委59年3月批准罗布泊西北地区。试验基地62年底初步建成。
筹建核试验场:58年4月决定筹建核试验场,工程兵负责勘察选址、设计与施工;以商丘步兵学校部分干部战士为基础,组建核试验部队。先参加勘察和建设,后担负核试验任务。工程兵司令员陈士榘为首的选场委员会5月根据苏联专家提供的选场条件,图上作业选定甘肃敦煌以西、新疆罗布泊以北等4个地区,以敦煌较合适。6月对敦煌详细踏勘,认为敦煌以西160公里地区可作为试验中心区。苏联专家也建议在此建场,但指出必须取得高空气象资料,并提出建立永久性气象站。军委7月批准。国防部8月任命张蕴钰为核试验部队主任,8月20日核试验部队和配属总参地形测绘队、冶金部地质勘察队及工程兵某团三营等组成1800余人勘察大队,在张志善、常勇等带领下,经两个多月完成建场地区地形测量、工程地质、水文地质勘察任务。工程兵国防工程设计院、一机部第四设计院、总后勤部营房管理部及通信兵部等组成工程定位勘察组完成定位勘察。陈士榘等与苏联地质专家11月初现场复查勘察结果,确定试验中心区和各配套区位置。研究中注意到建场地区高空风向可能是自西北吹向东南,而地面风向则多是自东北吹向西南,此风向下,核爆炸放射性物质对敦煌城有无大影响尚待苏联专家研究确定。11月上旬张蕴钰对建场地区进行详细踏勘,研究核试验部队编制方案等问题。苏联专家回国后,研究分析所掌握的与中国毗邻地区的气象资料,推断已选定试验场中心区高空风向是自西北吹向东南,敦煌正处在其下风方向。58年11月21日,苏联函告中国,建议考虑核试验场移到罗布泊地区的可能性。陈士榘、万毅多次主持研究并组织查阅整理有关气象资料,证明高空风向是自西北吹向东南。经军委同意,张蕴钰、张志善、史国华率勘察队对罗布泊地区进行选场勘察。
(视察核工业)
选定罗布泊核试验场:58年底至59年初,罗布泊以北和以西地区实地勘察,罗布泊西北选到适于建场的地区。1月上旬,万毅听取张蕴钰汇,并进行空中勘察,万毅二月六日告中提出,罗布泊地区高空主导风为偏西风,下风450公里以内无居民,周围230公里内没有大的居民点,施工生活用水方便,工程建设有利。军委同意改到罗布泊地区。4月1日起,张蕴钰等率勘察组,在罗布泊以西地区进行技术工作区、办公生活区、机场、通信、道路等工程的勘察定位工作。工程兵司令部、工程兵国防工程设计院、总后营房管理部、军事医学科学院、空军修建部、通信兵部、一机部第四设计院、一机部勘测公司等单位派遣专业干部参加定位勘察。仅用十一天时间,选定各区及其附属工程定位的比较方案。工程兵司令部五月四日送核试验场定位勘察告。军委5月15日批准。58年11月下旬,张蕴钰向国防部汇编制方案。万毅59年1月7日呈送核试验场编制草案,建议先批准试行。批准后,总政从部队军事院校各军区选调一批具有良好政治和军事素质的干部;总参从沈阳、北京、济南等军区选调部队。到五月底基本完成核试验部队的组建。部队驻地南边是一片草滩,马兰花盛开。经张蕴钰提议,办公生活区取名马兰。11月27日,中共中央书记处批准核试验基地建设方案。
核试验基地建设:国防部确定工程建设由工程兵特种工程指挥部(简称特工指)负责。新疆军区调2200名新战士。特工指先后调4个工程兵团(124团)、汽车36团、警卫24团配属基地施工。连同兰州第二建筑公司、天津建筑公司、新疆生产建设兵团农二师工建队等单位人员,与基地部队一起,共组成3万多人施工队伍。广州军区抽调273医院到基地为施工人员服务。60年4月1日动工。主要工程有修筑从生活区到试验中心区、指挥控制区的公路,架设通信线路,修建简易机场、营房、发电厂和配套设施。苏联毁约不提供施工设计和设备。工程兵国防工程设计院参照苏方初步设计,开始场地工程的技术设计。总参通信兵部、工程兵司令部和核试验基地共同进行指挥控制区与试验中心区之间的通信和控制试验。国防科委成立张蕴钰组长的领导小组,经几个月工作,对已弄清用途、规格的设备,提出定货清单。一些关键测量设备要等原子弹研制。到62年底,21基地试验工程施工设计未能作出;试验场区和部队驻地共修建公路546公里,沟通场区之间的交通;建成营房和厂房10万多平方米;建起简易机场。
核试验场通信保障:50年代末北京至乌鲁木齐主要靠无线电短波通信。62年底架设通信线路1800余公里,沟通基地内部和基地与乌鲁木齐、北京之间的通信联络。架设酒泉-乌鲁木齐-马兰-场区通讯线路。到64年,试验场内外有线电通信线路、无线电收发中心及其配套的通信设施相继建成。64年8月试验场内分别组织以试验委员会指挥部通信枢纽为中心的指挥网,以自动控制指挥站通信枢纽为中心的指挥、测试、控制通信网。
地面核试验场地:62年11月3日毛泽东批准力争64年爆炸596的奋斗目标。国防科委提出有关军兵种承担修建地面塔式爆炸试验场和通信工程以及航空、防护、气象、大地测量与制图等保障任务建议告,11月21日批准。12月25日成立指挥保障工作小组,张英任组长。62年11月至63年初研究试验方式和试验方案。核试验基地选勘地面核试验场地,研究拟订地爆区定点方案和试验区布置方案;工程兵国防工程设计院提出铁塔工程设计方案。中央专委63年7月批准。核试验场工程建设63年4月起陆续展开,工程兵国防工程设计院7月底完成设计。总参通信兵部通信工程设计。到64年6月底,完成全部154项工程。试验场区26个集中点上,建立7个兵站,3个加油站,32个临时伙房。
596试验器材:62年11月26日提出596爆炸试验的研究工作纲要(草稿)及急需安排的的研究题目。到63年5月,共提出83个研究课题。国防科委组织中科院、有关工业部所属厂所和军内有关研究院等23个单位协作。中科院长春光机所、西安光机所、物理所、地球物理所、电子所、自动化所、力学所,二机部原子能所,国防部十院19所、十所,军事工程学院,防化学兵研究院等单位,以及一机部、四机部、五机部有关工厂承担任务,并建立专门领导班子。核武器试验研究所成立技术委员会,论证技术方案、协调研究任务,定期检查工作,及时解决发现问题。核试验基地还请知名科学家作学术告,并连续召开100余次专业会议,对试验技术方案进行全面论证。吕敏在原子能所支持下,研制成功全套核链式反应动力学测试仪器设备。忻贤杰提出控制系统仪器设备研制方案,与十院十九所研制出高可靠性配套仪器设备。核爆炸冲击波测量和爆炸当量测定的王茹芝,火球和光辐射测量的孙瑞蕃,核爆炸放射性烟云取样和放化分析的杨裕生,早期核辐射测量的陆祖荫等,都取得较好成果。研制出1000余台(套)测试、取样、控制用的仪器设备,经化爆模拟试验逐项检查验收。
701试验铁塔:美国第一次核试验30多米高铁塔,苏联第一颗原子弹37米塔上。为拿到更多数据和减轻沾染,建造一座102米铁塔。当时最高铁塔是广州90米高对外广播发射塔。铁塔无缝钢管结构、正方形断面的自立式塔架,包括起吊、空调、电气以及地面运输保温吊篮设备等系统。塔高102.438米,8467个构件,76吨。无缝钢管鞍山钢铁公司紧急生产;建工部华北金属结构厂塔架;原子弹吊篮和爬行起重机等地面专用设备由北京起重机厂制造。铁塔全部构件,64年2月底运到试验场区。工程兵特种工程技术总队安装,广播事业局、兰州化学工业公司建设公司等单位调借32名高空作业技术工人,组成160人安装队,共用68个净作业日完成施工。共建造两座铁塔,另一座备用铁塔成为马兰电视台发射塔。
21基地马兰:马兰在博斯腾湖东侧山谷中,北纬41°30‘,东经88°30‘E。从乌鲁木齐到库尔勒公路上的库米什镇或乌什塔拉镇走通往东南的岔道到马兰,属禁区。马兰有司政后三大机关、工程、运输和警卫三大团队、礼堂、招待所和军人服务社三大后勤服务单位。马兰西边马兰机场可以停靠轰6。马兰西北四十多公里一个山沟里是红山,红山是核试验基地研究所大本营。三面环山,一条对外公路。有力学楼、光学楼、物理楼、放化楼、取样楼、资料楼和计算机楼等实验研究楼,有小学、中学和医院,还有军人服务社、邮局和粮店后勤服务设施。有红山八一水库。
罗布泊核试验场:国防科工委21基地。新疆东部耳朵形状的罗布泊,罗布泊和博斯腾湖中间有孔雀河,孔雀河北岸戈壁滩,即罗布泊核试验场,属新疆巴音郭楞蒙古自治州境内,号称天下第一州。马兰东南约185公里罗布泊,方圆两百公里,南起孔雀河,北至库鲁克山,西至马兰,东至甘肃边界。以东大山为界,划分为两片场区,以东为内场,以西为外场。外场包括地下核试验场、马兰。三百多公里长通京公路从马兰一直通到空爆靶心,途经张郭庄(甘草泉)兵站、东大山哨所、白云岗、黄羊沟和气象大沟等地。核试验场两大哨所,东边东大山哨所,北边辛格尔哨所。内场以空爆靶心为中心。南有青石山、骆驼山、孔雀河;东有西大沟和东大沟;西有气象大沟、103工事、108工事、720工事、6710工事和201工事,还有201机场(开屏机场,东北距爆心70公里)和白云岗参观场。空中试验代号为7,地面试验代号为4,地下试验代号为9。核试验场3个区,有中央分区、马兰分区和东南分区。中央分区在马兰分区和东南分区之间,是地下核试验场,早年也进行过几次低当量地面核试验。
原子弹研制进展全面检查:63年底中央专委检查。全国协作的20个部委,19个省市区的400多厂所院校,如期完成二机部和核试验基地所需的专用仪器、设备和原材料10多万台种。同时,二机部有3座铀矿山和5个原子能工厂生产或试生产,聚合爆轰试验等重要技术关突破。中央专委64年1月向中共中央告:原子弹爆炸试验有可能在当年十月左右实施。
九次专委会:核试验之前召开9次专委会,讨论解决100多项重大问题,组织26个部(院)、20多个省市自治区的900多家工厂、科研机构和大专院校参加攻关。 64年4月11日第八次专委会研究第一颗原子弹试验有关事宜。决定塔爆方式,9月10日前作好一切准备,成立前线试验总指挥部,张爱萍总指挥,刘西尧副总指挥。9月16、17日召开第九次专委会,提出早试和晚试两个方案。毛泽东同意早试。65年8月第13次会议确定战略、战术导弹规划,战略导弹突破带动战术导弹。地空、海防导弹主要是防空导弹。12月第14次会议,66年是导弹年,批准导弹核潜艇的研制和两年规划,各种战术导弹、卫星都要用两年时间完成三年任务。66年9月还准备专委扩大到航空。
试验现场准备工作:运入试验场区物资,从原子弹部件、测试仪器及指挥保障器材,到供效应用的飞机、大炮、坦克等。西北从事核试验工作名叫西线工作。64年5月开始试验现场各项准备工作。参加试验的有解放军各总部、各军兵种,新疆、兰州军区,二机部、公安部、国防部十院、军事工程学院、中国科学院有关研究所、八一电影制片厂等26个单位,共5058人。按国防科委统一安排,陆续进入核试验场区。张蕴钰提出,张英主持编写《核武器试验工作法》,作为基地实施组织指挥工作的依据。测试工作由核试验基地第21作业队、二机部第九作业队和原子能所承担,分力学、光学、核测量3大类,共38个测试项目,992个测量点,测试仪器53种1129台套,绝大部分爆心8公里内。八月中旬完成所有仪器设备安装调试。596试验全部取得理想的数据。飞机、炮射伞也都取得足够数量的核分析样品。
320任务:侦察核爆炸任务。利用此项目获得的声学知识,于65年设计2000声瓦电动扬声器和气流扬声器,成为当时国际上功率最大的广播用扬声器,用于金门广播战。利用次声核爆炸侦察原理,意外发现能够预台风,获得气象部门广泛应用。
效应试验:为获得核爆炸对人员和物体造成的杀伤破坏数据,研究防护措施,并为以后进行效应试验取得经验,国防科委组织军队9个单位,8类21项效应试验。效应物有飞机、坦克、自行火炮、火炮、通信设备、舰艇上层结构、工事、地雷、动物以及医药、食品、海水、油料等。布放在爆心200-300米内。铁塔旁修一段水泥跑道,摆废飞机,跑道可供直升机用。嘉兴6架废伊尔10,北京航校废雅克11和雅克18各3架。按距铁塔100、500、1000米摆放,每个距离放4架。
气象保障:总参气象局主持,抽调人员加强21基地各气象台站,并装备各种仪器。64年3月邀集中央气象局和各有关省气象部门组成西北地区专用气象网络。总参气象局副局长贺格非和中科院地球物理所顾震潮指导,21基地开展场区长、中、短期天气预。重点抓三到五天及四十八小时天气预。
通信保障:总参通信兵部组织和邮电部支持,调配有线通信线路并开设备用无线电台。21基地通信保障分队在试验场区架设永备线路,建立无线电收、发信中心,以及电话站、载波机务站、增音站、电源站,敷设500余公里被复线。检查发现保密电话网络能够和普通电话网连通,原因一直不明,因而增加试验密语。
安全防护保障:总参防化学兵部670余人防护工作队,与21基地共同研究制定防护保障方案与安全防护规定,安装有线、无线电遥测剂量率仪,构筑洗消场地。以防化学兵某团第一营为基础组建防化营。
航空保障:空军成立指挥所,出动各种飞机14架,含14师8架歼六护航。担负空运、取放射性烟云样品、航测剂量、天气侦察、搜索取样伞落点和空中摄影等演练任务。还派出雷达营担负场区周围空中警戒。飞机及机组成员按要员专机标准挑选。2架伊尔12取样,2架伊尔14运输,2架直5运输与测量。郑州空13师运输机。有的原子弹部件箱子体积比较大,只有伊尔14货舱后门可以进出,保温和增温改装,使用加温炉。伊尔14乌鲁木齐机场,伊尔12和直5开屏机场。
后勤保障:21基地负责,总后、总后第二物资部、军事医学科学院、第二野战医院等协助,商业部支持。成立以总参谋部军事交通部为首,总后第二物资部、21基地参加的运输小组,统管铁路、公路运输,铁道部支持。总计动用火车皮1116节,汽车1270台,行驶1851万多车公里,完成了3.3万多吨器材、物资运输,保证每天200余吨生活物资供应。零前现场准备运输运进场区物资共22类,三千余种,3201吨,飞机空运精密仪器和急用物资73吨。
卫生安全保障:卫生部门组织野战医院和特种医疗救护队;国防科委颁发《电离辐射最大允许剂量暂行规定》。国防科委、公安部与总政治部共同组织21号任务保卫保密小组,统一领导安全保密工作。同时颁布保密禁令,开展群众性保密教育,加强重点方向保卫。下设三个组,人员政审组、保密组、安全警卫运输组。核试验基地组织警卫部队对场区周边进行警戒巡逻,历时半年,徒步巡逻4000多公里。八月中旬完成试验现场的全部准备工作。
(程开甲在核试验场)
航空取样:64年初取样任务,交航空兵13师郭洪礼机组,李传森副驾驶,领航长季献康,通讯主任王景海,空勤机械师耿君。美国比基尼岛试验氢弹,苏联派2架图4轰炸机侦察,丢下多余取样器。取样筒腹部底下,机舱内操作取样设备和仪器。并对飞机进行防辐射、防烟云、防伽玛射线密封包装处置。原计划运5,后因外装增压机难以找到放弃。伊尔12机翼有挂弹钩,有投弹系统。机身两边各一个一米长烟尘罐。烟尘收集共四架次飞机,有单机,有双机。03号伊尔12运输机改装,高度8600米。爆后30分钟7000米穿云取样,5秒穿越,又入云一次取足剂量。开屏起飞,哈密机场着陆卸货,样品装两个铅罐,运输产品的两架伊尔14分送北京和青海。飞机就地全部拆卸、洗消,防护服销毁。11年后78年,这批飞行员体检,发现核辐射物质仍在身体内存在。新乡直升机团2架直5探测,机舱开洞,探测仪吊下去探测剂量。
地面取样:宣传弹里边带降落伞,伞用能过滤放射性微尘的过滤材料,四十多公分,伞底带一个重锤。爆炸以后能向前飞一两千米,取得灰尘。沈阳研制炮弹。10公里高炮取样,光辐射和冲击波过了,出工事打完就撤。每门炮打15发炮弹,4门炮。必须在上风方向。地面取样盘有盖子,冲击波过了,盘子打开,降完自动关起来,北京钟表厂24小时定时闹钟。
试验安排:第一次核试验主要鉴定核装置设计的正确性、合理性、可靠性;测定核爆炸总威力和核装料利用率;测量核爆炸产生的各种参数;观测核爆炸。这次核试验按以基本测量为主,适当安排效应试验原则安排。参试单位分别在气象大沟、新开屏等地。距库尔勒约300公里孔雀河边老开屏到前进桥之间一段100多公里戈壁滩。爆心西4公里工事代号101。附近21所营地帐篷。爆心西20来公里南北走向气象大沟。有一个全场区最大的帐篷村,大型地下工事核试验指挥控制中心代号720,是主控站。东南有唯一一座小石屋,是核试验总指挥部。南基地司令部。西阳平里气象站。北边3顶小棉帐篷每顶竖立一付12米高的菱形天线,无线遥测接收站。负责监测一条测量线上3个监测点的地面放射性沾染的γ射线剂量率。还修建分控站、各种测量站、照相站。8月23日起到9月1日,场区各单位进行单项预演和全区综合预演,进入等待期。效应核试验共有10个大队,一大队(动物效应大队)驻扎在孔雀河边老开屏村,在靶心西南80多公里处。二大队(飞机效应大队)、三大队(舰艇效应大队)和六大队(装甲效应大队)驻扎黄羊沟地区,靶心西26公里处。
596试验密语:首次试验密语为一○六四,实弹为老邱,装配为穿衣,弹在装配间为住下房,弹在塔上为住上房,雷管叫辫子,弹上插雷管叫梳辫子,测试叫诊断,剂量叫体温,气象叫血压,起爆叫零时。
596运输:64年7、8月,研制基地蔡抱真等完成试验用的3个合格核装置的装配。九院派出222人的第九作业队,下属七个工作分队,一个现场技术领导小组。在李觉、吴际霖、朱光亚、彭桓武等的带领下,596-1首次核试验装置于8月5日,596-2(备品)于20日,从221基地启运。共交付两颗弹,一是防止加工装配及零部件出现差错。二是防止发生精确计算后确定的可能出现千分之三过早爆炸。运输途严密的安全保卫和保密措施;武装警卫押运的一级专列所经沿线,都有公安干警警戒;两省交界处两省公安厅长押运过境并办理安全交接手续;检查专列铁锤换成铜锤防火花;机车用煤都过筛防爆炸物;专列经过地区高压电线暂停供电等等。在新疆预定车站,由汽车运到核试验基地。产品高浓铀部件火车专列运到乌鲁木齐火车站,深夜用产品车从火车站运到乌鲁木齐飞机场,8月20日伊尔14空运到马兰转开屏机场,通过直升机送到701铁塔下。铀235部件和中子源专列到达西宁后,伊尔14经兰州、酒泉飞到开屏,在铁塔下的半地下的装配车间进行总装,最后用卷扬机吊至102米高的铁塔上。核装置放在铁塔十四层的活动盖板上(距地面100米)。试验开始时,铁路、公路、航空全部中断。备用596-2和专列在乌鲁木齐待命。
596当量测定:1964年10月16日15时,第一次核试验,代号596,214任务。是一个核航弹试验装置,重1550千克。γ射线强度的对数增殖率和链式反应持续时间是鉴定核武器设计水平和改进核武器设计的最重要依据之一。原子能所通过放化分析;核武器所和西北核技术所通过光学方法和力学方法测定,596约2.2万吨梯恩梯当量,与理论值相近。试验测试结果证明,596研究、设计、试验、制造以及各种测试方法,都达到设计要求。
观看和取样:爆心11.5公里取样分队,冲到离爆心900多米的地方。10公里有一位摄影师,掌管5台机器拍爆炸场面。爆心20公里三支防化分队,深入现场划定其后到达部队的活动范围。再后面2.5公里,摄影师也管5台机器,蘑菇云镜头手动拍摄。身边的录音师席珍录下巨响。参观集中在离爆心西65公里外白云岗,0前三分钟,背向爆心,0后几十秒可以转过来看。
596造价:据美国斯坦福大学约翰•刘易斯和薛理泰《中国原子弹的制造》,第一枚原子弹参与人数达数十万人。从铀勘探到制造出596,按81年价格计算,总耗资约128.6亿元人民币;按57年价格计,约107亿元人民币,按当年汇率折合41亿美元。57年全国财政总支出290亿元,核武器研制计划开支是55-64年10年间支出。中国整个核花费是美国的1%~2%,美国94年公布核武器总开支4万亿,不清楚中国使用哪个数据。根据《未被揭开的谜底:中国核反应堆事业的曲折道路》,二机部65年统计,从开矿到爆炸第一颗原子弹,一共耗资28亿人民币,比核潜艇花钱少。
两弹一艇精神:无论怎么计算,596的开支都令人瞩目,并惊讶万分。我们误以为陈毅元帅“当掉裤子也要搞原子弹”是写实,其实是文学夸张,是诗人的一时之语。两弹一星被统称为两弹一星精神,本质是核工业精神,中国核工业系统真正做到吃的是草,挤的是奶。在极端困难的情况下,极端贫穷的状态下,有一群被鲁迅称为“脊梁”的默默无闻的人们,以身许国,托起中华民族比一万个太阳更耀眼的光芒。两弹一星精神,其实不止核工业和航天工业,也包括艰苦卓绝的核潜艇项目,应该正名为两弹一艇精神,缺乏核潜艇的两弹,是不完整的。两弹一艇精神是不能拷贝的,那不是一个人两个人以身许国,而是所有人都在默默践言以身许国,至今,我们都不清楚他们的故事。只有风,耳语着他们的传奇。
(596吊上铁塔)
核弹本记•两弹结合
596武器化:中央专委63年7月决定首次核试验后,进一步解决武器生产问题的部署。63年12月认为核航弹继续研究试验,应以导弹核弹头为主,空投核航弹为辅,立即对导弹核武器作全面计划和安排。64年1月决定原子弹试验成功后,立即开展核弹头研究设计,加快中近程地地导弹研制,力争早日以配有核弹头的中近程导弹装备部队。中央专委64年9月确定66年四季度核导弹发射试验准备。核航弹投放试验成功后,中央专委随即作出暂缓试制核航弹,集中力量研制导弹核弹头的决定。
核航弹研制:64年1月中央专委提出争取三五计划期间,有步骤解决可供导弹和飞机运载的原子弹、氢弹问题。核航弹由核装置、引爆系统和航弹壳体组成。首次试验核装置起初按空爆要求研究设计,核武器所郭永怀指导,60年4月开始先后设计3种核航弹壳体气动模型。国防部五院和北京航空学院进行多次低速与高速风洞试验,初步确定壳体外形、阻力系数,制缩比空投模型,61年10至11月20基地空投试验。62年底全尺寸空投模型试验,选定一种气动外形方案,进行弹体结构设计和加工。63年初596定塔爆,核航弹研究继续。596试验成功后,核武器所根据核航弹战术技术要求,对596理论模型进行改进,提高结构可靠性。疏松桂、俞大光主持下,三个月内完成遥测系统设计。空投训练用的模型弹以及冷试验和正式试验用的核航弹,分别于65年3月底和4月中旬在核武器基地总装完毕,经环境试验等。航弹总重3200公斤。
引爆控制系统:63年核武器所与空军某独立团协作,进行引爆控制系统飞行试验,65年初完成引控研制。九所设计部15室无线电引信,宝鸡782厂研制生产。有地面保险、安全控制系统。
效应试验:共有参试单位30个,其中军内11 个、地方19个,共2010人。单位效应试验项目81个,效应试验物361种,有陆、海、空各种武器、器材、后勤物资、车辆,民房建筑,各种原料、材料、油料、百货、食品、农作物等,动物3645只(其中狗、猴、马、驴、兔、大白鼠、小白鼠)。各种效应测试仪器1761台(件)。分别布置在距靶心周围4公里半径以内的1152个点上。另有基本测试、战术演习以及核试验场外放射性烟云的侦察、地震、微气压和地面放射性微尘测量等全面安排。65年2月准备试验工作,351项测试和效应试验工程,727台套仪器设备。靶心以西10公里范围内,沿通京两侧布设许多条效应试验线,主要有汽车线、飞机线、大炮线、坦克线、雷达线、楼房线、粮仓线和动物线等。还有一座铁路桥上停靠着一辆火车头、一个避风港内停了一个舰艇模型、枪支弹药、服装布匹、种子粮食。抗击破坏能力最强的是尖顶圆柱状土粮仓。测量仪器控制系统接收弹上有关信号,同步启动控制全场的测量仪器,采用各自独立的甲、乙双套并联控制方案,保证较强的防不动能力,出现一套空地指令误动,致使全场一半测试仪器没有测到数据。
21-511核轰炸机:63年空36师2架图16改投放原子弹的飞机,代号21-511,叫轰6改或轰6甲,两机哈飞59年散件组装的,H型加油机、K型受油机拆除拆除加、受油系统。一架图16A核轰炸样机长期缺乏管理,已经失去样机能力而放弃。21号主机组,22号预备机组。弹舱有保温设施和地面保温设施,有自动和手控的加温系统;有正常投弹、应急投弹、超应急投弹系统和安全投弹系统,飞机喷涂耐高温油漆、座舱装遮光帘,某些部分抵御冲击波作加强处理等。第一架21号机64年11月进厂装加温设备(弹要求20上下5度)、测试设备等,到14号基地(鼎新机场)弹道拍摄任务。二次进厂按图16图纸喷防光辐射漆、专用投弹系统、测试设备等,到14基地训练,并改装预备机。65年三进172厂,放弃图16A方案,氢弹新方案挂架,普通炸弹比A多挂,飞机结构局部加强等。21号机,726号、号,现4251号,陈列在北京航空博物馆。最早考虑过图4投放核弹,为此进行过一些训练和准备。
轰6甲轰炸机:H-6A,以21号氢弹机投产。常规轰炸与核轰炸两型号综合与改进,64年3月批准方案,西飞0批3架份,68年12月28日01机静力试验,12月24日02架机李源一机组首飞,69年设计定型年产5架小批生产,到71年还没有交付。74年补办定型手续,75年生产装备。
轰炸训练:21号飞机空勤机长副师长李源一,第一领航员师领航主任于福海(光瞄),第二领航员张公祥(雷达瞄准),副驾驶刘景新,通信射击员孙兴福,射击员韩思安。22号预备机空勤机长飞行大队长徐文宏、第一领航员赵承业、第二领航员高成发、副驾驶张师的、通信射击员肖福贵、射击员张尚英。65年2月22日至5月6日共组织23个飞行日,两机共飞行31架次,82小时38分,空投各种弹104颗。原子弹221基地火车运到鼎新临时工房中组装。4月28日总预演。要求靶场水平能见度20千米,垂直能见度10千米,靶场四周100千米内无云,空中无中度以上扰动气流。要求高空风稍偏北,烟经人口稀少地区。2千米以下偏东风要小于6米/秒,保证靶场西部免吃剂量。5月8日正要滑向跑道,发现高空风不符合试验条件,不得不停止试验。
(东风一号被核试验的狂风吹倒)
核航弹试验:65年5月14日第二次核试验,轰六甲21号机李源一机组,217任务。要求万米800公里速度,总重3200公斤。空爆靶心位于铁塔西南4公里左右。300米方白框,套200米白圈,圈中画白色十宇,和几个高大的雷达反射器为标志。预备机22号机提前两小时航线气象侦查。8时13分30秒起飞。9时26分距靶标50公里发现靶标,飞机要3次进入靶标上空。9时58分40秒,打开自动投弹器。59分10秒,原子弹脱钩。59分38秒空爆。核武器试验研究所、炮兵效应队等立即对爆炸性质、高度、投影点和威力,以简易方法进行速测,爆后十分钟内初步结果:爆炸高度500米左右;爆心投影点距靶心135米,方位232度;爆炸威力大于3万吨梯恩梯当量。威力与理论设计基本一致。
爆后工作:爆后三分钟开始,21基地防化一连辐射侦察第一梯队待机地向爆区进发,爆后20分钟告沾染区剂量率情况。各参试单位爆后三小时开始,按计划和编组进行回收工作。战术演习分队爆后八小时通过爆区,对利用原子弹爆炸效果实施战术行动获得初步认识。进入沾染区人员共3250多人次,618车次,无一人超过允许剂量标准。经对效应试验物破坏情况的观察与初步总结,摸清了杀伤破坏边界,达到一次试验全面收效要求。核试验场外,有关部门按预先计划进行各项测量工作,结果证明地面微尘沾染很小,均在允许值范围内。9架歼6飞机护航,送样消洗相同。第一次核试验后,日本等国抗议说,落到他们国家放射性物质剂量。这一次空军设若干点,起飞取样,搜集材料应付外交。
导弹原子弹头:根据中央专委“核武器的研究方向,应以导弹头为主,空投弹为辅”的决定,核武器所制定研制计划,并从596中抽调部分人员研制。63年8月开始理论设计究。在596设计的基础上,东2导弹战术技术要求,结合爆轰试验和材料及加工工艺的现实可能性,进行小型化设计,并在结构设计中采取相应改进措施,使弹头尺寸减小、重量减轻、刚度提高,以适应飞行中的复杂环境条件要求。65年2月,中央专委决定把导弹纳入管理,加快导弹核武器统筹协调发展步伐。 同时原子弹头与导弹结合产品也在加紧研制。导弹核弹头与航弹相比环境条件苛刻的多。为此在技术和结构上作了一系列改进,确保在飞行状态下的环境适应性和安全可靠性。进行大量试验研究,65年底提供合格起爆元件,确保组合爆轰波形的同步性。为引爆系统设计保险装置、性能可靠的引信和安全自毁系统。进行一系列试验验证。还进行核弹头未解除保险情况下的燃烧模拟试验和坠地碰撞模拟试验,结果表明核弹头安全可靠。
63年7月25日美苏英签订《关于禁止在大气层、外层空间和水下进行核试验的条约》,中国作出强烈反应。9月进行地下核试验前期研究准备工作。12月中央专委决定第三次核试验在地下,并立即展开工作。原计划66年5月试验,检测地下爆试验工程技术和测量导弹弹头性能,65年底停止地下核试验,进行飞行试验并集中力量氢弹攻关。经研究论证,地下核试验方式以及各种模拟试验均不能综合检查原子弹飞行状态下的真实情况,向中央专委建议直接进行两弹结合飞行热试验。
两弹结合试验:66年3月11日中央专委批准,任务代号21-2。世界上两弹结合核试验极少,全程在本土试验的仅此一次。要求七机部做到导弹在飞行中不掉下来;要求二机部做到导弹掉下来不发生核爆炸。为了试验和测试,当时的导弹和原子弹都有着严格的使用要求,俗称原子弹娇小姐,导弹罗嗦君。作战使用时,要求低许多,没这么多讲究。
导弹核武器试验,第四次核试验。飞行成功率92%,预测导弹掉在经过的柳园地区可能性十万分之六,即使掉下来,地面也可以控制核弹头不爆炸。第一步空爆试验,10月7日17时31分发射,2.2秒后主动自毁成功。第二步没有核装药的冷试验,10月13日和17日两次试验成功。第三步热试验。在原发射阵地二十多公里,离基地五十公里的地方修建50号发射阵地,仅使用这一次。66年10月27日9时许发射东二甲导弹核武器,酒泉50号发射阵地发射,飞行九分十四秒,命中罗布泊南部,射程894公里,09:14爆炸,距地面569米。弹头重1290公斤,1.2万吨TNT当量。试验圆满成功,有了可用于实战的导弹核武器。
10月19日周恩来听取汇,提出“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的指示,后来成为航天系统至理名言。
(上图两弹结合核试验,下图地面试验核弹头)
核弹本记•六三九
轻核理论组:60年12月原子能所第四研究室成立黄祖洽负责的“轻核反应装置理论探索组”,简称“轻核理论组”,保密代号“乙项任务”。对热核材料性能和氢弹作用原理和各种物理过程、可行结构探索研究。4年里共提交研究成果告69篇。对氢核反应截面数据进行调研,在实验方法、实验技术方面作了准备,对低能氘与锂同位素作用产生中子、Kev区中子与锂作用产生氚等反应截面进行初步测量。氢弹攻关从零开始,没有直接技术援助。
氢弹原理研究:九所63年9月组织部分人员围绕设计含热核材料的原子弹,开始氢弹理论探索。代号得名639,彭桓武指导。开展热核反应及如何点燃热核材料、中子输运、辐射流体力学、二维流体力学计算方法、超高温高压状态方程等研究,并通过探索装有热核材料原子弹研究热核反应的规律和裂变聚变耦合问题。氢弹攻关从零开始,没有直接技术援助。研究认为加强型原子弹不可能成为氢弹。提出铀与氘化锂- 6相叠加强耦合等技术问题展开研究。首次核试验成功以后,核武器所大部分理论研究人员研究氢弹。64年11月2日,周恩来指示发展核武器全面规划,67年搞氢弹或加强弹试验。二机部《关于加速发展核武器问题的告》提出在加快原子弹武器化同时,加快氢弹攻关步伐,68年进行氢弹装置试验,然后尽快解决上导弹的氢弹。65年1月原子能所黄祖洽、于敏等31人调核武器所。
1100热核弹头理论设计:65年2月,朱光亚、彭桓武主持,邓稼先、周光召组织总结前一段研究工作,制定关于突破氢弹原理的《氢弹科研大纲》:第一步继续探索研究,突破氢弹原理;第二步完成重量约1吨、威力为百万吨TNT当量的热核弹头理论设计,简称1100。提出保证低水平争取高水平两手准备。有两种意见,一种是先搞低水平再搞高水平,一种是直接上高水平。低水平方案(类似美国第一颗氢弹,第一种方案)不能装导弹,高低方案无内在联系。第二种途径最初是加强弹,最后才发展成三相弹。中央意见明确,核弹就是上导弹的。彭桓武归纳三个探索氢弹方案(属于第二种方案),通过采用不同的材料配置和结构设计模型,进行数值模拟和分析研究。周光召、于敏、黄祖洽各负责一路进行攻关。
原子能所核反应研究:65年2月原子能所何泽慧率30余人,在丁大钊等曾进行过的关于轻核反应科研工作的基础上,经半年左右实验研究,对热核材料的核反应截面进行测量,获得可靠的实验数据。解决了文献记载核数据很不一致的问题。65年7月至8月,何泽慧领导原子能所进行氘和锂-6反应截面的测量,对氘-氘、氘-氚反应截面,氘-锂相互作用各反应道和中子锂-6反应截面及出射中子能谱在内的轻核反应数据系统测量,为核武器研究提供成套可靠数据。还完成快临界装置的理论计算、蒙特卡罗方法用于粒子输运问题的理论计算、铀同位素分离和锂同位素分离级联理论计算、临界安全计算、反应堆理论计算等任务。
加强型原子弹:65年12月9日决定不放松加强型原子弹方案研究。提出氢弹攻关分三步走,第一步是含有热核材料的加强型原子弹试验,验证热核材料性能理论计算。中央专委第十四次会议批准。九院当时有4个型号核武器的研制任务,采取交叉作业的方法保障研制工作。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,迅速展开突破氢弹原理,66年底前后进行氢导弹头“扳机”试验各项准备工作。了解热核反应规律,取得第一手资料,以便氢弹研究设计积累必要数据,进行加强型原子弹试验。在596基础上,增加一定量热核材料,并在结构布局上相应调整。理论设计前后不到半年时间完成,采用前两次原子弹试验引爆控制系统等部件,加工制作也很快。65年9月至66年4月完成爆轰、次临界、环境条件等试验后,66年经过3月解决“扳机”系统的结构方案。4月7日,九院理论部根据爆轰模拟实验结果修改原来的理论模型。66年4月15日,第一发试验产品全部加工装配完毕,周恩来批准由地面试验改为空投试验。5月9日6时进行第三次核试验,轰六成功进行空爆试验,为氢弹理论研究提供实测数据,达到预期目的。军博展出过A2923模型。
前三次核试验效应试验:军内单位有总后、空海军、炮兵工程兵装甲兵、总参通信兵部化学兵部、铁道兵9个。军外单位有中科院、公安部卫生部铁道部交通部邮电部农业部粮食部商业部石油部化工部水电部建工部建材部、三四五六七机部、第一第二轻工业部、供销合作总社、广播事业局等23个。各单位党委都指定领导和业务部门专管这项工作。分别参加过效应试验物品有动物(猴兔狗白鼠羊猪马驴等)、永备、野战、人防工事、民用建筑、地下铁道、水库工程、采油井等,舰艇上层结构、飞机坦克自行火炮、火炮、通信设备、地雷、弹药等,电子元件、化工材料、建筑材料、军装、被服、食品、油料、药品、粮食、种籽、禾苗及土壤等。找出这些工事、武器装备、民用建筑、动物等破坏杀伤半径、安全边界线和规律,为作战和民防提供数据;验证和改进工程设计,研究防护措施,并为编写原子防护工程设计规范积累资料;研究核爆炸对通信联络的影响;研究放射性和光辐射对人员伤害的预防和治疗;验证核辐射对电子元件、化工材料、建筑材料、各种食品及农作物的影响。
氢弹原理攻关:经一年多研究明确认识到,突破氢弹设计原理必须多路探索,摸清影响热核材料燃烧的主要因素和能量释放规律。65年二至七月,核武器所理论部集中力量对几个结构方案反复的大量计算,结果都不理想。65年夏提出“赶在法国人之前实现中国第一颗氢弹爆炸试验”。65年8月,二机部呈《关于突破氢弹技术的工作安排》,中央专委批准。第一步在探索氢弹原理的同时,先做几次大威力加强型核弹试验。轰6飞机能携带的威力100万吨左右TNT当量的核炸弹。第二步设计1100能装到导弹头的氢弹。核材料建设赶不上氢弹研制进度,九院决定绕过原设计方案,采用相关核材料代替。理论部副主任于敏带部分人员国庆节前上海嘉定华东计算所,利用假日全部计算机时间计算两类共三个模型。经分析研究,获得热核材料燃烧规律的重要成果。但这种模型重量大,比威力低,聚变比低,最多83万吨,不符合1100要求。三个模型加入少量贵重好材料,威力可以提高到100万吨TNT当量,但是聚变份额都很低,热核材料并没有充分燃烧。于敏通过对加强型原子弹深入计算和系统物理分析,发现热核材料燃烧过程中几个特征量与释放能量的关系,找到造成自持热核反应条件的关键。据此又计算一批理想模型,进行理想模型数值模拟,得到热核材料一旦点燃就会自持燃烧下去,作出氢弹原型理论设计(属于第二种方案)。另两路研究都被计算机否决。12月,于敏方案被认可,提出原子弹引爆氢弹的理论方案。
(彭桓武)
109工程:58年开始研制晶体管计算机109工程,59年改电子管和晶体管两条路,不再专门针对军用设计,109甲改为119机,109乙改通用计算机。109乙半导体计算机65年6月通过鉴定,第二代大型晶体管通用计算机,算法语言BCY。字长32位,内存容量为双体24K字。2万多支晶体管,3万多支二极管,每秒6万次。承担二机部、五机部和国防科技任务。先建立生产晶体管半导体109厂。
109丙计算机:百万次计算机59年底研制,109丙65年生产,计算所67年9月研制成功,交二机部九院,另一台交七机部。誉为功勋机,9院运行15年,有效算题时间10万小时以上。浮点运算速度11.5万次/秒,内存16K。文革计算所一帮朝鲜族人卷图纸想叛逃到朝鲜去,被边防捉住。68年复制一台七机部使用,机器代号015机,704所运行16年,共开机9万多小时,有效机时8万多小时,为各型火箭理论计算、580、东方红1、2服务。09丙晶体管电量开关型逻辑电路,指存和数存分开,设有变址存储器和半固定存储器,首次采用浮动磁头磁鼓,为用户提供有汇编语言和BCY算法语言,并首次建立管理程序。
119计算机:原电子管109甲机。计算所研制。64年4月通过鉴定,运算速度每秒5万次,字长44位,内存容量4K字。完成第一颗氢弹计算任务。大型通用数字电子管计算机。字长44位;平均浮点运算速度每秒5万次;单地址,操作指令74种;大容量磁芯内存储器单元×48位,周期6微秒;自动变址存储器256单元×14位,周期4微秒。配套外围设备有磁鼓4台,总容量字;磁带机4台,总容量字;五单位纸带输入机4台和行式打印机2台。华东计算所121计算机(119机复制J501)同时用于氢弹设计。因为这两台五万次计算机,氢弹研制速度比当年美苏都快。
氢弹两年研制计划:65年12月,核武器所副所长吴际霖主持和二机部副部长刘西尧、李觉,国防科委二局局长胡若嘏等参加下,核武器所专家多次研究后,确认于敏等提出的利用原子弹引爆氢弹的理论方案从基本规律上推断合理、可行。据此,67年底或68年上半年有可能研制1100氢弹。确定新方案为主,因新方案只是设想,无充分把握,而原定氢弹装置方案虽然体积比较大、比较重、聚变比比较低,但理论上、技术上却比较有把握。因此原定方案研究和试验也不放松。二机部以上述两手准备为指导思想拟订66年和67年核武器研制计划,65年12月9日呈《关于核武器科研生产两年规划的请示告》,提出氢弹攻关分三步走,第一步是加强型原子弹试验;第二步氢弹原理试验,验证理论设计,66年底前后进行一次氢弹原理核试验;第三步68年进行全当量氢弹试验。12月29-31日中央专委第十四次会议,原则批准66~67年核武器、导弹研制两年规划,又批准实现两年研制计划的具体措施和对各有关部门的协作要求,突破氢弹技术的新安排迅速展开。
三相氢弹研制试验:经上百次爆轰模拟试验,以及多次学术讨论,陈常宜、陶祖聪等解决原子弹引爆氢弹难题,为确定引爆弹理论设计方案提供实验数据。氢弹主体理论设计中,物理和力学人员研究热核装置爆炸过程中各阶段的物理图象和发展规律,论证引爆弹爆炸对氢弹主体的作用和影响,掌握了部件配置和能量释放关系,从而制定氢弹主体的理论设计方案。66年6月上旬,629装置扳机理论设计方案初步确定。9月25日中央专委第十六次会议。着重讨论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”核试验问题。原则同意二机部7月22日上的氢弹装置研制方案及国防科委9月2日告中的工作安排,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。整个试验装置的理论设计方案66年十月中旬提交给设计和制造部门。11月12日进行1∶1整体爆轰出中子实验,非常理想。氢导弹头“扳机”试验的方案最后被肯定。当月确定629装置被扳机的理论方案。
热核材料:主要包括氘、氚和在中子轰击下能够生成氚的锂6。常温下,氘和氚气态,用于氢弹装料不适应实战。实际应用时往往与锂6合成固态化合物,即氘化锂6、氘氚化锂6等。天然锂有锂6和锂7两种同位素,工业分离锂6和锂7用化学交换法。氘由重水电解制得,天然水同位素分离方法提取重水。氚是氢的放射性同位素,半衰期12.46年,由人工方法制取。
可可托海矿:30至40年代苏联对阿尔泰山南缘地区进行稀有金属矿产勘查和开采,产品运往苏联。其中可可托海伟晶岩1、2、3号脉地表勘探,开采绿柱石、铌钽铁矿、锂辉石。根据中苏友好互助同盟条约,50年3月1日成立中苏有色及稀有金属股份公司阿山矿管处。55年元月1日移交中国独营,更名冶金工业部有色金属管理总局新疆有色金属公司可可托海矿管处,直属中央管理。58年改名可可托海矿务局。53年对新疆阿尔泰山南缘大规模地质勘探、建设矿山,开发锂铍铌钽等资源。可可托海采选厂手选绿柱石(铍精矿)。新疆有色金属公司规定绿柱石(铍)为1号产品,锂辉石2号产品,钽铌石3号产品,可可托海矿管处为111矿。矿区位于富蕴县可可托海镇,距县城50公里,有锂铷铯铍铌钽等。原子弹、氢弹、卫星所用锂铍钽铌铯主要来自三号矿脉,称为英雄矿、功勋矿。可可托海同时是偿还苏联贷款的主力,短短数年就了却全部债务。
新疆锂盐厂:115厂,56年始建,58年投产,誉为中国锂盐工业摇篮。70年代以前独家生产,且仅用于军事工业。后更名乌鲁木齐有色金属冶炼厂、新疆有色锂盐厂、新疆锂盐厂、现新疆昊鑫锂盐公司。建厂初生产氢氧化锂用于蓄电池,因运输及资金困难停产,63年恢复生产,主要为氢弹研制提供原料。63年生产30吨单水氢氧化锂,押送到四川提取锂六。
重水生产:重水是核反应堆的优良减速和冷却剂,是制取氘的原料。通过分离和浓缩从水中提取出来。50年代中期,中科院、大连石油研究所、北大、天津大学等先后开展制取研究。58年7月,化工部有关工厂和研究所用电解法制取重水试验成功,还进行电解法生产重水的中间试验,63年春基本过关。中央专委63年7月决定小车间重点建设,化工部集中30多个科研设计和生产单位,对重水生产几种方法对比试验,加快中间试验步伐。大连油脂化工厂和上海化工研究院加快电解交换法制取重水的中间试验,分别于63年12月和64年5月生产出合格重水。北京化工设计院、一机部和建工部协同,吉林化学工业公司65年建成小型重水生产车间,生产出第一批合格重水。
氢同位素分离研究:60年代初,原子能所开展氢同位素分离的研究。刘允斌与原子能所轻同位素分离人员调包头核燃料元件厂攻关。在原子能所、北大、清华协同下,62年围绕热核材料生产95个课题攻关。62年5月成立锂同位素研究室,刘允斌任主任。设立物理化学、工艺试验、理论计算和分析方法4个研究组全面技术攻关,为指导生产提供大量有用数据。北大、清华等支援下,验证和补充初步设计,制定投料方案等。提交科研成果告18篇,编写工艺规程和操作方法等一批技术法规。
氢同位素实验室设备:原子能所61年组建502和503实验室,开展从靶材料的选择、氚靶元件的制备、反应堆照射和氚气的提取、纯化、浓缩,直到分析测量的研究。62年11月30日,原子能所建立了电解重氢至合成氘化铀的系统,达到0.1克/周的氘化铀生产能力。
氘化锂-6实验装置:氘化锂6生产线由锂同位素分离、重水电解制氘和氘化锂6合成等部分组成。锂同位素分离采用化学交换法,电解生成锂汞齐,与锂盐溶液彼此逆流通过交换塔,在两相中的锂同位素就发生化学交换反应,使锂6富集。64年初组织小型模拟装置试验,采用大大简化的流程。测定填料特性数据和交换塔的流体实验数据;观察了锂汞齐在填料层的分解现象,测得分解数据与研究室的分解试验相吻合;获得了富集度不太高的锂6样品。又筹建中型实验装置,64年3月决定越过中间试验,直接试车。
氘化锂-6生产线:58年8月初步设计。二机部核工程研究设计院9月施工设计,60天完成。立即施工,采用火烤逐层开剥方法挖地基,60年土建基本完工。59年5月,王世明等40人组建包头核燃料元件厂三车间,轻材料生产线,生产氘化锂6。蒋述善等十余人9月赴苏生产实习。生产线安装阶段中断援助,一机部沈阳水泵厂等试制容积泵,以后又试制新型泵等。化工部及时提供制氘用的重水,冶金部供应锂盐原料。63年初主工艺设备基本安装完毕。64年9月17日生产出第一批合格军用锂6产品。64年6月,后段各工序相继试生产,9月23日首批合格氘化锂6产品出炉。接着氯化锂和金属锂制取、重水电解制氘,65年7月生产金属锂-6,9月11日合成第一炉氘化锂-6成品。这条生产线提供加强原子弹和第一颗氢弹热核装料。氚生产线依靠自己力量建设,68年5月投产。
热核材料部件:西北核武器研制基地把氘化锂6加工成热核材料部件,作为氢弹装料。65年初,宋家树等展开研制,用3种方法同时攻关,选定其中1种可以在较低压力条件下获得接近理论密度且缺陷较少的坯件的加工工艺,较好解决热核材料机械加工中可能发生的燃烧问题。对数十种涂层剂的筛选试验,找到较好一种,解决加工后短期存放问题。经近一年努力,制成第一套合格的氘化锂-6部件,解决了加强型原子弹和氢弹试验装料问题。
629氢弹原理试验:试验装置结构复杂,有些部件形状奇特,设计制造的技术难度很大。理论、设计和工艺加工人员团结协作,边设计边制造,平行交叉作业,66年12月全部完成试验装置的设计和加工任务。12月十日检查发现一个主要部件有质量问题,第二天刘杰现场察看,发现用放大镜才能看清楚的一条擦痕,研究后确认不会对爆炸试验产生影响。试验装置如期运往核试验基地。预演用氢弹模拟装置629-0于12月11日空运到核试验现场。正式试验用氢弹装置, 于21日空运到核试验场区。25日完成了氢弹装置的总装配。12月28日12时,利用第一颗原子弹试验备用的铁塔进行地面试验,塔爆方式进行。
氢弹原理试验成果:第五次核试验,66年12月28日氢弹设计原理试验完全成功。理论设计和测试人员针对热核装置不同部位,增设许多监测项目,仅近区物理测试项目就增加8个。王淦昌和实验部副主任胡仁宇指导各项准备工作。掌握氢弹研制关键技术,因热核燃料用量少,加上场地条件对试验当量的限制,热核反应发展不充分。这种新方案先进捷便,可以直接作为导弹核弹头,实测12.2万吨TNT当量。实际测到聚变中子和裂变聚变反应的时间间隔等其它参数。特别是取得热核反应过程、氘化锂-6反应速率及聚变威力等重要数据。据此,周恩来主持专委会,停止另一方案攻关。这是中国第一次氢弹试验,将错就错,至今不算氢弹试验,以后中子弹试验惯例,将完全试验当成第一次中子弹试验。国外通常没有这么严厉,原理试验宣布为首次。
试验工程效应试验:首次氢弹原理试验工程113项,1014台套仪器设备。16个单位效应试验项目81个,效应试验物品158种、1377件。主要有动物、飞机洞库、导弹发射竖井、快艇掩蔽部、地下铁道、水坝、坑道等模拟工事和飞机、坦克、火炮、通信设备等各种武器装备,以及铁路桥梁、地下油井防护罩、地下油罐顶盖、药品、油料、种籽、蔬菜、幼苗等。分别布设在从爆心放射出的8条线的456个点上。其中主要效应物布设在距爆心5公里范围内,最近距爆心250米。除受时间限制不能早布设,如动物等在零时确定后再布设外,其余早布设。这次超压超出预期,效应物破坏非常严重。主要参试项目有地面核爆炸杀伤破坏基本参数的测试研究,武器装备毁伤规律、维修及结构改进的试验研究,动物杀伤规律及卫生防护措施的研究,防护工程的抗力及防护能力的研究,地面核爆炸对无线通信的影响,雷达对核爆炸的观测试验以及核爆炸条件下部队(主要是炮兵、装甲兵)政治工作的研究等。参加核试验的军内外单位共28个,技术和保障人员6408人。空军除以前效应物外,增加轻型轰炸机和喷气式飞机。飞机洞库大门由扁平厚钢板改为弧形厚钢板,把通用土围机窝里、外都放上飞机。把一些狗、猴放在猫耳洞里、坦克里和平地上。沿烟道经过地区,空军27架飞机沿途取样了解沾染情况。歼5飞行员改用通氧密封头盔保证不吸入沾染物,由于不习惯和夜航,发生一等事故。这是空军参加全部核试验唯一一次重大损失。
全当量空投氢弹设计:为了解热核反应充分发展下的核参数,技术上进一步检验产品设计原理,仍采用这次试验设计原理、结构和已有的航弹壳体进行百万吨级,直接进行全当量空投氢弹的研制,以肯定这条路子作为解决中程、远程导弹氢弹头方向。确定空爆试验67年国庆前进行。67年2月初,二机部核武器所几人建议改七一前炸响。国防科委20日汇,并计划下半年再安排1-2次重量轻、威力大的氢弹试验。周恩来、聂荣臻同意。按中央专委批准的67年6月20日之前做好试验准备工作的要求进行。毛泽东签发电批准核武器研制基地暂停四大(大鸣、大放、大字、大辩论)。67年1-3月先后发出4份中央军委特别公函,分别要求三机部、五机部、七机部及他们所属的上述承担弹、伞、机研制、加工和改装任务的有关工厂,必须保证所承担的与氢弹试验有关的各项任务的顺利进行,要保质保量按期完成任务,任何人不得阻挠。如果没有抢在法国以前爆炸氢弹,文革可能让氢弹试验遥遥无期。
气球核试验方案:66年10月13日,中央专委办公室就研制大型载重气球为今后使用气球吊挂核装置进行核试验的问题,召集化工部、二机部九院、核试验基地研究所的有关同志进行了商量,组成化工部担任组长、核试验基地研究所任副组长的气球研制工作组。气球研制由化工部承担,氢气发生器由核试验基地研究所负责。10月下旬提出研制工作计划开始研制。早炸时,九院有的科研人员提出气球进行,具有可快、更好、更省些的优点。最后被否决。
(何泽慧,1946,巴黎)
639氢弹研制:九院67年2月底基本完成理论设计工作,5月做了最后一次小变动。九院设计部17室王庆埏领导进行639氢弹结构设计。221基地充分利用已有设备和某些成品,6月5日正式试验氢弹加工完毕。航弹壳体由221基地设计,弹体部件七机部211厂等加工。降落伞三机部513厂研制。预定3000米,航弹壳体和降落伞是原来为658三相氢航弹研制的改用到这次核试验两架轰6甲型弹舱挂弹架等改装工作空军、三机部、二机部九院改装小组主持,三机部172厂负责改装。轰6甲3月15日至4月3日20基地鉴定降落伞和验证航弹弹道轨迹飞行试验,局部修改和反复试验后,4月上旬定型生产。中央专委5月9日要求国防科委6月20前做好试验各项准备工作。按计划,221厂共准备8枚试验弹。其中4枚配重弹供空军空投训练;2枚遥测弹核试验场综合预演用;2枚正式试验氢弹(其中1枚备份存放221厂待命)。4枚配重弹5月9日全部运到马兰机场。2枚遥测弹5月2 0日加工完,6月2日运抵马兰机场。6月3日第三枚配重弹投弹训练,因降落伞主伞空中破裂,致使弹体自由落地。对降落伞采取局部加固和改进折叠包装方法等措施提高可靠性,6日第4颗配重弹正常。10日空投一颗内装引爆控制系统和信号发射机的遥测弹进行空地遥测接受合练,并对局部加固降落伞做实际检验。伞落地后经检查,伞顶部第一圈有三个小裂口,认为可用。6月5日正式试验用氢弹在221基地加工完毕。6月8日安12一个架次运从陕西武功运到马兰机场装配厂房。预定在3000米空爆,理论威力150-300万吨之间。10日整弹待投。13日全场综合预演,21号机空投遥测弹。曾经发现21号机发动机喷铝故障,再飞将失事。
航弹引信:起初航弹试验无线电引信为主引信,无线电引信引爆高度非常准确,但是易受电磁波干扰。新引信首次氢弹试验用上,以后试验取消无线电引信。
639氢弹试验准备:67年3月全面展开试验准备工作。航弹预定距地面3000米高度爆炸。飞机安全计算小组得出爆炸威力440万吨级梯恩梯当量时,飞机和人员是安全的结论。核试验基地详细论证,借鉴前几次核试验经验,制定安全防护保障方案、制定气象保障方案。总参气象局气象室、兰州空军气象处、21基地气象部门及友邻气象台站组成气象预协作网。轰6甲14基地弹道测量,然后转马兰机场空投训练。徐克江机组和张文德机组到6月10日止,场区共飞行35架次,投模拟弹35枚,弹着点绝大部分距靶心500米以内。6月13日九时全场综合预演。轰6甲空投1 枚不带核装料、有引爆控制系统的冷弹。确定机长徐克江、副驾驶王庚臣,第一领航员孙福长、第二领航员杨志贤,通讯员梁占河,射击员苑程小。
测试效应试验:安排38个测试项目,23个测试记录站,测量仪器设备493台(套)。效应试验项目53个。飞机取样,第一次有火箭取样。核武器试验所忻贤杰及控制研究室研制灵敏、可靠、省电、能远距离测控的第二代控制设备,提前完成安装与调试。提高空地指令接收系统的可靠性,采用频率编码与信号选宽的防干扰措施。三取二多数表决体制应用于控制系统,提高防不动和防误动能力。采用有线传输,信号改为时分多路体制。主控、分控按三取二多数表决布设。空地指令接收传送到主控也按三取二表决形式布设,同时辅以人工监视补救。全部晶体管化,去掉原程序仪的电话步进器,改为电子线路逻辑程序仪。解决驱动指令时钟信号和显示问题,无触点电子技术应用于终端分配器上。原有10多个永备工号和几十项大型效应工程可以利用,新建327项试验工程。21基地4月25日开设指挥所,军内外28个参试单位6185人陆续入场。各类仪器设备6月1日、3日进行全场联试。靶心四周有飞机、大炮、坦克,东一导弹;有铁路大桥、火车头,有海军舰艇;地铁车站仿北京地铁站、海军洞室大门、地下指挥所。主要项目有大当量空爆条件下武器装备的破坏、修理、使用及结构改进试验,光辐射损伤及眼底烧伤的研究,大当量空爆对无线电短波通信的影响,野战阵地工程(工事、雷场、障碍等)的配套试验,炮兵组织了炮兵连战斗力损伤的综合研究,装甲兵进行了核条件下装甲车辆战斗行动的几个问题的研究。
安全保障:150公里内3个居民点居民防护工作。总参作战部、总后、中央卫生部、防化学兵部、总参气象局和国防科委等组成安全防护小组,兰州军区1人统一组织指挥甘陕宁地区安全防护工作;卫生部、总后、防化学兵部组成技术工作组,在兰州军区领导下工作;兰州军区在敦煌等地开设指挥所。为紧急疏散居民,铁道部编组4列火车在玉门至哈密区间待命;总后和国防科委抽调300余辆汽车集结敦煌地区待命。卫生部、总后卫生部抽调50名医务人员医疗队赴敦煌、安西、红柳园地区。医疗预备队在北京待命。
639氢弹试验:第一颗氢弹试验,第六次核试验。七三任务,投放H639-6。67年6月17日八时整,徐克江机组轰6甲21号机飞到靶标上空,因驾驶员心情紧张投弹漏掉一个动作再飞一次,速度850公里、米高空投弹。8时20分,距靶心315米、距地面2960米高度爆炸。爆心投影点距靶标方位23.9度,64.8米。固体火箭和取样飞机取得放射性微粒样品;效应试验取得大量数据。空6师第16大队7架歼6分4批穿云取样。根据对多种测量数据的综合分析,氢弹爆炸威力330万吨梯恩梯当量。试验圆满成功。掌握氢弹技术,具备制造氢弹的条件。爆炸后,卫生部对烟云径迹区内8个地区进行放射性沉降物抽查,通过对水、土壤、粮食、蔬菜、牧草等的取样检测,没有发现污染。相距300千米仍能看清楚蘑菇云,爆炸声超惊雷,连续有许多混响。军博展出过H639-23氢弹模型。
(639氢弹)
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