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千秋功過自有評說:有利于增強綜合國力

文章來源:經福謙   時間:2011-10-28 9:37:00 訪問數:

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    核武器的出現和發展,是二十世紀人類生活中的大事。它影響到國際政治、軍事、外交、經濟和社會的各個方面。

    研制核武器需要強大的工業基礎和科學技術基礎。國力不足是難以作到的。美國掌握核武器后,就想壟斷核武器,稱霸世界。因此,他們在信息上嚴加保密,在技術上嚴加封鎖,凡是有可能用于研究核武器的儀器、設備和材料,都列為禁運物資。但是核武器你能作出來,別人就作不出來嗎,壟斷是不可能持久的。首先是蘇聯,調動了他們的科學家和工程技術人員的積極性,集中了財力和物力,打破了美國的核壟斷。接著英國、法國、中國,都研制了核武器,并裝備了部隊。核武器研制成功,表明這些國家的綜合國力有了很大提高。

    綜合國力不僅是一個國家的經濟實力,而是一個國家的人口、土地、資源、科學技術以及組織管理程度,各方面相互作用所能發揮的綜合效力。它包括一個國家的經濟力、軍事力、開發力、緊急動員力、財政支配力和人民群眾的凝聚力等等。世界上有的國家很富,但是綜合國力不一定強,比如科威特。我們中國還比較窮,但是綜合國力在世界上已排行第七位。搞出導彈核武器,就是我國綜合國力增強的體現,也是一個大國的象征。

    為什么這么說?制造核武器首先要有核材料,沒有核材料,科學家研制核武器就成了無米之炊。生產核材料比生產稀有金屬困難得多,它本身就是一門綜合性很強的材料學科。從找礦、選礦、開采、冶煉、提純、同位素分離、冶金、鑄造、核燃料元件制造、密度均勻性篩選、對稱性要求、燃料后處理以及人工制造超鈾元素等,每一過程都伴隨著放射性作業和特殊的工藝流程,都面臨著許多新的科學技術問題。

    核材料生產只是建立核工業的一部分,一個國家整個核工業的建立,必然還要依靠全國多方面的工業基礎和能力。然而發展核工業也必然進一步促進其他工業的發展。我國地質科學家李四光和核物理學家錢三強,1955115日,帶著鈾礦標本和蓋革計數器,向毛澤東主席、周恩來總理和其他國家領導人,匯報了找到鈾礦的情況,毛澤東主席非常高興,從而定下了要搞原子能工業的決心。從那時起,全國大力協同,不到十年功夫,就自力更生地搞出了原子彈。說明新中國成立以來,在比較短的時間里就建立起了比較完整的工業體系。能夠提供尖端武器研究、設計、實驗和生產所需的各種新材料、新設備、新工藝,以及新的檢測手段。它標志著中國人民在大力協同的號召下,發展新興工業和高科技事業取得了舉世矚目的成就,體現和增強了我國的綜合國力。

    研制核武器是一門綜合性很強的科學技術。圖5.1簡要列出了核武器研制的相關學科和工程網絡,可見研制核武器是一項極其復雜的系統工程,涉及許多基礎科學和工程技術領域。

    研制核武器,首先是研究各物理過程的變化發展規律,這已形成一門“核武器物理”學科。核武器物理設計的流程如圖5.2。根據物理思想建立模型,然后論證模型的可行性。模型肯定后進行概念設計,并解決各種物理、力學、數學和計算程序問題。為此,需要大規模的科學計算,設計多個模型,輸入不同參數進行計算,然后優選出滿足要求的模型。物理模型確定后,通過工程設計進行爆轟實驗檢驗。根據實驗測得的數據,校正設計參數和檢驗計算程序。經過實踐理論循環往復多次,才能確定核試驗的模型。

圖5.1	核武器研制的相關學科與工程網絡

5.1     核武器研制的相關學科與工程網絡

圖5.2	核武器物理設計流程圖

5.2     核武器物理設計流程圖

    核武器模型的理論計算,要求解龐大的聯立方程組,其中的力學過程、化學過程和物理過程(含核反應和輻射輸運等)互相耦合,難于解耦處理。它要考慮質量守恒、動量守恒、能量守恒、粒子數守恒、中子輸運、輻射輸運以及材料狀態方程等等。由于核裝置動作過程是瞬時、高速、高溫、高壓、高密度和寬能區等特征,使數值計算方法和計算過程難度加大。參數多,容量大,對計算機要求高。從而推動了電子計算機和計算方法的發展,形成了有自己特色的學科“計算物理”。

圖5.3	銀河––Ⅲ計算機

5.3     銀河Ⅲ計算機

    為了適應核武器發展的需要,我國自行設計研制了每秒1億次、10億次、100億次的“銀河機”。它不僅可用于武器物理學的計算模擬,而且廣泛用于氣象、石油、生命科學、環境科學、藥學等研究領域。圖5.3是我國銀河-Ⅲ計算機外觀圖。

    核武器物理的實驗研究范圍很廣,它包括核參數測量與核物理實驗,爆轟物理與沖擊波動力學實驗,慣性約束聚變與核爆模擬實驗,結構與強度實驗,環境與安全實驗,以及最后的核試驗。核武器工程中很大部分是實驗工程和診斷技術。在核武器工作過程 的極端條件下,材料的各種性質及其運動規律將表現出罕見的特征。例如,物態方程研究的范圍極廣,壓力從幾萬大氣壓到幾億大氣壓,溫度從幾百度到幾千萬度,時間過程從幾百萬分之一秒到幾億分之一秒,材料壓縮比達到幾百倍至幾千倍。在這些實驗研究中,必須要有提供壓力范圍很寬的實驗設備。除了用炸藥驅動飛片加載外,還需提供沖擊壓力更高、波陣面平面度更好的壓縮氣體炮設備。比如一級輕氣炮、二級輕氣炮,可以提供幾十米到幾千米每秒的彈丸速度。圖5.4是我國自行研制設計的二級輕氣炮,目前最高彈丸速度可高達每秒8公里。

圖5.4	二級輕氣炮

5.4     二級輕氣炮

    在爆轟實驗和沖擊壓縮實驗中,需要量程很寬、時間與空間分辨率很高的診斷測試儀器。除了時間響應極快的電測儀器外,高速轉鏡攝影和X光照相技術也是必不可少的。高速轉鏡和變相管相機,掃描攝影速度可從幾百米每秒到幾千米每秒,分幅照相每秒可得幾十萬幅到幾千萬幅。強流直線感應加速器加速電子能量達幾千萬電子伏特,所產生的X光可穿透幾十厘米的鋼,在爆轟動態測試中可獲得清晰的實驗照片。圖5.5是我國研制生產的LIAXFU-12直線感應加速器主機照片,加速電子能量達12兆電子伏,電子束流2.6千安培,X光焦斑~4毫米。它是亞洲最大的直線感應加速器。

圖5.5	12兆伏閃光X光機

5.5     12兆伏閃光X光機

    圖5.6是我國研制生產的DKF-250型寬幅頻相機(右圖)。左上角是它的分幅記錄結果,攝影頻率每秒250萬幅;左下角是它的掃描記錄結果,掃描速度每秒15公里,時間分辨率2納秒。

圖5.6	高速轉鏡與照相

5.6     高速轉鏡與照相

    為了研究鏈式裂變反應動力學,必須建立臨界和次臨界裝置、反應堆、快中子脈沖堆等實驗設施。以模擬核爆產生的裂變中子場和g 場,為武器設計進行核物理參數實驗、安全性和可靠性分析、抗輻射加固研究和生產氚等工作。圖5.7是我國最早研究用的6MW反應堆。

圖5.7	6兆瓦核反應堆

5.7     6兆瓦核反應堆

    核武器在運輸、發射和飛行過程中,會遇到不同尋常的沖擊、振動和過載等惡劣環境;在飛向目標時還會遇到敵方的攔截等等。因此,在研制過程中必須進行大量的結構和強度試驗,元器件抗輻射加固試驗,溫濕度和離心振動等環境試驗,以及其他安全性和可靠性試驗。這一系列試驗,都需要龐大的實驗設施和精密測量儀器,需要建立結構力學實驗室、環境試驗實驗室、抗輻射加固實驗室以及安全可靠性研究等實驗室。5.8是我國自行研制的大型離心機進行核裝置離心試驗。

圖5.8	核裝置離心試驗

5.8     核裝置離心試驗

    氫彈是靠原子彈爆炸的輻射能造成聚變反應的條件。為了研究輻射能傳輸和驅動內爆的規律,在實驗室可以建立激光打靶裝置來模擬。我國自八十年代以來,陸續建成了“星光”和“神光”等系列激光裝置。用于模擬研究輻射能的傳輸和對充氘氚靶球的內爆壓縮。圖5.9是神光裝置的靶室照片。

圖5.9	神光裝置靶室

5.9     神光裝置靶室

    核試驗是核武器爆炸過程性能的綜合性檢驗,也是核爆炸輻射效應的實驗現場。作一次核試驗相當不容易,它不僅要花很多錢,而且要有充分的科學技術準備。核試驗分地面試驗、空中試驗和地下試驗。地面試驗容易作,但污染大;空中試驗污染小,但測試難;地下試驗沒有地面污染,但工程量大,測試干擾嚴重。

    作地下核試驗,先由地質勘探,打平洞或鉆豎井。平洞核試驗場的工程量大,必須選在巖石堅固的山腳下打深洞,經過很長的走廊進入爆室。走廊鋪設軌道、電纜及通風管網。圖5.10是走廊的一瞥。

圖5.10	平洞核試驗走廊

5.10    平洞核試驗走廊

    臨爆炸前將爆室外的一段走廊堵塞。即便如此,仍要嚴防爆炸后高溫膨脹的氣體從走廊沖出來,這種現象核試驗人員稱為“放槍”。為了防止“放槍”,在走廊末端設計一個魚鉤形的自封彎道,如圖5.11

圖5.11	平洞核試驗平面布置示意圖

5.11    平洞核試驗平面布置示意圖

    爆炸后爆室膨脹推動巖石使走廊自封。平洞試驗在地下產生強烈的地震波,傳至遠處。地面可見山頂塵土揚起煙云,有松動的土石方往下垮落。

    豎井核試驗工程量相對小些。但工程作業面小,進度慢,鉆一口豎井,要搞幾年。這種鉆井技術不一般,大鉆頭直徑有一米多的,兩米多的,大鉆頭上裝小鉆頭,小鉆頭上裝金剛石牙齒。看那鉆頭的頂部,好象滿天星。兩米左右直徑的井,平均一天進尺深度僅一米,建設一口千米深井約要花三年功夫才能完成。鉆井人員在荒涼的戈壁灘上日夜苦戰,經年累月地堅守崗位鉆井。一旦核試驗人員進場,他們高興得流出了眼淚,比見到了親人還要親。這些無名戰士為核試驗奉獻了火熱的青春,真是新時代可愛的人。

    圖5.12是地下豎井核試驗的井架和引出的測試電纜。工程隱蔽,錯綜復雜,照片只能窺見一斑。

圖5.12	豎井核試驗現場

5.12    豎井核試驗現場

    核試驗豎井深達幾百米乃至千多米,地下水壓很大,解決水封是一個難題。核裝置和測試系統全部裝進密封鋼筒和吊裝桶內。如圖5.13所示。

圖5.13	豎井核試驗示意圖

5.13    豎井核試驗示意圖

    安裝就位后將井身空腔回填壓實,嚴防“冒頂”。即防止爆炸后高溫膨脹氣體沖出來。爆炸后,地表面由于振動可見灰塵揚起。爆室的高溫高壓使周圍介質液化或汽化,形成汽液空腔。冷卻后在地面可見塌陷,嚴重的會形成“煙囪”,即下沉很深的圓柱形空腔。

    核試驗測試工作相當難,它與一般的實驗室測量大不相同。從下面幾點不同之處,可以大致看出它的特點:

    ⑴ 實驗室一般是對穩定發射的單個粒子行為進行長時間記錄。核試驗則是對一次發射的粒子群的集體行為,進行實時統計疊加。就是要在它發射的一瞬間,必須萬無一失地實時抓住它。

    ⑵ 實驗室采用穩態計數率和測量幅度得出時間分布和強度。而核試驗不能用這一套,因為被測核裝置g 輻射強度的變化有時高達20個量級,脈沖持續時間在10-510-10秒。也就是說脈沖電壓從幾伏到百多伏,一個示波器上是沒法顯示的;有的脈沖寬度不到一個納秒,有的脈沖寬度卻有幾十個微秒,長了十萬倍,一個示波器的掃描線是無法拉開作到全都記下來的。這就要采用新型低靈敏度而時間響應又特別快的探測器,同時采用信號復原處理技術,才能給出核爆脈沖輻射場的各種有關特征物理量。

    ⑶ 實驗室是對已知粒子進行測量。核試驗是各種粒子一起射來,是一個復雜的混合輻射場,對粒子的辨別成了一大難題。中子、gX光、電磁脈沖的信號,一古腦兒均會從電纜信號道傳輸過來顯示在示波器熒屏上,而且本底噪聲電流很大。要在這一攬子信號中分辨出所需要的物理信息,分辨不同粒子束的不同信號,簡直是“沙里淘金”。

    ⑷ 實驗室可以重復作,假如這次沒測到,下次再重復作一次就是。而核爆現象瞬間即逝,無法再現,且耗費很大。這次沒抓到測試信號再也無法挽回。因此,要求所有記錄測試系統做到“穩妥可靠,萬無一失”,確保一次成功。

    ⑸ 實驗室工作可以從容不迫地創造寬松的環境。而地下核試驗空間小,溫度高、濕度大,核電磁干擾嚴重;尤其豎井試驗的信號電纜,有時浸泡在幾百度高溫和幾十個大氣壓的水井里,環境十分險惡。難怪人們把地下核試驗近區測試比喻為“螺絲殼里做道場”,有法沒處施。

    從發展核武器所需要的工業基礎和科學技術水平來看,中國決定搞核武器之初,當時的條件是很差的。但是中國人民有志氣,強大的精神力量彌補了這個不足。也就是說新中國人民自立自強的凝聚力和開發力,推動著核武器事業有條件要上,沒有條件創造條件也要上。國家能夠集中意志、集中人才、集中物力,人民能夠實干巧干、開拓創新,終于創造了世界奇跡。中國的核武器事業,在獨立自主的方針指引下,以最低的投入和最快的速度,達到了上佳的效果。在世界上充分顯示了我國的綜合國力。鄧小平同志高度評價我國的核武器事業,他說:“如果六十年代以來中國沒有原子彈、氫彈,沒有發射衛星,中國就不能叫有重要影響的大國,就沒有現在這樣的國際地位。”中國核武器事業的成功,體現了勤勞、勇敢和智慧的中國人民,具有偉大的創造力,對今天建設有中國特色的社會主義,充滿著無限的信心。


   本文摘自《揭開核武器神秘面紗》

   經福謙 陳俊祥 華欣生著

   清華大學出版社 暨南大學出版社

   出版時間:2002年7月

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