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庆院70华诞:《原子弹》与《冰淇淋》有何相关? 精选

已有 2529 次阅读 2020-8-27 09:28 |个人分类:杂谈评论|系统分类:科研笔记

庆祝中国原子能科学研究院70华诞:

《原子弹》与《冰淇淋》有何相关?

方锦清

1964年,我从清华大学工程物理系毕业后,由国家分配到中国科学院原子能研究所工作(401)。1964年10月16日晚上,钱三强所长亲切接见新来的百人大学生,宣布了一个振奋人心的喜讯:今天我国第一颗原子弹爆炸成功了!多么令人振奋啊!我为能来所工作感到倍加高兴。

钱三强先生是我国核科技战线倍受尊敬的老前辈,我心目中最杰出最可亲的一位院长,虽然他兼任核工业部副部长,但是每年都回院给全院职工作一个报告,敢说真话,切合实际,生动有趣,富有魅力。特别钦佩他的伯乐精神,核工业科技领域众多杰出人才都是他举荐的,许多重大工程项目都是他参与筹划制定。“401人”精神: “以身许国,敢为人先,严谨求实”的科学精神一直鼓舞着一代又一代401人,与时俱进。

老九室是电磁分离器研究室,承担“616”重大国防工程任务。钱所长对此关心倍至,精心安排。为什么616重大项目多次紧急上马?我分配到老九室来干什么?我是绝对服从工作急需,从加速器物理专业转向电磁分离器稳定核素的物理工作。

众所周知,20世纪60年代初,在我国困难时期,前苏联政府背信弃义,撕毁包括核武器在内核工业领域的各种合同,撤走所有专家,给我国核工业造成巨大的困难,我国遇到了空前的核技术难关。其中卡断了大型电磁分离器的三大设备及其关键技术的供应:大型强流离子源、接受器和大型超真空设备及其技术。中国核工业战线的广大科技工作者、干部和工人拧成一股绳,发扬全国“大力协同”精神,团结一心,奋发图强,艰苦奋斗,自力更生,一鼓作气,排除万难,创造出“两弹一艇”的卓越事迹。

我在九室亲身经历证明:建设大型电磁分离器(EMIS)就是一个典型的实例。国际上,1944年美国在日本长崎和广岛投下的两颗原子弹“大男孩”和“小男孩”中的核燃料铀-235浓缩到90%以上,就是倾当年美国整个金库之全力,建造了上千台电磁分离器才获得所需的核燃料。前苏联也一样,第一颗原子弹的核燃料同样依靠数以千计的电磁分离器生产出来的。因此,电磁法分离重核素(同位素)技术在人类原子能事业发展史上中举足轻重,立下了汗马功劳。这正是建九室的初衷和承担的任务。与其他核战线重大工程一样,老九室经过艰难卓越的奋斗,终于成功地自行研制了上述三大关键设备,掌握了重核素电磁分离技术,1965年分离满足了当年国防急需的高浓度核素。这个协同攻关成功的每一步都凝聚了老9室全体人员的智慧与血汗。到了80年代,我院对二台大型电磁分离器F2和F3成功地实施 “大手术”改造。大大提高了分离效率和产量。我院多种大型核装置都经过了成功的改造,事实雄辩证明:我国核科技力量和人员是完全有能力改造和制造大型核装置,包括反应堆、加速器和分离器等在内,攻无不克,战无不胜。我们为伊朗提供了CI-140全套电磁分离器设备就是典型实例之一。

那么,原子弹与冰淇淋有何相关?

长话短说。大型电磁分离器的基本工作原理是利用不同质量的同位素在同一强磁场中作圆周运动的半径不同,这样在离子运动的半圆圈处放置接收器,收集到浓缩的不同同位素。电磁分离器最关键的设备是强流离子源,苏联是经过1千5百多次实验,才艰难研制出强流离子源。并且关键是,要求产生强离子流达到10mA(毫安)以上,这样同位素产量也只有毫克-克量级。因此,要求离子源产生的离子流越强越好,才能提高同位素分离产量和效率。

由于苏联撕毁了两台大型电磁分离器的合同,并撤走专家,我们能否白手起家自行研制出强流离子源?我们面临巨大的挑战!

              任期十多年的第一任原子能院院长钱三强讲话


钱三强所长心知肚明,为此他对于616工程在设计、施工和研制过程中做出多次指示和安排。亲自召开会议,指出大型电磁分离器的重要性、必要性和艰巨性。在一次会议上,钱所长激动地站起来向大家挥动双手风趣说:“等你们离子源达到10mA,我请你们吃冰淇淋!”,这给老九室人员极大的鼓舞和鞭策。

就是说,一旦束流强度达到10mA的强流离子源研制成功,就能够实现电磁法分离同位素,原子弹所需要的高浓度的核燃料U235和其他重核素分离,就可以迎刃而解。这就是《原子弹》与《冰淇淋》关联,是一个令人回味的故事。它说明了研制强流离子源对于616工程成败至关重要,对于原子弹核燃料的生产密不可分,举足轻重!当然。钱所长有心用《冰淇淋》鼓励和奖励大家也成为了一段佳话。

因为苏联背信弃义,不仅没有提供离子源设备,并且也没有提供任何设计图纸,只有一张照片,究竟从何下手?从中关村我院一部静电加速器高频离子源组,紧急调来的老组长王朝驹与田亚明等,带领全体组员,从无到有,依靠自己力量,进行反复调研,自行设计,最后设计和修改的图纸多达400多张,这当中王朝驹、方墨希和寥少华等人贡献功不可没。全体组员四处跑材料,联系加工工厂,大家忙得不亦乐乎。最后我所与上海先锋电机厂签定机密加工合同,由王朝驹作为我所住厂代表,有问题随时讨论和修改,双方进行密切合作,1963年春节-1964年9月经过长一年多无数曲折而艰苦制造,终于制造了一台离子源。运回401后,经过每天三班倒、半年多反复实验和各个元件的改进,终于成功地研制了我国第一台分离器急需的大型弧放电等离子体离子源,如图1所示,使得电磁分离器最关键设备取得了突破性进展。

 

强流离子源.png

图1. 强流弧放电离子源

20世纪70年代期间,我接替主持离子源小组工作,负责完成与离子源改进的三件事情:一是负责建立了一个新型强流离子源实验室,从原来201后大厅重建到12号楼一层原《核聚变实验室》。当年重建一个强流离子源实验室,实际上与建立大型电磁分离器差不多,五脏俱全,除了磁铁和真空系统相对小一些,其他难度不亚于分离器工程技术,并且这次完全更新所有大型变压器和电器控制系统等。我们面对前所未有的实际工程挑战,虽然在“文革”期间有一定影响,但是在党支部和室里田亚民主任的支持下,调派了电器技术员张炜明和3个电工,按核聚变实验室规模重新设计了离子源实验室。当时小组成员:林治州、于丽华、詹荣安、黄国俊、王朝驹、冯悟本、万春候、吴建华、朗国柱、徐冠琴和李淑媛等十几人,团结奋战,各尽其能,挖地沟铺电缆,调制设备,从头到尾自己安装,大家发挥了聪明人智,用了大约一年时间,终于战胜了技术和工程各方面困难,建成了一个新的强流离子源实验室,为后来离子源物理实验研究和研制新类离子源提供了良好条件;二是,在新离子源实验室里,首次开展和研制了一个大面积强流表面电离离子源,并成功应用于大型分离器(F-2)上分离碱金属同位素,试分离中铷离子流达到了60-80mA(毫安),束流强度高于弧放电强流离子源。研究论文《表面电离离子源》发表在我部“核科技报告”系统;三是,我独立开展了强流离子光学和束传输物理等新课题探索,从而从理论上较深入揭开弧放电等离子体和电磁分离的物理机制,多篇研究论文发表在《原子核物理》和《科学通报》和《中国科学》等中外刊物。

    图2.老九室离退休和在职职工聚会于北京理工大学(2013、10、13)。

 

2013年10月,老九室部分离退休和在职职工聚会(图2),回顾过去,感慨万千,展望未来,充满信心。迄今,我已在院里工作46年了,我亲身经历了二次核工业创业,亲眼看到我国核科技强国梦想一步步正在实现之中,受到莫大激励。我今特以此文献给我院70华诞大庆,并坚信:我院人才辈出,后继有人,将在我国核工业和科技领域,继续发挥《老母鸡》不可替代的特殊作用,越加兴旺发达,前景无限好!

                

注:方锦清,老九室研究员。  

               此文已提供纪念中国原子能科学研究院70华诞文集,即将出版

               首稿完成于2020年4月24日




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