偶看新闻安徽边防总队新任政委:方励之: “纸老虎”研究五十年
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/05/09 10:18:55
时间：2006/02/16 出处： 今年（2006）是北大物理系1952-1956届学生毕业五十年。我是其中之一。诸同窗好事者将于2006年四月聚首北京，忆半世纪岁月之沧桑。另外，北京天文台诸友，也于今日聚首叙旧。我均不能恭逢其盛，谨写下几段有关“纸老虎”研究的经历以谢之。也供其它友好一笑。
算盘年代
1999年，中华人民共和国成立五十年，TIME(Asia)杂志 在那年九月出了一个专集，有五十篇文章，介绍大陆五十年中的五十个方面。其中有关中国进入核俱乐部的一篇，题为“The Big Bang”，是约我写的。其实，我对中国核历史内情所知甚少。他们约我写，只因为我是介入核项目的早期研究人员之一。所以，我也只能为TIME极简单地描写一下1955-57两年间的核经历。有关的几段原文如下：
“五十年代初，（在中国）核弹，即俗称原子弹，经常被批判为“纸老虎”。然而，就在那时候中国当局已经决定制造自己的“纸老虎”….1955年一百个物理系大学生被调集到北京大学的一个秘密单位——我也在其中。当局告诉我们，任务是学核物理，准备发展中国的核项目。当时，中国有资格的核物理学家，不会多于三十位。远不足以加入核俱乐部。
“一年之后, 我20岁，成为近代物理研究所的一名实习研究员。我所在的组，有12个成员。我们当时的任务是研究核反应堆理论。核反应堆能生产镤－239，通过裂变它可释出巨大能量。该组的日常事务由我负责。除了一个成员外，其余的年龄都小于25。
“最大的问题是数值计算。那时候，连电动计算器都缺。我们只能靠算盘。在计算高峰时，整个房间听起来像是一个老式的银行，充满算盘珠的劈啪声。谁想得到，这些噪声就是核爆炸巨响的前奏之一。”
TIME杂志的编辑不要求我写“算盘计算”的课题，写了也不会发表。他们可能怕担待不起“核（知识）扩散”的罪名。当时，最耗时的数值计算是用Runge-Kutta 方法求解中子的输运方程。中子如何在输运过程中随时间变慢（能量减小）是设计反应堆的一个关键。由于，反应堆中物质分布极不均匀，加之非简单的边界条件，“算盘计算”决非易事。
“核机密”
其实，TIME杂志编辑可能不知道，物理方面的核机密，到1999年，早就扩散了。1992年，加州大学出版社出版了Robert Serber 著“The Los Alamos Primer: The first lectures on how to build an atomic bomb”。 这是美国Manhattan 计划的第一篇经典文献。当时是绝密。现在可以在amazon.com 网上用12美元买到。
借助Serber的书，我扩散一个“核机密”。制造核弹或核堆的一个重要参数是一个铀核裂变时释放出的中子数。这个数大于一，链式反应才有可能。这个数愈大，做核弹或核堆所要的材料愈少，或所需铀浓缩的程度愈低。反之要多，要高。所以它对设计核弹或核堆的是至关重要的。伊朗的核项目就是在铀浓缩上与西方起了冲突。
二战之前，研究释放中子数的文献是公开发表的。大战爆发后，有关释放中子数的研究成为军事机密，不再也不准公开发表。1956年秋，在近代物理研究所，有关领导口头告诉我，这个数是2.3。绝密。只许记在脑子里，不准写在纸上。计算时直接打入算盘，不留痕迹。
对2.3一数，我一直好奇。我查过文献，直到战争前夕，在公开发表的文献中2.3 并不是公认的。1940年L.A.Turner 在Reviews of Modern Physics, vol.12, p.1-29上的文章，可能是战前发表的最后一篇总结。其中列举的数据从2到3.5都有，很不准确。因为实验很难作，不能直接测到中子，只能用裂变核的质量亏缺反推。中国在1956年之前并不具备准确测量这个数的实验条件。所以，当时我想，这个数据多半来自苏联。因为，按照596计划，苏联的确给过中国一些核数据。也许，2.3 是苏联的秘密实验结果。
不过，我买到Serber一书后（1994年），发现历史并非如我五十年前猜测的。
第一， 在Serber一书中，“中子数”的数值也是2.3（他用2.2-2.4）。
第二， 他说，直到那时(1943)，还没有很准确的实验结果。
第三， 所以，2.3实质上是当作缺省（default）值来用的。
第四， 书中有后人的注：2.3一数其实并不对。现在知道，对铀-235，准确值是2.52， 对镤-239，它是2.95。
所以，如果2.3一数的确来自苏联，那麽， 美，苏，中三方当年各自在秘密发展核弹时，都采用了一个同样的但并不正确的缺省参数2.3。所以，结论应当是，“核（知识）扩散”是从制造原子弹的第一篇文献的时代就开始了。
宇宙学与恐怖主义
我早就离开了“纸老虎”研究。当时的12个人中，有6个也很快离开了。因为，从物理学角度看，核项目是技术性的。
1970年代，我的兴趣转向相对论天体物理和宇宙学。九十年代初我耒美国后，平均每年要请一位中国的年轻学者来我这里作宇宙学研究。九十年代一直没有签证困难。纽约911恐怖事件后，情况变了。签证一度极为困难。或拒签，或要等半年以上。问领事部门，他们说国土安全部要进行审查，因为宇宙学包含有对恐怖活动有用的知识。宇宙学是最公开的学科， 居然也不准扩散？
国土安全部的专业分类，不是全无道理。当今美国最怕的是核恐怖。宇宙学虽多是纸上谈的“大爆炸”，但也许有真“老虎”在。二战后，不少从事制造核武器的人，“转业”下来后，都到了天体物理和宇宙学。从核爆炸转到超新星爆炸和宇宙学的标准模型——大爆炸。如今，Los Alamos 的强项之一就是超新星爆炸的数值模拟。俄国的Y. Zeldovich，是苏联氢弹的两位奠基之一（另一个是A. Sakhrov ）。六十代，Zeldovich转到物理宇宙学，又成了这一领域的奠基人之一。Zeldovich转到宇宙学后，立即（1968）提出了著名的Sunyaev-Zeldovich 效应。这是Zeldovich的一个重要的宇宙学贡献。如果知道他的核经历，一点都不奇怪他的“手到擒来”。Sunyaev-Zeldovich 效应同上述的“算盘”课题，物理实质是一样的。后者是中子在冷核子中输运，导致中子能量减少，而前者是光子在热电子中输运，导致光子能量增加。在近似情况下，二者都是用Kompaneetz方程来计算。而且，宇宙学中，物质分布大多是均匀的，或对称的，没有复杂边界条件，好算。
我现在得到NSF 支持的一个项目是用新算法研究宇宙学中的光子输运。又是要用到老朋友Runge-Kutta 方法。所以，宇宙学中发展的算法，真说不定对铀项目等还有用处。就此打住，不再多说，以防以今后来美宇宙学者再遇上签证麻烦。
五十年的“纸老虎”，悲耶？乐耶？
方励之
记于“从心所欲不逾矩”到来之日
算盘年代
1999年，中华人民共和国成立五十年，TIME(Asia)杂志 在那年九月出了一个专集，有五十篇文章，介绍大陆五十年中的五十个方面。其中有关中国进入核俱乐部的一篇，题为“The Big Bang”，是约我写的。其实，我对中国核历史内情所知甚少。他们约我写，只因为我是介入核项目的早期研究人员之一。所以，我也只能为TIME极简单地描写一下1955-57两年间的核经历。有关的几段原文如下：
“五十年代初，（在中国）核弹，即俗称原子弹，经常被批判为“纸老虎”。然而，就在那时候中国当局已经决定制造自己的“纸老虎”….1955年一百个物理系大学生被调集到北京大学的一个秘密单位——我也在其中。当局告诉我们，任务是学核物理，准备发展中国的核项目。当时，中国有资格的核物理学家，不会多于三十位。远不足以加入核俱乐部。
“一年之后, 我20岁，成为近代物理研究所的一名实习研究员。我所在的组，有12个成员。我们当时的任务是研究核反应堆理论。核反应堆能生产镤－239，通过裂变它可释出巨大能量。该组的日常事务由我负责。除了一个成员外，其余的年龄都小于25。
“最大的问题是数值计算。那时候，连电动计算器都缺。我们只能靠算盘。在计算高峰时，整个房间听起来像是一个老式的银行，充满算盘珠的劈啪声。谁想得到，这些噪声就是核爆炸巨响的前奏之一。”
TIME杂志的编辑不要求我写“算盘计算”的课题，写了也不会发表。他们可能怕担待不起“核（知识）扩散”的罪名。当时，最耗时的数值计算是用Runge-Kutta 方法求解中子的输运方程。中子如何在输运过程中随时间变慢（能量减小）是设计反应堆的一个关键。由于，反应堆中物质分布极不均匀，加之非简单的边界条件，“算盘计算”决非易事。
“核机密”
其实，TIME杂志编辑可能不知道，物理方面的核机密，到1999年，早就扩散了。1992年，加州大学出版社出版了Robert Serber 著“The Los Alamos Primer: The first lectures on how to build an atomic bomb”。 这是美国Manhattan 计划的第一篇经典文献。当时是绝密。现在可以在amazon.com 网上用12美元买到。
借助Serber的书，我扩散一个“核机密”。制造核弹或核堆的一个重要参数是一个铀核裂变时释放出的中子数。这个数大于一，链式反应才有可能。这个数愈大，做核弹或核堆所要的材料愈少，或所需铀浓缩的程度愈低。反之要多，要高。所以它对设计核弹或核堆的是至关重要的。伊朗的核项目就是在铀浓缩上与西方起了冲突。
二战之前，研究释放中子数的文献是公开发表的。大战爆发后，有关释放中子数的研究成为军事机密，不再也不准公开发表。1956年秋，在近代物理研究所，有关领导口头告诉我，这个数是2.3。绝密。只许记在脑子里，不准写在纸上。计算时直接打入算盘，不留痕迹。
对2.3一数，我一直好奇。我查过文献，直到战争前夕，在公开发表的文献中2.3 并不是公认的。1940年L.A.Turner 在Reviews of Modern Physics, vol.12, p.1-29上的文章，可能是战前发表的最后一篇总结。其中列举的数据从2到3.5都有，很不准确。因为实验很难作，不能直接测到中子，只能用裂变核的质量亏缺反推。中国在1956年之前并不具备准确测量这个数的实验条件。所以，当时我想，这个数据多半来自苏联。因为，按照596计划，苏联的确给过中国一些核数据。也许，2.3 是苏联的秘密实验结果。
不过，我买到Serber一书后（1994年），发现历史并非如我五十年前猜测的。
第一， 在Serber一书中，“中子数”的数值也是2.3（他用2.2-2.4）。
第二， 他说，直到那时(1943)，还没有很准确的实验结果。
第三， 所以，2.3实质上是当作缺省（default）值来用的。
第四， 书中有后人的注：2.3一数其实并不对。现在知道，对铀-235，准确值是2.52， 对镤-239，它是2.95。
所以，如果2.3一数的确来自苏联，那麽， 美，苏，中三方当年各自在秘密发展核弹时，都采用了一个同样的但并不正确的缺省参数2.3。所以，结论应当是，“核（知识）扩散”是从制造原子弹的第一篇文献的时代就开始了。
宇宙学与恐怖主义
我早就离开了“纸老虎”研究。当时的12个人中，有6个也很快离开了。因为，从物理学角度看，核项目是技术性的。
1970年代，我的兴趣转向相对论天体物理和宇宙学。九十年代初我耒美国后，平均每年要请一位中国的年轻学者来我这里作宇宙学研究。九十年代一直没有签证困难。纽约911恐怖事件后，情况变了。签证一度极为困难。或拒签，或要等半年以上。问领事部门，他们说国土安全部要进行审查，因为宇宙学包含有对恐怖活动有用的知识。宇宙学是最公开的学科， 居然也不准扩散？
国土安全部的专业分类，不是全无道理。当今美国最怕的是核恐怖。宇宙学虽多是纸上谈的“大爆炸”，但也许有真“老虎”在。二战后，不少从事制造核武器的人，“转业”下来后，都到了天体物理和宇宙学。从核爆炸转到超新星爆炸和宇宙学的标准模型——大爆炸。如今，Los Alamos 的强项之一就是超新星爆炸的数值模拟。俄国的Y. Zeldovich，是苏联氢弹的两位奠基之一（另一个是A. Sakhrov ）。六十代，Zeldovich转到物理宇宙学，又成了这一领域的奠基人之一。Zeldovich转到宇宙学后，立即（1968）提出了著名的Sunyaev-Zeldovich 效应。这是Zeldovich的一个重要的宇宙学贡献。如果知道他的核经历，一点都不奇怪他的“手到擒来”。Sunyaev-Zeldovich 效应同上述的“算盘”课题，物理实质是一样的。后者是中子在冷核子中输运，导致中子能量减少，而前者是光子在热电子中输运，导致光子能量增加。在近似情况下，二者都是用Kompaneetz方程来计算。而且，宇宙学中，物质分布大多是均匀的，或对称的，没有复杂边界条件，好算。
我现在得到NSF 支持的一个项目是用新算法研究宇宙学中的光子输运。又是要用到老朋友Runge-Kutta 方法。所以，宇宙学中发展的算法，真说不定对铀项目等还有用处。就此打住，不再多说，以防以今后来美宇宙学者再遇上签证麻烦。
五十年的“纸老虎”，悲耶？乐耶？
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