從理論物理到工程物理——于敏先生的學術生涯與傑出貢獻

「淡泊明志，寧靜致遠」。他，以忠誠愛國之心，以科技報國之志，將畢生心血默默奉獻給了中國的國防科技事業，並為此作出了不可磨滅的貢獻。在2019寒風凜冽的冬日，我們送別傑出的核物理學家于敏先生。28載隱姓埋名真漢子，93歲國防功臣真英雄！

一生磨難，一世英名，

先生千古，精神長存！

作者：應陽君，藍可，李華(北京應用物理與計算數學研究所 北京 100094)

核武器的成功研製是新中國成立以來取得的最重大的成就之一，它深刻地影響著當今世界的政治格局，對鞏固我國的大國地位和提升中國在國際上的影響力起著至關重要的作用。核武器過去是、現在是、將來仍然是我國國家安全的重要基石。中國核武器發展的輝煌歷程是成千上萬科技工作者無私奉獻的集體成就，然而誰也無法否認傑出科學家在武器物理關鍵技術突破中所發揮的重要引領作用。于敏先生就是我國從事核武器事業的璀璨科學家群體中最為突出的代表之一，是我國核武器研究與國防高科技發展中的主要組織者、領導者和技術核心，他為我國核武器事業作出了不可磨滅的歷史性貢獻，當之無愧是中國最傑出的物理大師之一。

1、我國原子核理論與核武器物理的重要奠基人

「于敏的工作完全靠自己，沒有名師，因為當時國內沒有人會原子核理論，他是開創性的，是出類拔萃的人，是國際一流科學家。」我國著名理論物理學家彭桓武院士曾這樣高度評價于敏先生。

解放初期，我國在核物理理論研究上幾乎是一片空白。上世紀50 年代，作為早期進入該領域的先行者，于敏發表了《關於重原子核的殼理論》、《關於原子核獨立粒子結構的力學基礎》、《一個具有等間隔能譜的費米系統》和《原子核在短程力下的相干效應》等具有國際領先水平的核物理文章。1959 年暑假，他與北京大學楊立銘教授合作，在成都主辦了我國第一個原子核物理培訓班，出版了我國第一部原子核理論專著《原子核理論講義》，為國家培養了亟需的原子核理論科研人才。

20世紀60 年代以後，于敏將其深厚的理論功底成功應用於我國核武器的研製與發展以及國防高技術的開拓性研究中，為推動核武器與國防高技術相關基礎理論的發展作出了卓越貢獻：他深刻地揭示了武器核反應內爆動力學過程的運動規律；對輻射與物質的相互作用及其弛豫過程、輻射波與衝擊波的傳播規律等問題進行了深入而系統的研究。這些核武器理論科學研究從多個角度揭示了核武器動作過程的內在規律，為我國氫彈原理突破、第一代核武器的設計定型以及第二代核武器的研製奠定了重要的理論基礎。

2、我國氫彈原理突破的主要功臣

我國在突破原子彈之後，面臨著儘早突破氫彈的迫切需求，亟需儘快生產出可裝在中遠程導彈上的熱核彈頭。然而，氫彈的理論與技術遠比原子彈複雜，它具有高度的綜合性，涉及理論物理、原子物理、核物理、輻射流體力學、等離子體物理、凝聚態物理、應用數學等眾多學科。當時美、蘇兩大國對所有與氫彈相關的技術信息都絕對保密。1961 年1 月，時任第二機械工業部(簡稱二機部)副部長的錢三強找于敏談話，向他傳達了上級任命他為「輕核理論組」副組長、領導開展氫彈理論預先研究的決定。于敏先生毫不猶豫地接受了組織的安排，立即停下手中有關原子核理論的基礎研究，全力以赴地投入到氫彈原理的探索之中。在他的科研生涯中，這已是第二次根據國家需要調整自己的專業方向。從1961 年到1964 年，他和黃祖洽、何祚庥一起，領導「輕核理論組」做了大量研究工作，包括氫彈中多種物理過程的探討和研究、氫彈作用原理和可能結構方面的探索等等。

1965 年1 月，黃祖洽、于敏等原子能研究所「輕核理論組」的三十餘位科研人員攜帶著預先探索研究的所有成果和資料，來到二機部九院(現在的中國工程物理研究院)理論部，與我國核武器研究的主戰場匯合。于敏被任命為理論部副主任。為了突破氫彈原理，鄧稼先、周光召、于敏、黃祖洽等部主任分別帶領一支研究隊伍從不同途徑進行探索。

1965 年9 月底，于敏作為理論部業務領導率領部分隊伍去上海華東計算技術研究所開展加強型原子彈優化設計。在隨後的三個多月時間裡，于敏以其深厚的理論功底和嚴謹踏實的工作作風，帶領科研隊伍實現了氫彈原理的偉大突破——此為核武器研究史上著名的「百日會戰」。工作剛開始時，大家都想儘快完成從加強型原子彈到氫彈的設計任務，但無論如何優化，計算結果總不理想。為了找到問題所在，也為了幫助年輕人了解必要的基本知識和提高科研工作水平，于敏給大家做了系列學術報告，對三個典型模型進行了深入細緻的系統分析。他從炸藥起爆開始，將氫彈物理全過程分為若干個階段，並對每一階段進行分析，從複雜現象里提取物理本質，從熱核聚變所必需的基本條件中梳理背後的主要物理過程與物理機制。

通過對堆積如山的紙帶上的物理數據仔細地分析和推敲，並經過縝密分析與苦苦思索，于敏以其敏銳的理論洞察力透過現象抓住了事物的本質，不僅很快找到了加強型原子彈無法進一步優化的癥結所在，更進一步發現了實現氫彈自持熱核燃燒的關鍵所在。10 月下旬，于敏為一起出差的同志們做了「氫彈原理設想」的學術報告。在這個具有里程碑意義的報告中，他從基本方程出發，通過嚴密的推導、量綱分析與粗估，指出了實現熱核材料自持燃燒的幾種可能途徑，結合以前的理論探索和最新計算結果，比較了這些途徑的優劣利弊，分析了實現熱核自持燃燒的內因和必要條件，最終論證了氫彈的原理構型設想。經過這次學術報告，大家熱情高漲，又抓緊完成了一系列系統的工作，發現了一批重要的物理現象和規律，終於形成了從原理、材料到結構完整的氫彈物理方案。

1966 年12 月28 日，中國進行了氫彈原理試驗，這是一次完美的試驗。試驗結果證明，我國已在原子彈研製成功後僅兩年零兩個月的時間內獨立掌握了氫彈原理。5個多月後的1967 年6 月17 日，沉寂的戈壁大漠上空，剎那間升起了一顆極為神奇壯觀的「太陽」，中國第一顆氫彈試驗圓滿成功！從第一顆原子彈到氫彈，我國只用了26 個月，速度是世界上最快的，而于敏在其中發揮了關鍵作用。氫彈爆炸成功後，于敏與鄧稼先、周光召、黃祖洽等理論部領導一起，帶領科研隊伍完成了核裝置的理論設計，在提高比威力和核武器生存能力等方面進行了優化設計。經過冷、熱試驗證實，該理論設計是成功的。從此，中國擁有了第一代核武器，並開始裝備部隊。

3、我國第二代核武器理論研發與設計的領導者與決策者

為了與運載裝置導彈適配，核裝置還得提高比威力並小型化，因此發展第二代核武器勢在必行。20世紀80 年代初，于敏被任命為核武器研究院副院長兼核武器理論研究所所長，全面負責領導突破第二代核武器原理。面對這樣重大的國防任務，于敏以其強大的理論功底、縝密的思維能力、勇於擔當的精神和強烈的責任心，在領導與科研人員的信任下，承擔起決策與把關之重任。

核武器初級引爆彈的小型化是核武器小型化的關鍵，而小型化的引爆彈具有高形狀比、高收縮比等特點，設計難度很大。于敏作為氣體引爆彈理論設計的主要技術負責人，主持研究並解決了從裂變材料壓緊、中子注入及其增殖，到氘氚聚變燃燒過程的規律等問題，還提出了加大兩個關鍵環節設計裕量的具體措施，確保了試驗的成功。氣態引爆彈的研製成功，為我國第二代核武器的研製奠定了可靠的基礎。

在第二代核武器研製過程中，于敏高度重視加強核武器理論研究與冷、熱試驗的結合。他經常深入核試驗基地，親自抓核試驗的測試工作並根據核武器物理過程的特點提出測試意見，這對推動一些測試技術的發展起到了很大的作用。

為了完成第二代核武器的研製任務，于敏確定了三條準則，並據此進行把關和決策：第一，力求採用先進的設計思想和技術，從戰略需要出發，突出重點，逐步縮短與核大國的差距，不追求核武器的多樣化；第二，必須謹慎地選擇技術途徑，力求做到不走彎路或少走彎路；第三，在技術途徑選定以後，必須將複雜的物理和技術問題進行分解，狠抓物理和技術關鍵。正是這三條概括了具有中國特色的核武器發展創新道路的主要科研經驗，也正是因為堅持了這三條才使我國以如此之少的核試驗次數和經費投入，便使我國核武器設計達到了國際先進水平。中國在20 世紀80年代成功研製出了第二代核武器。

4、我國中子彈理論研究與設計的領導者與決策者

從1977 年8 月開始，于敏領導核武器理論研究所開始了對中子彈的探索。中子彈，又稱增強輻射武器，屬於特殊性能氫彈，是一種以中子殺傷效應為主的戰術核武器。在沒有任何資料的情況下，于敏根據報紙中披露的「中子的殺傷比衝擊波的熱輻射要厲害得多」以及800 m距離等零星的信息，提煉出兩個至關重要的問題，並循著這個思路提出了中子彈設計的兩個指標：一個是劑量指標，一個是當量指標。據此，他敲定了中子彈的研究思路，即威力盡量小，以減少衝擊波的破壞半徑，而單位威力具有高穿透力的中子數必須要盡量大。進一步地，于敏明確提出了中子彈設計指標。經國防科工委批准，于敏所提出的中子彈設計指標被正式下達並啟動研究。

1978 年秋天，于敏在第一次中子彈技術討論會上，做了全面系統的總結，明確了中子彈探索的主攻方向和初步設計目標，指出了某些關鍵技術問題和難點；確定了中子彈設計的基本技術途徑；提出了解決某一關鍵難點的可能途徑等等。基於對設計關鍵點的認識，為確保中子彈試驗的成功，于敏提出了「三錘定音計劃」。在他的親自指揮下，中子彈試驗於1988 年獲得圓滿成功。這標誌著中國成功突破了技術先進的中子彈。

5、我國核武器大跨步發展的重要引領者與設計師

到20 世紀80 年代中期，我國的核武器不僅在初級小型化原理試驗和中子彈原理試驗中取得了圓滿成功，小型初級的武器化研製也取得了重大的決定性的進展，而且次級小型化的技術途徑也已明確。鄧稼先和于敏審時度勢，對世界核武器科學技術發展趨勢做了深刻分析，認為美國核戰鬥部的設計水平已接近理論極限，他們為了保持自己的核優勢、限制別國的發展，很可能會加快禁止核試驗的談判進程，遏制我國核武器的發展，而那個時候中國正處於突破第二代核武器優化設計的關鍵時刻，如果必須做的熱試驗還沒有做完，該拿的數據還沒拿到，核武器事業很可能「功虧一簣」。1986 年，鄧稼先和于敏向中央遞交建議書，要求加快核試驗步伐，儘早完成必須要做的核試驗。中央很快批准了他們的建議。

1992年，美國在完成了最後6次核試驗後，果然開始積極進行全面禁止核試驗的談判。1996年，《全面禁核試條約》(CTBT )簽署。

正是鄧稼先和于敏的建議書提前規划了我國核試驗的部署，促使黨中央作出果斷決策，為我國爭取了寶貴的10 年熱核試驗時間，做完了必須做的熱試驗。該建議為提升我國核武器的水平，保障中國大國地位的確立，推動核武器裝備部隊並形成戰鬥力發揮了非常重要的前瞻性作用。

中國只做了45 次核試驗，僅為美國的4%，經費投入也少得多，但在核武器物理設計方面，經過原子彈、氫彈、小型化、中子彈、安全型初級五個台階，已經達到了國際先進水平。這是由於我國採用了正確的核武器發展方針，在目標的選擇和技術途徑的抉擇中採取了積極而又慎重的態度，使得在實際發展中幾乎沒有走什麼彎路。在這條具有中國特色的核武器成功發展道路上，于敏是當之無愧的重要引領者與設計師。

6、我國慣性約束聚變與X 光激光的開拓者與引領者

在肩負核武器研製重擔的同時，于敏總是在思考著全面核禁試後如何確保我國庫存核武器的安全、可靠和有效性，關注著國外高科技發展對未來軍事態勢的影響，特別是對我國核武器的影響。20世紀70 年代初期，于敏看到國際雜誌上刊登了一篇有關慣性約束聚變的文章，立刻意識到慣性約束聚變的重要性，認為它將來不僅有可能用來解決能源問題，還有可能用來研究核武器物理。然而，當時國際上有關慣性約束聚變研究的文獻資料極少，在我國更是一片空白。為了使從事核武器物理研究的科研人員儘快進入一個新的高技術領域，于敏在率先開展慣性約束聚變研究的同時，在核武器理論研究所開辦了有關等離子體動力學、慣性約束聚變、激光等離子體物理、X光激光等一系列的講座，為科研人員普及有關慣性約束聚變的基本知識，並且陸續編寫了不少講義，如《等離子體動力學理論講義》、《等離子體粒子云方法講義》、《激光聚變物理研究現狀講義》、《激光與等離子體相互作用和孤立子問題講義》、《冕區物理》等等。在深入開展慣性約束聚變研究並開辦講座的過程中，他提煉出大量的研究課題並親自組織和指導科研人員進行攻關。在他嘔心瀝血指導下，我國首批慣性約束聚變理論研究隊伍茁壯成長，並取得了豐碩的科研成果。

1988年12月， 王淦昌、王大珩和于敏給鄧小平寫了一封建議書，建議加速發展我國慣性約束聚變研究並列入國家高技術研究發展計劃(簡稱863 計劃)。1993年，國家正式成立了高技術863計劃慣性約束聚變主題專家組，于敏擔任第一屆主題專家組顧問。結合我國國情，他提出了慣性約束聚變研究的20 字方針，即：「目標明確、規模經濟、技術先進、物理精密、道路創新」；他還力促慣性約束聚變研究與核武器物理「接軌」，提出了「質上相同、量上逼近」的技術思路。在於敏的積極推動與指導下，我國制定了慣性約束聚變的發展戰略和「九五計劃」，繼神光-I 激光裝置之後，在上海建造了神光-II 八路固體釹玻璃激光裝置，並同時開展規模更大的神光-III 激光裝置的預研。自此，中國慣性約束聚變研究進入了一個嶄新的歷史發展階段。

近年來，于敏主要在慣性約束聚變發展戰略上指導和幫助著年輕一代的掌舵人與決策者。2011年11 月，在美國點火攻關戰役可能失敗、時任美國能源部主管科學的副部長提交辭呈、國際上有關點火研究各種意見和想法紛起之際，于敏在中國人民解放軍總裝備部組織的座談會上談了他關於美國NIF 激光裝置與美國點火攻關戰役的看法，指出美國在「發展戰略、頂層設計、物理分解與綜合集成」等四個主要環節上似乎都犯有錯誤，導致當前思想混亂，而且美國人近幾年專註點火，對核武器物理方面似乎無重大貢獻。于敏的一系列意見與建議給我國慣性約束聚變研究的年輕一代領導人提供了重要的幫助，成為中國慣性約束聚變發展戰略的指南針。

在我國X光激光研究方面，早在20世紀70 年代，他便開辦系列講座並編寫講義，為科研人員普及與強激光相關的物理知識，並組織和親自指導X光激光的科研隊伍深入系統地開展X光激光各種產生機制的理論研究。在於敏的悉心指導與引領下，中國在X光激光理論研究上取得了突破性進展，理論與實驗研究水平均進入了國際先進行列。曾擔任國家863 計劃激光技術主題首席科學家的中國科學院院士杜祥琬認為：「于敏對強激光主題的發展起到了重要的把關和推動作用。」曾擔任國家863 計劃激光技術主題X光激光組組長、中國科學院院士王世績寫道：「在我國近30 年的激光聚變事業中，於先生作為學術上引領人的作用是無可替代的。」

7、敬業奉獻、風高范遠的學界楷模

「于敏是一位忠於祖國、無私奉獻的科學家。他自幼立下了科學救國的遠大志向，數十年如一日，將自己的全部身心和才華奉獻給祖國的科學技術事業和國防建設。在科研生涯中，他根據國家需要兩度調整自己的專業方向……」 朱光亞在《于敏院士八十華誕文集》序中這樣寫道。于敏先生不僅是一位傑出的物理大師，還是品德高尚的學界楷模。他嚴於律己，淡泊名利，為人十分謙和與低調；對工作嚴肅認真，實事求是、堅持科學、不畏強暴；對國家、民族的事業總是滿懷熱忱，具有極高的責任感。自從開始研究核武器，于敏便隱姓埋名，極少發表文章，全身心地地撲在國防重大任務上。

在科研工作中，于敏十分注重學術民主，並把工作根基牢牢紮實在科技群體之中。深入群眾、深入一線是他一貫的學術作風。即便在擔任所、院科技領導工作期間，于敏也經常來到科研室或課題組參加學術討論，甚至找負責某個具體工作的同志討論一個物理細節或者推敲一個具體數據。他常說：「核事業是成千上萬人的事業。一個人的力量是有限的，你少不了我，我缺不了你。必須精誠團結，密切合作。」于敏先生還十分關心青年科技工作者的成長，不吝賜教、獎掖後學。對於許多工作，他往往做了最難的開頭，然後讓年輕同志去完成。在他工作過的單位，許多科研人員都自稱是「于敏的學生」。

于敏先生在長期的科研工作中形成了獨具特色且行之有效的治學思想與治學方法，如：「研究物理問題時需要先進行物理過程的分解，然後對每個環節中的物理現象進行從現象到物理實質分析」，「理論和實驗相結合、任務與基礎相結合、分解與綜合相結合、微觀與宏觀相結合」等等。他的這些思想與方法為科研人員留下了豐厚而珍貴的治學財富。

共和國不會忘記這位以國家和民族利益為重，把畢生心血和全部才華都無私奉獻給祖國國防事業、功勛卓著的科學家——于敏。

參考文獻：

[1] 錢偉長、朱光亞、楊福家 主編，鄭紹唐、曾先才 著《. 中國當代著名科學家叢書——于敏》.貴州人民出版社，2005

[2]《于敏論文集》.北京應用物理與計算數學研究所內部資料，1996

[3] 宋健主編.《「兩彈一星」元勛傳》. 清華大學出版社，2001

[4]《于敏院士八十華誕文集》. 原子能出版社，2006

本文選自《物理》2015年第2期