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于敏——我国自主培养的杰出核物理学家


 
    中国共产党优秀党员,著名理论物理学家,中国科学院院士,中国核武器事业重要奠基人,“两弹一星”功勋奖章、国家最高科技奖、改革先锋称号、全国道德模范称号获得者于敏同志因病医治无效,于2019年1月16日13时35分在北京301医院逝世,享年93岁。
     于敏,男,1926年8月出生,天津宁河人,1949年毕业于北京大学物理系。历任二机部九院理论部副主任、九所副所长、所长、九院副院长、科技委副主任,核工业部、核工业总公司科技委副主任。现任中国工程物理研究院高级科学顾问。1980年当选中国科学院数学物理学部委员(院士)。曾荣获“两弹一星”功勋奖章、国家科学技术进步特等奖、国家自然科学奖一等奖、国防重大科技成果奖一等奖等十几项重大奖项。  
     于敏是我国自主培养的杰出的核物理学家,我国核武器研究和国防高技术发展的杰出领军人物之一。
一定要知其所以然
      于敏于1926年8月16日出生在河北省(现天津市)宁河县芦台镇,爷爷于绍舟从通州第一师范学院毕业后,返回乡间开办学堂,父亲于兆鲲高中毕业后在天津财政局稽征股的股长,1938年,12岁的于敏跟母亲一起辗转到天津,与父亲团聚,在天津的木斋中学和耀华中学就读。耀华中学毕业时,于敏总成绩有95分左右,为该校历年之冠。
1944年,他父亲的病越来越重,薪金本来就少的可怜,包括芦台在内的一大家子人就靠这点薪水过日子,家庭的困境让他几乎绝望了。在同班同学陈克潜的父亲、启新洋灰公司协理陈范友先生的资助下进入当时的“伪北大”工学院电工系学习,后转入北大理学院学习。
      少年时的于敏就显现了深究“为什么”的特点。耀华中学的数学老师赵伯炎在讲课时,将于敏感性的“为什么”引向了理性的“为什么”,他强调要“举一反三”,教授学生们建立“为什么”的思维模式,深究为什么不能那样做,而要这样做。
      转入北大理学院后,学习的内容越来越深,对很多基础的问题又有了新感受。于敏时常把不同科目的物理内容串起来反复思考,有空就琢磨,不放过任何一个疑点,觉得哪些科目有必要再深入认识,就利用假期的时间,到图书馆把以前看过的书反复再看。
      于敏的学习成绩总是名列榜首。他的学号是1234013。当时公布成绩不张名,按学号公布,贴在图书馆院内的墙上。每次公布成绩时,这个学号的成绩总是名列第一。老师和同学都知道这个学号是于敏的。
      1949年,于敏以88.46分、物理系第一名的成绩成为新中国成立时北大第一届毕业生。随后成为张宗燧先生的研究生,开始量子场论方向的学习和研究。张宗燧对他的评价是“没见过物理像于敏这么好的”。温故而知新是于敏的学习方法,但其中的核心确是“一定要做到知其然还要知其所以然”。
      1950年,张先生身体抱恙,指导于敏的任务就交给了刚刚回国的胡宁先生。胡先生无论是授业、还是指导研究都非常强调物理图象和物理概念,同时还有极强的物理直觉。先生在讲课中尽量避开复杂的公式,而注重思想简洁清晰,一些很难的课程如广义相对论、量子场论和电动力学,他都非常突出物理本质,这一特点被好学的于敏抓住并青出于蓝。
国产一号土专家
      1951年1月,新中国组建近代物理所(现在原子能院和高能所的前身),当时,正在北大攻读研究生的于敏在准备毕业论文,胡宁先生把这个心爱的弟子推荐给了近代物理所所长钱三强,自己也到近代物理所兼职,继续指导于敏的毕业论文。25岁的于敏在近代物理所开始了他的科研生涯。
      一到研究所,于敏就被分在了彭桓武领导的原子核理论研究组。当时我国在核物理理论这一领域基本处于空白,对国际上的研究也甚少。彭桓武决定从调研入手,首先了解国际上核物理研究的进展情况。他指定由金星南负责挑选文献供大家使用。于敏便一头扎到了文献堆里,除了阅读文献外,他还仔细地钻研了物理学家费米的名著《原子核物理》等书。在调研中,他基本上掌握了国际上核物理的发展情况和研究焦点,同时养成重视调研的工作方法。
      当时,国际上对基本粒子研究还无大的进展,学界普遍认为,原子核基本上是由中子质子组成。于敏把原子核理论的力学基础看成是多体问题,把原子核理论大致分成3个层次:即实验现象和规律,唯象理论和理论基础。并发表了在平均场独立粒子运动方面当时水平相当高的论文《关于重原子核的壳理论》、《关于原子核独立粒子结构的力学基础》。
      在1960年,在A.Bohr等提出原子核内具有能隙现象之后,于敏与合作者张宗烨、余友文等就提出了核内的核子在短程力的作用下,喜欢两两配成自旋为零的对,这就是核内超导对。由于抓到了超导对的本质,不久又提出相干结构理论,指出核子除了喜欢配成自旋为零的对外,还可以具有一个共同的角动量,配成总角动量为0和2的对,称为“相干对”。后来他们又进一步把这种相干结构扩展到三个和四个粒子相干的集团,成功地描述了16O附件的轻核结构,发表了《一个具有等间隔能谱的费米系统》和《原子核在短程力下的相干效应》等居于国际前沿的研究成果,和颇具盛名的日本核物理学家A. Arima后来发展的相互作用波色子模型十分相似,从物理图像和数学表达形式上都毫不逊色。
      1959年暑假,于敏所在的原子核理论小组与北京大学物理系核理论组在成都举办了一期原子核理论培训班,由于敏和北京大学的杨立铭教授担任主讲,两人各讲一半。后来出版社将他们的讲稿编成书,取名《原子核理论讲义》,署名夏蓉(取夏天在“蓉城”成都之意)。该书成了我国第一部原子核理论专著,也是其后二十多年里唯一出版的一部原子核理论教材。
      钱三强院士曾高度评价于敏在核物理理论方面的工作,说“于敏填补了我国原子核理论的空白”。彭桓武院士认为:“于敏的工作完全靠自己,没有名师,因为当时国内没有人会原子核理论,他是开创性的,是出类拔萃的人,是国际一流科学家。”日本物理学家、诺贝尔物理学奖获得者朝永振一朗称于敏为“中国土专家一号”。丹麦物理学家、诺贝尔物理学奖获得者A.玻尔称赞他出类拔萃。
氢弹理论研究的先行者
      1961年1月12日,正当于敏和同事在讨论原子核结构的理论研究下一步工作时,钱三强把于敏叫到他的办公室,非常严肃地对他说:“经所里研究,并报请上级批准,决定让你作为副组长领导和参加‘轻核理论组’参加氢弹理论的预先研究工作”。
      谈话中钱三强告诉他,我国在突破原子弹之后,将要开展氢弹研究,氢弹虽以原子弹为基础,但其理论基础和材料结构等必定比原子弹复杂得多,“现在调你参加,增强力量。”
      时年34岁的于敏,带领他的原子核理论研究小组正处在有可能取得更大成果的关键时刻,却面临着“转行”。
于敏回忆说:“我毫不犹豫地表示服从分配。决心停下手头原子核理论基础研究,全力以赴转而摸索氢弹原理。钱先生的这次谈话。改变了我从事基础研究的夙愿,成为我终身奉献核武器研制的开始。”
      于敏调入轻核理论组后任副组长。他深知这项工作的重要意义。他说:“核武器是一种保障国家安全的手段。作为一个年轻的大国,中国不能没有自己的核力量,我愿为国家和民族的事业献出自己的一切。”这种朴素诚挚的爱国心,一直是他的精神动力。为了尽快研制出中国自己的氢弹,于敏废寝忘食,昼夜苦读。很快,他进入了“角色”,显示出杰出的才能。
      于敏“善于抓主要矛盾”去解决问题的特点得到发挥,他的“物理的直观”是极其明晰而深入的。在一些复杂纷乱的现象中,于敏总能理出头绪,找出物理上的原因,从复杂的计算中找出其中的物理内容,使认识有所前进。他不断地发掘问题,提出问题,分析问题,解决问题。他和黄祖洽、何祚庥一起,领导“轻核理论组”,4年中做了大量研究工作。内容包括氢弹中多种物理过程的探讨和研究,氢弹作用原理和可能结构方面的探索等。后来的氢弹理论发展说明,他们发现的一些物理现象规律和机制是可靠的,所做的工作是氢弹理论探索初期必需的。
领军突破氢弹原理,创造世界最快速度
      国际上,真正意义上的战略核武器都是指氢弹。在原子弹突破后,我国也面临突破氢弹的迫切需求。然而,氢弹设计远比原子弹复杂,美、苏两大国对与氢弹相关的信息都绝对保密。
      1965年1月,黄祖洽、于敏等原子能研究所“轻核理论组”的30余位科研人员携带着预先探索研究的所有成果和资料,来到了九院理论部,与我国核武器研究主战场汇合。于敏被任命为理论部副主任。
为了突破氢弹原理,理论部分兵作战,多路探索。邓稼先、周光召、于敏、黄祖洽等部主任,带领有关研究室的人员分别攻关夺隘。
      氢弹原理的探索工作展开之际,周恩来总理在第三届全国人民代表大会第一次会议上的政府工作报告中提出了工业、农业、国防和科学技术四个现代化的宏伟目标,从而大大激励了科研人员攀登氢弹高峰的勇气和信心。
于敏提出了氢弹设计某个原理,率领的攻关小组设计并计算了某个模型。与此同时周光召率领另一组精兵强将设计并计算另一种模型。
      有一次,两个攻关小组进行交流研讨,吸引了众多同志。整个会议室座无虚席,墙边也站满了人,许多人不得不站到了门外。会议的气氛十分热烈,双方对问题的讨论越来越深入,不时激发出新的思路火花。
当时,理论部的学术民主气氛是相当浓厚的。为了提高科研人员的业务水平,活跃学术思想,理论部经常举办等离子体物理、二维计算方法等各种问题研讨班,组织专题学术报告会。那时,大家的学术思想非常活跃,几乎每周都要召开的学术讨论会叫“鸣放会”,在会上,彭桓武这样的大科学家,邓稼先、周光召、黄祖洽、于敏等部主任,或者年轻科研人员,不论资格,人人都有发言权。
      已经成名的专家与刚出校门的大学毕业生,自然有知识与经验的差别,但是,在氢弹的秘密面前,大家都是平等的,谁也不知道氢弹究竟怎么设计。不论谁有了新的想法,都可以登台一抒己见,畅所欲言。有不同的意见就展开讨论,一场争论下来,虽然面红耳赤,但谁说的对,就听谁的,彼此都从中得到启发。许多好的想法,就是在你一言我一语的讨论中产生出来的。
      1965年9月份,作为理论部业务领导,于敏率领13室的部分队伍去上海出差,任务是利用J501计算机(每秒5万次)完成XX型原子弹优化设计,9月27日抵达上海,在随后的3个多月时间里,于敏带领科研队伍,群策群力,实现了氢弹原理的突破—此为核武器研究史上著名的“百日会战”。
      于敏从众多的计算模型中挑出几个用不同核材料设计的模型,进行了深入细致的系统分析。10月13日,他开始了持续约两周的一系列报告。他将氢弹物理过程分为若干阶段,并对每一阶段进行分析,然后从复杂现象抓物理本质,归纳出热核聚变所必需的基本条件,厘清氢弹原理背后的高能量密度物理现象机制和辐射流体动力学、核反应和中子物理过程等。他带领这支队伍,经过计算和研究,攻克了实现氢弹自持热核燃烧的关键,通过过程分解和物理现象分析,形成了从原理、材料到结构完整的物理方案。
      于敏在回忆中说:“首先试算了两个模型得到十分满意的结果,继续进行系统工作,发现了一批重要的物理现象和规律,通过这段工作形成了一套从原理到构型基本完整的物理方案,大家兴奋心情难以描述。”
      1966年12月28日,中国进行了氢弹原理试验,这是一次完美的试验,试验结果证明,我国已在短时间内独立掌握了氢弹原理。5个多月后,1967年6月17,沉寂的戈壁大漠上空,瞬时升起了一颗极为神奇壮观的“太阳”,中国第一颗氢弹试验圆满成功!
      从第一次原子弹爆炸到氢弹,美国用了87个月,苏联用了75个月,英国用了66个月,法国用了102个月,而我国仅仅用了26个月。中国的速度是世界上最快的。
      氢弹爆炸成功后,立即又面临着如何装备部队的问题,于敏与邓稼先、周光召、黄祖洽等理论部领导一起,根据国家发展核武器的方针,带领科研队伍完成了核装置的理论设计,在优化核武器性能方面做出了很多改进。经过冷、热试验,证实了理论设计是成功的。作为第一完成人的“氢弹突破和武器化”工作,荣获1985年度国家科学技术进步奖特等奖。
      朱光亚院士认为:“于敏组织领导的小组率先发现了实现氢弹自持热核燃烧的关键,找到了突破氢弹的技术途径,形成了从原理、材料到构型的完整的物理方案,于敏在其中发挥了关键作用。”
呕心沥血小型化,二代武器壮中华
      第一代核武器尺寸和重量较大,要与导弹适配,核装置还必须高比威力并小型化,发展第二代核武器。
上世纪80年代初,于敏被任命为核武器研究院副院长兼核武器理论研究所所长,作为技术负责人,他发挥了两个至关重要的作用,一是决策,而且这种决策作用,没有强大的理论功底、没有缜密的思维能力、没有大家的信任是担当不了这个角色的。二是把关。特别是关键问题上,把关、分解、制定方案,对一些困难的问题,进行指导并且跟大家一起做具体研究。他对于数值模拟的结果要分析,对于实验的结果也要认识。在面对一些极为复杂的物理现象时,于敏能从不同角度提出多个实验课题,要求一次实验能同时测量多个物理量,进行综合研究,从中寻找出该现象的内在规律和形成机理。
      于敏带领大家反复讨论、谨慎选择技术途径,主持研究并解决了一系列的关键问题,试算了许多物理模型。分析其中的利害并作出研判,终于发现了一条新的改进初级的技术途径,经过试验,证明经过谨慎选择的技术途径是正确的。并提出了加大两个关键环节设计裕量的具体措施,为我国第二代核武器的研制奠定了可靠基础。作为第二完成人荣获1987年度国家科学技术进步奖特等奖。
      后来,根据实际需要,又选择了另外的技术途径,大幅度提高了比当量,为次级研制奠定基础。于敏领导和组织科研队伍实现了一次又一次的突破,把我国的核武器推向了新的发展阶段。
于敏是中子弹理论研究与设计的主要领导人和参加者,他非常清楚,中子弹的物理过程比之过去的热核武器有自己明显的的特征。他深入实际,直接掌握第一手资料,深刻分析了中子弹特殊的物理过程,提出了中子弹的设计指标,归纳了设计中要解决的几个主要环节,指出了可能的设计途径。
      在设计过程中,他不但向设计人员指出了设计中要掌握住哪些重要物理量,而且定量地提出了一个重要的特征量应当达到的具体数值,要求这个物理量在理论设计中必须留有充分的余量。他在探索氢弹原理时所建立的一些基本理论,经过继续发展和在计算机上建立模拟计算程序,在中子弹设计中发挥了重要作用。为我国中子弹研制和定型奠定了坚实基础。
     中子弹试验于1988年获得圆满成功,取得了我国核武器发展史上继原子弹、氢弹和二代武器以后的又一次重大突破。作为第一完成人的“中子弹装置的突破”工作,荣获1988年度国家科学技术进步奖特等奖。
审时度势,战略引领
     到20世纪80年代中期,我国的核武器不仅在初级小型化原理试验和中子弹原理试验取得了圆满成功,小型化核武器初级的研制取得了重大的决定性的进展,而且次级小型化的技术途径也已明确。邓稼先和于敏审时度势,对世界核武器科学技术发展趋势做了深刻分析,认为美国的核战斗部的设计水平已接近理论极限,他们为了保持自己的核优势,限制别人的发展,很可能会加快禁止核试验的谈判进程,遏制我国核武器的发展,而那个时候我国正处于突破第二代核武器优化设计的关键时刻,如果我们必须做的热试验还没有做完,该拿的数据还没拿到,核武器事业可能“功亏一篑”。
      1986年,由邓稼先和于敏口述,胡思得记录,以邓稼先和于敏的名义给中央递交报告,要求加快核试验,尽早完成我们要做的核试验,很快得到了上级领导和中央的批准。
      1992年美国做完了最后6次核试验后,果然向联合国大会提出进行全面禁止核试验的谈判。1996年,全面禁核试条约签署。
      正是邓稼先、于敏的建议书提前规划了我国核试验的部署,党中央做出果断决策,为我国争取了宝贵的10年热核试验时间,做完了必须做的热试验。该建议为提升我国核武器的水平,对保障我国大国地位的确立,推动核武器装备部队并形成战斗力发挥了非常重要的前瞻性作用。
      禁核试后,如何保持我国核武器可持续发展的能力?于敏提出了一定要把以往经验的东西上升到科学的高度,以精密实验室实验等几个方面支撑禁核试后武器研究的设想,该建议被采纳并演化为禁核试对策工程,至今仍然是   我国核武器事业发展的指导思想。
      我国惯性约束聚变和X光激光领域理论研究的开拓者
      于敏在肩负核武器研制重担的同时,也开始注意国际上的惯性约束聚变研究。
      上世纪70年代初国际上公开讨论的只是直接驱动惯性约束聚变,他就独立地提出并设计了黑腔靶,指出间接驱动是用惯性约束聚变进行核武器物理研究的主要技术途径。和王淦昌一起规划组织了LF-12号装置上的间接驱动内爆出中子实验研究,实现了间接驱动内爆出中子。这与后来美国解密后发表的间接驱动惯性约束聚变如出一辙,原理和结构均与之类似。
      为了加快我国惯性约束聚变研究的步伐,于敏与王淦昌、王大珩等共同提出了加速发展我国惯性约束聚变研究并列入国家863计划的建议。经过深思熟虑,他提出了我国惯性约束聚变研究的“目标明确、规模经济、技术先进、物理精密、道路创新”20字方针。提出了“性质相同、量上逼近”的技术思路。编写了《等离子体动力学理论讲义》、《等离子体粒子云方法讲义》等讲义,引领、组织并培养研究队伍,推动了我国在这些高技术领域的发展。
基础理论做贡献
      于敏在推动核武器相关基础理论的发展方面也做出了杰出贡献。在内爆动力学方面,揭示了武器核反应内爆过程的运动规律;在辐射输运及辐射流体力学方面,对辐射与物质的相互作用、辐射与物质之间的驰豫过程、辐射波与冲击波的传播规律等问题进行了深入研究。在数值计算方法及数理方程方面,建立了反映武器中极其复杂的运动规律的偏微分方程组及其近似计算方法。这些核武器理论科学研究,从多个角度揭示了核武器动作过程的内在规律,为我国氢弹的爆炸成功,为我国第一代核武器的设计定型,为第二代核武器的研制奠定了理论基础。作为第四完成人的“原子弹氢弹设计原理中的物理力学数学理论问题”研究,荣获1982年度国家自然科学奖一等奖。
毕生奉献、学界楷模
      于敏推动形成了独具特色且行之有效的治学方法和“不但知其然,而且力求做到知其所以然”的优良作风,这也是我国核武器事业能够不断高效发展的重要原因。注重团队建设和年轻人的培养,毫无保留地把自己的知识和经验传授给大家(许多核武器战线的科研人员都自称是他的学生),对树立良好的学术风尚起到了正确的引导和示范作用。他为培养核武器理论研究和国防高技术研究队伍发挥了无可替代的作用。他也是理论联系实际的楷模,他对实验的了解常使从事试验工作的同志叹服,他提出的核测试建议对推动测试技术的发展也发挥了重要作用。
于敏不但是一位杰出的科学家,而且品德高尚。他对工作严肃认真、实事求是、坚持科学精神。他严于律己,淡泊名利,对国家、民族的事业总是满怀热忱,有极高的责任感。他的治学方法与治学精神对周围的科研队伍具有重要的潜移默化的影响。他经常告诫大家:“我们的工作好坏,直接影响着国家的安危。只要有一个数据出错,就会给国家造成巨大损失。因此,我们的工作要做细致,做扎实。”
      于敏是一位忠于祖国、无私奉献、文理兼修、具有深厚人文素养的科学家,为我国核武器事业作出了不可磨灭的历史性贡献。
      周光召院士称他“毕生奉献、学界楷模”,陈能宽院士称他“敬业奉献、风高范远”。
      于敏说:“我们国家没有自己的核力量,就不能有真正的独立。面对这样庞大的题目,我不能有另一种选择。一个人的名字,早晚是要没有的。能把微薄的力量融进祖国的强盛之中,便足以自慰了。”(作者:中物院九所  李绍孟)
 
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