萨哈罗夫

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本馆由[ 孝行天下 ]创建于2010年08月11日

苏联“氢弹之父”

发布时间:2010-08-11 10:58:43      发布人: 孝行天下
 在苏联的科学史上,萨哈罗夫是一个很有影响的人物,他既有着科学工作者的求实精神,又有着社会活动家的强烈社会责任感。有人说,这是一个学者型的社会活动家,也有人说,这是一个社会活动家型的学者。不管怎么说,都说明了一样的事实:萨哈罗夫的毕生活动包含了两大方面:科学和社会活动。

    1921年5月21日萨哈罗夫出生在俄国一个相当殷实的知识分子家庭。他的父亲德米特里·伊万诺维奇·萨哈罗夫(1889-1961)是莫斯科列宁师范学院的教授,负责编撰了许多科普读物,在数学、物理和音乐方面造诣颇深。母亲叶卡捷琳娜·阿列科塞耶芙娜出身于贵族家庭,萨哈罗夫不仅仅继承了母亲的外貌特征,也继承了母亲的性格特点:顽强但不爱交际。

    萨哈罗夫的童年是在莫斯科的一个大杂院度过的,根据他后来的回忆,他的家井井有条,充满了互助的和谐气氛。上学的前5年,他是在家里念的书,这使他养成了不愿交际的性格,对此,萨哈罗夫曾在几十年后仍然感到遗憾。

    萨哈罗夫在父亲的指导下,潜心钻研物理,1938年他考入莫斯科大学物理系。1941年卫国战争开始后,大批青年学生应征入伍,萨哈罗夫由于没有通过身体检查而与莫斯科大学一起转到阿什哈巴德。1942年他以优异成绩于莫斯科大学物理系毕业,当时校方建议他留校继续深造,但是他拒绝了,他被原子武器人民委员会派到乌里扬诺夫市的一个国防工厂。刚刚过20岁的萨哈罗夫表现出了发明的才能。在战争时期他曾经发明并完善了穿甲弹质量监督的方法,他所发明的方法被选入到中学课本称为“萨哈罗夫方法”。

    1943-1944年,萨哈罗夫独立完成了一系列科学著述,并将这些著述寄给了列别杰夫物理研究所的所长塔姆(Тамм Игорь Евгеньевич,1958年诺贝尔物理学奖得主)。塔姆非常赞赏这个年轻人的独特思想,决定培养这个非常有前途的年轻人。1945年1月,萨哈罗夫来到列别杰夫物理研究所进行研究生入学考试,之后他被录取为该研究所的研究生,他的指导教师就是塔姆院士。

    他在这里学习非常勤奋,1947年,他在26岁时获得了数学物理科学博士学位。当时二战结束刚刚过去两年,饱经外国侵略战争之苦的苏联迫切需要强大的国防力量。美国在1952年已经造出了氢弹,这无疑对苏联是一个极大的威胁,打破美国的核垄断,造出自己的氢弹,是苏联的当务之急。正是在这种社会背景下,1948年根据苏联建设部委员会的决定萨哈罗夫被吸收为研究制造核武器的成员。萨哈罗夫与他的导师塔姆肩负着共同的使命,在极其保密的环境下制造氢弹,为苏联的核军事力量的崛起而工作。

    制造氢弹是一个极为复杂的工程。大多数科学家很难摆脱固有的思维,总是对原有的技术和工艺进行某种补充,没有根本性的突破。就在事情毫无进展的时候,萨哈罗夫有了创新的想法,对此,哈礼通(Харитон Юлий Борисович)院士后来回忆到:“我记得有一次,我们三、四个人站在黑板前,萨哈罗夫向我们阐述了磁波爆炸的思想,这是极富创新的思想。尽管他自己当时也并不是完全清楚,但是可以看出,他的想法离具体的方案更加前进了一步,我们的物理学家们很快将他的想法变成了现实。”很快萨哈罗夫提出了自己的氢弹方案,在普通核装置的周围设几层氘和铀,这样在核装置爆炸时电离铀可以从根本上提高氘的密度,加大热核反应的速度,并且在快中子的作用下开始分离。这是他的最初想法,即氘的电离压缩,后来,金兹布尔格又对这种想法进行了丰富――使用锂-6,在锂-6的慢中子的作用下,形成了氚――一种很积极的热核燃料。正是有了这些思想,1950年春天塔姆的研究小组全部到了试验场地萨洛夫市的一个秘密核试验基地,全力以赴地投入到研制氢弹的工作中。

    1953年8月12日苏联的第一枚氢弹试验成功。这种氢弹比美国研制的氢弹更具实战价值,氢弹结构更为轻巧简单,而且更加有效。不久,美国人迎头赶上,于1954年春天连续3 次成功地爆炸了以氘化锂为聚变材料的氢弹。

    虽然萨哈罗夫仅仅是一个普通的研究人员,但是在氢弹的整个研制过程中,他的思路起到了决定作用。难怪时年50岁的库尔恰托夫(Курчатов Игорь Васильевич )院士毕恭毕敬地对年仅32岁的萨哈罗夫鞠了一躬说:“谢谢你,国家的救星!”在萨哈罗夫被接收为苏联科学院院士的会议上,作为介绍人库尔恰托夫说:“萨哈罗夫为苏联国防所作的贡献比我们在座的所有人都要多。”萨哈罗夫毫无争议地被选为苏联科学院院士,并被誉为“苏联氢弹之父”。后来他接连3次被授予社会主义劳动英雄称号,1953年获得苏联国家奖金,1956年获得列宁奖金。萨哈罗夫犹如科学界的一颗明星,他为祖国争光,祖国以他为自豪。

    对于自己参与制造氢弹,萨哈罗夫后来写到:“当时我们都坚信,制造原子弹,再造氢弹,这是确保世界力量平衡所必须的。只有这样,我们国家才能稳定地发展,不至于受到其他国家的遏制。我直到现在仍然认为,我们制造这种武器给人类的正义事业带来了喘息机会。”[1]在美国拥有原子弹的初期,报纸上曾经登过一条消息:美国要用原子弹战胜俄罗斯,要根除共产主义。因此,拥有自己的尖端武器,在战略上保持平衡是苏联当时最迫切也是最现实的任务,是当时唯一的选择。

    萨哈罗夫的事业是成功的,成功的个人因素在于他的天资和勤奋,在于他强烈的责任感。他以振兴祖国的国防事业为己任,这个时期他的愿望与苏联当局的想法是一致的,那就是把苏联建设成为一个军事强国,无论在精神上还是在物质上他都得到了来自国家的强大支持。在很长一段时间内,萨哈罗夫为自己祖国能够拥有可以和美国抗衡的巨大的核威慑能力而感到欣慰。他坚信他的工作给苏联人民和整个人类带来益处。萨哈罗夫成功的社会因素在于国家将科学技术特别是国防科学技术作为优先发展方向,国家需要科学,需要科学家。国家为科学的发展提供了足够的条件,对科学组织和个人都给予非常的关注,对他们的科学成就给予巨大的物质奖励,根据萨哈罗夫回忆录记载,社会主义劳动英雄的奖金高达50万卢布(当时一个美元抵不上一个卢布),而萨哈罗夫曾经三次获得社会主义劳动英雄称号。

    萨哈罗夫不仅是“氢弹之父”,在基础物理研究方面的贡献也是卓越的。

    无论是原子弹还是氢弹,其威力无疑是巨大的和破坏性的,但是如果将原子中蕴藏的巨大能量用于和平目的对人类来说将是一大飞跃。这正是科学家思考的问题。原子弹和氢弹中的巨大能量是在瞬间释放出来的,而要作为常规能源使用,就必须实现可控制的核裂变和核聚变。对于核裂变来说,控制起来相对容易一些,核裂变在工业上已经开始运用,但能用来产生核裂变的铀等重金属元素含量极为稀少,而且产生的核废料在很长时间里对人类和环境都将产生负面的影响。

    根据核聚变产生的机理,要实现可控制的核聚变是异常困难的。带有正电的两个原子核聚到一起相互排斥,只有当它们之间互相接近的距离达到万亿分之三毫米时,核力才能将它们聚到一起。从而释放出巨大能量。同时,要想使它们作为一种常规的能源,又不能让它们频繁相聚,这就需要一个“可控制”的装置。如何做到“可控制”,在当时是一个巨大的难题。

    20世纪50年代初,萨哈罗夫与塔姆共同提出了“磁约束”的概念,“磁约束”向“可控制”迈进了一步,在今天,更成为受控热核聚变研究的主要途径。正是在这个基础上,苏联于1954年建成了第一个磁约束装置,这个外形像面包圈的环形容器被命名为托卡马克(tokamak)。托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写,又称环流器,这是一个由封闭磁场组成的容器,带电的等离子体被约束其中。所谓等离子体,就是在一般物质到达10万度时,原子中的电子脱离了原子核的束缚,从而形成等离子体。等离子体是由带正电的原子核和带负电的电子组成的物质状态,整体是电中性的。在磁场中,它们的每个粒子都是显电性的,带电粒子会沿磁力线做螺旋式运动,所以等离子体就这样被约束在这种环形的磁场中。这种环形的磁场又叫磁瓶或磁笼,不怕高温,它可以把炙热的等离子体托举在空中[2]

    正是有了这个基础,后来全世界的核聚变研究都开始集中在托卡马克方向上。

    萨哈罗夫也曾经涉足过宇宙学研究,还研究过夸克理论,并试图提出量子引力理论。他还思考大爆炸以前发生过什么,也相信宇宙无限重复的思想。萨哈罗夫在宇宙学方面的最重要的贡献无疑是他对重子不对称性的独到的研究。

    重子不对称性表现在我们宇宙中的物质是重子形态,而非物质和反物质的等量混合物。萨哈罗夫认为,物理定律有微小的不对称性,即在大爆炸的条件下,大约每形成10亿个反重子可以形成10亿零一个重子。我们就是由这些没有被湮灭的10亿分之一的粒子构成的;其余的(连同全部反粒子)都变成了背景辐射[3]

    可以说,萨哈罗夫的很多思想都超越了他所处的那个时代,当然这也可能是他的这些思想难以深入下去的原因之一。但无论如何,在当时,仅仅在基础物理方面,萨哈罗夫的贡献也已经堪称卓越了。

    萨哈罗夫在1962年的2-3月份在连续的核试验之后,第三次被授予社会主义劳动英雄的称号。在宴会上,萨哈罗夫被安排在最尊贵的位置――坐在赫鲁晓夫和勃列日涅夫的中间。应该说,当时萨哈罗夫正处在事业的巅峰,正值科学的出彩时期,他的前途是难以估量的。在他通往国防科学的道路上铺满了鲜花,如果他继续沿着这条路走下去的话,诺贝尔物理奖的名单上或许会出现他的名字。


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