【我的美篇】忆我与我国核工业的一小段情缘（2021-12修订版）

邬显义

本文介绍六十年代我们三个不到30岁的年轻人，对原子能一窍不通的臭皮匠，在沒有任何一点点参考资料，沒有电脑，没有互联网的情况下，白手起家，研制出非常奇特的在原子反应堆里工作的“特种蠕变试验机”的经历。

一，引子（1）

1964年10月，我国成功爆炸第一颗原子弹。1967年6月，我国又成功爆炸第一颗氢弹，两者相隔二年八个月。这两件都是惊天动地的大事。

氢弹爆炸图。

一般人可能不清楚，原子弹与氢弹是完全不同的两种技术。原子弹是原子”核裂变”产生巨大的能量，而氢弹是“核聚变”，两者机理完全不同。

原子弹的炸药是铀235和钚239，它们有一个“临界质量”，它们放在一起的质量（也就是重量）达到“临界质量”时，瞬间就会引起不可控的核爆炸。所以平时只能做成小于“临界质量”的一小块一小块分开存放。制造原子弹时，也是一小块一小块小包装分隔好装进炸弹里，其总量大于“临界质量”，再放入一个普通炸药做的雷管，当引爆雷管后，把核炸药的小包装炸坏，几个小包装的核炸药混在一起，就达到了“临界质量”，瞬间产生核爆炸，这是原子弹爆炸的过程。

氢弹则与此完全不同，其原料是很轻的氘和氚。

当它们的环境温度达到二千万度时，它们的原子核会产生聚合反应，爆炸后中心温度会达到100亿℃，是太阳中心温度的一千倍。其威力可想而知。

所以氢弹的爆炸过程是：普通炸药引爆原子弹，原子弹爆炸产生的高温又引爆氢弹，氢弹爆炸时产生的高温高压和强大的中子流又会使原子弹炸药爆炸更充分。

由此可以理解了，要想爆炸氢弹成功，首先要掌握原子弹爆炸技术。如果不能引爆原子弹，氢弹就引爆不了。

两者威力差多少？氢弹的爆炸威力比原子弹大一百倍以上。

这是中国第一个氢弹的照片。它不是放在钢架上引爆的，而是用飞机空投的。它的长度比人高。弹尾有降落伞，让它缓缓下降，在它下降的过程中，投弹飞机要以最快速度逃离爆炸现场，否则飞机和驾驶员会同归于尽。

二，引子（2）

在介绍我们研制的“特种蠕变试验机”之前，先解释两个名词。

1，蠕变

从字面解释就是缓慢的变化。

蠕变现象在日常生活中常常可以见到，例如橡皮筋捆东西捆得很紧，时间长了解下来时会很松。

松紧带也有这个现象。

凉衣绳新装的时候拉得很紧很直，过一段时间中间就塌下来了，变得很松，这就是绳子或铁丝蠕变伸长所致。

工业上很多场合蠕变是一个必须充分认识和重视的技术参数。有的大桥由钢梁构成，其中有的钢梁成年累月承受着巨大的拉力，时间长了，钢梁伸长了，桥梁中间就会下塌。有的大桥是悬索桥，也是存在同样问题。这个变化时间是按“年”计算的。

飞机上的喷气式发动机中有涡轮转子，叶片每分钟要旋转上万转，受到的离心力非常大，叶片会越甩越长，伸长到一定时候，就会与发动机内壁相刮，那就会机毁人亡。这是按”小时”计算的。

这是一个很矛盾的问题，出厂时，留的间隙大，（这会造成漏气），气输出功率就小，但是工作寿命就长。所以就要求我们提供“蠕变试验机”来测定这种材料的蠕变参数，在这样高的温度下，受这么大的离心力，他的变形随时间会怎么变化，第一个小时伸长多少，第二个小时伸长多少……画出”蠕变曲线”来，提供给设计人员。

从蠕变曲线可以看到，负载刚加上的半小时到一小时内，蠕变速度特别快，经过几十个小时后，慢慢变成一条直线，也就是以恒定速度增长。

2，蠕变试验机

顾名思义就是测量材料蠕变特性的试验机。从技术上来说，就是”对试样施加恒定的载荷，测量试样长度与时间的关系。”

它的试样一般呈哑铃状，两头的大脑袋有螺纹，拧在试验机上下夹头上。中间细的部分（小手指那么粗），划了两条标记线，试验过程中测量两条线距离的变化，这就是蠕变量。有的场合沒有办法测量划线的距离（例如高温环境下看不训线），就测量上下夹头距离的变化。

此外还有主机（机架），加荷机构（一般是杠杆加砝码），试样变形测量系统，有的还有高温环境箱等。

大桥钢梁，钢索都只在常温下测量。

大家都知道，材料的温度越高，材质就越软。汽轮发电机组（一台汽轮机带动一台发电机转动）的涡轮机转子叶片在高压蒸汽环境下工作，就要在几百度下做试验。汽轮发电机组要求启动后连续工作30年不停车，所以测量蠕变的试验时间也是要长时间的数据。

飞机喷气发动机转子的工作环境要上千度（电视上可以看到喷口里面白亮白亮的，那就是一千多度了），但是六十年代，空军部队告诉我们，为了安全起见，发动机工作一百小时，不论好坏，都要拆下来换新的。所以我们的蠕变试验机只要有一百小时试验数据就可以。现在过去五十多年了，发动机肯定不是这水平了。

这种上千度的试验机肯定都要在真空环境下试验，否则试样表面很快就会氧化腐蚀。

所以蠕变试验机除了载荷大小不同之外，还有常温，中温，高温，超高温之分。

还有大气环境，真空，充保护气之分。

还有短时蠕变和长时蠕变之分。

还有单头蠕变和多头蠕变之分（一个主机上同时试验几个试样）。

这典型的高温蠕变试验机。

这是准备出厂的蠕变试验机。因为蠕变需要长时间测量，不同温度，不同载荷，才能全面掌握某种材料的蠕变规律。所以一个蠕变试验室都是几十台试验机同时日夜不停工作。

三，正题

正题是“特种蠕变试验机”。看完上面两个引子，再来了解这台特殊的试验机就比较容易了。

1966年底（也就是我国原子弹爆炸两年后），上级给我们所下达一个“军工课题”。当年被称为“军工课题”的肯定是与国防有关的项目。具体就是要做一台能在原子反应堆里做试验的蠕变试验机。开始时具体技术要求我们一概不知道，对”原子反应堆”也只是听到过这个名，是一个带有非常神秘色彩的名词。

当年叫得最响的口号是最高指示：“备战、备荒、为人民！”。“要准备打仗！”。当时全国人民是同仇敌忾，意气高昂。所以听说上级布置下来军工项目，先不问具体内容，不考虑有没有能力，能不能干出来，就先向上级表态：能干！

然后，“中国原子能研究所”派人来交代具体要求了：要求我们研制一台蠕变试验机，整台试验机装在一个直径150mm粗（手臂那么粗）的一根不锈钢管内，插入到原子反应堆里接受强中子辐射，测量某种材料在这种条件下的蠕变量。

第一次听到要做这样的蠕变试验机时，我们共同的反应是：天啊！要把大立柜大小的试验机压缩到手臂大小？真是异想天开！这绝对做不到！我们也不是孙悟空！

但是当年的人思想觉悟非常高，说是“研究原子弹要这数据”，再困难也得干！没有讨价还价的余地

听完来人介绍，我们“干不了”更说不出口了，原来我国两年前原子弹爆炸成功，那才是刚开始走出第一步，实际上对核能的很多机理了解得十分浮浅，今后有大量工作要做深做细，其中一个是研究工作需要知道某些材料在强中子辐射环境下的蠕变特性，怎么获得这种环境？只有在原子反应堆里。原子反应堆什么样的？来人解释，这是一个圆柱状大容器，有许多带管的孔，东西从管子里吊放进去，有的是核燃料棒（铀235，钚269等），有的是控制反应速度的石墨棒等等，我们的蠕变试验机做好了也从这里吊放进去，在强放射线环境下做测试，所以只能做得这么大，沒有其它办法。

当年有关核技术的资料，老外对我国是绝对严密封锁的，苏联于1960年撤走全部专家，成为我们的对立面，所以一切工作都要靠我们中国人自己来做。

我们研究所商量结果是，这项任务不论困难有多大，肯定要接下来，全国“试验机研究所”只有我们独此一家，如果我们不干，你让他们找谁去干？所以我们责无旁贷，沒有任何推脱的权利。要做到沒有条件创造条件也要上！

所里马上成立了课题组，因为东西不大，所以只有三个人，罗某某任课题负责人，参加人有张某某和我，他们两人搞机械设计，我负责变形测量（后来还有力值自动控制）。

所领导选中我参加，而且负责非常关键的部分，我觉得受宠若惊，因为这是一个“机密”级的军工项目，当年满街都是“老子英雄儿好汉，老子反动儿混蛋！”，选上我这个黑五类子女，我感觉到光荣，我暗暗发誓，一定要全力以赴，尽心尽力工作，来回报领导对我的信任。

这个蓝色大罐里就是核反应堆。外面还有钢筋混凝土。我们看今天各地的核电站照片，都能看到这样的大罐。

当年还沒有电脑，沒有互联网，科技资料受老外严密封锁，没有任何参考资料，只能靠自己动脑子解决。

课题组成立之后，第一步要考虑总体方案，体积这么小，当然不能用大立柱机架和杠杆砝码了。最后决定采用对波纹管加高压气产生力，变形测量采用“差动变压器”。这个方案可以把一个大立柜压缩成一个胳膊大小。

这就是波纹管，把两头封死，通入高压气体，两个封口块之间就会产生一个拉力，有如一个特殊形状的气球一样。

波纹管两个封口块的内端面中心钻一个螺丝孔，把试样拧上，再通入高压气，试样就受拉力了。气压越高，拉力越大。

“差动变压器”是一种测量长度变化的“位移传感器”，並不是变压器，它的工作原理与变压器相似，中段有一个初级线圈，两边两个次级线圈，轴线上有一段铁芯。当初级线圈接通交流电以后，通过铁芯耦合，两个次级线圈会分别感应出一个电压，如果铁芯在正中间对称位置，两个次级线圈感应出来的电压大小完全一样。如果铁芯向一端移动，则一个线圈电压增高，另一个减小，把两个次级串联起来，就可以得到它们的差值。铁芯移动越大，差值也越大，所以叫差动变压器。我们先把差动变压器放在一台标准仪器上测得位移与差动电压的对应曲线，使用时就可以从测得的差动电压反推出铁芯的位移量。其灵敏度是可以测出头发丝直径1/50的变化。

这种传感器的优点是无磨擦力，所以无磨损，寿命无限长，特牲稳定，而且输出信号特别大，抗干扰能力强。

总体方案确定之后，画出一个方框图。这是一个简化以后的方框图，实际的方框图比这个复杂得多。

方框图里有一个后增加的大储气罐，这是考虑到反应堆里的环境温度变化很大（反应堆有时开满功率，有时开一部分），温度变化时，气体会热涨冷缩，造成波纹管产生的力大幅度上下波动，会使测得的数据不准。所以在堆外串联了几个大钢瓶，波纹管的容积很小，温度变化造成的气体体积变化可以被大钢瓶吸收淡化。

这是结构示意图。一个复杂的大立柜就变成这么简单的几个零件了，装在胳膊粗的管子里。但是麻雀虽小，五脏俱全，蠕变试验机的组成要素一个也不少：1，受拉力的试样，2，施加可控的恒定的负荷，3，可以精确测量试样的变形。

实际上还有测量试验温度的传感器（热电偶）和仪表。

确定方案只是纸上谈兵，把方案变成实物才是真刀真枪的战斗。

先说两个情况，1，在原子反应堆里，因为有非常强烈的中子流辐射，还有强伽马射线，所以有机物材料（含碳、氢元素）不能使用，例如塑料等，遭收轰击后会产生质变。

2，在中子流和伽马射线辐射下，一切材料都会发热（类似于微波炉环境），比重越高的发热越大，例如铜，会自身发热升温很高。比重小的升温就低，例如铝。

所以反应堆内用的材料要仔细选择。

钛合金现在民用产品也用得很多了，例如厨房用具，假牙的牙托等。它的比重比铝还轻，强度却比钢还高，筷子粗细的长杆，用双手弯不动。当年是非常稀有的东西，只在飞机上采用。

我们与航空部的621研究所（在北京郊区）来往很多，他们是专门研究航空材料的，（我们为他们研制专用的材料试验机），各种钛合金材料很多，于是我们的机架材料就选定用钛合金制造。

波纹管是仪表上使用的一种特殊器件，要用特殊的设备和模具才能制造出来。我们的兄弟单位“沈阳仪表工艺研究所”正好有一个研究室研制这种器件，当然不可能为我们一件产品制造一套专用模具，我们只能从它们的系列中选择一种适用的。

最困难的是差动变压器，我们传统的骨架是用夹布胶木或有机玻璃上车床加工的。但是这两种材料属于有机物，都不能在反应堆内使用。金属材料也不能用（影响电场分布），最后决定采用陶瓷做骨架。

大家可能不知道，瓷器的成份是三氧化二铝，用它的粉未做成泥团造好型，放到窑里烧到1350度，成为瓷器。燒结过程中，它会产生很大变形（收缩约10%），燒结以后非常坚硬，再想上机床加工是不行的，而我们的骨架又要求尺寸非常精确，与浙江省长兴县陶瓷厂的技术员商量后，决定燒结到1200度，也就是处于夹生的半烧结状态。这样烧结后变形不大，硬度也不高，可以上机床加工一下。就这样，陶瓷厂按我们的成品图纸做了一个尺寸放大的压模，压了20个泥胚，放到一个小窑里，烧到1200度。看到成品以后，我非常高兴，成品外观有点像石膏，有许多小细孔，很轻，但也不是一碰就碎的，外形还可以上车床车一刀，可以做得非常规矩。

下一个难题是漆包线，漆包线的芯是紫铜，比重非常大，发热厉害。而漆皮是有机物，不允许在反应堆里用。当年性能最好的叫“聚酰亚胺漆包线”也不适用。

当年还有一种耐高温线叫“陶瓷线”，就是在铜线外面沾一层很细的陶瓷粉末作为绝缘层，但是胶本身又是有机物，不允许使用。

怎么办？真是天无绝人之路，正好那时候国内大力推广一种“氧化膜铝线”，这种线的芯是纯铝，成本比铜低得多，绝缘层是三氧化二铝，就是把铝线从一个放满药水的大长槽子里通过一下，铝表面就发生化学反应生成一层氧化层“三氧化二铝”，也就是陶瓷层，绝缘性能非常好。当年推广在家庭里走线用和马路边上的电线杆上走明线用。不过现成的氧化膜铝线没有这么细的，我们要用的是直径0.1毫米（相当于两根头发丝粗细），市场上最细的2毫米。漆包线的铜丝加工方法是通过逐级缩小的圆孔一次又一次拉拔出来的，于是我到上海电磁线厂请他们给我拔0.1毫米的铝丝。拔铝丝与拔铜丝所用的速度完全不同，他们经过多次试验终于拔成了一卷。然后我又到浙江义乌一家生产氧化膜铝线的厂去请他们生成氧化膜，加工粗线的设备又经过改造，试验多次才成功了。

这样，漆包线问题终于解决了，我拿到了全国独一无二的一卷直径0.1毫米的氧化膜铝线。这是几个厂家全力配合的成果。（也可能是世界上唯一的）。

现在回想起来，那时候人的觉悟真是令人感动，我们出差去时，只要带的介绍信上写上“兹介绍我所邬显义同志前往贵处联系军工项目协作事宜”，到哪里都是受到热情接待，全力以赴帮助解决，没有碰到过“干不了，找别人去吧”，他们也从来不怀疑你说的是真话还是假话，从不细问具体用在什么地方，只问你有什么要求。为了一点点东西，设备要改造，要试验一一失败一一再试验，反复许多次，他们没有一丝怨言。而且也不讲价，有的象征性地收一点费用，有的说，这么一点东西，没法要钱。

一个又一个难题解决了，又出来一个新的难题，那就是差动变压器有6个线头要引到堆外控制室的仪表上去，几十米远，总不能用一碰就断的0.1毫米粗的铝丝直接引出吧，铝是不能用焊锡丝焊接的，因为铝表面氧化很快，与焊锡不沾。用螺钉压接也不行，因为丝太细，一压就断。后来想到一个办法，果然一试就灵，那就是在陶瓷骨架的一端开6个小槽，用“化学镀银”的工艺在槽里镀一层银，铝丝的引出头上也镀一小段银，再用锡焊接，引出线问题就解决了。引出线有一段是在反应堆里的，不能用一般的胶皮电线。于是用2毫米粗的铝线过渡一下，这段粗铝线套上一小段一小段陶瓷管作绝缘，引出到堆外一定距离再换成四氟乙烯电缆线。

其它如在堆外工作的差动变压器配套的测量仪表，气压测量控制等，对我们来说是熟门熟路的技术，没有碰到什么困难。

至此，技术问题全部解决了。

我们至今都不知道国外用的是什么方法。

后来的工作一帆风顺。试验，验收都是一次成功，我们提前完成任务，整机发送给原子能研究所使用。

交货一年后，用户告诉我们，设备入堆运行了，工作正常，数据也获得了，很有价值，这是我们国家自已掌握的第一手数据。

试想一下，1966年，我们新中国才成立十多年，接收的是一个烂摊子，经历了三年朝鲜战争，受到西方国家严厉的制裁和技术封锁，1960年苏联又反目为敌，撤走一切援助，中国如果不搞成原子弹氢弹，就只能挨打。我们掌握了氢弹，老外就不敢动手侵犯你，这对老外是一个威慑力量。

氢弹的爆炸成功是几个层次千万人共同努力的结果，像金字塔一样，塔尖是少数的理论专家，如邓稼先，钱三强，钱学森等。他们从理论上研究核爆炸的机理，核原料的制造，储存条件，引爆条件等。

第二层就是直接参与核心工作的工程技术人员，考虑怎样把理论上的东西转化为实际可行的东西，形成总体实施方案。

第三层就是参与其中一部分实施方案的具体执行者。他们每人只参与其中一小部分具体的工作。

第四层就是间接为实施方案服务的人员。我认为我就可以算这部分人，是为第三层人员服务的。

第五层就是为笫四层服务的人员，如陶瓷厂，电磁线厂，铝线厂的有关人员。他们可能不知道自己的工作是为氢弹服务的。

所以中国两弹一星的成功，是千千万万人共同努力的结果。俗话说“聚沙成塔”，我们就是其中的一粒沙子。

今天回想起来，我们三个不到三十岁的年轻人，从对原子一窍不通开始，在沒有一点一滴参考资料的情况下，开动脑筋，群策群力，把“不可能”变成了圆满完成任务。我们感到光荣和自豪。

该项目1978年获全国机械工业科学大会奖。这是十年文革后第一次对机械工业成果的检阅，同时规划今后的发展目标和路子。奖状不分等次，仅给单位，个人没有证书，也沒有奖金。

后来我们还为原子能研究制造过一台“全不锈钢遥控万能试验机”，也是为放射性材料服务的。整台试验机所有机械零件都是某种不锈钢制造的，包括机架，每一个轴承和螺丝钉，安装这台试验机的试验室四周的墙壁，天花板，地面也都用这种不锈钢覆盖得严严实实。因为试样是强核放射性材料，试验后周围环境全部被污染，要用强酸喷淋清洗后才能消除。试样的装卸都是操作员在另一个房间通过机械手操作的。

这台试验交付使用后，就没有任何消息了。这说明工作正常，如果不正常，肯定会来找你。

最后，我要特别悼念一位先烈。他是当年原子能研究所的研究员，是我认识的人中唯一一位在两弹一星第一线工作的科研人员，我们这个项目就是他提出要求立题的，也就是我们的直接用户。

他大约四十岁出头，他的面容、身材与记录片中的孙中山非常像，而且也姓孙，穿一套中山装，我真想问问他是不是孙中山的后代，但是我知道，这种人的身世，社会关係等都属于保密范围。

他到我们研究所来向我们详细介绍项目的用途，要求，进度，重要性。语言精炼，没有客套，没有废话，有一种高级科技人员的气质。后来我与他一起出差过一次，朝夕相处了几天，他随身带了两本厚厚的硬皮外文资料，一本是俄文，一本是英文，晚上看到半夜，早上我醒来又看到他在翻阅。

他沉默孤言，不苟言笑，也不跟你聊天(可能保密守则不允许他与外人聊天)，他总是双眉紧蹙，处于一种沉思谋虑的神态，我想，这大约是两弹一星一线人员普遍的精神状态吧。他对我只说过一句题外话: “年轻人，要努力!”，这也成了我后来常对年轻人说的话。

试验机交货大约一年多后，他给我们来过一封短信，告诉我们试验做完了，数据很有用。并对我们付出的努力表示感谢。他办事有始有终，尊重别人的劳动。

但是，几年后我向出差来所的他的同事打听他的近况时，他同事告诉我，他己经去世了，是心肌梗塞，大约是辛劳过度造成的(我怀疑与长期接触放射性材料有关)。留下一个妻子和孩子。国之英才! 却英年早逝! 可惜！

他是在两弹一星攻坚战中在最前线冲锋陷阵的勇士，这样的人中国有无数，他们是无名英雄，他们是真正的共和国脊梁，向他们致敬!