不久以前，我國(guó)和其他六個(gè)國(guó)家或地區(qū)正式簽訂了關(guān)于建造國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆的協(xié)議，標(biāo)志著我國(guó)的核聚變事業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新階段。這是我國(guó)科學(xué)界多少年來所盼望的結(jié)果，也顯示了我國(guó)聚變研究具有的實(shí)力。中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所全超導(dǎo)托卡馬克EAST的成功建成，也說明我國(guó)有能力參加這一國(guó)際合作項(xiàng)目，并將對(duì)我國(guó)聚變事業(yè)產(chǎn)生積極的效果。我國(guó)聚變研究這樣的良好局面的形成，也是聚變界多年來艱苦奮斗的結(jié)果。我們?cè)谶@里介紹一下可能不為很多人所知的，我國(guó)聚變研究的早期歷史。

我國(guó)聚變研究開始于1950年代，幾乎與國(guó)際上的進(jìn)展同步。從1950年代初期開始，美國(guó)、英國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)就積極進(jìn)行這方面的研究工作，以希望能在短時(shí)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)受控的聚變反應(yīng)，所以這些研究都處于保密狀態(tài)。但是他們很快認(rèn)識(shí)到這個(gè)目標(biāo)的困難程度，因而開始公布一些研究成果。

在這方面走在前面的是蘇聯(lián)。1956年，蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)表了箍縮實(shí)驗(yàn)的一些結(jié)果，引起了其他國(guó)家的重視和好評(píng)。其后，美、英等國(guó)也相繼發(fā)表了十幾篇論文，都是關(guān)于箍縮裝置的，包括英國(guó)很有名的ZETA裝置。

到了1958年，在日內(nèi)瓦召開的第二屆和平利用原子能國(guó)際會(huì)議上，這個(gè)研究領(lǐng)域就完全公開了。大會(huì)共發(fā)表了110篇有關(guān)聚變研究的論文，使聚變研究成為會(huì)議的中心議題。蘇聯(lián)人還在會(huì)上宣布建成在當(dāng)時(shí)規(guī)模很大的磁鏡裝置奧格拉(OΓPA)，并展示了他們編纂的四卷文集《等離子體物理與受控?zé)岷朔磻?yīng)問題》，得到大會(huì)的高度評(píng)價(jià)。在會(huì)后幾年，聚變研究迅速發(fā)展，大量相關(guān)文獻(xiàn)在期刊和會(huì)議錄上涌現(xiàn)。重點(diǎn)研究方向轉(zhuǎn)向高溫等離子體物理的一些重要基礎(chǔ)課題。

事實(shí)上，早在聚變文獻(xiàn)“解凍”之前，我國(guó)一些有遠(yuǎn)見卓識(shí)的科學(xué)家就密切注視著國(guó)際上聚變研究的進(jìn)展，考慮在我國(guó)開展相應(yīng)研究工作。1955年，在醞釀制定我國(guó)12年科學(xué)規(guī)劃的時(shí)候，錢三強(qiáng)(1913—1992)、李正武等科學(xué)家建議將核聚變研究列入這一規(guī)劃。次年，在《1956—1967年科學(xué)技術(shù)遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要(修正草案)》中，規(guī)定了12項(xiàng)科學(xué)研究重點(diǎn)。在第一項(xiàng)"原子能的和平利用“中，提到“進(jìn)行有關(guān)熱核反應(yīng)控制的研究”。

1957年，我國(guó)派北京大學(xué)的胡濟(jì)民(1919—1998)和原子能研究所的李正武參加了在威尼斯召開的第3屆氣體電離現(xiàn)象的國(guó)際會(huì)議。當(dāng)時(shí)在這系列的學(xué)術(shù)會(huì)議中，發(fā)表了一些關(guān)于高溫等離子體和聚變研究的報(bào)告。

一般認(rèn)為，我國(guó)真正開始進(jìn)行聚變研究的年份是1958年。根據(jù)報(bào)道，2008年召開的第22次國(guó)際聚變能大會(huì)將慶祝聚變研究的50周年。這一年也可算作我國(guó)聚變研究的50周年。

1958年，當(dāng)日內(nèi)瓦召開的第二屆和平利用原子能國(guó)際會(huì)議的消息和資料傳到中國(guó)的時(shí)候，中國(guó)科學(xué)院的一些研究所以及一些大學(xué)就開始自己的實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)，第二機(jī)械工業(yè)部正在擴(kuò)建原子能研究所，在位于房山的該所二部建成了一臺(tái)反應(yīng)堆和一臺(tái)回旋加速器，于1958年秋啟動(dòng)。當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)方面派中型工業(yè)部副部長(zhǎng)葉甫萊莫夫來華主持開堆儀式。接著又派駐我國(guó)二機(jī)部的科學(xué)顧問伏羅別堯夫，專門在原子能研究所的階梯教室作了一場(chǎng)介紹奧格拉裝置的報(bào)告。隨后，蘇聯(lián)政府又派著名的阿齊莫維奇院士來華，在中關(guān)村的“四不要禮堂”向中國(guó)科學(xué)院作了一場(chǎng)關(guān)于受控?zé)岷朔磻?yīng)的報(bào)告。

在日內(nèi)瓦會(huì)議的影響下，在蘇聯(lián)專家的幫助下，我國(guó)一些機(jī)構(gòu)開始了實(shí)質(zhì)性的聚變研究工作。

在二機(jī)部，由副部長(zhǎng)兼原子能研究所所長(zhǎng)錢三強(qiáng)親自帶頭，組建從事聚變研究的14室，當(dāng)時(shí)稱為14組。調(diào)副所長(zhǎng)梁超任組長(zhǎng)，調(diào)當(dāng)時(shí)已是研究員的王承書(1912—1994)、副研究員錢皋韻、忻賢杰(1924—1988)、左湖等四位專家籌建。后來，王承書和李正武先后擔(dān)任這一研究室主任。當(dāng)時(shí)先建立理論、實(shí)驗(yàn)、電氣、真空四個(gè)組，調(diào)集人員，籌集器材。一些所需專用器材如高速示波器、真空設(shè)備、高電壓設(shè)備、粒子探測(cè)儀器等，則發(fā)緊急訂貨單向蘇聯(lián)采購(gòu)。雖然聚變研究在國(guó)際上已解密，但在當(dāng)時(shí)中國(guó)，依然列為絕密項(xiàng)目。新參加該項(xiàng)工作的大學(xué)生須做保密宣誓。

1959年5月，原子能研究所的王承書、錢皋韻和厲斌方三人，根據(jù)中蘇兩所協(xié)議，被派往蘇聯(lián)莫斯科的庫(kù)爾恰托夫研究所，在阿齊莫維奇院士領(lǐng)導(dǎo)的聚變部訪問三個(gè)月。當(dāng)時(shí)王承書就在沙弗拉諾夫領(lǐng)導(dǎo)的理論組工作。錢皋韻在奧格拉組和另一個(gè)托卡馬克組工作。厲斌方分配至列寧格勒電物理設(shè)計(jì)院?；貋頃r(shí)，錢皋韻帶回了一些8 mm微波設(shè)備，是國(guó)內(nèi)毫米波診斷最早的物質(zhì)基礎(chǔ)。王承書則在回國(guó)的火車上用七天工夫翻譯了美國(guó)聚變計(jì)劃《雪伍德方案(Sherwood Project)》一書。

與此同時(shí)，錢三強(qiáng)在組織北京地區(qū)的協(xié)作，首先是組織學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)術(shù)骨干。

實(shí)驗(yàn)研究方面，在14室建室之初，設(shè)計(jì)建造了一臺(tái)Z箍縮裝置，命名為“雷公”，于1958年建成，儲(chǔ)能幾千焦耳，電容器是向軍隊(duì)緊急求助，從戰(zhàn)備物資中調(diào)用的。同期又建造了一臺(tái)有一定規(guī)模的脈沖壓縮磁鏡裝置“小龍”(當(dāng)時(shí)又稱“磁籠”)。這是我國(guó)第一臺(tái)非臺(tái)面聚變實(shí)驗(yàn)裝置，曾成功運(yùn)行幾年。圖1是該裝置的照片[1]。在放電管外的兩個(gè)大圓形線圈用于產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)磁鏡型磁場(chǎng)。緊靠放電管的是壓縮線圈，可產(chǎn)生11—16 kGs的脈沖磁場(chǎng)。等離子體由一臺(tái)同軸槍沿軸向注入。使用的診斷手段有光譜線多普勒位移測(cè)量、逆磁探針、微波干涉等。主要診斷結(jié)果為初始電子密度1.65×1013 cm-3，初始電子溫度5 eV，實(shí)現(xiàn)二維絕熱壓縮，推斷壓縮后離子溫度在200 eV以上。

圖1 磁鏡裝置“小龍”照片

到1960年代中期，開始建造仿星器裝置“凌云”。這種類型的裝置磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，當(dāng)時(shí)受計(jì)算能力的限制，無法用數(shù)字計(jì)算來設(shè)計(jì)，采用電阻網(wǎng)絡(luò)來模擬磁場(chǎng)位形，設(shè)計(jì)磁體。到1970年代初，磁體已制造成功，因?yàn)樵?4 室已遷往三線，故直接發(fā)往四川樂山，在那里進(jìn)行安裝。

該裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示[2]。它的放電管為跑道形，由兩直線段和兩個(gè)半圓段組成。主磁場(chǎng)和大螺距繞組(l=3)串聯(lián)，脈沖供電的電容器儲(chǔ)能800 kJ。圖下方右側(cè)為注入室和注入器，左方為偏濾器和抽氣管道，上方為離子回旋加熱。

圖2 仿星器裝置“凌云”結(jié)構(gòu)圖

這一裝置安裝成功后，曾用電子槍在真空室內(nèi)發(fā)射電子束，用熒光屏接收以研究電子軌道和磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，由于加工和安裝的精度要求高，實(shí)際得到的雜散磁場(chǎng)過大。這一裝置后來雖然停止調(diào)試，但所采取的研究方法和對(duì)這種裝置取得的認(rèn)識(shí)和當(dāng)時(shí)國(guó)外是一致的。

在當(dāng)時(shí)的二機(jī)部系統(tǒng)，另一重要聚變研究力量是黑龍江省的東北503所。

1958年，在“大躍進(jìn)”形勢(shì)下，在“全民大辦原子能”口號(hào)號(hào)召下，各省市紛紛成立原子能研究所。其中黑龍江省原子核研究所于1958年11月在哈爾濱市成立，自1959年開始進(jìn)行加速器建造和同位素等方面研究。1959年末，由國(guó)家科委確定在該所開展磁約束聚變的磁鏡途徑的探索。1960年以后，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的困難局面，一些在“大躍進(jìn)”中創(chuàng)辦的研究所紛紛撤銷。1961年，將東北三省與原子能有關(guān)研究所、室合并至黑龍江省原子核研究所，成立黑龍江省技術(shù)物理研究所。1963年，該所劃歸二機(jī)部，改名東北503所，確定以受控核聚變和同位素研究為主。

1962年，該所建立一臺(tái)角向箍縮實(shí)驗(yàn)裝置，命名為角向一號(hào)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。1964年又建立了角向二號(hào)裝置。此外，在離子源的研制上也取得很大進(jìn)展。

在此期間，中國(guó)科學(xué)院的一些研究所，如物理研究所、電工研究所、力學(xué)研究所，以及西安光學(xué)精密機(jī)械研究所，也著手開展理論或?qū)嶒?yàn)研究。其中物理研究所的工作是由孫湘(1915—1999)領(lǐng)導(dǎo)的。她是1955年從美國(guó)回國(guó)的，1956—1958年在物理研究所從事真空紫外光譜研究，曾研制成功我國(guó)第一臺(tái)真空紫外光譜儀。在此工作基礎(chǔ)上，從1958年開始了以受控聚變?yōu)槟康牡母邷氐入x子體物理研究。她領(lǐng)導(dǎo)的小組先后研制了Z箍縮和角向箍縮類型的放電實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了物理研究。他們關(guān)于角向箍縮裝置的研究論文于1965年在《物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表[3]。

早期另一開展聚變研究的單位是電力科學(xué)研究院。這個(gè)單位研究聚變是和當(dāng)時(shí)的水利電力部副部長(zhǎng)馮仲云(1908—1968)的領(lǐng)導(dǎo)分不開的。馮仲云清華大學(xué)數(shù)學(xué)系出身，抗戰(zhàn)期間是著名的東北抗聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人之一。他在任水利電力部副部長(zhǎng)期間非常重視科學(xué)研究。他首先倡導(dǎo)成立技術(shù)改進(jìn)局，即后來的電力科學(xué)研究院的前身。1958—1959年期間，在電力科學(xué)研究院的熱工二室內(nèi)成立一個(gè)專門研究聚變的小組，組長(zhǎng)為馬承厚。小組曾發(fā)展到20多人。早期曾建造一臺(tái)Z箍縮裝置，后又籌備多種診斷設(shè)備，但因“文化大革命”而未繼續(xù)研究工作。令人悲憤的是，傳奇式的抗日英雄、熱心我國(guó)科學(xué)事業(yè)的馮仲云在“文革”中遭到迫害，于1968年去世。

電力科學(xué)研究院對(duì)受控聚變的貢獻(xiàn)不止于此。該院技術(shù)人員曾多次幫助其他研究單位建立聚變研究所需的高壓放電實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

也是在1958年前后，一些高等學(xué)校開始醞釀并著手開展聚變以及相關(guān)學(xué)科的教學(xué)與科研。

在北京大學(xué)，1955年，為研制核武器和創(chuàng)建核工業(yè)，成立了物理研究室，后來發(fā)展為技術(shù)物理系。從物理研究室創(chuàng)建初期，錢三強(qiáng)就要求研究室主任胡濟(jì)民關(guān)注聚變研究。1950年代中期，胡先生就積極倡導(dǎo)開展聚變研究并著手收集有關(guān)資料，為我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究做了開創(chuàng)性工作。原子能研究所成立聚變研究室后，曾聘請(qǐng)胡先生任研究室顧問。1959年，在北京大學(xué)技術(shù)物理系開辟了熱核聚變反應(yīng)的研究方向，1960年初，成立了核聚變教研室(代號(hào)為16教研室)。除參加原子能研究所的學(xué)術(shù)活動(dòng)外，他們還聯(lián)合北京大學(xué)物理系、地球物理系、力學(xué)系的有關(guān)教師，并與中國(guó)科學(xué)院物理研究所孫湘領(lǐng)導(dǎo)的研究組共同成立中關(guān)村地區(qū)協(xié)作組，學(xué)習(xí)有關(guān)資料并交流研究成果。當(dāng)時(shí)在物理系已做了一些氣體放電的實(shí)驗(yàn)研究，在技術(shù)物理系擬開展與聚變有關(guān)的離子反應(yīng)截面測(cè)量。后來因經(jīng)濟(jì)困難和內(nèi)遷三線等實(shí)際原因，北京大學(xué)聚變實(shí)驗(yàn)基地的計(jì)劃未能實(shí)現(xiàn)。但是，他們的理論研究和人才培養(yǎng)工作從未停止。1961年，有關(guān)人員并入技術(shù)物理系的核理論教研室，成立了等離子體物理理論小組。1963年，胡濟(jì)民率先在技術(shù)物理系講授等離子體物理課，作為6年制本科生的必修課。這年秋季，胡濟(jì)民開始招收等離子體物理的研究生。“文革”期間，北京大學(xué)技術(shù)物理系遷往陜西漢中地區(qū)。在非常艱苦的條件下，他們?nèi)詧?jiān)持等離子體方向的研究和教學(xué)，并建立了一臺(tái)小型氣體放電實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在“文革”前的幾年里，該校向全國(guó)聚變研究單位輸送了大量學(xué)習(xí)過等離子體物理的畢業(yè)生，其中大部分成為以后各單位的領(lǐng)導(dǎo)成員和研究骨干。

在同一時(shí)期，在上海的幾所大學(xué)里也掀起聚變研究熱潮。1960年代初，復(fù)旦大學(xué)、華東師范大學(xué)、上海師范學(xué)院和上海交通大學(xué)的有關(guān)教師組成等離子體物理研究組。由復(fù)旦大學(xué)盧鶴紱(1914—1997)任組長(zhǎng)，復(fù)旦大學(xué)周同慶(1907—1989)和華東師范大學(xué)許國(guó)保參加了這項(xiàng)工作。再加上一些年青教師，這個(gè)小組前后共有20余人。他們?cè)诒R鶴紱指導(dǎo)下，在有關(guān)聚變的等離子體理論各方面，如反常擴(kuò)散、磁流體力學(xué)、不穩(wěn)定性、激波等課題，都進(jìn)行了初步的探索和研究，其成果可見1964—1966年出版的《物理學(xué)報(bào)》，直到1966年該刊因“文革”?？癁橹?。周同慶教授原來主攻氣體放電和光譜學(xué)。他領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了等離子體光譜的研究。其中一項(xiàng)研究成果刊登于1965年的《物理學(xué)報(bào)》[4]上。由于經(jīng)濟(jì)困難的發(fā)生，以及“四清”、“文革”等政治運(yùn)動(dòng)的干擾破壞，一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目未能按照計(jì)劃開展或未能堅(jiān)持下去，但有關(guān)理論研究卻從未間斷。

在這一時(shí)期，這個(gè)上海小組組織了大規(guī)模的調(diào)研工作。他們將調(diào)研結(jié)果加工編輯成一本1000多頁，100多萬字的巨帙著作《受控?zé)岷朔磻?yīng)》，由上?？茖W(xué)技術(shù)出版社在1962年出版。這本書基本囊括了1950年代關(guān)于聚變的知識(shí)，涉及聚變研究各個(gè)方面，為我國(guó)聚變研究初期重要參考材料。據(jù)說，當(dāng)時(shí)美國(guó)有關(guān)方面聞知此事，曾專門派人到香港搜集這一本書。

在我國(guó)聚變研究初期，學(xué)術(shù)交流活動(dòng)相當(dāng)活躍。1959年12月，由錢三強(qiáng)主持在北京召開了全國(guó)第一屆有關(guān)聚變研究的學(xué)術(shù)會(huì)議[5]，當(dāng)時(shí)為保密起見，稱為“全國(guó)電工會(huì)議”。會(huì)議討論了我國(guó)開展聚變研究的規(guī)劃，建議中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所繼續(xù)發(fā)展箍縮類裝置，原子能研究所則重點(diǎn)開展仿星器研究，而黑龍江省原子核所應(yīng)發(fā)展穩(wěn)態(tài)磁鏡。還并希望其他有條件的單位也開展聚變研究工作。

1962年1月，在哈爾濱召開“第二次全國(guó)電工會(huì)議”。從鄭春開保留的與會(huì)全體代表合影(圖3)來看，出席會(huì)議的有盧鶴紱、李正武、忻賢杰、孫湘等人。

圖3 第二次全國(guó)電工會(huì)議與會(huì)者照片(前排右起第一人孫湘、第四人忻賢杰、第五人李正武、第七人盧鶴紱)

這年12月，國(guó)家科委組織編寫我國(guó)1963—1972年科技發(fā)展規(guī)劃。其中等離子體和受控?zé)岷朔磻?yīng)部分包括等離子體的基本性質(zhì)、受控?zé)岷朔磻?yīng)和氣體放電三部分，任務(wù)明確，內(nèi)容全面。

“文革”前夕的1966年5月，在哈爾濱召開“第三次全國(guó)電工會(huì)議”，研究了第三個(gè)五年計(jì)劃問題。除去學(xué)術(shù)交流以外，這次會(huì)議的一項(xiàng)重要成果就是確定中國(guó)科學(xué)院也要進(jìn)行聚變研究，從而奠定了“文革”及“文革”后全國(guó)聚變研究的布局。當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院物理研究所孫湘領(lǐng)導(dǎo)的研究組因另有任務(wù)而在1963年下馬。而在醞釀制訂科技發(fā)展規(guī)劃時(shí)，李正武、孫湘等又提出受控聚變反應(yīng)問題。后經(jīng)中國(guó)科學(xué)院和二機(jī)部雙方領(lǐng)導(dǎo)協(xié)商，在這次會(huì)議前就已確定中國(guó)科學(xué)院也開展這項(xiàng)研究，并且有中國(guó)科學(xué)院進(jìn)行箍縮類裝置研究，而二機(jī)部主攻磁鏡的分工意見。于是在這次會(huì)后，中國(guó)科學(xué)院物理研究所恢復(fù)了聚變研究。

在“文革”前夕，我國(guó)聚變研究的布局已有很大變化。鑒于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的困難，以及三線建設(shè)的決策，加上人們逐步認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)是個(gè)長(zhǎng)期的任務(wù)，不少單位的研究工作，特別是實(shí)驗(yàn)研究紛紛下馬。1965年8月，國(guó)務(wù)院國(guó)防工辦和二機(jī)部決定停止東北503所在哈爾濱新址的建設(shè)，而遷往三線。年底，位于四川樂山肖壩的新址開始建設(shè)。在以后的幾年里，東北503所，以及原子能研究所的14室，還有電力科學(xué)研究院熱工二室的部分人員先后遷往三線新址，建立了我國(guó)當(dāng)時(shí)最大的聚變研究基地，即現(xiàn)在核工業(yè)西南物理研究院的前身。

我們將1958年到“文革”前夕的這一段時(shí)期作為我國(guó)聚變研究的第一階段。當(dāng)時(shí)對(duì)受控聚變工程上的艱巨和物理過程的復(fù)雜尚缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，國(guó)家的經(jīng)濟(jì)狀況和技術(shù)基礎(chǔ)也不可能予以充分的支持，再加上國(guó)內(nèi)政治形勢(shì)的影響，使這一研究工作的進(jìn)展舉步維艱。但我們從現(xiàn)在數(shù)量有限的資料中可以看到，在國(guó)家統(tǒng)一規(guī)劃下，當(dāng)時(shí)的研究者以極大的熱情，極嚴(yán)肅的態(tài)度來對(duì)待這一難以看到近期效果的工作。由于這樣一批先行者的貢獻(xiàn)，在“文革“以前，我國(guó)已建立了一支300多人的研究隊(duì)伍1)，積累了一定的研究工作經(jīng)驗(yàn)，初步建立了自己的文獻(xiàn)庫(kù)，奠定了以后研究工作的布局。這對(duì)以后我國(guó)聚變事業(yè)的發(fā)展是十分重要的。