2013年10月10日上午，在四川綿陽中國工程物理研究院（以下簡(jiǎn)稱中物院）流體物理研究所的聚龍一號(hào)裝置實(shí)驗(yàn)主控制廳中，墻上6米長(zhǎng)、2米高的大屏幕分區(qū)域顯示著監(jiān)控畫面和復(fù)雜的技術(shù)參數(shù)。操作臺(tái)前，一排身穿白褂的科研人員，熟練而準(zhǔn)確地操作著電腦，報(bào)送著各系統(tǒng)的狀態(tài)。成果鑒定委員會(huì)的10位院士、5位專家目光如炬，緊盯屏幕上每一次數(shù)字的跳動(dòng)。

“觸發(fā)！”實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人豐樹平的一聲令下，伴隨著低沉的悶響和大地的震動(dòng)，在與控制廳相隔不遠(yuǎn)的試驗(yàn)大廳中，數(shù)十道紫色的電蛇猛然劃破空間，自曲折蜿蜒中迸射出刺目的熾烈光芒——24路強(qiáng)大的電能分別沿12個(gè)方向，從五千立方米的空間壓縮匯聚于僅數(shù)個(gè)立方厘米的中心靶區(qū)，將100秒內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)百萬焦耳電能在億分之一秒內(nèi)輻射出來，產(chǎn)生能量數(shù)十萬焦耳、功率數(shù)十萬億瓦（瞬時(shí)功率相當(dāng)于數(shù)倍的全球電網(wǎng)功率）的軟X射線！測(cè)試廳的記錄儀器準(zhǔn)確記錄下億分之一秒內(nèi)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和瞬態(tài)圖像，呈現(xiàn)于示波器和計(jì)算機(jī)的屏幕上。

這就是中物院流體物理研究所自主研發(fā)的、達(dá)世界一流水平的超高功率脈沖強(qiáng)流加速器——聚龍一號(hào)（英文簡(jiǎn)稱PTS）裝置通過國家級(jí)鑒定的場(chǎng)景。成果鑒定委員會(huì)認(rèn)為，聚龍一號(hào)建設(shè)項(xiàng)目提出了有特色的超高功率多路匯流裝置總體設(shè)計(jì)方案，突破了多路太瓦量級(jí)電脈沖的納秒級(jí)精確時(shí)間控制、超高功率脈沖的產(chǎn)生和傳輸與匯聚等關(guān)鍵技術(shù)，自主研制成功國內(nèi)首臺(tái)多路并聯(lián)超高功率脈沖裝置，在負(fù)載上實(shí)現(xiàn)了峰值近千萬安培、前沿約千萬分之一秒的電流輸出，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際同類裝置先進(jìn)水平！

這一臺(tái)在我國核武器研究進(jìn)程中具有標(biāo)志性意義的科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的建成，使我國成為世界上極少數(shù)獨(dú)立掌握數(shù)十萬億瓦級(jí)超高功率脈沖加速器設(shè)計(jì)和建造技術(shù)的國家，是我國高功率脈沖技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)里程碑！

聚龍一號(hào)裝置放電瞬間

決策

直面挑戰(zhàn) 迎難而上

中物院創(chuàng)建于1958年，是以發(fā)展國防尖端科學(xué)技術(shù)為主的理論、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的綜合體，是我國唯一從事核武器研制生產(chǎn)的綜合性研究院。流體物理研究所是中物院下屬的第一研究所，主要從事核武器研制、高新技術(shù)武器研制、軍民兩用技術(shù)開發(fā)及成果轉(zhuǎn)化等工作。

伴隨著1996年全面禁止核武器試驗(yàn)條約的簽署，如何在實(shí)驗(yàn)室條件下，創(chuàng)造出接近核武器爆炸產(chǎn)生的極端高溫、高壓、高密度、強(qiáng)輻射條件，成為新時(shí)期核武器研究能否有效開展的關(guān)鍵。

脈沖功率技術(shù)是以電能為基礎(chǔ)，通過對(duì)能量在時(shí)間和空間上進(jìn)行壓縮，并在特定負(fù)載上快速釋放，獲得極高的功率輸出的一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，是在實(shí)驗(yàn)室條件下產(chǎn)生極端高溫、高壓、高密度、強(qiáng)輻射條件的有效手段。我國脈沖功率技術(shù)研究的先驅(qū)、老一輩科學(xué)家王淦昌院士曾經(jīng)指出：“高功率脈沖技術(shù)是當(dāng)代高科技的主要基礎(chǔ)學(xué)科之一。”采用超高功率脈沖裝置驅(qū)動(dòng)柱形金屬絲陣負(fù)載，使其氣化并向軸心箍縮（即Z箍縮），能產(chǎn)生極強(qiáng)的X射線輻射，可以用來研究核武器中的輻射輸運(yùn)和聚變點(diǎn)火等問題，同時(shí)在慣性約束聚變、輻射效應(yīng)、天體物理等前沿科學(xué)研究領(lǐng)域也具有非常重要的價(jià)值。

近幾十年來，由于軍事應(yīng)用需求的強(qiáng)烈牽引，高功率脈沖技術(shù)成為主要的有核國家研究的焦點(diǎn)，美國投入了大量人力物力，先后建立了一系列超大脈沖功率裝置，典型的Z箍縮研究裝置有土星裝置和ZR裝置，俄羅斯也先后建成S－300和Angara-5-1裝置。與之相比，我國起步較晚，基礎(chǔ)薄弱。

為適應(yīng)新時(shí)期核武器研究的需要，必須擁有具備足夠驅(qū)動(dòng)能力的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以此為基礎(chǔ)加強(qiáng)精密物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、高精度多物理量診斷測(cè)試、數(shù)值模擬及理論分析等方面的能力。經(jīng)過精心論證，上世紀(jì)末，中物院?jiǎn)��?dòng)了大型多路超高功率脈沖裝置的相關(guān)研究工作，并對(duì)已有平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)改造，開始了原理探索及關(guān)鍵技術(shù)研究。在此基礎(chǔ)上，本世紀(jì)初，中物院向國家提出了適合我國國情的研究發(fā)展計(jì)劃建議，其中最關(guān)鍵的第一步，就是研制Z箍縮初級(jí)試驗(yàn)平臺(tái)——聚龍一號(hào)并開展相應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)研究。

2004年，國家批復(fù)中物院正式啟動(dòng)相關(guān)工作，裝置的技術(shù)指標(biāo)確定為輸出電流八百萬至一千萬安培，電流脈沖上升時(shí)間小于千萬分之一秒，功率超過20萬億瓦。這樣的裝置系統(tǒng)極為復(fù)雜，技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)非常高，國內(nèi)的技術(shù)基礎(chǔ)十分薄弱，材料、設(shè)計(jì)、加工等各方面都面臨極大的挑戰(zhàn)。

國防科學(xué)技術(shù)研究的歷史使命，使得中物院人毅然接受挑戰(zhàn)，迎難而上、昂首前行。自2001年起，任務(wù)承擔(dān)單位流體物理研究所開展了周密的立項(xiàng)論證工作，丁伯南、彭先覺等院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)此給予了高度關(guān)注，多次親臨一線，了解項(xiàng)目的進(jìn)展和亟待解決的問題。院內(nèi)外老專家組成了頂尖專家團(tuán)隊(duì)，就裝置技術(shù)路線和關(guān)鍵部件研制進(jìn)行激烈討論，提出了很多有益的思路和建議。流體物理研究所集中科研精英成立論證報(bào)告編寫組和預(yù)研攻關(guān)小組，從國外有限公開的資料中收集、提煉相關(guān)信息，結(jié)合中物院的具體要求，對(duì)技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行充分的調(diào)研和分析論證，多次召開大范圍深層次專題研討會(huì)，技術(shù)資料、設(shè)想方案、加工圖紙堆滿了研究人員的文件柜。預(yù)研小組成員隨后開展了場(chǎng)畸變開關(guān)、激光觸發(fā)多級(jí)開關(guān)、馬克斯發(fā)生器模塊研制等大量預(yù)研工作，開展了上百次的論證研究，探索突破關(guān)鍵技術(shù)的途徑。通過細(xì)致地進(jìn)行物理分析、精確地驗(yàn)證計(jì)算參數(shù)、周密地考慮模型設(shè)計(jì)，取得了激光同步觸發(fā)系統(tǒng)、場(chǎng)畸變氣體開關(guān)、磁絕緣傳輸線，以及測(cè)試診斷系統(tǒng)研制的重大突破，為裝置立項(xiàng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在聚龍一號(hào)裝置的總體設(shè)計(jì)方案中，同步觸發(fā)方案是其“靈魂”之所在。這是由于電流巨大，聚龍一號(hào)裝置需由24路超高功率脈沖功率裝置并聯(lián)而成，每一路能量的釋放由一個(gè)激光觸發(fā)開關(guān)控制。為保證開關(guān)動(dòng)作的一致性，激光實(shí)際出光時(shí)間與設(shè)定值的誤差不能超過兩億分之一秒。如果將從電容器充電開始到最后能量釋放完成的時(shí)間（約100秒）放大展寬至一千年，那么上述時(shí)間誤差僅相當(dāng)于1.5秒，其技術(shù)難度可想而知。為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)指標(biāo)，必須設(shè)計(jì)出完善的激光觸發(fā)開關(guān)同步觸發(fā)方案。

當(dāng)時(shí)，美國Z裝置是采用一臺(tái)能量很大的激光器，分為36路激光去觸發(fā)36個(gè)開關(guān)。如果直接借鑒美國的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)會(huì)降低很多，但是該方案對(duì)激光器能量要求高、光路極其復(fù)雜、穩(wěn)定性不高。

2005年，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人鄧建軍研究員、脈沖功率研究室主任謝衛(wèi)平研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合裝置研制特點(diǎn)，原創(chuàng)性地提出了采用12臺(tái)激光器、每臺(tái)激光器觸發(fā)兩個(gè)開關(guān)的技術(shù)路線，這樣既能保證開關(guān)觸發(fā)的同步性，觸發(fā)光路也極為簡(jiǎn)化，原理上具有非常優(yōu)越的性能；同時(shí)具備維護(hù)和運(yùn)行效率高的特點(diǎn)。

由于國際上毫無先例，當(dāng)時(shí)這方案甫一提出，受到了國內(nèi)部分相關(guān)專家的質(zhì)疑。在激光觸發(fā)方案專題論證咨詢會(huì)上，國內(nèi)從事激光器研究的權(quán)威專家認(rèn)為，國內(nèi)尚無滿足要求的激光器，而且按照這種激光器的常規(guī)的控制方式和水平，出光時(shí)間要達(dá)到所需的精度幾乎是不現(xiàn)實(shí)的。

面對(duì)諸多質(zhì)疑，鄧建軍率領(lǐng)項(xiàng)目組在開展了大量關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)方案和驗(yàn)證性樣機(jī)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了充分的分析和細(xì)致論證，證實(shí)了該方案可行性，并最終取得了成功。在隨后2006年的首屆亞歐脈沖功率會(huì)議上，聚龍一號(hào)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)交流了激光開關(guān)的技術(shù)方案，引起了美方的高度重視。2007年，美國圣地亞實(shí)驗(yàn)室Z裝置升級(jí)完成，其激光開關(guān)的觸發(fā)方案也改為由36臺(tái)小激光器觸發(fā)，再次證明了這一方案的先進(jìn)性。

總體技術(shù)方案既定，標(biāo)志著聚龍一號(hào)裝置研制的大幕正式拉開。這將是漫長(zhǎng)的遠(yuǎn)征，在這條路上將會(huì)有激流險(xiǎn)灘般的高歌猛進(jìn)，也會(huì)有深山峽谷般的跌宕起伏。然眾志成城何懼艱難險(xiǎn)阻，且看滄海橫流英雄聚、云起龍?bào)J寫豪情！流體物理研究所科研人員在每一個(gè)崗位上都煥發(fā)出最大的創(chuàng)造活力，匯聚成為無堅(jiān)不摧的洪流！