中国的尖端科学(1972年)

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导读:中国的尖端科学(1972年)    朱兆祥      作者简介:朱兆祥,美籍中国物理学者。一九三二年生于上海。在上海的圣约翰大学习医二年后,于一九五一年赴英,后再赴美攻读物理,一九六〇年在俄亥俄州州立大学获哲学博士学位。曾任 Trinity大学物理系助理教授,一九六六年加入万国电子计算公司(IBM),从事半导体及固体物理的理论及实验方面研究工作。一九七二年夏天,应中国科学院的邀请到中国大陆参观,访问了各地的研究机构和大学,在《科学的美国人》杂志(一九七二年十二月号)上发表文章,报导中国科技的

中国的尖端科学(1972年)



朱兆祥



作者简介:朱兆祥,美籍中国物理学者。一九三二年生于上海。在上海的圣约翰大学习医二年后,于一九五一年赴英,后再赴美攻读物理,一九六〇年在俄亥俄州州立大学获哲学博士学位。曾任 Trinity大学物理系助理教授,一九六六年加入万国电子计算公司(IBM),从事半导体及固体物理的理论及实验方面研究工作。一九七二年夏天,应中国科学院的邀请到中国大陆参观,访问了各地的研究机构和大学,在《科学的美国人》杂志(一九七二年十二月号)上发表文章,报导中国科技的近况。


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工业快速发展的传统先决条件包括政治的稳定、有活力的群众和原料的供应。中国都具备了这些条件,而且有一段时间以来,非常清楚地,中国正在发展巨大的重工业,比较不为人所知的,则是中国已经认识到尖端科技近代工业的基础。鼓风炉甚至机械工具已不足以保证一个已经具有高度工业水平的国家的发展。从今年(一九七二)夏天到中国的大学、研究机构和工厂的访问中,我深信这个国家正在建立她所需要的技术基础。中国具有各种尖端科技,具体地说,包括电子计算机,控制系统以及使得近代工业社会能够运转的各种器具。很多情况下,我所见到的技术水平和金属工具(比较少量)与我们在美国经常看到的非常接近。


在报告中国的尖端科技之前,我先简短地描述一下中国在传统工业方面的成就,使本杂志六年前的一篇报告,在某些程度上赶上时代(见《科学的美国人》一九六六年十一月号,Genko Uchida写的《中国的科技》)。以一九七一年的数值为基础,预计一九七二年的国家总生产量为一千四百五十亿美元,钢的生产量为二千五百万公吨,石油三千万公吨,电力一千五百亿瓧时。这些数字跟美国相比并不高,美国生产大约五倍的钢,十五倍的石油。然而不考虑到不同的生活方式,是不能比较这两个国家的。这里我们用巨量的钢来做汽车,巨量的石油来使它们走动。中国只有少量的汽车,可以节省下她的有限量的钢和石油来供给基本工业之用。举个例来讲,去年中国只须要进口几百万公吨的钢,而有剩余的石油。


因为有丰富的煤和水力发电,中国应该可以把东北大庆油田出产的大部分石油供给石油化学工业之用。我访问了北京石油化学复合工厂,这工厂每天生产八千公吨的精炼油。像大部分的炼油厂一样,它是自动操作的,它有一个三十尺长的控制墙,上面装满了熟见的纪录仪、电表相开关。(附带说一下,这所工厂处理废水是利用先进的生物消灭作用的方法。处理后的水可以用来灌溉。)这个复合工厂包括三十五个工厂,有一万一千工人,另外一万一千工人正在建造一所新的石油化学工厂,合成塑料、肥料和Dacron,预定明年完成。


另外,还有很多迹象显示出逐渐成熟的重工业。其中一个成就是一架一万二千吨的水压机,据说这样大型的在全世界仅有十架,在常设的上海工业展览会上,有一个三十万瓧高温高压汽轮发电机的模型,据说有很多已在使用;转子和定子都是用水来冷却内部的导体是它的先进特色之一。上海工展中也有二百吨的轧压机,二百五十吨的强压机,一个大的真空精炼炉和铣床的一半大小的模型,车床以及其它机械工具。大连和上海的船坞用自动运转的装备生产二万吨的船。


至于使一个国家列入尖端科技的工业大国的某些成就又是怎样呢?其中包括象征大国地位的喷射机、核子武器和飞弹。根据美国的《航空周和太空科技》(Aviation Week & Space Technology)的报道,一段时期以来,中国建造了高度性能的苏联米格战斗机以及它的改进型,没有生产商业喷射机。中国在一九六四年爆炸了原子弹,一九六七年爆炸了氢弹,从那时以来,又试验了好几个氢弹。根据伦敦星期日泰晤士报上Francis James一篇文章的报道,中国为了生产铀二三五,建造了许多气体离心机工厂;在西方这方法没有在工业上使用,虽然在实验室里证明了这种可能性。据说中国的物理学家除了用老的电浆夹挤外,正在致力于用激光(雷射)加热的方法来控制融合。据说他们已达到找出中子流的地步,不过还还没有由中子谱的分析证实。在火箭方面,一九七〇年《航空周和太空科技》报道中国成为第五个发射自己的人造卫星的国家,并且经常在试验军事飞弹。


如果没有一系列的尖端科技系统和它们的分支,上面所提到的那些工业部门是不可能成功的,这一系列包括计算机、自动控制系统、半导体、微波装置,以及精巧复杂的仪器。因为我是固态物理学家,我的兴趣和知识主要都在这方面,而我作为中国科学院的客人参观时,也是特别注重这一类的科技。


曾经有一段时期,中国大部分的基本科技要依靠外国,特别是苏联。一九六〇年和苏联绝裂后,关于需要多少时间这个国家才能在这些方面自给自足,有各种不同的意见,这些不同的意见是导致一九六六年文化大革命的理论和经济上的争执的一个要素。从文化大革命以后,强调在科技上自给自足是工业成长的基础。常常可以在实验室和工厂里看到大标语:“独立自主,自力更生”。


中国人认识到半导体科技的极端重要性。一九七〇年国庆的庆祝会上显示了这点。一辆大游行车载着制造纯硅(矽)半导体的坩锅,控制端钮和抽单晶体的装置,经过北京的天安门广场,最上面是单晶硅的模型,游行车的两旁,有几百位工人,带着其它各种锭的模型参加游行。过去两年内,上海科学及技术交流委员会支助一个宣传队去提倡电子及半导体科技的重要性。一九七〇年以来电子工业已经从传统的中心散布到偏远的城市去了。


中国电子研究与发展和电子零件的制造是由专门研究所、大学和工厂联合起来进行的。科学院的半导体研究所于一九五八年在王守武(音译)的指导下成立,一九四九年他在普度大学写了关于金属内聚能的论文。研究所的研究员在一九五八年开始研究锗,一九六一年研究硅,一九六三年研究集成电路。研究所分为四个部门:材料科学,固态电路,微波装置和激光(雷射),有员工九百人,其中三百人在做研究工作。


这个和其它研究所的工作范围可以从这方面的出版物看出来。中国电子协会出版《电子消息》、上海电子协会出版《电子技术》及《电气世界》。《半导体装置手册》于一九七一年由一上海的徐汇公社的工人和交通大学合作完成。一九七〇年科学出版社翻译了一本美国有名的教科书,A J Khambata的《大规模集成电路入门》(Introduction to Large Scale Integration)一九七一年国防工业出版社翻译了大量的外国论文,印成一本名叫《大规模集成电路》的书。最近在这方面又出版了很多书,包括微波集成电路和激光。中国也进口了大部分的西方出版物,我在北京的清华大学访问的时候,注意到一个学生正在阅读一本最近出版的美国杂志《应用光学》。


把《半导体装置手册》里提到的装置和方法列出来,至少对于这方面的专家,可以提示他们的中国同行在做些什么事,二极晶体管方面有点触类,Eener类整流器,可变电容类,隧道类和光感二极晶体管。晶体管方面有合金接头式,扩散接头式UJT和MOSFET。集成电路包括二极管—电晶体逻辑,晶体管——晶体管逻辑,放大器和厚屏以及薄屏元素。


中国的二极管——晶体管逻辑元素用一种叫做TO-5包装的包装法(最先在美国发展的),晶体管一晶体管元素用平装的方法,我有理由相信他们已经超过了这一阶段,可能已到达更快的射极相连逻辑。很多这类装置里的硅平面晶体管在四亿赫兹(Hertz)时有七分贝(Decibel)的噪音数值,和美国通常用的元素比起来是相当好了。


我非常惊异地发现,半导体研究所的工作比清华大学更倾向基本的研究,大学(甚至中学)做很多实际的制造工作,我访问了清华大学巨大的物理系大楼的一部分,那里在做集成电路工作。我在显微镜下看到的小片是使用双极晶体管的集成电路。一位年轻的妇女使用超音焊接器在大约一分钟内在上面接好了十根线,这是非常快的速度。


所有制造集成电路的器具,包括显微镜和超音焊接器都是中国制造的。硅片是从专门工厂生产的单晶锭切下来的,北京工学院负责的单晶体工厂就是其中的一个。生产这种大晶体的必要器具,Czochralski抽晶体器是中国制造的。它制造出三公斤重,二呎长,直径二吋的晶体锭。看来每一工场(譬如清华大学的这个)都制造一固态装置生产自己硅薄片的生长层。大部分他们所用的层生长炉都是一所北京的西区一号半导体合作工厂制造的。这座工厂于一九五八年建立(据说是由主妇们组织的),生产简单的天平秤其它测量仪器。一九六五年由于政府的要求,工厂的一些工人到清华大学接受两个月的制造炉的训练。现在三百六十位工人每年生产一百个扩散炉和一百个层生长炉。这些炉有正负一度的空间温度均匀性和摄氏〇.五度的控制稳定性,可以和美国最好的产品相比。


工厂里的人告诉我,这工厂的工人没有一个受到过超过中学的教育,指出很多技术工作并不需要更高的教育。我必须说明,一位中国的中学毕业生,即使不准备到大学继续技术研究,至少有学过一年的化学、物理、代数、三角、解析几何和立体几何,以及一些微积分。


北京大学的物理课程比清华大学要高深,包括基本的固态课程,譬如低温物理,然而仍然强调应用方面。这是和毛泽东所说的“教育必须为无产阶级政治服务,必须同生产劳动相结合”路线一致的。(事实上我认为一理论物理学家都可以因接触实际事务而加强知识,我时常感觉到,英国物理学家比美国物理学家占便宜,因为英国的大学实验课比美国认真),曾经在University of Bristol研究、并和Max Born合著《晶体点阵的动力理论》的特出理论物理学家黄昆,是北京大学的物理教授。他告诉我们,虽然他正在教一门半导体物理的课,他主要工作是主持一座和学校有关的工厂,内有二十位职业工作人员和一百位技术人员在做集成电路的工作。


文化大革命期间大量减少招生,北京大学现在又在急速扩充学生名额。学校校长(实际称为学校革命委员会副主任)是周培源。他于一九二八年在加州理工学院完成关于爱因斯坦广义相对论的对称理论的论文。他认为要求所有的教授都做些手工是一件好事,不论仅仅在校园里种菜,或加入工厂去学习工业的需要(实际上和很多美国教授做的顾问工作并没有什么不同)。周培源强调在研究和实际问题之间,必须有很清楚的联系。他的立场以中国现阶段的工业发展程度来看似乎是合理的。


全面的精巧复杂仪器,和其它实验设备是电子科技的基础,这些对象现在都在中国制造。我看到一亿赫兹的计数器,五千万赫兹的示波器,和上升时为四十四兆分之一秒的采样示波器(Sampling Oscilloscope)。有直径放大率四十万倍,分辨七埃的电子显微镜,还给我看了两米的绕射光栅分光仪,在波长二千到一万埃之间的分辨率为每毫米八埃,以及圆柱电场和定强磁场的质谱仪。一个快速抽真空的离子抽气机给我很深的印象,它能每秒抽一万四千升。作为比较,美国最好的采样示波器上升时为二十八兆分之一秒。我们的质谱仪通常用四极透镜。我们的离子抽气机,当需要的时候,可以和升华钛抽气机连接,而人家告诉我说,中国没有这种设备。然而一般说来,很难想到一种重要研究仪器是中国不会制造的。


我看了一些计算机。科学院的计算机研究所里的一个是一九六八年在那里建的;这是晶体管型,二微秒(百分之一秒)的Access Time,内径〇.八毫米,外径一.二毫米的磁圈,一个三万二千字的主记忆和六万四千字鼓记忆。(这个计算机和今年秋天中国在多伦多加拿大国家展览会中展出的DJS一6型几乎一样)这计算机的输入元素是光电纸带阅读器,一分钟处理一千个记号。输出系统包括一个快速印刷器,每分钟一千二百行,每行十五记号(字),和一个宽行印刷器,每分三百行,每行一百六十记号;以及一个绘图器,每分四百步,每步〇.二五毫米。和美国比较,IBM370新的158型的记忆单位用Mosfet而不用磁心,至少会比中国的记忆单位快二十倍。我没有看到盘记忆单位或者计算机分时设备。然而计算机研究所可能不是能见到最新中国计算机的地方。因为它主要在做软件开发工作而不是计算机研究。中国计算机工程师,显然正在从事关于大规模集成电路的重大计划,碰到我们几年前碰到的同样问题。譬如他们某些材料质量相比起来比较差,使得要达到高水平,用这种技术建造复杂记忆系统相当困难。然而他们似乎正建好基础,几年之内就可以精通大规模集成电路的艺术。


中国的半导体科技已经超出实验室和专业的电子工业以外,伸展很广。事实上,说很多部门已经有了电子革命是很正确的。譬如上海淞江县公社和第二十九无线电工厂合作制成手提紫外线(三干六百埃)杀虫机,在农场使用。一个制鞋工厂制成一种电子装置,用来察看和计算不规则的皮革面积。书本大小的发送机,接收机和放大器,可以推动一个二十五瓦的扩行器或者四十个小扩音机。硅整流器用做电炼钢炉的控制元素,在新的电车上把交流电转为直流电。至于微波技术,我看到建S波段的重发器的北京交通器材工厂里的工人,制造硅Schottky二极晶体管和行波放大器,并且和通常一样,生产他们自己的生长层薄片。


中国工业给我很深印象的一方面是地方在中央政府的大原则下自主地发展技术。在美国,我们的大公司也是在总部定好总目标,让不同的分部和地方工厂去执行。当然复杂的程度是不同的;一个政府比公司要考虑更多的因素。


外国观察家经常指出中国的工业是不平衡的。他们说虽然中国制造好的计算机,但是日本每年生产一千二百万架电视,而中国只生产五十万架。就像我在本文开始所说的,这种比较是没有意义的。当然中国并不高度生产消费物品。当然她的国民平均收入还相当低。苏联在五十年的工业化之后,仍然不能满足人民关于消费物品的要求。日本是世界第二工业大国,但是她国民平均收入仍比大部分欧洲国家要低。以中国的现时需要和社会形态而论,这个国家的工业发展很可以称为平衡的。已经发展了支持技术的科学基础,而且使科技推进了工业的快速发展,中国已经在变为先进工业大国的道路上。


(译自《科学的美国人》一九七二年十二月号)


原载《留美华裔学者重访中国观感集》,香港七十年代出版社出版


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