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1967年6月17日上午8點20分，由徐克江機組駕駛的轟六甲型戰機在新疆羅布泊上空投下一個降落傘。伴隨著一聲巨響，中國第一顆氫彈空投爆炸試驗成功。這是中國繼第一顆原子彈爆炸成功後，國防科研領域的又一次飛躍，標誌著中國核武器發展進入了一個新階段。在氫彈爆炸成功的同時，中國政府重申：“中國進行必要而有限制的核試驗，發展核武器，完全是為了防禦，其最終目的就是為了消滅核武器”，“在任何時候，任何情況下，中國都不會首先使用核武器。”
氫彈亦稱“熱核武器”，它是一種利用氫元素原子核在高溫下聚變反應於瞬間放出巨大能量起殺傷破壞作用的武器。氫彈是在原子彈的基礎上發展起來的，但是它比原子彈效能要優越得多，所以世界上幾個核大國，核武庫裡主要是氫彈。在20世紀50年代，中國沒有核武器的時候，美國的幾個總統都曾經威脅對中國使用核武器。為了打破他們的核壟斷，粉碎他們的核威懾，中國必須有自己的氫彈。
1965年1月，在聽取國家計委關於長遠規劃設想的彙報時指示，原子彈和氫彈都要有。隨後，中央專委確定力爭1968年進行氫彈裝置爆炸試驗，並批准了二機部《關於突破氫彈技術的工作安排》。
在重重技術封鎖的國際環境中，中國的氫彈研發完全依靠自力更生，從頭摸索。然而從原子彈到氫彈，中國只用了兩年零八個月，速度之快令人驚訝！其中的訣竅在於進行原子彈攻關時，錢三強就已經在為氫彈的研製做準備了。他組織中科院原子能研究所的黃祖洽等組成一個從事氫彈理論探索研究工作的機構，名稱叫“輕核反應裝置理論探索組”（以下簡稱“輕核理論組”）。從1960年到1965年初，輕核理論組在數學組和實驗組的幫助下做了很多頗富成效的工作，這在後來突破氫彈原理的過程中發揮了重要作用。
後來于敏又率領研究室的一部分人員到上海華東技術研究所，利用該所的J501計算機完成加強型核裝置——三相氫航彈最佳化設計的任務。于敏帶領的小組日夜加班，進行了大量數值模擬計算，很快算出了一批模型。從結果看很接近當初的目標，但是還存在一個問題：這批模型的聚變份額很低，這表明其中的熱核材料並沒有充分燃燒。為了找出原因，于敏經常深入計算機機房，一看就是幾個小時，經過細緻深入的分析，他敏銳地意識到問題的關鍵是要大幅度提高熱核材料的密度，而這隻有利用原子能才有可能實現。
于敏又經過幾天幾夜的估算，分析原子彈爆炸所釋放的各種能量形式，明確了其中一種比較容易控制的能量形式，然後想出了一個提高其利用率的精巧結構。他說：“過去大家都很重視對原子彈的壓縮，現在看來熱核材料的壓縮更重要。”“要實現這麼大的壓縮度，靠炸藥不行，要靠原子能！”
經過多年的苦苦探索，使熱核材料充分燃燒的關鍵因素和創造這些因素的技術途徑終於被找到了，那就是利用原子彈作為“扳機”（“初級”）來引爆“被扳機”（“次級”）的兩級氫彈原理理論設想方案。
要使氫彈原理理論設想方案從理論變成現實，就必須透過核試驗的實踐來檢驗原理是否正確、技術上是否現實可能。這就是突破氫彈技術最重要的一次核試驗，代號為“629試驗”。
1966年，在青海核武器研製基地（221廠）六分廠的爆轟場地上成功進行了629冷實驗，這是一次氫彈原理試驗裝置的全尺寸模型的爆轟試驗。試驗結果表明新的實驗裝置工作正常。同年12月，二機部第九研究設計院和221廠實驗部的同志們前往新疆核試驗場地進行629熱實驗。629熱實驗的核測試專案和規模都非常大，全部探測儀器和記錄裝置都要自己動手安裝除錯，所以每一項工作都必須嚴格、細緻地完成。當時負責核測試專案的研究室主任唐孝威每天都要去現場檢查，和大家一起討論解決安裝和除錯中出現的各種技術問題。
629試驗裝置在100多米高的試驗鐵塔頂上安裝就緒後，於1966年12月28日實施了629熱試驗。當起爆“零時”到來後，一道非常亮的閃光透過天空，觀察員看到桌子上的計數器開始記錄大量的計數。它們隨著時間衰減，這和在221廠實驗室裡用加速器高能中子測量的情況一樣。這預示著：氫彈原理試驗成功了
629試驗是一次氫彈原理試驗，還不是全當量的氫彈試驗，後來，九院領導抓緊全當量氫彈試驗的準備，終於在1967年6月17日成功地進行了氫彈爆炸。從突破原子彈到突破氫彈，美國用了7年3個月，蘇聯用了6年3個月，英國用了4年7個月，法國用了8年6個月，而我國僅用了2年8個月。搶在法國前面，成為世界上第四個擁有氫彈的國家。
中國第一顆氫彈空爆試驗成功，中國以世界上最快的速度突破原子彈、氫彈兩彈（以下簡稱“兩彈”）。中國的“兩彈”事業是舉全國之力完成的，50 多個單位參加協作，3000多人參與攻關，由中央專委領導，中國科學院、二機部、221廠（青海礦區）等負責研製。中國原子彈和氫彈事業的成就，是中華民族科技創新的偉大創舉，是20世紀下半葉中華民族建立的輝煌偉業，標誌著中國從此邁入核時代。我國的“兩彈”試驗和外國相比，事故最少，成功率最高，耗資也最少，在決策、管理、技術等方面走出了一條具有中國特色的道路。多年後，我國同志說，沒有“兩彈”的爆炸成功，就沒有中國後來的國際地位，就沒有全國人民在危難之時自豪和堅挺的民族脊樑。