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就是在这样的背景下，1961年1月12日，于敏接到了去钱三强办公室谈话的通知。在办公室里，“钱三强非常严肃和秘密地告诉我，希望我参加氢弹理论的预先研究。这是我始料不及的事情”。
在回忆文章中，于敏讲述了自己当时的思想斗争：“我从大学开始就喜欢基础科学研究，对应用研究不太感兴趣……我从来没有想过，要去从事诸如研制氢弹这样一类大系统科学工程的工作……我国当时正处于遭受天灾人祸，苏联撤走专家，国民经济非常困难的时期，中央仍下决心要坚持搞原子弹和氢弹。钱三强先生在这个时候找我，要我参加研究，我深知这件事情的重要性。”
短暂的思想斗争以后，于敏接受了这项沉重的使命。“面对这样重大的题目，我不能有另一种选择。”于敏说。
但即便如此，他依然心有念想：“等突破氢弹原理，我国自己有了氢弹以后，再回去搞基础科学研究。”
此时的他不会想到，他的一生，从此和中国核武器研究紧密相连，再也无法分开。
1958年6月21日，毛泽东在军委扩大会议上说：“原子弹就是那么大的东西，没有那个东西，人家就说你不算数。那么好吧，我们就搞一点吧，搞一点原子弹、氢弹，我看有十年工夫完全可能。”
命运的翻云覆雨手下，1961年1月12日，在钱三强的办公室里，成全毛泽东预言的人，出现了。
氢弹是非常复杂的系统，它的原理突破绝非朝夕之功，需要大量的计算。当时我国设备落后，仅有一台每秒运行1万次的计算机“104机”，而且95%的时间分配给原子弹计算，只有5%的时间留给氢弹。于敏和小组成员每人一把计算尺，废寝忘食地计算，一篇篇论文交到钱三强手里。从1961年到1965年，小组成员完成论文69篇，对氢弹的很多现象和规律有了深刻认识。
然而氢弹原理依然深藏闺中。一条条途径被提出来，经过小组成员仔细的讨论、计算和分析，又一条条地放弃了。如果无法实现原理突破，制造氢弹就是水中捞月。
1965年9月底，于敏和50多名科研人员抵达上海华东计算技术研究所。该研究所有国产最新型的J501计算机，运算速度达每秒5万次。他们此次来上海的任务，是完成加强型原子弹的优化设计。
加强型原子弹虽然含有热核材料，但是热核燃烧不充分，只起加强原子弹威力的辅助作用，并非氢弹。二机部希望通过加强型原子弹的攻关，探索设计氢弹的道路。
大家一抵达上海就投入工作，很快就提出了一些模型，并获得了大量的计算数据。然而数据表明，这些模型的聚变份额都很低，这表明其中的热核材料并没有充分燃烧