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这一段时间，于敏经常深入到计算机机房，在堆积如山的计算机打印的纸带中，聚精会神地仔细分析计算结果，一看就是几个小时，常常顾不上吃饭。大家帮他把饭打来，他就边吃饭、边思考问题。为了找出优化设计中的问题所在，于敏埋头于海量数据，进行深入细致的系统分析。
日复一日繁杂地计算，日复一日不断地思考。
最伟大的突破，往往孕育在最平淡无奇的看似重复、枯燥的劳动之中。
于敏注意到了解决热核材料自持燃烧的关键问题，从此出发，他又设计出了精巧的结构，使热核反应可以持续进行下去!
氢弹原理如今被大而化之地叙述为“利用原子弹爆炸的能量，点燃氢的同位素氘、氚等轻原子核，使其发生聚变反应，瞬时释放出巨大能量”。只要接触过中学物理的人，都能轻易地读懂它。
然而在当时，中国的科研人员经过千辛万苦，才终于找到了实现这一原理的数学、物理基础和技术途径。
氢弹原理的“牛鼻子”被牵住了!
获得突破后，于敏兴奋地给邓稼先用暗语打电话。这段对话如今已成为中国“两弹一星”研制史上的经典对话。
“我们几个人去打了一次猎……打上了一只松鼠。”邓稼先听出是好消息：“你们美美地吃了一餐野味?”“不，现在还不能把它煮熟……要留做标本……但我们有新奇的发现，它身体结构特别，需要做进一步的解剖研究，可是……我们人手不够。”“好，我立即赶到你那里去。”
邓稼先把上海的数据和方案带回北京。经过各方讨论和完善，该方案成为中国氢弹研究的主攻方案。此后，中国氢弹研究势如破竹。1966年12月28日，中国成功进行氢弹原理试验，1967年6月17日，中国第一颗氢弹以空爆形式取得成功。自此，在成功进行原子弹试验2年零8个月后，中国又成为世界上第四个拥有氢弹的国家。
于敏在中国突破氢弹进程中发挥的作用，得到广泛的承认。
钱三强评价：“于敏填补了中国原子核理论的空白。”
“两弹一星”元勋彭桓武评价：“原子核理论是于敏自己在国内搞的，他是开创性的，是出类拔萃的人，是国际一流的科学家。”
诺贝尔奖得主、核物理学家玻尔访华时，评价于敏是“一个出类拔萃的人”，是“中国的氢弹之父”。
然而于敏本人却并不喜欢“中国氢弹之父”的称号。西方习惯将理论突破中起重大作用的人称为“XX之父”，于敏认为“XX之父”的称呼不科学，他说：“核武器的研制是集科学、技术、工程于一体的大科学系统，需要多种学科，多方面的力量才取得现在的成绩，我只是起了一定的作用，氢弹又不能有好几个‘父亲’。”
氢弹试验成功