プロジェクト639

中国の目標は、航空機から投下したり弾道ミサイルで運搬したりできる、少なくとも1メガトン級の核兵器を製造することであった。核実験に先立ち、核兵器の設計、特性、および出力増強をテストするための爆発実験が数回行われた。^{[ 1 ]}

中国が核兵器開発に乗り出した動機の一つは、 1955年と1958年に発生した第一次・第二次台湾海峡危機であった。米国は両危機において人民解放軍への核攻撃をちらつかせ、第二次危機中および危機後には台湾に核兵器を配備した。核兵器開発計画は1955年1月15日に正式に開始された。

劉傑は、 1957年にソ連と締結された「新防衛技術協定」協力協定の交渉に参加し、ソ連は模型の核兵器、具体的にはRDS-6sとRDS-27として試験された層状ケーキ型核兵器を供給することに合意した。熱核反応を使用しているにもかかわらず、これは真の熱核兵器ではなかった。劉はソ連側に水素爆弾の詳細を求めたが、ソ連が詳細を提供しないことに気づいた。中国は核開発計画を加速させるためにソ連から広範な技術支援を受けていた。^{[ 1 ]}ソ連は蘭州（プラント504 ）の高濃縮ウラン用ガス拡散プラントと包頭（プラント212 ）の重水素化リチウム製造プラントの建設を支援した。1958年6月、ソ連は北京にある中国原子力研究所に10MWの重水研究炉（HWRR-I）と25MeVのサイクロトロンを供給した。米国やソ連とは異なり、中国は水素爆弾開発計画の当時、プルトニウムやトリチウムの生産施設を運営していなかった。^{[ 2 ]} 1959年6月、ソ連と中国の間の溝は非常に深まり、ソ連は中国へのあらゆる援助を停止した。^{[ 3 ]} 1961年1月、限定的な熱核兵器の研究が始まった。中華人民共和国は1964年10月に最初の核爆弾、596号実験を実施した。

熱核研究は彭桓武の下で行われた。1963年、彭がかつて限定的な情報を入手していたソ連の層状ケーキ型設計が徹底的に調査され、最終的にはメガトン級にスケールアップするには効率が悪すぎることが判明した。1964年1月、新しい設計の探索が始まった。外国の雑誌の写真が調査され、既存の熱核ミサイルは一般的に長い円筒形であることが示され、球状の層状ケーキ型とは異なる物理原理であることが示唆された。1964年11月、毛沢東と周恩来は熱核研究者に対し、3年以内に実験を成功させるよう圧力をかけた。1965年半ば、1966年に小型層状ケーキ型設計の実験を行う計画が立てられ、1967年10月1日に実験を行う予定のバックアップ計画「658」、1メガトンに達することができる3段階の層状ケーキ型設計が立てられた。^{[ 2 ]}このコンセプトは、イギリスのバックアップ設計であるオレンジヘラルドラージに似ていた。

1965年9月から、于敏、蔡少輝、その他50名以上の研究者が上海に集まり、水素爆弾の急速な理論的発展に注力した。于敏は層状爆弾に関する一連の講義を行い、その過程で、重水素化リチウムからのトリチウム生成が遅いこと、すなわちジェッターサイクルが欠陥であることに気づいた。作業はデジタルコンピュータと手動計算の両方を用いて約100日間続いた。あるシミュレーション中に、「軽核物質」（おそらく重水素化リチウムとその核融合生成物）の値が誤って20倍も大きくコード化され、3メガトンの収量で研究者を驚かせた。これにより、二次における強力な圧縮と密度増加の方法に焦点を移すことができた。^{[ 2 ]}

10月、YuとCaiは、二次粒子の圧縮について、物理的ではないが理想的なモデルを探求することにした。Yuはその後、二次粒子に供給されるエネルギーの一形態（おそらくX線）を最大化するための「洗練された構造」を考案した。11月1日から、J501コンピュータでのシミュレーションにより、この設計で1メガトンの爆弾が実現可能であることが示された。12月から、このブレークスルーに焦点を当てたテストを進めることが決定された。Yuは後に、この急速な開発により、1966年5月に始まった10年間の文化大革命中に水素爆弾研究計画が遅れることがなかったと述べた。学者の張慧は2024年に、中国の水素爆弾は、さらに遅れていたら実現しなかったかもしれないと推測した。^{[ 2 ]}

中国ではこの設計は于敏构型（于敏构型、Yú Mǐn gòu xíng）として知られるようになった。中国政府は、これは多段階熱核兵器設計ではあるが、他の4つの熱核保有国が使用していると想定されるテラー・ウラム設計とは異なり、さらなる小型化が可能であり、この2つを合わせると実現可能な唯一の熱核兵器設計になると主張している。^{[ 4 ]}違いは不明瞭で、中国の設計も核分裂一次からのエネルギーを熱核二次を圧縮するために利用する。ソ連とイギリスの初期の水素爆弾と同様に、二次は球形であり、米国で最初に使用された円筒形の二次とは異なる。^{[ 2 ]}

理論的には健全な多段階熱核兵器設計であるにもかかわらず、中国政府はまず層状ケーキ設計を中国の3回目の核実験として試験することを選択した。すべての実験はロプノール塩湖で行われた。この兵器は、中国初の核兵器である核分裂爆縮爆弾「596」をベースに、リチウム重水素化物の追加層（「L」で表される）を加えた「 596L 」というコードネームが付けられた。この兵器は1966年5月9日に西安H-6爆撃機から投下され、約220キロトンの威力を発揮した。この威力は、 1955年のソ連の核実験シリーズにおける同様のRDS-27実験と一致しており、リチウム重水素化物層状ケーキ設計から250キロトンの威力を発揮した（RDS-6sはトリチウムの追加により400キロトンを達成した）。^{[ 2 ]}

次に、コードネーム「629」と呼ばれる2段階熱核設計の小規模試験が計画された。核一次部の物理的問題と1966年5月の文化大革命の勃発により開発は妨げられた。より精密な測定のためにタワー試験が使用される予定だった。地表汚染による放射性降下物を最小限に抑えるため、半径50メートルの円はコンクリートで舗装され、半径230メートルの円は砕石で舗装された。また、100キロトン用に設計された重水素化リチウムと鉛タンパーの使用を減らすことで、装置の出力も低減された。試験は1966年12月28日に行われ、122キロトンの出力を出し、段階式熱核設計の妥当性を証明した。^{[ 2 ]}小規模検証試験として、これは1951年5月の米国グリーンハウス・ジョージによる世界初の熱核実験に似ていた。

629年の実験の成功を受けて、「6回目の実験」として本格的な水素爆弾実験に全力を注ぎ、「639」というコードネームが付けられた。予備の「658」層ケーキ計画の材料を流用することが決定された。文化大革命の熱狂の中、第九学院は彭歓武のフランスが1967年に最初の水素爆弾実験を行うという予測に熱心に対抗し、639年の実験予定日を10月から7月に変更した。^{[ 2 ]}