接受任务
苏联毁约停援后，我国核工业系统大批在建的“半拉子”工程如何继续完成？许多不完整、不齐全的设备仪器如何配套补齐？已经安装起来的机器怎么调试启动？还有许多工程设计没有完成，或者已经做了，但文件资料不全，技术存疑，图纸差错，这些又怎么做全、查清、纠正？在这样的情况下，我国第一颗原子弹怎么研制？既定的战略目标又如何实现？
制造原子弹的关键材料-铀是一种天然存在的放射性元素。在天然铀矿中，铀-234、铀-235、铀-238三种同位素同时存在，其中主要成分为铀-238，丰度为99.284%，铀-235的丰度为0.712%，铀-234的丰度为0.0054%.铀为易裂变核素，吸收外来中子后发生核裂变，链式反应后生成新的元素并能释放出能量。1kg铀完全裂变所释放的能量，相当于2500吨标准煤产生的热量。用铀做原子弹装料的，称为铀弹。
原子弹爆炸的原理定任爆炸前，将核原料（铀或钚-239）装在弹体内分成几小块，每块质量都小于临界质量。这里的所谓临界质量是指裂变物质能实行自持链式反应所需的裂变物质的最少质量。爆炸时，控制机构首先引爆普通烈性炸药，产生高温高压，使二块或几小块铀（或钚）燃料迅速聚合而超过临界质量，形成不可控制的裂变链式反应，产生巨大的能量，从而引起猛烈爆炸，以其强大的光辐射和冲击波，杀伤人员，破坏房屋结构和各种军事设施。
用作原子弹的核材料，既可以是铀-235（浓缩铀），也可以是钚-239.根据起爆装置的不同，原子弹可以分成两种类型：一种是“枪法”，又称“压拢型”；另一种是“内爆法”，又称“压紧型”。“枪法”原子弹，结构比较简单，技术容易掌握；缺点是爆炸效率低，使用核材料多，而且不能用钚-239.“内爆法”原子弹，技术先进，爆炸效率高，消耗核材料少，铀和钚都可以用，而且可在它的基础上研制出威力更大的氢弹。但是，结构比较复杂，技术难度大。
二机部党组认真分析形势，研究对策，认为要从战略全局上突出重点，必须明确两个急需解决的关键问题，才能把全局带动起来。
第一是如何尽快把浓缩铀生产出来。天然铀中，铀-235的丰度极低，要符合原子弹的要求，必须进行浓缩，浓缩铀的工艺非常烦琐、复杂，需要经历探矿、开采、化学转化、同位素分离与提纯等多种工艺工序。在苏联的帮助下，当时二机部下属的相关单位已开展相关工作，并有一定基础。
第二是如何尽快把原子弹的理论设计搞出来。按照《国防新技术协定》，苏联曾派来3名核武器专家，在二机部商层领导和技术专家的税范围内，从教学的角度讲过一次原子弹的原理和大体结构。但这毕竟只是一种教学概念，不是工程设计，而且有的数据不准确。科技人员用了两年的时间，经过反复计算才完全弄清楚。特别是苏联专家讲的是钢维。而当时我国生产钚的反应堆还没有建起来，没有钚材料。我国的原子弹理论设计怎么搞？北京第九研究所的科研人员经过深入地分析、比较和研究，从当时我国还没有钚的国情和技术发展方向考虑，
决定既不采取“枪法”铀弹，也不采取“内爆法”钚弹路线，而是采取了“内爆法”铀弹方案。这一技术决策，起点较高并适应国情，使我国第一颗原子弹的理论设计得以顺利进行。
根据我国第一颗原子弹的结构设计，浓缩铀部件是最关键的部件，需要从理论上计算出裂变物质-铀实现核爆炸的“临界质量”，也就是实现链式裂变反应所需的最小质量。这是因为原子核很小，中子通过原子时有可能击中原子核而发生裂变，也有可能被某些原子吸收或者逃逸到空中，所以只有铀达到一定的质量-临界质量，新一代引起核裂变的中子比老一代中子还多，链式裂变反应才能持续进行并引发原子弹爆炸。临界质量的大小与铀的密度、纯度、形状、结构等多种因素有关。那么，我国第一颗原子弹需要的浓缩铀部件，它的密度是多少、纯度是多少、形状如何、怎样加工······宋家树带领的铀冶金组主要解决浓缩铀部件的精炼、铸造成型、加工等工艺问题，其重要性不言而喻。这对包括宋家树在内的所有组员来说都是一个陌生的领域，而且具体的研制工作还不明确。
彼时宋家树年仅28岁，在组内是年龄最大的年轻人，但要带领一支更年轻的科研团队，承担我国第一颗原子弹最核心部件的研制，这项研究工作对他们来说极具挑战性。
艰难起步
宋家树带队攻关浓缩铀部件时，正值我国国内形势极为严峻。“大跃进”的重大失误和严重的自然灾害，使农业生产遭受到极大破坏，国民经济进入严重困难时期，加上偿还苏联贷款，更是雪上加霜。
原子弹研究是大规模的科学技术研究，要有成千上万人的协作，组织是十分庞大的。在国家困难时期，关于我国原子弹研究项目是“上马”还是“下马”的争论越来越激烈，甚至在中央高层意见也不统一。
1961年夏天，国防工业委员会工作会议在北戴河召开，“全国人民的吃饭都成了问题，原子弹是不是要搞下去”引起了不小的争议。反对者的意见是暂时下马，等国家经济好转后再上，这在当时为多数人所赞同。但反对停止原子弹研制的人认为应该从国家安全战略上看问题，值得为之多投入，否则只会使已经建立的基础废弃，队伍一旦解散就得从头再来。争议相当激烈，周恩来以及聂荣臻、陈毅、彭德怀、林彪、叶剑英等老帅的态度非常坚决，表示要搞下去。他们认为只有尽快拥有原子弹，才能早日确立我国在国际上的大国地位，中国说话才能有分量，也才能从根本上冲破以美国为首的西方国家对中国实行的封锁制裁及核威慑。1961年8月28日，陈毅副总理在张爱萍、刘杰陪同下视察北京第九研究所，勉励大家说：“你们搞出原子弹，我这个外交部部长的腰板就硬了。”
原子弹研究项目“上马”派与“下马”派争论不休，谁也说服不了谁。于是，刘少奇提议国防科委派人去相关单位、学校、企业调研，了解我国原子弹研究项目遇到的困难和研制进度，再来决定“上马”还是“下马”的问题。1961年10月9日至11月2日，张爱萍受聂荣臻委托，与刘西尧、刘杰一起深入一线，进行了近两个月的调研考察，向中央提交了《关于原子能工业建设的基本情况和急待解决的几个问题》的调查报告，报告明确提出，只要进一步加强组织协调，集中全国有关部门协同攻关，预计能够在1964年成功实现原子弹爆炸。正是这个报告，统一了思想，平息了争论，进一步坚定了中央研制原子弹的决心。
在宋任穷部长的亲自协调下，宋家树等人从地安门招待所搬到位于万寿路的中组部招待所，那里的居住、生活条件好多了。宋家树先后与张宏钧、吴中鸣住过两人一间的宿舍。在食品供应方面，国家也尽可能对他们这批科研人员给予最大的照顾，经常有肉吃，尽管对于十人一桌的午餐来说，肉的数量太少了一些，但从1960年冬天开始，食品供应也和北京市民说，内的这20斤定量。由于油水少，对于像宋家树这样年轻的科所人民来说还是稍显不够。
宋家树回忆说：“记得有一天晚上，由于晚饭在所里没吃饱，我和张宏钧加班回去得比较晚，肚子实在是饿了，就想到街上去吃碗面条，找了很久，都没找到有卖的，结果只有在快到家时才找到一个小店，还有一点豆腐、酱油和有点面味的片汤，也就很满意了。”在困难时期，
北京第九研究所的“半数工作人员因营养不良而出现浮肿”。
尽管如此，只要有任务、有活干，生活上的困难对于宋家树他们而言均等闲视之。正如李觉后来回忆说：“那个时候我国的科技专家也好，工程技术人员也好，谁都没研究过原子弹，一切从头做起，那是很艰苦的、很困难的。这就确确实实反映了一种革命精神，为了国家、
为了人民的利益，没有什么条件可讲。只要是党交给的任务，就认为这是党的信任和嘱托，再苦也要克服困难完成。”
宋家树在大学虽然从事的是金属物理研究，但从未接触过铀，以前的研究经验很多都用不上，他得重头学起。首先，他要详尽地了解铀的物理特性，重点是结构及其变化的机理。其次，他要弄清楚理论设计原理，弄清楚浓缩铀部件在整个体系中要达到的要求和所应发挥的作用。最后，还要从理论要求出发，设计出能够制成合格产品的生产工艺。如果加工达不到设计要求，是改设计方案，还是提高加工工艺？如果必须提高加工工艺水平，又要从哪几个方面去考虑解决难题的方案？千头万绪的问题纠结在一起，摆在宋家树的面前。核材料天生就有一副坏脾气，不愿受到任何束缚，就算是在外形上受到控制，也还会发出看不见的射线，破坏人的健康机体。在对于核材料的性质不够了解的情况下，寻求出一整套核材料成型、加工工艺谈何容易。要做好这项工作，除了要尊重科学，还要具有大无畏的牺牲精神。
在关系国家安危的科研任务面前，因难无法阻挡创业者首进的牌步这支年轻构队伍在宋家树的带领下，木着政于每牲的精神，以他清得集体攻关。
作为组长，宋家树借鉴其他材料性质的研究办法，从最基础的事情做起-学习调研资料。
我们去的时候条件艰苦，办公室就这么几本书。但是宋总学东西比较快，接受能力比较强。虽然他比我们只早去几个月，但是好多东西我们去了以后，他心里已经有谱了，只是没有经过实践。我们刚毕业的大学生去了都是小萝卜头。但是宋总告诉我们，你们在这个新的领域，一开始可能是没有接触过，那咱们就从头来，从头开始。也没什么害怕的，外国人能搞，我们也能搞。只不过外国可能比我们先走一步，中国人也不笨，也会搞出来的。在宋总的指导下我们就开始做调研，难度也比较大，当时国内没有这方面的资料，国外当时只有美国原子能机构有点报道，看起来也比较困难。因为我们在学校里学的是俄文，可资料都是英文，怎么办？宋总就叫我们多看，宋总也是多看，基本的语法还是知道的。我们就根据宋总这个思路开始摸索，原子部分的内容有很多，开始就像大海捞针一样去捞。宋总一旦有了一个思维方法，就先告诉我们是怎么回事，让我们去办，自己去摸索，摸索了以后过一段时间他再把他的想法毫无保留地告诉我们，这个过程对我们的能力提高很快。一开始我不知道拿什么资料，瞎找。他一指点我们就比较清楚了。针对资料调研，他告诉我们，一般你先翻翻看一看，大概了解怎么回事，然后进一步把你想要的东西摘录下来，摘录下来以后，还得去琢磨。因为资料上讲的有时候是对的，有时候是不对的，得靠自己去鉴别，第一年基本上都是词研学习资料。
宋家树利用自己精通俄语、英语的优势，进行了广泛的调研，查找、搜集、整理、翻译国内外有关铀及其他材料的资料，先后形成了10多本共计1000余页调研笔记，笔记中记录了最基础的冶金理论、真空冶金过程、铀的真空熔化以及金属中去除杂质元素等方面的资料，记录了冶金学、核物理学、同位素物理学等方面英文、俄文、中文文献的学习笔记，并进行了比较分析。他还与四室的学术秘书郭善正①一起把美国考夫曼、福特所著的《核燃料冶金学》翻译整理成中文供大家学习，1965年5月，该书的中文版由中国工业出版社出版，出于保密需要，宋家树化名宋垣。
在学习调研过程中，宋家树非常关心年轻科技人员的成长。1961年分配到一组的郑坎均说：“我在学校所学专业是稀有金属冶炼，九局（所）四室一组有金属铀的真空精炼专题，却分配我到坩埚研制专题。我接受了这种分配，但对能否胜任属于粉末冶金-陶瓷专业范畴的工作，心里却没有底。宋家树同志似乎看出了我的心思，与我谈心，介绍了坩埚研制的情况，把许多资料和有关书籍给我学习、参考。在他的关心和指导下，我学习了粉末冶金、陶瓷专业方面的基础知识，扩大了知识面，为完成坩埚研制任务和热核材料成型工艺研究打下了基础。”
宋家树充分发扬学术民主，与组内科研人员深入讨论，广泛听取各方面意见，努力营造以能者为师，相互取长补短的良好学习、工作氛围。
据曾经在四室二组工作，后来分配在一组工作过的权忠舆③回忆说：
在一组首先感觉到的变化是一组的称谓与二组很不相同：二组对组长们要称作“苏工程师”等，其他同志则连名带姓地称呼。可是一组无论什么职务、职称，一律叫“老宋”“老杜”（其实他们也都才在三十岁上下）等。我们几个刚来的小年轻轮不上称“老”，可直呼其
名。从称呼可以看到一组独有的平等融洽的氛围，这位宋组长为人品性可见端倪。
小组成员的精神面貌也非常好，无论学习还是工作都铆足了劲，都是以“自力更生，发奋图强”来要求自己。工作时间也相当长，一般从早上8点一直到晚上12点，几乎没有节假日，即使有，大家也会主动放弃休假要求加班。大家每天晚上12点以前基本都在办公室里，有看书的，有讨论的，有学习的，制订方案的制订方案。三年困难时期，李觉局长和所领导担心大家长时间加班，把身体累垮了，晚上到十点就催着大家下班。但有的人仍然坚持学习，最后采取一个办法-收保密包，因为那时候保密很严格，每人都有保密包，所有的纸张、资料、保密本都装在保密包里，每天下班必须交保密包。保密包收走后，什么资料都没有了，只好回宿舍休息。
这种好风气跟宋家树的引领带动有很大的关系。许纪忠说：“宋总一般都学习到很晚，他学习的时候有个特点非常好，那就是边看书边记笔记，还写评语，提出自己的想法，偶尔也跟我们讨论，这点现在想想是对的，因为书本上的东西不一定对。”
在宋家树的带领和帮助下，攻关团队成员从铀的物理、化学性能的基本知识学起，对铀的基本特性和相关工艺性都有所了解，这些工作为后期开展铀的冶炼做好了思想和技术的准备。
实验求证
浓缩铀部件对材料有严格的要求，丰度要大于90%，但又不能是纯铀。浓缩铀里有多种杂质，有的杂质是合理的，允许存在，有的杂质会影响中子增值，进而影响裂变材料的链式反应，必须去除。
在余瑞璜、吴式枢、朱光亚、莫洛佐夫等名师的言传身教下，宋家树的理论基础非常扎实，并在高温合金材料工艺研究方由发挥了不错的成绩，他理工并重、求真务实的特点在浓缩铀部件攻关过程中发挥了重要作用。
铀部件的杂质中主要涉及裂变过程中中子的增值问题，因为裂变要产生链式反应，中子少了，链式反应要断，材质当中吸收中子機面大的材料对它是有影响的，这项工作应该是由一室搞理论的来做。后来一室为何委托老宋（宋家树）来做呢？因为一室搞理论的人不懂工艺，不懂材料，所以在铀部件整个成型过程中，到底杂质怎么控制，理论计算是老宋完成的。这就是老宋把工艺与核物理技术有机结合起来，类似的事情还有很多。
在学习调研的同时，宋家树用自己深厚的理论基础和核材料已有的理论，对铀的中子本底进行了计算，确定了首要研究方向-铀的杂质成分控制，但到底哪些杂质可以保留，哪些杂质必须去除，宋家树主张通过实验即铀的冶炼来分析、检验，这一想法得到了室领导的支持。
“当时最大的困难是没有实验条件，一是没有场地，二是没有设备。”
为尽快开展铀的冶炼，首先要解决场地和设备问题。场地好解决，室领导跟所里交涉，找到办公室对面一间破旧仓库改建成了一个简易实验室。设备问题比较难，因为铀的活性大，容易氧化，同时又具有放射性，要保持密封。所以材料的冶炼对设备的功能有特定的需求，需要一台真空感应电炉，当时国内还没有生产成套标准真空感应电炉的厂家，国外进口或找国内厂家按要求生产都要等很长一段时间。宋家树决定“不等不靠，自力更生，没有设备自己做。”他结合当时搭建设备所需的仪器、材料的实际情况，提出自制高真空钼片炉的设想方
案，包括加热系统、高真空系统、冷却系统。宋家树在吉林大学曾筹建过同位素实验室，很多实验设备也是自己动手做，所以做炉子对他来说有一定的经验，比较复杂的是加热系统和高真空系统。
当时有两种加热系统：一是感应加热，二是电阻加热。宋家树选择组装电阻加热系统，他认为感应加热需要的发电机，不好找，比较麻烦。电阻加热比较简单，电阻丝通上电，一发热热量就有了，要把热量控制在局部范围，在里面再加装隔热层、反射层。许纪忠说：
宋总的构思很好，为什么不选钨丝，因为当时不容易搞到。钼片我们在库房就能找到，他根据我们当时的实际情况就选择了钼作为发热元件。
因为铀材料很容易氧化，所以要熔炼必须在10-4Pa以上的高真空环境中进行，否则材料会氧化，达不到要求。怎么达到高真空呢？宋家树设计了两级泵，先用机械泵，后用扩散泵。
根据这个思路，宋家树把高真空钼片炉画了一个示意图，让许纪忠等人按设计图纸，领仪器、跑材料，落实零组件加工。不久，就在简易实验室里组装起一台高真空钼片炉。这台设备虽然简陋，但很实用，对了解铀的性能、掌握铀的熔炼技术和培养人才等都起到了重要作用。
由于实验设备相对简陋，铀等核材料比较奇缺，而且实验所需要的经费更是远远不够。宋家树充分利用“方法论”，先从概念入手，从理性分析出发，用相对简单、安全的实验代替复杂的、危险的实验。当时浓缩铀尚未生产出来，宋家树决定用天然铀来做模拟试验。1961年年底，协作单位第一次为北京第九研究所提供10公斤天然铀，当时，吴学义负责验收
和押运。因为天然铀含有铀-235和铀-238同位素，其物理性质与铀-235几乎是一样的。
铀具有放射性，对人的身体有危害，宋家树采取了特殊仔细的安全措施以保证工作场所及环境的安全，要求操作人员自觉地严格遵守放射性工作的要求，确保了“在近三年的工作中没有发生安全事故”。
许纪忠说：
通过大量的实验，我们分析出铀里面有20多种杂质及每种杂质的含量，而且还发现，铀里面的杂质含量随着温度的变化而变化，有些杂质在铀里面比重比较轻，就浮上去了，实际上把该去掉的就去掉了，然后达到需要的水平。核材料对密度和中子本底的杂质含量有很高要求，宋总根据实际情况和理论计算，提出了一些成分的控制准则，被理论部①采纳，为第一颗原子弹核部件提供了理论依据。本来核材料的成分控制应该由理论部提出来，宋总可以不管这个事情的。那时候胡思得经常到四室来跟宋总探讨这个问题。这项工作开展起来
还有一个作用，就是把四室其他组的工作也带动起来了。
为了达到培养人、锻炼人的目的，宋家树以任务带动科研，放手让年轻人干，并告诉他们要边学边干，在学中干，在干中学。据郑坎均回忆，“铀中的杂质含量控制问题是宋家树首先提出来的，并进行了初步研究。但为了培养年轻科技人员，让更多的年轻人了解和参与这项工作，他把这个课题交给许纪忠。许纪忠是北京钢铁学院1960年铸造专业毕业生，对这个课题相关领域的知识知之不多。宋家树向许纪忠详细介绍了该研究的内容、意义和具体计算方法，以及如何编写技术总结报告等。许纪忠在他的指导下写出了技术总结，完成了这个课题，并为核裂变材料杂质控制提供了技术依据。”
不仅如此，宋家树通过自制的高真空钼片炉研究了核材料杂质含量的要求问题，提出“杂质对核材料中子本底的影响”“同位素成分对中子本底影响的计算”“杂质对铀密度的影响”等内部报告，二机部将其作为正式文件发给其他核材料生产、加工单位做参考。同时，自制的高真空钼片炉对国内相关厂家具有重要的借鉴意义，他们成功研制出真空感应电炉，为核材料的生产、加工提供了必需的技术装备。
在搞清楚了原子弹所需的铀-235中杂质控制的原则和具体的成分要求，以及通过真空冶炼可以满足这些要求后，1963年9月，宋家树带领小组成员完成冶金工艺攻关，提供了完整的冶金工艺资料和数据，接着开展核部件成型工艺研究。
四室决定从两路进行探索：一路是宋家树负责铸造成型工艺研究，另一路是程敏、马德顺等人负责锻压成型工艺研究。经过反复实验论证、对比分析，从工艺技术和产品质量考虑，决定采用铸造成型工艺路线，也就是把金属铀提纯，铸造成毛坯后进行机械加工，最后做成原子弹所需的部件。
宋家树带领大家“摸着石头过河”，开展了大量的先期研究，做了大量的试验，取得了许多关键工艺数据，为铸造出合格的毛坯部件提供了完整可靠的工艺技术资料，为核部件生产厂研制浓缩铀部件提供了坚实的技术支撑。
攻关成功
在宋家树组织浓缩铀部件成型工艺研究过程中，国内经济形势开始好转，中央领导十分关心原子弹的研制工作。1962年8月召开的北戴河中央工作会议期间，中央领导热切地希望能够早日拿出原子弹来增强我国的军事力量和国际政治地位。会后，二机部领导分析了工作形势，根据各项工作进展情况，认为我国核工业建设和核武器研制已经到了从量变到质变的关键时刻，提出争取在1964年，最迟在1965年上半年爆炸我国第一颗原子弹的规划设想。为了对规模庞大、系统复杂的原子能工业实施有效的组织和领导，10月30日，总参谋长罗瑞卿专门向中央呈送了一份报告，建议成立中共中央专门委员会，从更高的层次加强对尖端事业的领导。11月3日，毛主席批示：“很好，照办。要大力协同做好这件工作。”
二机部领导的报告无异于向中央立下了军令状，而毛主席的批示如同一道总动员令，动员全党、全军、全国人民齐心协力，为实现1964年爆炸我国第一颗原子弹而努力奋斗。
11月17日，刘少奇主持召开了政治局会议，宣布成立“中央专门委员会”（简称中央专委），周恩来任主任。”的指挥领导下和核武器研制工作在周恩来总理主持的“中央专委”的指挥领导下，各项工作进度大大加快了。
按照二机部的分工，第一颗原子弹的关键部件-浓缩铀部件由核部件生产厂加工，由于生产加工的厂房建设进度慢，加工工艺研究的科研力量也很薄弱，为了早日拿出合格的浓缩铀部件，1963年4月，在四室一组核部件成型攻关的中后期，二机部决定把核部件生产厂的相关技术人员和工人师傅派到四室一组来实习，参加攻关试验，集中力量进行浓缩铀部件的精炼、铸造等工艺研究，形成浓缩铀部件的成型加工工艺技术资料，并为核部件生产厂培训技术人才和操作人员。
核部件生产厂先后到四室一组参加攻关试验的科技人员有祝麟芳、于贵山、高庆昌、张同星、王清辉、何绍元、毕清华、刘明、张文祥、匡炳兴、李传祚、郭福庆、张树璋、马玉珍、罗宝琛、刘乃丰、王道刚等。
在宋家树的示范和带动下，大家勤奋学习，认真工作，刻苦钻研技术，经常开展学术交流活动，宋家树还经常为大家做学术报告，创造了浓厚的学术氛围。
原子弹试验部件对材料的要求非常高，在探索核部件铸造成型工艺时，宋家树发现铸出来的毛坯件内部有缺陷，存在疏松、气孔等问题，根据工艺要求，必须解决。经过系列试验和对比分析，发现这些问题是因为有杂质。因此，宋家树又充分发扬民主，组织全组人员研讨，鼓励大家各自提出不同的试验方案，想想哪些办法可以去掉杂质，哪个参数最为合适，然后定出试验计划，进行试验。做完试验，他们马上分析结果，并与理论部的相关资料论点、数据进行比较分析，确定最终的参数。
要解决这些试验研究中的问题，对设备的技术要求非常高，自制的设备已经无法满足工作需要。为了找到合适的设备，宋家树四处打听，后来想到了一个办法-查进出口设备记录，看国内哪个单位或科研机构有这些高精尖的设备。几经辗转，打听到三机部（航空工业部）某研究院刚从国外进口了一台真空感应电炉。怎么把这台设备弄到手，又成为摆在宋家树面前的难题。后来张爱萍将军知情后，帮助他解决了这个难题。宋家树说：“张爱萍副总长知道这件事后下令：'马上从兄弟单位把炉子要回来使用！，这下我为难了。兄弟单位的所长荣科是我国著名的材料专家，又是我毕业论文写作和答辩的评阅老师，一直保持着良好的师生之谊，现在要“横刀夺爱”，太不近人情了。荣科先生知道这件事后，亲自给我打电话，说：“你可把我害苦了，这炉子我们刚买来，一回都没用。你让我们先炼几炉，过一个礼拜再拿去行不行？'面对恩师的恳求，我也只好违抗张爱萍将军的军令，让荣先生他们先使用了一个礼拜。”
随着高真空感应炉的到来，四室一组的研究条件得到大幅度改善，宋家树带领联合攻关组通过大量实验，不断深化铀的精炼和铸造工艺研究，逐步掌握了铀中杂质元素在精炼过程中的变化规律，对铀的铸造工艺研究也有了新的认识。在铀的铸造方面，宋家树等人确定了利用顺序定向凝固的方法控制气泡及缺陷，并进行了多次示范性的铸造实验。
经过紧张的攻关，到1963年年底，浓缩铀部件的精炼、铸造成型、加工等工艺研究圆满完成，浓缩铀部件的加工工作转到核部件生产厂，他们按照四室一组确定的工艺、参数，应用于真材料而获得圆满成功。后来，国内外很多公开报道把我国第一颗原子弹浓缩铀部件的制造加工功劳都记在了祝麟芳、张同星、原公甫等人身上，鲜有提及宋家树等人在浓缩铀部件研制攻关过程中的重要贡献和作用。
谢建源说：“人们都熟知核部件生产厂有位‘原一刀’师傅的先进事迹，却很少有人知道原师傅加工的工件的技术攻关负责人宋家树的大名。”
曾参与第一颗原子弹技术联合攻关的王清辉说：“由于有了在攻关过程中积累的技术贮备，我们制造出了优质的浓缩铀部件，保证了我国首次核爆试验的成功。宋家树院士在攻关中所起的骨干作用功不可没。”
1987年出版的《当代中国丛书-中国的核工业》是这样评价的：在宋家树等人的组织领导下，通过反复试验研究，确定了浓缩铀的铸造成型工艺，并取得精炼、铸造、坩埚及真空取卡和切削加工等工业数据，建立了分析检验方法，明确了控制杂质含量的原则，这些成果为制造浓缩铀部件打下了技术基础。
宋家树认为，“北京攻关的这一阶段，对核武器事业的发展至关重要。在这一时期，理论设计与核材料方面工作的人有很多机会共同讨论问题，这种“交流”使我们在核材料研究方向上体会到必须结合武器设计要求来考虑问题，从而明确了我们工作的中心是各种特殊材料、部件的制造、加工工艺，其他各方面的研究都应围绕这一中心进行。”“通过在北京四年的工作，我们终于弄清楚了它的结构-至少是可行的结构。不仅如此，我们还首次弄清材料的要求，真刀真枪地制造它。”此项工作在填写中国核武器生产研制多项空白的同时，还有一个令宋家树经常回味的重要成果，那就是在研制攻关过程中锻炼并打造了一支团结协作、能打硬仗的技术队伍。多年后回忆往事时，宋家树感慨道：“成立四室是一个非常重要的决策，它不仅在三年多的时间内开展了许多基础研究，更重要的是为以后特种材料、核部件的研制培养了一支技术骨干队伍，这支队伍也为特种材料和核部件的研制生产做出了重要的贡献。”
北京的研制任务结束后，宋家树奔赴青海二二一基地，开始新的部件攻关。
接受任务
苏联毁约停援后，我国核工业系统大批在建的“半拉子”工程如何继续完成？许多不完整、不齐全的设备仪器如何配套补齐？已经安装起来的机器怎么调试启动？还有许多工程设计没有完成，或者已经做了，但文件资料不全，技术存疑，图纸差错，这些又怎么做全、查清、纠正？在这样的情况下，我国第一颗原子弹怎么研制？既定的战略目标又如何实现？
制造原子弹的关键材料-铀是一种天然存在的放射性元素。在天然铀矿中，铀-234、铀-235、铀-238三种同位素同时存在，其中主要成分为铀-238，丰度为99.284%，铀-235的丰度为0.712%，铀-234的丰度为0.0054%.铀为易裂变核素，吸收外来中子后发生核裂变，链式反应后生成新的元素并能释放出能量。1kg铀完全裂变所释放的能量，相当于2500吨标准煤产生的热量。用铀做原子弹装料的，称为铀弹。
原子弹爆炸的原理定任爆炸前，将核原料（铀或钚-239）装在弹体内分成几小块，每块质量都小于临界质量。这里的所谓临界质量是指裂变物质能实行自持链式反应所需的裂变物质的最少质量。爆炸时，控制机构首先引爆普通烈性炸药，产生高温高压，使二块或几小块铀（或钚）燃料迅速聚合而超过临界质量，形成不可控制的裂变链式反应，产生巨大的能量，从而引起猛烈爆炸，以其强大的光辐射和冲击波，杀伤人员，破坏房屋结构和各种军事设施。
用作原子弹的核材料，既可以是铀-235（浓缩铀），也可以是钚-239.根据起爆装置的不同，原子弹可以分成两种类型：一种是“枪法”，又称“压拢型”；另一种是“内爆法”，又称“压紧型”。“枪法”原子弹，结构比较简单，技术容易掌握；缺点是爆炸效率低，使用核材料多，而且不能用钚-239.“内爆法”原子弹，技术先进，爆炸效率高，消耗核材料少，铀和钚都可以用，而且可在它的基础上研制出威力更大的氢弹。但是，结构比较复杂，技术难度大。
二机部党组认真分析形势，研究对策，认为要从战略全局上突出重点，必须明确两个急需解决的关键问题，才能把全局带动起来。
第一是如何尽快把浓缩铀生产出来。天然铀中，铀-235的丰度极低，要符合原子弹的要求，必须进行浓缩，浓缩铀的工艺非常烦琐、复杂，需要经历探矿、开采、化学转化、同位素分离与提纯等多种工艺工序。在苏联的帮助下，当时二机部下属的相关单位已开展相关工作，并有一定基础。
第二是如何尽快把原子弹的理论设计搞出来。按照《国防新技术协定》，苏联曾派来3名核武器专家，在二机部商层领导和技术专家的税范围内，从教学的角度讲过一次原子弹的原理和大体结构。但这毕竟只是一种教学概念，不是工程设计，而且有的数据不准确。科技人员用了两年的时间，经过反复计算才完全弄清楚。特别是苏联专家讲的是钢维。而当时我国生产钚的反应堆还没有建起来，没有钚材料。我国的原子弹理论设计怎么搞？北京第九研究所的科研人员经过深入地分析、比较和研究，从当时我国还没有钚的国情和技术发展方向考虑，
决定既不采取“枪法”铀弹，也不采取“内爆法”钚弹路线，而是采取了“内爆法”铀弹方案。这一技术决策，起点较高并适应国情，使我国第一颗原子弹的理论设计得以顺利进行。
根据我国第一颗原子弹的结构设计，浓缩铀部件是最关键的部件，需要从理论上计算出裂变物质-铀实现核爆炸的“临界质量”，也就是实现链式裂变反应所需的最小质量。这是因为原子核很小，中子通过原子时有可能击中原子核而发生裂变，也有可能被某些原子吸收或者逃逸到空中，所以只有铀达到一定的质量-临界质量，新一代引起核裂变的中子比老一代中子还多，链式裂变反应才能持续进行并引发原子弹爆炸。临界质量的大小与铀的密度、纯度、形状、结构等多种因素有关。那么，我国第一颗原子弹需要的浓缩铀部件，它的密度是多少、纯度是多少、形状如何、怎样加工······宋家树带领的铀冶金组主要解决浓缩铀部件的精炼、铸造成型、加工等工艺问题，其重要性不言而喻。这对包括宋家树在内的所有组员来说都是一个陌生的领域，而且具体的研制工作还不明确。
彼时宋家树年仅28岁，在组内是年龄最大的年轻人，但要带领一支更年轻的科研团队，承担我国第一颗原子弹最核心部件的研制，这项研究工作对他们来说极具挑战性。
艰难起步
宋家树带队攻关浓缩铀部件时，正值我国国内形势极为严峻。“大跃进”的重大失误和严重的自然灾害，使农业生产遭受到极大破坏，国民经济进入严重困难时期，加上偿还苏联贷款，更是雪上加霜。
原子弹研究是大规模的科学技术研究，要有成千上万人的协作，组织是十分庞大的。在国家困难时期，关于我国原子弹研究项目是“上马”还是“下马”的争论越来越激烈，甚至在中央高层意见也不统一。
1961年夏天，国防工业委员会工作会议在北戴河召开，“全国人民的吃饭都成了问题，原子弹是不是要搞下去”引起了不小的争议。反对者的意见是暂时下马，等国家经济好转后再上，这在当时为多数人所赞同。但反对停止原子弹研制的人认为应该从国家安全战略上看问题，值得为之多投入，否则只会使已经建立的基础废弃，队伍一旦解散就得从头再来。争议相当激烈，周恩来以及聂荣臻、陈毅、彭德怀、林彪、叶剑英等老帅的态度非常坚决，表示要搞下去。他们认为只有尽快拥有原子弹，才能早日确立我国在国际上的大国地位，中国说话才能有分量，也才能从根本上冲破以美国为首的西方国家对中国实行的封锁制裁及核威慑。1961年8月28日，陈毅副总理在张爱萍、刘杰陪同下视察北京第九研究所，勉励大家说：“你们搞出原子弹，我这个外交部部长的腰板就硬了。”
原子弹研究项目“上马”派与“下马”派争论不休，谁也说服不了谁。于是，刘少奇提议国防科委派人去相关单位、学校、企业调研，了解我国原子弹研究项目遇到的困难和研制进度，再来决定“上马”还是“下马”的问题。1961年10月9日至11月2日，张爱萍受聂荣臻委托，与刘西尧、刘杰一起深入一线，进行了近两个月的调研考察，向中央提交了《关于原子能工业建设的基本情况和急待解决的几个问题》的调查报告，报告明确提出，只要进一步加强组织协调，集中全国有关部门协同攻关，预计能够在1964年成功实现原子弹爆炸。正是这个报告，统一了思想，平息了争论，进一步坚定了中央研制原子弹的决心。
在宋任穷部长的亲自协调下，宋家树等人从地安门招待所搬到位于万寿路的中组部招待所，那里的居住、生活条件好多了。宋家树先后与张宏钧、吴中鸣住过两人一间的宿舍。在食品供应方面，国家也尽可能对他们这批科研人员给予最大的照顾，经常有肉吃，尽管对于十人一桌的午餐来说，肉的数量太少了一些，但从1960年冬天开始，食品供应也和北京市民说，内的这20斤定量。由于油水少，对于像宋家树这样年轻的科所人民来说还是稍显不够。
宋家树回忆说：“记得有一天晚上，由于晚饭在所里没吃饱，我和张宏钧加班回去得比较晚，肚子实在是饿了，就想到街上去吃碗面条，找了很久，都没找到有卖的，结果只有在快到家时才找到一个小店，还有一点豆腐、酱油和有点面味的片汤，也就很满意了。”在困难时期，
北京第九研究所的“半数工作人员因营养不良而出现浮肿”。
尽管如此，只要有任务、有活干，生活上的困难对于宋家树他们而言均等闲视之。正如李觉后来回忆说：“那个时候我国的科技专家也好，工程技术人员也好，谁都没研究过原子弹，一切从头做起，那是很艰苦的、很困难的。这就确确实实反映了一种革命精神，为了国家、
为了人民的利益，没有什么条件可讲。只要是党交给的任务，就认为这是党的信任和嘱托，再苦也要克服困难完成。”
宋家树在大学虽然从事的是金属物理研究，但从未接触过铀，以前的研究经验很多都用不上，他得重头学起。首先，他要详尽地了解铀的物理特性，重点是结构及其变化的机理。其次，他要弄清楚理论设计原理，弄清楚浓缩铀部件在整个体系中要达到的要求和所应发挥的作用。最后，还要从理论要求出发，设计出能够制成合格产品的生产工艺。如果加工达不到设计要求，是改设计方案，还是提高加工工艺？如果必须提高加工工艺水平，又要从哪几个方面去考虑解决难题的方案？千头万绪的问题纠结在一起，摆在宋家树的面前。核材料天生就有一副坏脾气，不愿受到任何束缚，就算是在外形上受到控制，也还会发出看不见的射线，破坏人的健康机体。在对于核材料的性质不够了解的情况下，寻求出一整套核材料成型、加工工艺谈何容易。要做好这项工作，除了要尊重科学，还要具有大无畏的牺牲精神。
在关系国家安危的科研任务面前，因难无法阻挡创业者首进的牌步这支年轻构队伍在宋家树的带领下，木着政于每牲的精神，以他清得集体攻关。
作为组长，宋家树借鉴其他材料性质的研究办法，从最基础的事情做起-学习调研资料。
我们去的时候条件艰苦，办公室就这么几本书。但是宋总学东西比较快，接受能力比较强。虽然他比我们只早去几个月，但是好多东西我们去了以后，他心里已经有谱了，只是没有经过实践。我们刚毕业的大学生去了都是小萝卜头。但是宋总告诉我们，你们在这个新的领域，一开始可能是没有接触过，那咱们就从头来，从头开始。也没什么害怕的，外国人能搞，我们也能搞。只不过外国可能比我们先走一步，中国人也不笨，也会搞出来的。在宋总的指导下我们就开始做调研，难度也比较大，当时国内没有这方面的资料，国外当时只有美国原子能机构有点报道，看起来也比较困难。因为我们在学校里学的是俄文，可资料都是英文，怎么办？宋总就叫我们多看，宋总也是多看，基本的语法还是知道的。我们就根据宋总这个思路开始摸索，原子部分的内容有很多，开始就像大海捞针一样去捞。宋总一旦有了一个思维方法，就先告诉我们是怎么回事，让我们去办，自己去摸索，摸索了以后过一段时间他再把他的想法毫无保留地告诉我们，这个过程对我们的能力提高很快。一开始我不知道拿什么资料，瞎找。他一指点我们就比较清楚了。针对资料调研，他告诉我们，一般你先翻翻看一看，大概了解怎么回事，然后进一步把你想要的东西摘录下来，摘录下来以后，还得去琢磨。因为资料上讲的有时候是对的，有时候是不对的，得靠自己去鉴别，第一年基本上都是词研学习资料。
宋家树利用自己精通俄语、英语的优势，进行了广泛的调研，查找、搜集、整理、翻译国内外有关铀及其他材料的资料，先后形成了10多本共计1000余页调研笔记，笔记中记录了最基础的冶金理论、真空冶金过程、铀的真空熔化以及金属中去除杂质元素等方面的资料，记录了冶金学、核物理学、同位素物理学等方面英文、俄文、中文文献的学习笔记，并进行了比较分析。他还与四室的学术秘书郭善正①一起把美国考夫曼、福特所著的《核燃料冶金学》翻译整理成中文供大家学习，1965年5月，该书的中文版由中国工业出版社出版，出于保密需要，宋家树化名宋垣。
在学习调研过程中，宋家树非常关心年轻科技人员的成长。1961年分配到一组的郑坎均说：“我在学校所学专业是稀有金属冶炼，九局（所）四室一组有金属铀的真空精炼专题，却分配我到坩埚研制专题。我接受了这种分配，但对能否胜任属于粉末冶金-陶瓷专业范畴的工作，心里却没有底。宋家树同志似乎看出了我的心思，与我谈心，介绍了坩埚研制的情况，把许多资料和有关书籍给我学习、参考。在他的关心和指导下，我学习了粉末冶金、陶瓷专业方面的基础知识，扩大了知识面，为完成坩埚研制任务和热核材料成型工艺研究打下了基础。”
宋家树充分发扬学术民主，与组内科研人员深入讨论，广泛听取各方面意见，努力营造以能者为师，相互取长补短的良好学习、工作氛围。
据曾经在四室二组工作，后来分配在一组工作过的权忠舆③回忆说：
在一组首先感觉到的变化是一组的称谓与二组很不相同：二组对组长们要称作“苏工程师”等，其他同志则连名带姓地称呼。可是一组无论什么职务、职称，一律叫“老宋”“老杜”（其实他们也都才在三十岁上下）等。我们几个刚来的小年轻轮不上称“老”，可直呼其
名。从称呼可以看到一组独有的平等融洽的氛围，这位宋组长为人品性可见端倪。
小组成员的精神面貌也非常好，无论学习还是工作都铆足了劲，都是以“自力更生，发奋图强”来要求自己。工作时间也相当长，一般从早上8点一直到晚上12点，几乎没有节假日，即使有，大家也会主动放弃休假要求加班。大家每天晚上12点以前基本都在办公室里，有看书的，有讨论的，有学习的，制订方案的制订方案。三年困难时期，李觉局长和所领导担心大家长时间加班，把身体累垮了，晚上到十点就催着大家下班。但有的人仍然坚持学习，最后采取一个办法-收保密包，因为那时候保密很严格，每人都有保密包，所有的纸张、资料、保密本都装在保密包里，每天下班必须交保密包。保密包收走后，什么资料都没有了，只好回宿舍休息。
这种好风气跟宋家树的引领带动有很大的关系。许纪忠说：“宋总一般都学习到很晚，他学习的时候有个特点非常好，那就是边看书边记笔记，还写评语，提出自己的想法，偶尔也跟我们讨论，这点现在想想是对的，因为书本上的东西不一定对。”
在宋家树的带领和帮助下，攻关团队成员从铀的物理、化学性能的基本知识学起，对铀的基本特性和相关工艺性都有所了解，这些工作为后期开展铀的冶炼做好了思想和技术的准备。
实验求证
浓缩铀部件对材料有严格的要求，丰度要大于90%，但又不能是纯铀。浓缩铀里有多种杂质，有的杂质是合理的，允许存在，有的杂质会影响中子增值，进而影响裂变材料的链式反应，必须去除。
在余瑞璜、吴式枢、朱光亚、莫洛佐夫等名师的言传身教下，宋家树的理论基础非常扎实，并在高温合金材料工艺研究方由发挥了不错的成绩，他理工并重、求真务实的特点在浓缩铀部件攻关过程中发挥了重要作用。
铀部件的杂质中主要涉及裂变过程中中子的增值问题，因为裂变要产生链式反应，中子少了，链式反应要断，材质当中吸收中子機面大的材料对它是有影响的，这项工作应该是由一室搞理论的来做。后来一室为何委托老宋（宋家树）来做呢？因为一室搞理论的人不懂工艺，不懂材料，所以在铀部件整个成型过程中，到底杂质怎么控制，理论计算是老宋完成的。这就是老宋把工艺与核物理技术有机结合起来，类似的事情还有很多。
在学习调研的同时，宋家树用自己深厚的理论基础和核材料已有的理论，对铀的中子本底进行了计算，确定了首要研究方向-铀的杂质成分控制，但到底哪些杂质可以保留，哪些杂质必须去除，宋家树主张通过实验即铀的冶炼来分析、检验，这一想法得到了室领导的支持。
“当时最大的困难是没有实验条件，一是没有场地，二是没有设备。”
为尽快开展铀的冶炼，首先要解决场地和设备问题。场地好解决，室领导跟所里交涉，找到办公室对面一间破旧仓库改建成了一个简易实验室。设备问题比较难，因为铀的活性大，容易氧化，同时又具有放射性，要保持密封。所以材料的冶炼对设备的功能有特定的需求，需要一台真空感应电炉，当时国内还没有生产成套标准真空感应电炉的厂家，国外进口或找国内厂家按要求生产都要等很长一段时间。宋家树决定“不等不靠，自力更生，没有设备自己做。”他结合当时搭建设备所需的仪器、材料的实际情况，提出自制高真空钼片炉的设想方
案，包括加热系统、高真空系统、冷却系统。宋家树在吉林大学曾筹建过同位素实验室，很多实验设备也是自己动手做，所以做炉子对他来说有一定的经验，比较复杂的是加热系统和高真空系统。
当时有两种加热系统：一是感应加热，二是电阻加热。宋家树选择组装电阻加热系统，他认为感应加热需要的发电机，不好找，比较麻烦。电阻加热比较简单，电阻丝通上电，一发热热量就有了，要把热量控制在局部范围，在里面再加装隔热层、反射层。许纪忠说：
宋总的构思很好，为什么不选钨丝，因为当时不容易搞到。钼片我们在库房就能找到，他根据我们当时的实际情况就选择了钼作为发热元件。
因为铀材料很容易氧化，所以要熔炼必须在10-4Pa以上的高真空环境中进行，否则材料会氧化，达不到要求。怎么达到高真空呢？宋家树设计了两级泵，先用机械泵，后用扩散泵。
根据这个思路，宋家树把高真空钼片炉画了一个示意图，让许纪忠等人按设计图纸，领仪器、跑材料，落实零组件加工。不久，就在简易实验室里组装起一台高真空钼片炉。这台设备虽然简陋，但很实用，对了解铀的性能、掌握铀的熔炼技术和培养人才等都起到了重要作用。
由于实验设备相对简陋，铀等核材料比较奇缺，而且实验所需要的经费更是远远不够。宋家树充分利用“方法论”，先从概念入手，从理性分析出发，用相对简单、安全的实验代替复杂的、危险的实验。当时浓缩铀尚未生产出来，宋家树决定用天然铀来做模拟试验。1961年年底，协作单位第一次为北京第九研究所提供10公斤天然铀，当时，吴学义负责验收
和押运。因为天然铀含有铀-235和铀-238同位素，其物理性质与铀-235几乎是一样的。
铀具有放射性，对人的身体有危害，宋家树采取了特殊仔细的安全措施以保证工作场所及环境的安全，要求操作人员自觉地严格遵守放射性工作的要求，确保了“在近三年的工作中没有发生安全事故”。
许纪忠说：
通过大量的实验，我们分析出铀里面有20多种杂质及每种杂质的含量，而且还发现，铀里面的杂质含量随着温度的变化而变化，有些杂质在铀里面比重比较轻，就浮上去了，实际上把该去掉的就去掉了，然后达到需要的水平。核材料对密度和中子本底的杂质含量有很高要求，宋总根据实际情况和理论计算，提出了一些成分的控制准则，被理论部①采纳，为第一颗原子弹核部件提供了理论依据。本来核材料的成分控制应该由理论部提出来，宋总可以不管这个事情的。那时候胡思得经常到四室来跟宋总探讨这个问题。这项工作开展起来
还有一个作用，就是把四室其他组的工作也带动起来了。
为了达到培养人、锻炼人的目的，宋家树以任务带动科研，放手让年轻人干，并告诉他们要边学边干，在学中干，在干中学。据郑坎均回忆，“铀中的杂质含量控制问题是宋家树首先提出来的，并进行了初步研究。但为了培养年轻科技人员，让更多的年轻人了解和参与这项工作，他把这个课题交给许纪忠。许纪忠是北京钢铁学院1960年铸造专业毕业生，对这个课题相关领域的知识知之不多。宋家树向许纪忠详细介绍了该研究的内容、意义和具体计算方法，以及如何编写技术总结报告等。许纪忠在他的指导下写出了技术总结，完成了这个课题，并为核裂变材料杂质控制提供了技术依据。”
不仅如此，宋家树通过自制的高真空钼片炉研究了核材料杂质含量的要求问题，提出“杂质对核材料中子本底的影响”“同位素成分对中子本底影响的计算”“杂质对铀密度的影响”等内部报告，二机部将其作为正式文件发给其他核材料生产、加工单位做参考。同时，自制的高真空钼片炉对国内相关厂家具有重要的借鉴意义，他们成功研制出真空感应电炉，为核材料的生产、加工提供了必需的技术装备。
在搞清楚了原子弹所需的铀-235中杂质控制的原则和具体的成分要求，以及通过真空冶炼可以满足这些要求后，1963年9月，宋家树带领小组成员完成冶金工艺攻关，提供了完整的冶金工艺资料和数据，接着开展核部件成型工艺研究。
四室决定从两路进行探索：一路是宋家树负责铸造成型工艺研究，另一路是程敏、马德顺等人负责锻压成型工艺研究。经过反复实验论证、对比分析，从工艺技术和产品质量考虑，决定采用铸造成型工艺路线，也就是把金属铀提纯，铸造成毛坯后进行机械加工，最后做成原子弹所需的部件。
宋家树带领大家“摸着石头过河”，开展了大量的先期研究，做了大量的试验，取得了许多关键工艺数据，为铸造出合格的毛坯部件提供了完整可靠的工艺技术资料，为核部件生产厂研制浓缩铀部件提供了坚实的技术支撑。
攻关成功
在宋家树组织浓缩铀部件成型工艺研究过程中，国内经济形势开始好转，中央领导十分关心原子弹的研制工作。1962年8月召开的北戴河中央工作会议期间，中央领导热切地希望能够早日拿出原子弹来增强我国的军事力量和国际政治地位。会后，二机部领导分析了工作形势，根据各项工作进展情况，认为我国核工业建设和核武器研制已经到了从量变到质变的关键时刻，提出争取在1964年，最迟在1965年上半年爆炸我国第一颗原子弹的规划设想。为了对规模庞大、系统复杂的原子能工业实施有效的组织和领导，10月30日，总参谋长罗瑞卿专门向中央呈送了一份报告，建议成立中共中央专门委员会，从更高的层次加强对尖端事业的领导。11月3日，毛主席批示：“很好，照办。要大力协同做好这件工作。”
二机部领导的报告无异于向中央立下了军令状，而毛主席的批示如同一道总动员令，动员全党、全军、全国人民齐心协力，为实现1964年爆炸我国第一颗原子弹而努力奋斗。
11月17日，刘少奇主持召开了政治局会议，宣布成立“中央专门委员会”（简称中央专委），周恩来任主任。”的指挥领导下和核武器研制工作在周恩来总理主持的“中央专委”的指挥领导下，各项工作进度大大加快了。
按照二机部的分工，第一颗原子弹的关键部件-浓缩铀部件由核部件生产厂加工，由于生产加工的厂房建设进度慢，加工工艺研究的科研力量也很薄弱，为了早日拿出合格的浓缩铀部件，1963年4月，在四室一组核部件成型攻关的中后期，二机部决定把核部件生产厂的相关技术人员和工人师傅派到四室一组来实习，参加攻关试验，集中力量进行浓缩铀部件的精炼、铸造等工艺研究，形成浓缩铀部件的成型加工工艺技术资料，并为核部件生产厂培训技术人才和操作人员。
核部件生产厂先后到四室一组参加攻关试验的科技人员有祝麟芳、于贵山、高庆昌、张同星、王清辉、何绍元、毕清华、刘明、张文祥、匡炳兴、李传祚、郭福庆、张树璋、马玉珍、罗宝琛、刘乃丰、王道刚等。
在宋家树的示范和带动下，大家勤奋学习，认真工作，刻苦钻研技术，经常开展学术交流活动，宋家树还经常为大家做学术报告，创造了浓厚的学术氛围。
原子弹试验部件对材料的要求非常高，在探索核部件铸造成型工艺时，宋家树发现铸出来的毛坯件内部有缺陷，存在疏松、气孔等问题，根据工艺要求，必须解决。经过系列试验和对比分析，发现这些问题是因为有杂质。因此，宋家树又充分发扬民主，组织全组人员研讨，鼓励大家各自提出不同的试验方案，想想哪些办法可以去掉杂质，哪个参数最为合适，然后定出试验计划，进行试验。做完试验，他们马上分析结果，并与理论部的相关资料论点、数据进行比较分析，确定最终的参数。
要解决这些试验研究中的问题，对设备的技术要求非常高，自制的设备已经无法满足工作需要。为了找到合适的设备，宋家树四处打听，后来想到了一个办法-查进出口设备记录，看国内哪个单位或科研机构有这些高精尖的设备。几经辗转，打听到三机部（航空工业部）某研究院刚从国外进口了一台真空感应电炉。怎么把这台设备弄到手，又成为摆在宋家树面前的难题。后来张爱萍将军知情后，帮助他解决了这个难题。宋家树说：“张爱萍副总长知道这件事后下令：'马上从兄弟单位把炉子要回来使用！，这下我为难了。兄弟单位的所长荣科是我国著名的材料专家，又是我毕业论文写作和答辩的评阅老师，一直保持着良好的师生之谊，现在要“横刀夺爱”，太不近人情了。荣科先生知道这件事后，亲自给我打电话，说：“你可把我害苦了，这炉子我们刚买来，一回都没用。你让我们先炼几炉，过一个礼拜再拿去行不行？'面对恩师的恳求，我也只好违抗张爱萍将军的军令，让荣先生他们先使用了一个礼拜。”
随着高真空感应炉的到来，四室一组的研究条件得到大幅度改善，宋家树带领联合攻关组通过大量实验，不断深化铀的精炼和铸造工艺研究，逐步掌握了铀中杂质元素在精炼过程中的变化规律，对铀的铸造工艺研究也有了新的认识。在铀的铸造方面，宋家树等人确定了利用顺序定向凝固的方法控制气泡及缺陷，并进行了多次示范性的铸造实验。
经过紧张的攻关，到1963年年底，浓缩铀部件的精炼、铸造成型、加工等工艺研究圆满完成，浓缩铀部件的加工工作转到核部件生产厂，他们按照四室一组确定的工艺、参数，应用于真材料而获得圆满成功。后来，国内外很多公开报道把我国第一颗原子弹浓缩铀部件的制造加工功劳都记在了祝麟芳、张同星、原公甫等人身上，鲜有提及宋家树等人在浓缩铀部件研制攻关过程中的重要贡献和作用。
谢建源说：“人们都熟知核部件生产厂有位‘原一刀’师傅的先进事迹，却很少有人知道原师傅加工的工件的技术攻关负责人宋家树的大名。”
曾参与第一颗原子弹技术联合攻关的王清辉说：“由于有了在攻关过程中积累的技术贮备，我们制造出了优质的浓缩铀部件，保证了我国首次核爆试验的成功。宋家树院士在攻关中所起的骨干作用功不可没。”
1987年出版的《当代中国丛书-中国的核工业》是这样评价的：在宋家树等人的组织领导下，通过反复试验研究，确定了浓缩铀的铸造成型工艺，并取得精炼、铸造、坩埚及真空取卡和切削加工等工业数据，建立了分析检验方法，明确了控制杂质含量的原则，这些成果为制造浓缩铀部件打下了技术基础。
宋家树认为，“北京攻关的这一阶段，对核武器事业的发展至关重要。在这一时期，理论设计与核材料方面工作的人有很多机会共同讨论问题，这种“交流”使我们在核材料研究方向上体会到必须结合武器设计要求来考虑问题，从而明确了我们工作的中心是各种特殊材料、部件的制造、加工工艺，其他各方面的研究都应围绕这一中心进行。”“通过在北京四年的工作，我们终于弄清楚了它的结构-至少是可行的结构。不仅如此，我们还首次弄清材料的要求，真刀真枪地制造它。”此项工作在填写中国核武器生产研制多项空白的同时，还有一个令宋家树经常回味的重要成果，那就是在研制攻关过程中锻炼并打造了一支团结协作、能打硬仗的技术队伍。多年后回忆往事时，宋家树感慨道：“成立四室是一个非常重要的决策，它不仅在三年多的时间内开展了许多基础研究，更重要的是为以后特种材料、核部件的研制培养了一支技术骨干队伍，这支队伍也为特种材料和核部件的研制生产做出了重要的贡献。”
北京的研制任务结束后，宋家树奔赴青海二二一基地，开始新的部件攻关。