1938年12月，德国科学家哈恩和斯特拉斯曼花了6年时间，发现了铀裂变现象，并且掌握了分裂原子核的基本方法。1940年初，由物理学家魏茨泽克、海森堡、布雷格和施罗德等制定了德国核研究计划，代号为“u工程”。执行这一计划的领导机构是“帝国研究委员会”。他们很快便设计并建造出了第一座用于试验的核反应堆。
1945年7月16日，美国研制的人类第一颗原子弹试验爆炸成功
1938年，哈恩成功地把铀原子核打裂成两大块，震动了全球科学界。1939年10月11日，美国总统罗斯福下令成立“铀顾问委会员”。1941年7月，英国政府派出科学家代表团到美国，并希望同美国合作研制开发原子弹。10月11日，美国总统罗斯福也写信给英国首相丘吉尔建议两国科学家合作研制原子弹。1942年，罗斯福决定成立原子弹研究机构，地址设在纽约，代号为“曼哈顿工程”。工程由格罗夫斯负责全面指挥，芝加哥大学教授康普顿负责裂变材料的制备工作，著名科学家费米负责制造原子反应堆，物理学家奥本海默为原子弹总设计师。1942年12月在费米领导下，于芝加哥大学建成世界上第一座核反应堆，并于12月2日下午，首次实现人工控制的链式核瓜。到1945年，终于研制成3枚原子弹，分别命名为“小玩意儿”，“小男孩”和“胖子”。1945年7月16日上午5时24分，美国在新墨西哥州阿拉莫戈多的“三一”试验场内30米高的铁塔上，进行了人类有史以来的第一次核试验。“小玩意儿”钚装药重6.1千克，梯恩梯当量2.2万吨，试验中由于核爆炸产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。核爆炸腾起的烟尘若垂天之云，极为恐怖。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。这颗原子弹的威力，要比科学家们原估计的大出了近20倍。
1949年8月29日，苏联爆炸试验成功了自己的原子弹，成为第二个拥有核武器的国家
20世纪30年代初期，苏联人就已经初步建立了核研究中心。1938年由库尔查托夫和彼得·卡皮察主持开始了艰苦的研究试验工作。1939年，苏联成立了“铀研究委员会”。1942年，苏联获得美国的“曼哈顿计划”情报，与此同时，苏联地质专家在阿尔泰、乌拉尔等地找到了丰富的车里雅宾斯克、兹拉托乌斯特地区建立了一个特殊的原子研究中心。库尔查托夫以“第二实验室”为代号，决定用钚代替铀作为原子弹的主要原料。1943年9月完成了第一个核装置的爆炸准备。这一核装置的当量只有2千吨左右，但却是世界上真正的第一颗原子弹。9月10日，这颗原子弹被安放于无人烟的湖心岛上。起爆前，人们被撤到1千米外的地下掩体中，原子弹爆炸成功了，它在地球上升起了第一个蘑菇状烟球。 这个核装置由于体积大，容量小，难以达到实战要求。
1945年底，斯大林亲自为核项目重新命名“鲍罗金诺”库尔查托夫仍被任命为首席科学家。在美国参与原子弹研究的物理学家福克斯向苏联提供的有关制造原子弹的各种详细资料。1946年12月25日，库尔查托夫领导的核反应堆里获得受控链式反应。1949年春，苏联人获得了足以制造原子弹的钚。1948年，苏联最高领导命令必须在1949年年底前制造出第一批供试验用的原子弹。实验选在中亚哈萨克的塞米巴拉金斯克靠近卡劳尔村的“米什克瓦”实验场进行。1949年8月29日凌晨4时，“铁克瓦”在大气层中试爆成功。自此，苏联打破了美国的核垄断，成为世界上第二个拥有可用于实战的原子弹的国家。
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