分离铀－235的困难，使科学家们开始另辟蹊径，他们发现，铀—238吸收中子后可以变成钚－239，用慢中子去轰击钚－239也可以产生核裂变，而且反应速度比用铀－235还要快得多。于是，曼哈顿工程还包括以铀－238为原料生产钚－239的工作。工程指挥者在生产钚的两种方案中，选择了费米主张的用石墨型反应堆生产的方案。为了取得设计大型反应堆的数据，在费米领导下，工程技术人员在芝加哥大学的体育场上建成了世界上第一个实验型原子反应堆，并且很快开始投入正常运转。由于这个反应堆一年只能生产2毫克的钚，后来杜邦公司建立了三座大型反应堆，1945年7月，终于生产出60公斤钚—239，为制造原子弹奠定了可靠的核燃料基础。
有了足够的铀－235和钚－239，就可以制造原子弹了。只要将浓缩铀或钚分成许多小块，使每小块低于临界质量，就可以安全存放。在炸弹引爆装置起爆的瞬间，迅速将这些小块堆挤到一起，使其总质量超过临界质量，这种不受控制的核裂变链式反应在千分之一秒内即告完成，形成猛烈的爆炸，造成极大的杀伤和破坏力。原子弹的实际制造，是在后来被誉为“原子弹之父”的科学家奥本海默的领导下，于1943年未完成的，1945年7月16日，第一颗原子弹试验成功。这次试验的成功，真正使核裂变炸弹运用在军事战争上成为现实。
此时，第二次世界大战即将结束，德国法西斯早已被摧毁，对日本作战也接近尾声。当时美国几十名物理学家联名向美国政府写了请愿书，要求不要使用原子弹；有些科学家建议将原子弹投掷到某个无人居住的海岛上，向日本参谋部的专家显示一下威力就行了。但是，为了迫使日本尽快无条件投降，美国政府没有听这些建议，1945年8月6日和9日，两颗原子弹先后投在日本的广岛和长崎，数十万无辜的日本居民，死于原子弹爆炸的巨大灾难中，成为科学用于武器的牺牲品。这是20世纪科学家发展科学却又掌握不了科学的悲惨结果之一。
由于原子弹的巨大破坏力，使它成了冷战时期的重要战略武器，各国竞相研制。继美国之后，1949年，前苏联爆炸了一颗威力比美国投掷广岛的原子弹大5倍的核弹，首次打破了美国的核垄断，同时使美苏核武器竞赛拉开帷幕。1964年，我国继美、苏、英、法之后，也成功地爆炸了第一颗原子弹，同时声明，任何时候任何情况下决不首先使用核武器，并为世界最后全部、彻底、干净地消灭核武器而努力。
1985年，联合国公布的材料表明，目前全世界共有核弹头5万多个，爆炸当量约为150亿吨梯恩梯炸药，其中美国和前苏联占70％，按世界人口平均，每人均受到相当于3吨梯恩梯炸药的核威胁，无怪乎有人把原子弹称为“毁灭地球的发明”，此言正中要害。
热核聚变与氢弹
1915年，美国化学家哈金斯提出，氢原子聚变为氦原子的过程，其质量的0．5％转变为能量。其具体机制是：在数百万度高温条件下，氢原子核会具有很高的能量，足以使两个质子结合在一起，发射出一个正电子和一个中微子，变成氘核。然后，这个氘核再同一个质子熔合，形成一个氚核。这个氚核可以再和一个质子熔合而形成氦－4。但是，这种氢原子核聚变生成氦原子核的反应必须在极高温度的激发下才能发生，当时，在地球上还没有得到数百万度高温的办法。人们认为，只有恒星的中心才有引发这种氢核聚变所必需的高温条件。1945年，原子弹爆炸成功，使人们寻找到产生数百万度高温的途径，使核聚变的引发变成了可能。
具体讲，就是把铀核裂变原子弹作为能量足够大的雷管，通过原子弹爆炸产生的高温引发氢聚变为氦的链式反应。但是人们又怀疑这种方式能否用于制造炸弹，首先是氢燃料氘和氚的混合物，必须压缩成高密度状态，就是把它液化成液体，并保持在接近绝对零度的低温贮存器中。也就是说，氢弹必须是一个巨大的制冷器。还有一个问题，即使能够制造出威力比原子弹还大的氢弹，它有什么用呢？原子弹的破坏力已够大的了，人们难道还嫌它小吗？
从1942年起，美国就有人产生了用原子弹引爆氢弹的设想，由于支持研制氢弹和反对研制氢弹的意见长期激烈争论，一直相持不下，1949年，前苏联成功地爆炸了原子弹，使美国震惊不小，因为美国从此失去了原子弹的垄断地位。于是，1950年，美国总统杜鲁门最后决定研制氢弹。1951年5月，美国制成了以原子弹为点火装置的氢弹，但没有立即进行试验。直到1952年11月才在爱纽维特克进行首次氢弹试验。试验成功了，而所有不祥的预言也都应验了：其爆炸威力相当于12兆吨梯恩梯炸药，比美国投在广岛那颗原子弹大500倍；爆炸产生的巨大火球直径达6000米；这次爆炸把这个小珊瑚岛一扫而光，而且在海下炸出一个直径1600米，深50米的弹坑。
前苏联不甘落后，1953年8月，也成功地进行了热核爆炸，这颗氢弹重量不大，可以用飞机运载，其战略意义是相当大的。因为这种氢弹是用氘化锂等轻核燃料做成的“干”的氢弹，不再需庞大的制冷机械保持氘和氚为液态，这在与美国的核武器竞赛中，显然处于优势地位。
这以后，前苏联声称已经能够生产1亿吨级的氢弹，用这样的一颗氢弹投到哪里，哪里都能炸出一个直径30千米的弹坑，使方圆60千米之内顿时形成一片火海。听了这些话恐怕会使人不寒而栗。
我国自1964年10月爆炸第一颗原子弹成功以后，氢弹研制工作也加快了。1967年6月，我国成功地爆作了第一颗氢弹，巨大的蘑菇云又一次冲销了美国和前苏联核垄断的幻梦。
为人类造福的原子能
难道原子核内所贮藏的巨大能量，只能用来制造毁灭性的武器吗？可不可以用于和平目的呢？美国向日本广岛和长崎投下的两颗原子弹，虽然迫使了日本迅速无条件投降，但却杀伤了数十万人，他们几乎都是无辜的平民百姓，因此也引起了全世界人民的强烈反应，更多的人开始觉醒，反对使用原子武器的正义呼声日益高涨。
当初，爱因斯坦、西拉德等科学家建议美国研制原子弹，是为了避免纳粹德国抢先生产和使用原子弹给人类造成无穷的灾难。可是，到1945年初，他们确知德国根本没有研制原子弹时，便又转而担心美国使用原子弹去轰炸别的国家。他们多次呼吁，希望唤起科学家的社会责任感，努力为争取世界和平、社会进步和人类福利而研究科学技术。
第二次世界大战之后，人们终于看到了原子能被和平利用的曙光。美国、德国和前苏联在研制原子弹过程中，都先后建立了原子能反应堆，这实际上为和平利用原子能开辟了道路。在反应堆里，通过控制裂变材料的纯度、临界体积和中子吸收材料等办法，可以减缓和控制链式反应发生的速度，使它不发生爆炸。利用可以控制的裂变反应过程放出的热量来发电，就是原子能电站。
1954年6月，前苏联在奥布宁斯克建成了世界上第一座原子能发电站，它只有5000千瓦的发电功率，虽然这一功率并不很大，但它揭开了人类和平利用原子能的新纪元。
虽然从经济角度看，核电是一种廉价的能源；从理论上看，原子能发电也是可行的，并实际已做到了，但是它的发展却十分缓慢。在70年代以前，只有少数发达国家有原子能电站，而且发电能力不到这些国家总电力的5％。原子能发电进展不快，主要有两方面原因。一方面，它存在许多技术和经济问题，比如放射性废物的处理和反应堆投资过高；另一方面，那时世界市场上有大量廉价的石油，所以人们对原子能发电的要求并不迫切。
20世纪70年代中期，情况发生了变化，一是由于石油危机推动了寻找新能源，一是原子能发电的技术和经济问题，由于不断改进而基本得到解决，大功率核电站技术已经成熟，其发电成本已经比一般的火力发电低30％左右。普通火力发电站仅燃料煤的运输和贮存就要花费不少的资金，而核电站的燃料用量少、体积小、重量轻、贮存和运输都相当方便。正因为如此，核电站可以建造在运动的装置上，如核电驱动的舰船、潜艇等。
从燃料资源来看，核电站所用的燃料——铀，在地壳里是一种相当普遍的元素，平均每吨岩石中有2克铀，比黄金多几百倍，只是太分散而已，现已勘察有开采价值的铀矿储量几百万吨。海洋中含铀更多，有数十亿吨，从海水中提取铀的方法业已研究出来。
从环境保护角度看，核电是一种最干净的能源。
普通火力发电厂以煤为燃料，煤在燃烧过程中生成大量的二氧化碳气，这就加剧了地球的“温室效应”；石油燃烧时，除放出二氧化碳气之外，还有氧化氮和二氧化硫等有害气体，不仅严重污染空气，还能造成酸雨。核电站利用核反应堆释放的热能，使水变成高温蒸汽，推动蒸汽轮机旋转，从而带动发电机发电。核电站反应堆使用的燃料铀，裂变的最终产物是钡和氪，这一过程几乎不产生任何有害气体和烟尘。
既然原子能爆炸的威力那么大，核电站会不会爆炸呢？核电站的反应堆与原子弹不同，反应堆的中心部分是活性区，它由燃料棒、减速剂、冷却剂和控制棒组成。减速剂的作用是使核裂变产生的快中子能量减少而变成慢中子；冷却剂的作用是保持反应堆内的温度不致过高，以免烧坏或造成熔堆事故，同时把核裂变释放的热能输送出去；控制棒能吸收中子，使核裂变速度放慢，甚至完全停止，这就像管道阀门控制气体和液体流量一样，因此，正常运转的核电站不会爆炸。
反应堆活性区外还包着石墨反射层，再外面是水和水泥制作的保护层，还有其他安全保护装置和自动报警、自动控制等装置。这就是核电站防止核泄漏和爆炸事故的安全措施。虽然核电站也不时发生各种事故，有时是严重的事故，例如，1979年美国三里岛核电站的泄漏和1986年前苏联切尔诺贝利核电站的爆炸，等等。但是，事故使人们接受了经验教训，变得更聪明、更科学，使核电站技术更成熟、运行更安全可靠了。
到本世纪80年代中期，全世界有30个国家的400余座核电站营运发电，装机总容量达2．5亿多千瓦，仅日本就有23座核电站在运行，我国也于1991年在秦山建成了第一座核电站。据专家们估计，今后核电在能源中的比重会越来越大，它是一种最有前途的能源。
人们已经成功地控制了核裂变所释放的能量为人类造福，那么，人们能否控制热核聚变反应所释放的更加巨大的能量呢？从氢弹的发明中可以看出，热核聚变不但放出的能量比裂变大得多，而且具有裂变无法比拟的优越性。比如热核聚变没有处理裂变产生的放射性废物的问题；又如热核聚变所需要的氘和氚比裂变材料丰富得多，光是从海水中提取的氘和氚就足够人类使用一百亿年之久。正因为这样，人们自然希望能够利用聚变的能量发电。
这个想法很好。但是实施起来并非容易。氢弹爆炸所发生的聚变反应是由原子弹爆炸产生的高温引起的，是不受控制的链式反应。要想用在其他场合，就必须控制聚变反应。可是，什么样的反应堆能耐上亿度的高温呢？这是使科学家们感到很棘手的问题，甚至一度认为是不可克服的困难，因此，到50年代末期，受控热核反应研究相对来说比较消沉，主要是寻找基本理论根据和物理实验研究工作。
经过了十余年的努力，科学研究取得了很大进展。1969年，前苏联的科学家们发明了“托卡马克环形磁约束装置”，它是在形状类似面包圈的真空容器中，装入高温氢气（目的是使氢核与其核外电子分开，它又叫等离子体），容器外的电磁体和容器内的等离子体中流过电流，围绕等离子体产生螺旋状磁力线。磁力线将等离子体紧束成轮胎状，不与容器壁接触。这种装置可以把密度只有空气1％的氘在几千万度的高温下保持0．01秒。别看这个时间很短，但对核聚变反应来说，已经相当长了。
目前，受控热核聚变的研究正沿着磁约束和慢性约束两条途径进行，而且都取得了可喜的成果。
1972年，美国科学家柯尔斯等人提出激光聚爆的具体方案；1978年，美国普林斯顿大学等离子体实验室用注入高能中性粒子束的方法加热等离子体，也大大提高了等离子体的温度，这使很多研究者受到极大的鼓舞，它说明受控热核聚变点火温度已不再是可望而不可即的了。
实现核聚变发电，还要经历漫长的道路。据一位日本专家估计，人类要达到实际应用的水平，最快也要到2020年以后。