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20世纪40年代和五六十年代，旧中国和新中国先后实施过核计划。前者流产，后者成功。不过，两者之间并无任何因果联系。而先后两次参加核计划的核科学家唯有中国科学院和中国工程院院士朱光亚一人。
1945年，美国按照原子弹的“曼哈顿计划”研制出三颗原子弹。第一颗是钚弹，7月16日在新墨西哥州阿拉莫戈多沙漠试验场塔爆试验成功。第二颗是铀弹，代号“小男孩”，8月6日空投到日本广岛。第三颗是钚弹，代号“胖子”，8月9日空投到日本长崎。这两座城市顿时化为一片废墟。核能首先以原子弹的破坏性形象登上人类历史舞台，震惊了全世界。
第二次世界大战胜利后，原子弹成为毁灭人类的幽灵。在西方大国看来，谁拥有原子弹谁就能向世界发号施令。
当时中国国内有识之士纷纷呼吁政府拨巨资发展原子能，研制原子弹。重庆是当时中国的临时首都。政府机关、团体、学校举行了许多座谈会和报告会，请物理学家解读原子弹的秘密。其中，时任中央大学物理系主任的原子核物理学家施士元应邀做了一系列报告。蒋介石闻讯后立即命侍从把他请来为自己讲解。最后还要求他“做一个制造原子弹的计划”。
施士元于1929年毕业于清华大学物理系，同年赴法国巴黎大学居里实验室，在
玛丽·居里夫人指导下从事核能谱的基础性研究。1933年获博士学位后回国，一直从事教育。而制造原子弹涉及许多学科领域，特别是工程、技术领域。这一时也难为了他。后来他应聘飞赴南京临时大学任职，做计划的事也就不了了之。
美国原子弹空袭日本广岛、长崎之后不久，白宫和陆军部在发布新闻之外，还发表了关于“曼哈顿计划”的详细报告。报告的全称是《1940—1945年在美国政府的赞助下将原子能用于军事目的方式的研究的一个全面叙述》。作者是“曼哈顿计划”的参加者、普林斯顿大学物理学家史密斯。这份报告实际上在原子弹爆炸试验之前已基本完成。用意是要在使用原子弹之后将其作为这门学科和这项计划的通史公布于众。唯一的限制是不许透露与实际制造原子弹有关的任何内容。后来，该报告被简称为《史密斯报告》。
美国权威人士评论说：“虽则该报告缄口不谈美国人是怎样制造出原子弹来的，但它也揭示了‘曼哈顿计划’其他许多方面的极为重要的情况——美国人在何处取得成功并在何处没有成功，总的说来，它成了指导俄国人绕过在美国工作中出现过的理论上的暗礁……简言之，《史密斯报告》再加上由‘曼哈顿计划’中对苏联效忠的人员搜集来的哪怕不是决定性的也是大量的情报，就能给苏联人指出如何以最快的速度和最省的费用来工作的方法。”
最初，这份报告印发了1000份。据说苏联人得到一份，立即翻印了3万份。中国也得到一份，是美军中将魏德迈交给俞大维的。当时，魏德迈在中美联合参谋本部任中国战区最高统帅蒋介石的参谋长，俞大维任军政部（后为国防部）次长兼兵工署署长，二人交往甚密。俞大维早年曾留学德国，并访问过世界理论物理中心哥本哈根玻尔研究所，对核裂变有一定了解，深知这份文件的重要性，立即报告了蒋介石。蒋介石如获至宝，即命军政部部长陈诚和次长俞大维秘密筹划。
为筹划研制原子弹，俞大维首先找到自己的表弟曾昭抡。曾昭抡是一位知名化学家，当时在昆明西南联合大学任教（新中国成立后出任教育部副部长）。曾又推荐了物理学家吴大猷和数学家华罗庚，他们都在西南联合大学任教。吴大猷曾在1933年最早预言铀后元素的存在。后来，陈诚、俞大维邀请吴大猷、华罗庚来到重庆，住在海陆空军招待所。军政部还派了一部小车供他们使用。陈、俞到招待所看望了他们，请他们提出些意见，以助于国防科学机构的工作。吴大猷在《回忆》中说，他想了几天，拟订了一个建议：
一、成立研究机构，培植各项基本工作的人才。
二、初步可行的是派物理、化学、数学人员出国，研究观察近年来各部门科学进展的情形，然后拟一个具体计划。
总之是要筹建一个研究机构，并且立即选送各部门优秀青年数人出国，学习上述各基本学科。
这个建议，经陈诚和俞大维考虑后，以为可行。立即决定由吴大猷、曾昭抡、华罗庚分任物理、化学和数学三部门的负责人，并请他们自选青年助手赴美研习。
吴大猷和华罗庚回到昆明后，立即着手挑选青年助手。吴大猷选定物理系二年级学生李政道和青年助教朱光亚。曾昭抡选定王瑞先和唐敖庆。华罗庚选定孙本旺和已在美国的徐贤修。人选确定后，吴大猷将《史密斯报告》分成五部分交由青年助手译成中文，最后由他校阅修改后送军政部准备出版。与此同时，吴大猷还为他们五人加速讲解量子力学等近代物理课程。
1946年夏，他们一行先后到达美国，准备用一至两年时间进行考察研习。但是，先期到达美国的曾昭抡得知，美国有关研究机构都不许外国人进入，原来的研习计划已不可能，于是建议大家分别到合适的大学进修或从事研究。此后，吴大猷去了密歇根大学，华罗庚去了普林斯顿大学高等研究院，李政道考入芝加哥大学，朱光亚考入密执安大学研究生院。
赴美考察研习计划夭折，给中国军方的发展计划以沉重打击。后来，在著名机电专家顾毓琇的积极推动下，成立了以俞大维为主任的原子能研究委员会，力图在国内开展相关基础研究，发展原子能。委员会的成员包括顾毓琇、吴大猷、曾昭抡、赵忠尧、萨本栋、吴有训、任之恭等一些知名专家和学者。
顾毓琇曾因提出被称为“顾氏变数”的机电变换理论而成名。他涉足原子能领域始于一次授命。美军占领日本之后，美国有意将日本的回旋加速器移赠中国，蒋介石授命顾毓琇前往日本接收。1946年2月25日，顾毓琇乘美国军用飞机抵达日本东京麦克阿瑟将军的总部。但是，麦克阿瑟根据美国陆军部长的命令，早在1945年11月24日已将五台加速器破坏，沉入大海。合众社传出消息后，顿时舆论大哗，指责美军的行为粗暴、愚蠢，是对人类犯下的一种罪行。直到美国陆军部长帕特森发表道歉声明，日本加速器风波才平静下来。无奈，顾毓琇在日本逗留了一段时间，并访问了仁科芳雄等一些日本核科学家。 7月，顾毓琇又飞赴美国，拜访了回旋加速器的发明人、诺贝尔物理奖获得者劳伦斯。劳伦斯对中国开展核物理研究非常支持，当即表示愿意帮助中国设计一台大型回旋加速器，并给蒋介石写了一封热情洋溢的信。顾毓琇在向蒋介石转呈这封信时附言：“抗战虽已胜利，国防尤属重要。顾毓琇再三协商，劳伦斯博士乃毅然决定协助我国作原子研究。”并希望蒋介石“高瞻远瞩，赐准制造原子试验器，为国家民族树科学救国、国防第一、百年之基”。
原子能研究委员会成立以后，未见有重大活动的记载。吴大猷说：“我虽然是委员之一，但从未参闻其事。”国防部第六厅（研究与发展厅）虽列有“铀之提炼”和优先发展“原子物理”的计划项目，但无实质性进展。
1950年，顾毓琇定居美国。20世纪70年代，在美国总统尼克松访华之后，他率先回国访问。周恩来设宴款待。顾毓琇赋诗赞扬共产党，不料触怒了台湾当局，注销了他“中央研究院”院士和“国大”代表资格，直到1990年才恢复顾毓琇院士资格。1994年，时任中华人民共和国主席的江泽民访问美国时，专程拜访了他。江泽民是他在交通大学任教时的学生。
为发展原子能和开展核物理研究，“中央研究院”提出建立近代物理研究所的议案。但是，蒋介石批示：“近代物理研究所可先筹划设计，但暂时缓办。”（原因可能与军方计划有牵连）
当时主持“中央研究院”常务工作的实际领导人是总干事萨本栋。他是一位资深物理学家，1946年又亲自兼任物理研究所所长。根据蒋介石的批示精神，他以物理研究所为基础，广聘人才，并设立了核物理实验室。
萨本栋知道，开展核物理研究，首先要有高水平的科技人才。于是，他从国内外广聘核科学家。首先聘请吴有训、赵忠尧为兼职研究员，并发给兼职薪金。吴有训是诺贝尔奖获得者康普顿的得意门生。为康普顿散射理论的实验验证作出重要贡献。赵忠尧是诺贝尔奖获得者密立根的学生，发现硬γ射线反常吸收和额外辐射现象，这是正电子发现的前奏。
与此同时，萨本栋通过各种渠道，利用各种手段，诚聘在国外成名的彭桓武（与合作者共创介子理论）、张文裕（“张原子”和“张辐射”的发现者）、吴健雄（“曼哈顿计划”的参与者）、钱三强（铀核三分裂现象的发现者）等为专任研究员，并发给高薪。他们分别是诺贝尔奖获得者玻恩、卢瑟福、劳伦斯、约里奥·居里夫妇的学生。萨本栋在给吴健雄的信中说：“延先生为物理所研究员，月薪520元，尽可提前发，不必从到院为准。”而在钱三强回国时，萨本栋亲自到上海迎接，并协助解决被海关扣押的行李。“教育部”部长兼“中央研究院”院长朱家骅还在南京设宴接风，并挽留他出任物理研究所所长。但是到头来，由于国内战局变幻，高薪延聘都是竹篮打水一场空。
萨本栋要办的第二件事就是充实核物理实验室。当时的实验室一无科技人员，二无任何核仪器设备，只是一个空壳儿。他筹集到12万美元，先后汇给赵忠尧（他于1946年7月赴美国参观在太平洋马绍尔群岛进行的核试验，之后留在美国），委托他用5万美元购买核仪器，用7万美元购买其他仪器。赵忠尧回忆说：“开展核物理研究，至少需要一台加速器”。但是，当时购买一台静电加速器需要40万美元。于是，他决定走一条省钱的路，自行设计，只购买国内难于买到的部件。为了实验核物理在中国生根，他这样做了。有人笑他傻瓜，放弃出国搞研究的大好机会，却把时间用在不出成果的事上。
1949年4月3日，南京解放。国民党政府的核计划带到台湾。有报道说，1967年，吴大猷回到台湾后，曾与时任“国防部”部长的蒋经国“为了台湾应否发展原子弹而有严重歧见”。吴大猷上书蒋介石表示反对。结果，蒋介石采纳了吴大猷的意见，“决定停止这项计划”。也有报道说，自1965年蒋经国任“国防部”部长以来，一直在“秘密地积极发展核子武器”。1978年，即将建成的后处理厂准备提取核燃料钚-239时，被美国媒体内部曝光。美国立即派人赴台调查。蒋经国公开表示“我国有发展核武的能力，但绝不发展核武”。1988年1月9日，核能研究所上校副所长张宪义“潜逃赴美”。不久，美方派人赴台检查。于是，“花费18.5亿元的硬体设备，化为灰尘。17年的心血，付之一炬。”核计划至此“全部泡汤”。
新中国核计划是从1955年开始的。但在新中国成立初期已有预见。
1949年1月31日，北平和平解放。解放前夕，南京国民政府曾派专机来接文教界名流南下，名单中包括核物理学家钱三强。但是，他在接到通知后回避了，选择留下。
3月上旬，军管会派人找到钱三强，通知他参加以民主人士郭沫若为首的代表团，赴巴黎出席保卫世界和平大会。代表团成员都是各界名人，科学界只有钱三强一人。这个名单是周恩来审定的。钱三强在兴奋之余萌生了一个想法，何不乘此机会，打破封锁，在法国买一些国内买不到的仪器设备。于是，他提出了20万美元的巨大数字，想购买一台小型加速器，以便尽快在国内开展实验。过后他又很后悔，因为当时解放战争还在进行，解放区人民生产生活水平还很低下。共产党人穿布衣，吃小米饭，经济十分贫困，这样多的外汇让领导人为难了。不料，中共中央采纳了他的建议。周恩来先批给5万美元，以后需要时再陆续拨给。这笔外汇让钱三强心如潮涌，万分激动。5万美元在当时的确是一个不小的数字。在此10年前，美国政府第一次拨款给科学家做实验也只有6000美元。
钱三强没有辜负周恩来的期望。新中国成立后，在他的组织领导下，于1950年成立了中国第一个原子能研究机构，称中国科学院近代物理研究所（1958年改为原子能研究所）。该所成立之初，只有十几个人，1955年发展到208人，1960年发展到4190人，汇集了国内外最优秀的中国科学家和工程师，初步形成了一个多学科、综合性、比较完整系统的核能研究中心。它为国家实施核计划培养输送了大批科技人才，并从这里派生了一系列科研机构，被誉为中国原子能事业的“老母鸡”。
1955年初，苏联政府表示，愿意在原子能和平利用方面给予社会主义国家以科学、技术和工业的帮助。中共中央以此为契机，做出了建立中国核工业的战略决策。1月14日，周恩来约请李四光、钱三强到中南海座谈。时任地质部部长的地质学家李四光汇报了国内铀矿资源和勘探情况，钱三强汇报了国内外核科学进展。周恩来认真听取汇报并不断插问，最后他说：“明天毛主席和中央其他领导要听取这方面的情况，你们做点准备，简明扼要，可以带点铀矿石和简单仪器做点现场演示。”
第二天，中共中央书记处扩大会议在中南海举行。毛泽东主持会议。他对李四光、钱三强说：“今天，我们这些人当小学生，就原子能有关问题，请你们来上一课。”根据周恩来的安排，李四光拿出一块黄黑色的铀矿石标本，说明铀矿资源与发展原子能事业的密切关系。领导人一个接一个传看。钱三强将自制的盖革计数器放在桌上，把铀矿石装进自己的口袋里，然后从桌旁走过，计数器立刻发出嘎、嘎、嘎的响声。这时全场都高兴地笑起来。有的领导人兴趣正浓，还亲自做了试验。有人提出这样那样的问题，气氛十分活跃。
演示之后，李四光对国内铀矿资源勘探状况做了全面汇报。钱三强从原子、原子核、核裂变、原子弹、氢弹等基本概念讲起，汇报了国内外科学研究进展。
最后，毛泽东点燃一支烟，开始做总结性讲话。他说：我们的国家，现在已经知道有铀矿，进一步勘探一定会找到更多的铀矿来。解放以来，我们也训练了一些人，科学研究有了一定的基础，创造了一定的条件。过去几年其他事情很多，还来不及抓这件事。这件事总是要抓的。现在到时候了，该抓了。只要排上日程，认真抓一下，一定可以搞起来的。你们看怎么样？毛泽东看了看大家，然后强调说：现在苏联对我们援助，我们一定要搞好！我们自己干，也一定能干好！我们只要有人，又有资源，什么奇迹都可以创造出来！
会后准备了三桌饭菜，最后毛泽东站起来举起酒杯大声说：“为我国原子能事业的发展，大家共同干杯！”
这次会议拉开了中国核工业建设的帷幕。7月4日，中共中央成立了陈云、聂荣臻、薄一波三人领导小组，指导原子能事业的发展。1956年11月16日，国务院正式成立第三机械工业部（1958年改为二机部，1982年改为核工业部）。宋任穷上将任首任部长，钱三强是副部长之一 。
中华人民共和国成立后，从朝鲜战争、越南战争到台湾海峡危机，美国多次扬言要对中国使用原子弹。毛泽东指出：“在今天的世界上，我们要不受别人欺侮，就不能没有这个东西。”
1954年9月29日，正当台湾海峡危机时刻，苏共中央总书记、部长会议主席赫鲁晓夫率党政代表团来北京参加新中国成立五周年国庆。10月3日，在中南海举行了中苏两国最高级会谈。会谈快要结束时，赫鲁晓夫主动问道，你们对我方还有什么要求吗？
毛泽东说：“今天我想同你们商量一件事，就是我们对原子能、核武器感兴趣，希望你们在这方面对我们提供援助，使我们有所建树。总之，我们也想搞这项工业。”
这个问题出乎赫鲁晓夫的意料。他沉吟了一阵，说：“搞那个东西太费钱了。我们一家有了核保护伞就行了，无须大家都来搞它。”“如果你们是为了进行科学研究、培养干部，我们可以帮助先建设一个研究性的反应堆。这比较好办，花钱也不会太多。”
1956年，赫鲁晓夫反斯大林，引起国际反苏反共高潮。赫鲁晓夫为换取中国的支持和信任，在尖端技术的援助方面表现有所松动。经中方积极争取，苏方同意谈判。1957年9月，中国派出以聂荣臻、陈赓、宋任穷为首的政府代表团赴莫斯科，谈判很顺利，于10月15日签订了《国防新技术协定》。苏方在核工业和核武器方面将给予中方以援助，其中包括提供原子弹教学模型和图纸资料等。此后，中国开始了三矿（湖南彬县铀矿、大浦铀矿，江西上饶铀矿）五厂（衡阳铀水冶厂、包头核燃料元件厂、兰州铀浓缩厂、酒泉钚生产厂、西北核武器研制基地）的建设。
但是后来中苏关系恶化，苏方迟迟不按协议提供原子弹教学模型和有关图纸资料。1959年6月20日，苏共中央来信说，暂缓向中国提供原子弹教学模型和图纸资料。聂荣臻和宋任穷去请示周恩来，周恩来说：“中央研究了，我们不理他那一套。他不给，我们就自己动手，从头摸起，准备用8年时间搞出原子弹。”1960年7月16日，苏联政府搞突然袭击，一个照会就把苏联在华专家（其中在核工业系统的233名）全部撤回，并停止供应一切设备、原料和技术资料，给中国刚刚起步的核工业以毁灭性打击。再加上当时国内进入经济困难时期，核工业境况更是雪上加霜。
中苏签订《国防新技术协定》之后，二机部于1958年成立了第九局，调西藏军区少将副司令员李觉任局长，并着手组建核武器研究所和核武器研制基地。核武器研究所当初的主要任务是接收和消化苏联提供的技术资料和培训技术人员。为配合苏联专家工作，原子能研究所抽调最年轻的核物理学家朱光亚、理论物理学家邓稼先和一批青年业务骨干参加筹建工作。
1960年，核武器研究所转入自主探索研究。邓稼先带领一批青年从查阅文献资料、搜集有关数据入手，利用手摇和电动计算机，夜以继日，进行了大量模拟计算，迈开了探索研究的第一步。
为了充实和加强核武器研究所，中共中央在1960年和1962年先后从全国抽调中、高级科技专家200多人。原子能所副所长、反西格马负超子的发现者王淦昌和著名理论物理学家彭桓武，力学研究所副所长、著名空气动力学家郭永怀都加入进来。之前，周恩来接见了他们三人。金属物理学家陈能宽从物理研究所，理论物理学家周光召（彭桓武的研究生）和程开甲分别从北京大学和南京大学到研究所工作。研究所设立理论、实验、设计、生产4个研究部和13个研究室。
1958年8月22日，周恩来、陈毅、贺龙与外宾在钱三强陪同下参观原子能所
蒋介石想造原子弹
1945年，美国按照原子弹的“曼哈顿计划”研制出三颗原子弹。第一颗是钚弹，7月16日在新墨西哥州阿拉莫戈多沙漠试验场塔爆试验成功。第二颗是铀弹，代号“小男孩”，8月6日空投到日本广岛。第三颗是钚弹，代号“胖子”，8月9日空投到日本长崎。这两座城市顿时化为一片废墟。核能首先以原子弹的破坏性形象登上人类历史舞台，震惊了全世界。
第二次世界大战胜利后，原子弹成为毁灭人类的幽灵。在西方大国看来，谁拥有原子弹谁就能向世界发号施令。
当时中国国内有识之士纷纷呼吁政府拨巨资发展原子能，研制原子弹。重庆是当时中国的临时首都。政府机关、团体、学校举行了许多座谈会和报告会，请物理学家解读原子弹的秘密。其中，时任中央大学物理系主任的原子核物理学家施士元应邀做了一系列报告。蒋介石闻讯后立即命侍从把他请来为自己讲解。最后还要求他“做一个制造原子弹的计划”。
施士元于1929年毕业于清华大学物理系，同年赴法国巴黎大学居里实验室，在
玛丽·居里夫人指导下从事核能谱的基础性研究。1933年获博士学位后回国，一直从事教育。而制造原子弹涉及许多学科领域，特别是工程、技术领域。这一时也难为了他。后来他应聘飞赴南京临时大学任职，做计划的事也就不了了之。
美国“送来”《史密斯报告》
美国原子弹空袭日本广岛、长崎之后不久，白宫和陆军部在发布新闻之外，还发表了关于“曼哈顿计划”的详细报告。报告的全称是《1940—1945年在美国政府的赞助下将原子能用于军事目的方式的研究的一个全面叙述》。作者是“曼哈顿计划”的参加者、普林斯顿大学物理学家史密斯。这份报告实际上在原子弹爆炸试验之前已基本完成。用意是要在使用原子弹之后将其作为这门学科和这项计划的通史公布于众。唯一的限制是不许透露与实际制造原子弹有关的任何内容。后来，该报告被简称为《史密斯报告》。
美国权威人士评论说：“虽则该报告缄口不谈美国人是怎样制造出原子弹来的，但它也揭示了‘曼哈顿计划’其他许多方面的极为重要的情况——美国人在何处取得成功并在何处没有成功，总的说来，它成了指导俄国人绕过在美国工作中出现过的理论上的暗礁……简言之，《史密斯报告》再加上由‘曼哈顿计划’中对苏联效忠的人员搜集来的哪怕不是决定性的也是大量的情报，就能给苏联人指出如何以最快的速度和最省的费用来工作的方法。”
最初，这份报告印发了1000份。据说苏联人得到一份，立即翻印了3万份。中国也得到一份，是美军中将魏德迈交给俞大维的。当时，魏德迈在中美联合参谋本部任中国战区最高统帅蒋介石的参谋长，俞大维任军政部（后为国防部）次长兼兵工署署长，二人交往甚密。俞大维早年曾留学德国，并访问过世界理论物理中心哥本哈根玻尔研究所，对核裂变有一定了解，深知这份文件的重要性，立即报告了蒋介石。蒋介石如获至宝，即命军政部部长陈诚和次长俞大维秘密筹划。
赴美考察研习吃了闭门羹
为筹划研制原子弹，俞大维首先找到自己的表弟曾昭抡。曾昭抡是一位知名化学家，当时在昆明西南联合大学任教（新中国成立后出任教育部副部长）。曾又推荐了物理学家吴大猷和数学家华罗庚，他们都在西南联合大学任教。吴大猷曾在1933年最早预言铀后元素的存在。后来，陈诚、俞大维邀请吴大猷、华罗庚来到重庆，住在海陆空军招待所。军政部还派了一部小车供他们使用。陈、俞到招待所看望了他们，请他们提出些意见，以助于国防科学机构的工作。吴大猷在《回忆》中说，他想了几天，拟订了一个建议：
一、成立研究机构，培植各项基本工作的人才。
二、初步可行的是派物理、化学、数学人员出国，研究观察近年来各部门科学进展的情形，然后拟一个具体计划。
总之是要筹建一个研究机构，并且立即选送各部门优秀青年数人出国，学习上述各基本学科。
这个建议，经陈诚和俞大维考虑后，以为可行。立即决定由吴大猷、曾昭抡、华罗庚分任物理、化学和数学三部门的负责人，并请他们自选青年助手赴美研习。
吴大猷和华罗庚回到昆明后，立即着手挑选青年助手。吴大猷选定物理系二年级学生李政道和青年助教朱光亚。曾昭抡选定王瑞先和唐敖庆。华罗庚选定孙本旺和已在美国的徐贤修。人选确定后，吴大猷将《史密斯报告》分成五部分交由青年助手译成中文，最后由他校阅修改后送军政部准备出版。与此同时，吴大猷还为他们五人加速讲解量子力学等近代物理课程。
1946年夏，他们一行先后到达美国，准备用一至两年时间进行考察研习。但是，先期到达美国的曾昭抡得知，美国有关研究机构都不许外国人进入，原来的研习计划已不可能，于是建议大家分别到合适的大学进修或从事研究。此后，吴大猷去了密歇根大学，华罗庚去了普林斯顿大学高等研究院，李政道考入芝加哥大学，朱光亚考入密执安大学研究生院。
成立原子能研究委员会
赴美考察研习计划夭折，给中国军方的发展计划以沉重打击。后来，在著名机电专家顾毓琇的积极推动下，成立了以俞大维为主任的原子能研究委员会，力图在国内开展相关基础研究，发展原子能。委员会的成员包括顾毓琇、吴大猷、曾昭抡、赵忠尧、萨本栋、吴有训、任之恭等一些知名专家和学者。
顾毓琇曾因提出被称为“顾氏变数”的机电变换理论而成名。他涉足原子能领域始于一次授命。美军占领日本之后，美国有意将日本的回旋加速器移赠中国，蒋介石授命顾毓琇前往日本接收。1946年2月25日，顾毓琇乘美国军用飞机抵达日本东京麦克阿瑟将军的总部。但是，麦克阿瑟根据美国陆军部长的命令，早在1945年11月24日已将五台加速器破坏，沉入大海。合众社传出消息后，顿时舆论大哗，指责美军的行为粗暴、愚蠢，是对人类犯下的一种罪行。直到美国陆军部长帕特森发表道歉声明，日本加速器风波才平静下来。无奈，顾毓琇在日本逗留了一段时间，并访问了仁科芳雄等一些日本核科学家。 7月，顾毓琇又飞赴美国，拜访了回旋加速器的发明人、诺贝尔物理奖获得者劳伦斯。劳伦斯对中国开展核物理研究非常支持，当即表示愿意帮助中国设计一台大型回旋加速器，并给蒋介石写了一封热情洋溢的信。顾毓琇在向蒋介石转呈这封信时附言：“抗战虽已胜利，国防尤属重要。顾毓琇再三协商，劳伦斯博士乃毅然决定协助我国作原子研究。”并希望蒋介石“高瞻远瞩，赐准制造原子试验器，为国家民族树科学救国、国防第一、百年之基”。
原子能研究委员会成立以后，未见有重大活动的记载。吴大猷说：“我虽然是委员之一，但从未参闻其事。”国防部第六厅（研究与发展厅）虽列有“铀之提炼”和优先发展“原子物理”的计划项目，但无实质性进展。
1950年，顾毓琇定居美国。20世纪70年代，在美国总统尼克松访华之后，他率先回国访问。周恩来设宴款待。顾毓琇赋诗赞扬共产党，不料触怒了台湾当局，注销了他“中央研究院”院士和“国大”代表资格，直到1990年才恢复顾毓琇院士资格。1994年，时任中华人民共和国主席的江泽民访问美国时，专程拜访了他。江泽民是他在交通大学任教时的学生。
筹建核物理实验室
为发展原子能和开展核物理研究，“中央研究院”提出建立近代物理研究所的议案。但是，蒋介石批示：“近代物理研究所可先筹划设计，但暂时缓办。”（原因可能与军方计划有牵连）
当时主持“中央研究院”常务工作的实际领导人是总干事萨本栋。他是一位资深物理学家，1946年又亲自兼任物理研究所所长。根据蒋介石的批示精神，他以物理研究所为基础，广聘人才，并设立了核物理实验室。
萨本栋知道，开展核物理研究，首先要有高水平的科技人才。于是，他从国内外广聘核科学家。首先聘请吴有训、赵忠尧为兼职研究员，并发给兼职薪金。吴有训是诺贝尔奖获得者康普顿的得意门生。为康普顿散射理论的实验验证作出重要贡献。赵忠尧是诺贝尔奖获得者密立根的学生，发现硬γ射线反常吸收和额外辐射现象，这是正电子发现的前奏。
与此同时，萨本栋通过各种渠道，利用各种手段，诚聘在国外成名的彭桓武（与合作者共创介子理论）、张文裕（“张原子”和“张辐射”的发现者）、吴健雄（“曼哈顿计划”的参与者）、钱三强（铀核三分裂现象的发现者）等为专任研究员，并发给高薪。他们分别是诺贝尔奖获得者玻恩、卢瑟福、劳伦斯、约里奥·居里夫妇的学生。萨本栋在给吴健雄的信中说：“延先生为物理所研究员，月薪520元，尽可提前发，不必从到院为准。”而在钱三强回国时，萨本栋亲自到上海迎接，并协助解决被海关扣押的行李。“教育部”部长兼“中央研究院”院长朱家骅还在南京设宴接风，并挽留他出任物理研究所所长。但是到头来，由于国内战局变幻，高薪延聘都是竹篮打水一场空。
萨本栋要办的第二件事就是充实核物理实验室。当时的实验室一无科技人员，二无任何核仪器设备，只是一个空壳儿。他筹集到12万美元，先后汇给赵忠尧（他于1946年7月赴美国参观在太平洋马绍尔群岛进行的核试验，之后留在美国），委托他用5万美元购买核仪器，用7万美元购买其他仪器。赵忠尧回忆说：“开展核物理研究，至少需要一台加速器”。但是，当时购买一台静电加速器需要40万美元。于是，他决定走一条省钱的路，自行设计，只购买国内难于买到的部件。为了实验核物理在中国生根，他这样做了。有人笑他傻瓜，放弃出国搞研究的大好机会，却把时间用在不出成果的事上。
1949年4月3日，南京解放。国民党政府的核计划带到台湾。有报道说，1967年，吴大猷回到台湾后，曾与时任“国防部”部长的蒋经国“为了台湾应否发展原子弹而有严重歧见”。吴大猷上书蒋介石表示反对。结果，蒋介石采纳了吴大猷的意见，“决定停止这项计划”。也有报道说，自1965年蒋经国任“国防部”部长以来，一直在“秘密地积极发展核子武器”。1978年，即将建成的后处理厂准备提取核燃料钚-239时，被美国媒体内部曝光。美国立即派人赴台调查。蒋经国公开表示“我国有发展核武的能力，但绝不发展核武”。1988年1月9日，核能研究所上校副所长张宪义“潜逃赴美”。不久，美方派人赴台检查。于是，“花费18.5亿元的硬体设备，化为灰尘。17年的心血，付之一炬。”核计划至此“全部泡汤”。
周恩来播下种子
新中国核计划是从1955年开始的。但在新中国成立初期已有预见。
1949年1月31日，北平和平解放。解放前夕，南京国民政府曾派专机来接文教界名流南下，名单中包括核物理学家钱三强。但是，他在接到通知后回避了，选择留下。
3月上旬，军管会派人找到钱三强，通知他参加以民主人士郭沫若为首的代表团，赴巴黎出席保卫世界和平大会。代表团成员都是各界名人，科学界只有钱三强一人。这个名单是周恩来审定的。钱三强在兴奋之余萌生了一个想法，何不乘此机会，打破封锁，在法国买一些国内买不到的仪器设备。于是，他提出了20万美元的巨大数字，想购买一台小型加速器，以便尽快在国内开展实验。过后他又很后悔，因为当时解放战争还在进行，解放区人民生产生活水平还很低下。共产党人穿布衣，吃小米饭，经济十分贫困，这样多的外汇让领导人为难了。不料，中共中央采纳了他的建议。周恩来先批给5万美元，以后需要时再陆续拨给。这笔外汇让钱三强心如潮涌，万分激动。5万美元在当时的确是一个不小的数字。在此10年前，美国政府第一次拨款给科学家做实验也只有6000美元。
钱三强没有辜负周恩来的期望。新中国成立后，在他的组织领导下，于1950年成立了中国第一个原子能研究机构，称中国科学院近代物理研究所（1958年改为原子能研究所）。该所成立之初，只有十几个人，1955年发展到208人，1960年发展到4190人，汇集了国内外最优秀的中国科学家和工程师，初步形成了一个多学科、综合性、比较完整系统的核能研究中心。它为国家实施核计划培养输送了大批科技人才，并从这里派生了一系列科研机构，被誉为中国原子能事业的“老母鸡”。
毛泽东先当小学生
1955年初，苏联政府表示，愿意在原子能和平利用方面给予社会主义国家以科学、技术和工业的帮助。中共中央以此为契机，做出了建立中国核工业的战略决策。1月14日，周恩来约请李四光、钱三强到中南海座谈。时任地质部部长的地质学家李四光汇报了国内铀矿资源和勘探情况，钱三强汇报了国内外核科学进展。周恩来认真听取汇报并不断插问，最后他说：“明天毛主席和中央其他领导要听取这方面的情况，你们做点准备，简明扼要，可以带点铀矿石和简单仪器做点现场演示。”
第二天，中共中央书记处扩大会议在中南海举行。毛泽东主持会议。他对李四光、钱三强说：“今天，我们这些人当小学生，就原子能有关问题，请你们来上一课。”根据周恩来的安排，李四光拿出一块黄黑色的铀矿石标本，说明铀矿资源与发展原子能事业的密切关系。领导人一个接一个传看。钱三强将自制的盖革计数器放在桌上，把铀矿石装进自己的口袋里，然后从桌旁走过，计数器立刻发出嘎、嘎、嘎的响声。这时全场都高兴地笑起来。有的领导人兴趣正浓，还亲自做了试验。有人提出这样那样的问题，气氛十分活跃。
演示之后，李四光对国内铀矿资源勘探状况做了全面汇报。钱三强从原子、原子核、核裂变、原子弹、氢弹等基本概念讲起，汇报了国内外科学研究进展。
最后，毛泽东点燃一支烟，开始做总结性讲话。他说：我们的国家，现在已经知道有铀矿，进一步勘探一定会找到更多的铀矿来。解放以来，我们也训练了一些人，科学研究有了一定的基础，创造了一定的条件。过去几年其他事情很多，还来不及抓这件事。这件事总是要抓的。现在到时候了，该抓了。只要排上日程，认真抓一下，一定可以搞起来的。你们看怎么样？毛泽东看了看大家，然后强调说：现在苏联对我们援助，我们一定要搞好！我们自己干，也一定能干好！我们只要有人，又有资源，什么奇迹都可以创造出来！
会后准备了三桌饭菜，最后毛泽东站起来举起酒杯大声说：“为我国原子能事业的发展，大家共同干杯！”
这次会议拉开了中国核工业建设的帷幕。7月4日，中共中央成立了陈云、聂荣臻、薄一波三人领导小组，指导原子能事业的发展。1956年11月16日，国务院正式成立第三机械工业部（1958年改为二机部，1982年改为核工业部）。宋任穷上将任首任部长，钱三强是副部长之一 。
中苏核合作的破裂
中华人民共和国成立后，从朝鲜战争、越南战争到台湾海峡危机，美国多次扬言要对中国使用原子弹。毛泽东指出：“在今天的世界上，我们要不受别人欺侮，就不能没有这个东西。”
1954年9月29日，正当台湾海峡危机时刻，苏共中央总书记、部长会议主席赫鲁晓夫率党政代表团来北京参加新中国成立五周年国庆。10月3日，在中南海举行了中苏两国最高级会谈。会谈快要结束时，赫鲁晓夫主动问道，你们对我方还有什么要求吗？
毛泽东说：“今天我想同你们商量一件事，就是我们对原子能、核武器感兴趣，希望你们在这方面对我们提供援助，使我们有所建树。总之，我们也想搞这项工业。”
这个问题出乎赫鲁晓夫的意料。他沉吟了一阵，说：“搞那个东西太费钱了。我们一家有了核保护伞就行了，无须大家都来搞它。”“如果你们是为了进行科学研究、培养干部，我们可以帮助先建设一个研究性的反应堆。这比较好办，花钱也不会太多。”
1956年，赫鲁晓夫反斯大林，引起国际反苏反共高潮。赫鲁晓夫为换取中国的支持和信任，在尖端技术的援助方面表现有所松动。经中方积极争取，苏方同意谈判。1957年9月，中国派出以聂荣臻、陈赓、宋任穷为首的政府代表团赴莫斯科，谈判很顺利，于10月15日签订了《国防新技术协定》。苏方在核工业和核武器方面将给予中方以援助，其中包括提供原子弹教学模型和图纸资料等。此后，中国开始了三矿（湖南彬县铀矿、大浦铀矿，江西上饶铀矿）五厂（衡阳铀水冶厂、包头核燃料元件厂、兰州铀浓缩厂、酒泉钚生产厂、西北核武器研制基地）的建设。
但是后来中苏关系恶化，苏方迟迟不按协议提供原子弹教学模型和有关图纸资料。1959年6月20日，苏共中央来信说，暂缓向中国提供原子弹教学模型和图纸资料。聂荣臻和宋任穷去请示周恩来，周恩来说：“中央研究了，我们不理他那一套。他不给，我们就自己动手，从头摸起，准备用8年时间搞出原子弹。”1960年7月16日，苏联政府搞突然袭击，一个照会就把苏联在华专家（其中在核工业系统的233名）全部撤回，并停止供应一切设备、原料和技术资料，给中国刚刚起步的核工业以毁灭性打击。再加上当时国内进入经济困难时期，核工业境况更是雪上加霜。
研制第一颗原子弹
中苏签订《国防新技术协定》之后，二机部于1958年成立了第九局，调西藏军区少将副司令员李觉任局长，并着手组建核武器研究所和核武器研制基地。核武器研究所当初的主要任务是接收和消化苏联提供的技术资料和培训技术人员。为配合苏联专家工作，原子能研究所抽调最年轻的核物理学家朱光亚、理论物理学家邓稼先和一批青年业务骨干参加筹建工作。
1960年，核武器研究所转入自主探索研究。邓稼先带领一批青年从查阅文献资料、搜集有关数据入手，利用手摇和电动计算机，夜以继日，进行了大量模拟计算，迈开了探索研究的第一步。
为了充实和加强核武器研究所，中共中央在1960年和1962年先后从全国抽调中、高级科技专家200多人。原子能所副所长、反西格马负超子的发现者王淦昌和著名理论物理学家彭桓武，力学研究所副所长、著名空气动力学家郭永怀都加入进来。之前，周恩来接见了他们三人。金属物理学家陈能宽从物理研究所，理论物理学家周光召（彭桓武的研究生）和程开甲分别从北京大学和南京大学到研究所工作。研究所设立理论、实验、设计、生产4个研究部和13个研究室。