原子弹的结构并不复杂。核装料在弹体中要分成几块安装，每一块的体积要小于“临界体积”。所谓“临界体积”就是使核反应能持续进行的一个最小的体积限度。如果要是大于临界体积，当有偶然“闯入”的中子(比如说，宇宙线中“自由”的中子)，就可能引起链式反应。弹体内还装有普通炸药，它的作用是，先将普通炸药引爆，爆炸的挤压作用使核装料迅速合拢，其体积超过临界体积。弹体内的中子源放出中子引起链式反应。这时，铀-235或其他裂变材料)被一个中子击中后会分裂成两半，并释放2-3个中子和2个γ光子，以及伴随大量的能量。裂变产生的中子还可以打击别的铀-235，如此不断的裂变就像一个又一个链环被解开，所以称此反应为(核裂变的)链式反应。在这样的反应过程中，经过300代就可使1千克铀-235全部裂变完。每一次裂变的时间极短，只需100亿分之一秒；1千克铀-235只需百万分之一秒就完成了，而放出的能量相当于2万吨的梯恩梯炸药爆炸产生的能量。爆炸时会依次产生闪光、火球和蘑菇状烟云、强烈的冲击波、以及巨大的声响。
到1945年，生产的钚-239和铀-235已足够生产原子弹了。最后一步工作是在新墨西哥州的洛斯阿拉墨斯小镇上装配原子弹。这个小镇有一个“原子弹之父”奥本海默(1904-1967年)领导的秘密实验室。7月16日凌晨5时30分，在新墨西哥州的实验场上空爆炸了第一颗原子弹。人们先看到一道闪光，接着巨大的火球慢慢地扩展开来，并形成了一个巨大的蘑菇云。一般来说，爆炸的闪光过后会立即产生一个明亮的高压高温火球，并很快变为扁球形。火球迅速膨胀，温度不断降低，火球逐渐变成灰白色或棕褐色的烟云。烟云上升时不断扩大，这时在地面上形成一个巨大的尘柱。随后烟云和尘柱连接在一起，远看上去就是一个“蘑菇云”。这个蘑菇云可上升到几千米乃至几十千米的高空。
在观察那壮观的蘑菇云的同时，许多测试人员利用仪器测量着各种数据。这时的费米跃出掩体将小纸片抛过头顶。纸片在气浪的推动下飞去，费米大致测量了一些简单的数据，然后向大家说道，爆炸当量相当于2万吨梯恩梯炸药。这与实测结果非常吻合。大家对费米的才能感到惊奇与钦佩，钦佩他对物理规律的理解能力和估测能力。
面对着这个强大的爆炸，每个人都有一种莫名的恐惧感。奥本海默倚在一根柱子上，他默念着博哈加瓦基达的诗：
漫天奇光异彩
有如圣灵逞威
只有一千个太阳
才能与其争辉
看到巨大的蘑菇云，他又想起另两句：“我是死神，是世界的毁灭者！”
奇怪的是，人们并不从技术上去评论原子弹，而是感觉良心受到了责备。特别是1945年8月份，美国空军将剩余的2颗原子弹投掷到日本国土上。其中名叫“胖子”(内装钚-239)的原子弹投到长崎，名叫“小男孩”(内装铀-235)的原子弹投到广岛，结果造成20余万人的伤亡。对此，爱因斯坦追悔莫及，他说道：“要是当时我知道德国人制造不成原子弹的话，那连手指头也不会动一动的。”一向冷静而理智的费米也只能无可奈何地说道：“不要让我跟你们一块受到良心的折磨吧！无论如何，这毕竟是物理学上的一个杰出成就！”
这种情感在大西洋的另一边也有共鸣，这就是哈恩。当人们正在辩论德国战败的原因，一些人认为由于延误了原子弹的研制才导致战败，而另一些人则认为由于延误的原子弹的研制才得以避免更大的伤亡而庆幸。哈恩认为，他的核裂变的发现导致日本人民的重大牺牲，他有着深深的负罪感。他的心情如此压抑，以致于大家时时都在担心他是否会自杀。
在第二次世界大战后的军备竞赛中，前苏联(1949年)、英国(1952年)、法国(1960年)也相继试制成功原子弹。为了打破美国和苏联的核垄断，中国也于1964年10月16日成功地爆炸了原子弹。
氢弹在现代核武库中，氢弹也占有重要地位。氢弹也被称作热核弹。氢弹是利用轻核聚变反应制成的炸弹，参加反应的物质主要是氢的同位素氘和氚。太阳向外辐射光和热就是氘和氚核聚变反应的结果。聚变反应需要极高温度，所以氢弹要靠原子弹来引爆。同原子弹相比，氢弹的威力要大得多。
经实验测定，1千克氘氚混合物全部发生聚变反应，能释放5.8万吨梯恩梯的爆炸当量。由此可以想见氢弹威力之大了。
由于氘和氚在常温常压下是气体，在实际应用中必须制成液体，这就需要极高的压强。所以直接作为氢弹装料是很困难的。像1952年美国爆炸的第一个热核装置，其质量竟达65吨。这样的装置要用火车运载，用于实战是非常困难的。后来，科学家找到一种新的热核装料，即氘化锂(锂-6)。它的成本比氚要低得多，并且避免了氚的半衰期短的问题(氚的半衰期只有12.6年)。氘化锂的爆炸原理是，原子弹引爆时，大量高能中子与锂-6原子核发生核反应并产生氚，氚与氘发生热核反应，并释放出巨大的能量。
常见的氢弹是一种三相弹，也称作“氢铀弹”。它的爆炸过程大致是：裂变-聚变-裂变。它的核装料中，最外部是铀-238，里面包裹着一个氢弹。它的特点是，借助热核反应产生的大量中子轰击铀-238，使铀-238发生裂变反应。这种氢铀弹的威力非常大，放射性尘埃特别多，所以是一种“肮脏”的氢弹。
为了改善中国的核防卫能力，中国也于1967年成功地爆炸了氢弹，并且成为世界上第4个拥有氢弹的国家。
中子弹20世纪70年代中期，美国总统卡特宣布，美国研制成功中子弹。由于有些人把中子弹吹得神乎其神，这为中子弹蒙上了一层神秘的面纱。
中子弹的结构大致是，中心是钚-239球，外层是氘化锂，再外层是中子反射层，最外层是高能炸药。
由此可见，中子弹也是靠微型原子弹来引爆，引爆氘氚以发生聚变反应。与氢弹的主要区别是，它没有铀-238外层。它的爆炸当量并不高，只有1000吨左右，其杀伤作用80％来自中子，20％靠冲击波和光辐射。
中子弹的优点是它的小型化。如果用钚-239引爆，其用量不超过1千克，而氘氚的用量只有几克。中子弹可以作得很小，甚至小到榴弹炮弹那样小。此外，原子弹主要靠冲击波，可将地面建筑物夷为平地，光辐射可将人员烧死，放射性污染持续的时间很长。而中子弹的冲击波并不大，放射性也很小。爆炸后，中子雨是非常致命的。中子可以穿透20-30厘米的坦克装甲，也可穿透50厘米的钢筋混凝土。
以1000吨梯恩梯当量的中子弹为例，离爆心900米的中子辐射剂量，可在5分钟内使坦克内的人员丧失战斗力，半小时后可部分恢复战斗力，但以后的健康会逐渐恶化，并在几天内死去。离爆心700米处，其辐射剂量比离爆心900米处高出1倍，这时坦克内的人员会立即丧失战斗力，并在2天内死去。
在中子弹爆炸之后。由于放射性污染极轻微，所以可以在几小时内，人们几乎可以不借助任何防护而进入爆炸地区。
核动力推进技术
核裂变能提供如此强大的能源，人们首先想到它在军事上的广泛用途。除了美国的“曼哈顿工程”之外，人们利用核动力驱动舰船的研究也一一付诸实现。核动力装置体积小、功率大，舰船的续航能力强，这对运输业也产生了重大的变革，特别对海上运输业的影响是非常深远的。
核潜艇18世纪下半叶，人们发明潜艇之后，它在海军战史上不断立下各种战功，特别是第二次世界大战期间，潜艇发挥了巨大的威力。为了增强潜艇的作战能力，1946年，美国决定研制第一艘核潜艇。1949年，美国“核潜艇之父”赫曼黎可维领导一个机构，组织了一批有才干的科学家和工程师，工作的速度极快。潜艇技术的关键在于核动力发动机。美国的威斯汀豪斯公司和通用电气公司分担了发动机研制工作。500家工厂承担了两艘核潜艇和4套发动机的制造工作。成功在即的时刻，海军军方将核潜艇命名为“鹦鹉螺号”，并于1954年1月2日在柯罗顿市举行下水仪式。它重达2800吨，花费5500万美元。核潜艇全长90米，其中核发动机占了一半。它的平均航速为20海里／小时，比常规潜艇快一倍。当核潜艇开足马力，以25海里／小时的速度连续航行50天，行程可达3万海里，其间不需要添加燃料。如果从纽约下潜，只需要5天的时间就可达英国的利物浦。它不受气候的影响。“鹦鹉螺号”实现了潜艇核动力技术上的一次突破，开创了潜艇发展史上的新篇章。1957年，美国还为核潜艇安装了导弹。这是潜艇发展史上又一次突破，核潜艇成了一个巨大的核武库。
新潜艇还创造了一个又一个的新纪录。它曾三进三出北冰洋。1958年8月3日23点15分实现了人类首次穿越北冰洋，航程8164海里，历时21天。
20世纪70年代初，前苏联的水下战略核力量与美国相比还是微不足道的，但到80年代也一跃成为最大的核潜艇国家之一。他们的新式核潜艇航速可达40海里／小时，潜水深度达600米。到80年代，美、苏、英、法共拥有300多艘核潜艇，其中美国占150多艘，前苏联占120多艘，其余为英法所有。
在所有的核潜艇中，很有代表性的是美国的“三叉戟”核潜艇。这是美国20世纪60-70年代研制的核潜艇，后来又拨款280多亿美元建造4艘这样的核潜艇。
“三叉戟”核潜艇长约171米、宽约13米、吃水深度达11米，水面排水量为5750吨、水下排水量为1．87万吨。发动机功率为3万马力，采用自然循环压水堆。由于是自然循环，它取消了主要噪声源之一的主泵。这种核潜艇可以连续航行180万千米，可连续在水下呆9年。
核舰船
就核动力舰船来说，核动力巡洋舰研制得较早。1957年，世界上第一艘核动力巡洋舰“长滩”号在美国下水。它的排水量为1．4万吨，航速达35海里／小时。60-70年代，美国又新建了一些新型的核动力巡洋舰。
在军用舰船中，核动力航空母舰是最引人注目的。第二次世界大战期间，在“珍珠港事件”之后，航空母舰逐渐取代了战列舰。美国开始建造核动力航空母舰，例如，“企业”号、“尼米兹”号、“艾森豪威尔”号、“文森”号等。前苏联也建造了7．5万吨级的核动力航空母舰，法国于1980年建成核动力航空母舰。
建造航空母舰的费用非常高。有现代“舰艇之王”称号的“尼米兹”号，它全长332米、宽41米，吃水11米。甲板长77米、面积可达1．8万平方米。可携载90架战斗机。载人员6300人。装载2台压水堆，一次满载燃料可连续航行13年。但它的造价昂贵，达20亿美元，加上舰载飞机则达百亿美元以上。
在民用船中，最早的是原子破冰船。1959年9月12日，前苏联建成世界上第一艘原子破冰船——“列宁”号破冰船。它长134米、宽27米，吃水9米，吨位32万吨。有3台核反应堆(压水堆，1966年又更新反应堆，只剩下2台)和3台汽轮机(带动3个螺旋桨)。每台反应堆的最大功率为9万千瓦。航速为20海里／小时，在厚2米的冰面上的航速为3海里／小时。20世纪70年代，“列宁”号破冰船在北极地区连续活动390天，创历史最高纪录。后来，前苏联又建造了“北极”号(1974年)和“西伯利亚”号(1976年)。1977年，“北极号”破冰船首次到达北极点。
20世纪50年代，美国也决定建造核动力船。1958年春动工，同年5月22日，当时的尼克松副总统夫人主持了安装龙骨的仪式。1959年7月2日，由艾森豪威尔总统夫人命名为“萨凡纳”号。这是为纪念1819年“萨凡纳”号小帆船首次用辅助蒸汽动力装置横渡大西洋。1960年底，“萨凡纳”号全部建成。它全长181米、宽23米，吃水9米，载重9300吨、排水量2万吨，航速21海里／小时。
随着核动力技术的不断成熟，还会建造更多的核动力商船，前苏联曾计划建造筹建核动力商船队。从长远的观点来看，可以高速行驶的核动力商船队会很多，特别是它省时、省燃料、节约费用，在未来的海上运输业将会发挥更大的作用。
核火箭
第二次世界大战之后，美国大科学计划的杰作是“阿波罗”登月计划。它耗资达230亿美元。其中“土星五号”火箭颇为引人注目，它高达110米，有35层楼高。整个火箭离地重量达3000吨以上。现在，一些国家正在计划利用载人飞船登上火星，如果还采用普通的化学燃料，火箭的体积将是极其庞大的。所以有人设想利用“宇宙油船”、“宇宙渡船”、“宇宙拖船”，以及庞大的核动力长程火箭等技术的集合。
要研制的新型核动力火箭是利用铀-235或钚-239裂变产生热能把推进剂(如氢)加热到极高的温度，超过4000℃，高温气体以极高的速度喷出。借此来推动飞船航行。
美国从1955年就开始重点执行它的第一个核火箭计划，重点研究带有大功率反应堆的核火箭，并提出4种核发动机，即“过热喷射式核发动机”、“等离子挤压式核发动机”、“气体堆芯核发动机”、“内爆排气式核发动。机”。其中对第一种核发动机研究的时间最长，但推力尚不足以满足星际航行的要求。其他核发动机也有一些技术难题需要克服，也还不能满足星际航行的要求。
研究核火箭的意义不止于满足行星际之间的航行，而是更着眼于使人类飞出太阳系，以达到其他恒星系。甚至火箭的速度要达到光速，而达到这样的速度，其研究是还要有二段很长的路要走。
核电站
由于同样质量的铀和煤相比，铀释放的能量要高出270多万倍，电能又是方便和干净的二次能源，因此人们利用核能首先想到的就是发电。第二次世界大战后建立核电站成为世界各国发展能源技术的重要目标之一。
核电站发电时靠强大的蒸汽来推动汽轮机发电，在这一点上同火电站没有什么区别。但提供热源的装置是不一样的。核电站的锅炉是原子锅炉，这其实就是核反应堆。反应堆中的铀裂变发出强大的能量，能加热锅炉中的水，产生大量的蒸汽。
原子反应堆的外表是一座强大的地下堡垒，反应堆的容器就坐落其中。大部分装置都安置在混凝土的厚墙之中。除了反应堆，为了发电还要有一些发电设备。现在流行的压水堆发电站主要有主泵、稳压器、蒸汽发生器、安全壳、汽轮发电机、危急冷却系统等。
