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经过两年的理论建设，在邓稼先的组织下。研制小组成功地用老式的计算器模拟了原子弹爆炸的全过程。通过模拟，他们不仅弄清了原子弹爆炸的过程，掌握了规律，而且还纠正了苏联专家的一个比较大的错误结论。
随后，邓稼先又采取了一项重大措施：组建高级理论班子，专门研究解决原子弹设计中的重大技术问题。这一举措，使原子弹的理论研制工作，又向前跨进了一大步。周光召圆满地解决了原子弹内部的所有关键的力学问题。与此同时，另外两位滚消袜在流体力学和数学上有很深造诣的副主任亲密合作，又成功地解决了不定向流体力学的计算方法问题。邓稼先大激自己则亲自主持高温高压下物质状态的研究，确定了有关理论计算的模型和方法。
计算工作完成后，邓稼先等人经过反复思考，创造出了一种独具特色的“外推法”。这种方法从能够模拟的环境和条件人手，经过逆向推算，再将结果与国外同类试验的数据对照。最后发现结果完全吻合，从而证明了这种计算方法是正确可行的。原子弹研制中另外一项最重要的任务是研制点火中子源。它是原子弹的引爆装置，也是原子弹的心脏，这项任务由原子能所副所长、美国麻省理工学院的博士江德熙教授负责，经过一番努力，终于在l961年冬得到了令人满意的结果。他把这个装置命名为XY小球。
与理论研究同步，核原料加工也同样不断取得进展。为了早日取得粗铀原料，国家一边加快建设大厂，一边组织进行土法炼铀。从1959年开始，云南临沧地区，当地群众在技术人员的指导下，用石臼子破碎、箩筐筛选、豆腐包过滤、铁锅烘干等办法，在大厂未建成之前就得到了150吨粗铀原料。这些原料再经过进一步加工，完全满足了我国头两颗原子弹所需要的核装料，从而为整个工程争取了一年的宝贵时间。终于在1964年，一颗完整的原子弹在工厂被组装起来了，并于8月份运到了试验场。
原子弹研制组装工作结束后，下一步的任务就是试验准备。因为原子弹要在低空爆炸，所以在试验场上竖起了一座高达103米的铁塔。以铁塔为中心，设置了机场和机群、坦克群、各种火炮阵地、枪支弹药、舰艇的上层结构、通讯枢纽、房屋建筑等设施，在不同的距离上还放置了大批试验动物。试验场内，各桥氏种指挥所、观察哨、辐射侦察分队、有线课题遥测站以及气象观测站四处分布，形成了一个复杂的网络。
1964年10月14日19时，原子弹被吊上了铁塔。16日上午，试验基地司令员张蕴钰和李觉将军、工人赵维晋来到塔下，将XY小球亲自接插上弹体。14时59分40秒，现场总指挥张爱萍发出最后指令，主控站操作员韩云梯按下了启动电钮。10秒钟后，整个系统进入自控状态，计数器开始倒计时。“10，9，……3，2，1，起爆！”随着一声惊大动地的巨响，顷刻之间，金光喷发，火球凌空，蘑菇云腾空而起。中国第一颗原子弹爆炸成功了！
