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由于全力以赴，美国原子弹研制工程进展顺利，两座大型铀分离工厂在田纳西州诺克斯维尔的橡树岭建立起来，并投入生产。其中一座用气体扩散法，一座用电磁同位素分离法，两种方法同时进行，确保有足够的核弹用高浓缩铀。继康普顿领导一个小组在依阿华州立大学试验室分离出第一批高浓缩铀不久，来自意大利的物理学家费米又在芝加哥大学成功地进行链式反应试验。新的反应堆、回旋加速器、组装工厂成批建立，各种特殊部件接踵生产出来。1945年6月，原子弹基本研制成功。
1945年7月16日，美国制造的世界上第一颗原子弹被运到新墨西哥州阿拉默果尔核试验场的巨大钢塔上。钢塔高30米，耸立在一片大沙漠中央，钢塔周围按一定规则置放许多试验用坦克、卡车、战舰、飞机及其他试验用品，以检测原子弹爆炸威力。当天5时29分45秒，随着惊天动地一声巨响，一团喷射耀眼白光的烈焰腾空而起，顷刻化为一个巨大的橙色火球，以每秒120米的速度升空。待到1200米高空，火球变成一朵巨大的蘑菇形烟云。原子弹爆炸后，大地和岩石在热浪和冲击波作用下，变成了上下翻滚，剧烈颤动的褐色旋涡。云雾消散后，爆炸点出现了一个深十几米，纵横400米的大坑。钢塔整个被汽化，已无影无踪。试验用坦克、车辆、战舰、飞机被高温和强大的冲击波扭曲、烧毁。仪器检测的核弹爆炸威力达到1.4万吨爆炸当量，爆心温度达到100万度。世界上第一颗原子弹由美国抢先制造出来。