1951年商务印书馆出版发行朱光亚著作《原子与原子武器》，被称作中国最初介绍原子能技术著作之一。
1951年初版的《原子与原子武器》，定价人民币2000元。
1958年秋，苏联援建的核工业反应堆和加速器正式移交给中方使用，中国第一个综合性的原子能科学技术研究基地诞生了，核梦想在新中国科学技术的腾飞中就要实现了。然而，1959年6月，距中苏签订“国防新技术协定”不到两年时间，苏联背信弃义，单方面撕毁协议，撤走了专家，我国的原子弹科研项目被迫停顿，正在试生产的企业陷于瘫痪，凛冽的寒潮席卷了中国大地。
“自己动手，从头做起，准备用八年时间，拿出自己的原子弹！”毛泽东发出了向国防尖端技术进军的动员令。
1959年7月1日，35岁的朱光亚奉命调到二机部，担任核武器研究所副所长和第四技术委员会副主任，承担起了中国核武器研制攻关的技术领导重担，同时负责点火等主要技术课题的攻关指导工作。他协助副部长钱三强和所长李觉将军，组建机构、调集人员、筹备设施，一支中国核武器的研制大军诞生了。
中苏关系恶化，给我国的原子弹设计工作带来了极大困难。援华苏联核武器专家平时就严密封锁有关核武器的机密情报和关键技术，撤走时又毁掉了所有带不走的资料，使中国的核武器研制陷入了困境。然而这些难不倒中国的科学家，朱光亚提出，就从苏联专家所作报告中留下的“残缺碎片”研究起。经过夜以继日的艰苦奋斗，在交织着继承和否定的科学探索中，中国的原子弹设计理论终于有了重大突破。朱光亚作为研究所的主要领导人之一，主要负责全面的科研组织工作，既抓技术指导、业务协调，又抓科研队伍的建设和管理，他那严谨细致、一丝不苟的优良作风，对核武器研制成功起到了重要的保障作用。
考虑到各方面的准备工作，1962年9月，二机部提出了争取在1964年下半年或1965年上半年爆炸第一颗原子弹的奋斗目标，即有名的“两年规划”。为了尽快操作实施，朱光亚编写了《原子弹装置科研、设计、制造与试验计划纲要及必须解决的关键问题》与《原子弹装置国家试验项目与准备工作的初步建议与原子弹装置塔上爆炸试验大纲》两份纲领性文件，明确提出核爆炸试验应该分两步走：第一步先以塔爆方式进行，第二步再以空投方式进行。后来的实践证明，这是一个切实可行的方案，对于中央正确决策起到了关键作用。
11月3日，毛主席仔细审阅了这份报告，十分高兴地在上面批示：“同意，很好。要大力协同，做好这件工作。”
周总理在听取汇报时亲切地招呼朱光亚：“请坐到前边来！”这是朱光亚第一次面见总理，他在总理对面坐下，激动万分。
当时朱光亚只有38岁，身材高大，精力充沛，思维敏捷，谈吐清晰，给周总理留下了深刻的印象。
“讲得很好，很好！”周总理赞赏地对朱光亚说：“核武器研究所的同志们做了大量艰苦的努力，党和人民是清楚的。”
临别的时候，周总理紧紧地握着朱光亚的手，诚挚地说：“请捎个话，毛主席和中央的同志们感谢你们，人民感谢你们，你们要不懈努力！”
1964年10月16日15时整，随着“起爆”那一声铿锵的命令，大漠中骤然闪出一道强光，一朵黄褐色的蘑菇云腾空而起。
成功了！看到这惊心动魄的壮观景象，老成持重的朱光亚激动万分。当晚，在试验基地举行的庆功“宴会”上，他喝得酩酊大醉……
第一颗原子弹爆炸成功后，朱光亚紧接着又开始组织实施机载核航弹爆炸试验和导弹运载核弹头爆炸试验，都分别取得了圆满成功，实现了我国原子弹研制的“三级跳”计划。
根据毛主席“原子弹要有，氢弹也要快”的指示，朱光亚和同事们加快了研制速度。1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功，强烈的冲击波又一次震撼了世界……
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