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在1945年7月，美國已經裝配成功第一顆原子彈，使用的是鈽-239，為內爆式，定名為「胖子」，以『三一行動』作為其代號。
當時軍方為了防止爆炸物擴散，並回收大部份的鈽-239，於是將原子彈置於大鋼瓶內，並用火車運載了48km才到試驗地點。
在7月16日，第一顆原子彈試爆開始，在一聲巨響之後，半徑30公里內看到的光亮超過數個中午太陽，隨後火球變成蘑菇型，並逐漸上升到1萬多公尺的高空，爆炸聲在160km外都聽得到。
爆炸之後，形成了一個直徑500公尺、深2公尺的碗型淺坑，破壞力約等同於15000噸TNT炸藥當量。
事後，一位叫羅伯特的作者，還寫了本書「比一千個太陽還亮」，描述了世界第一顆原子彈的試爆。
就在此時，一些科學家建議，把原子彈投到某個無人島，向日本的展示一下威力即可，不過卻遭反對派的人質疑：這樣作，日本天皇會受到影響嗎？他能宣布無條件投降嗎？所以，歐本海默與康普頓建議在日本上空投下原子彈，迫使他們投降。
1944年的12月，美國組建了509混合大隊，由255名軍官，1542名士兵，為核轟炸特種部隊，隸屬空軍第20航空隊。其訓練基地為猶他州的溫德歐彿，不過，在1945年5月德國投降後，轉移到太平洋的提安尼島。
當時，日本只有四個大城市未遭到美國B-29轟炸機的空襲，美國總統杜魯門先後徵得邱吉爾與艾登的同意，決定若日本無視於1945年7月26日波茨坦會議的最後通牒，就打算投下原子彈。
當時日本企圖跟蘇聯求和，也希望把戰爭拖到，能在東亞獲得利益之後，最後，杜魯門決定於8月1日~10日之間，向日本投擲原子彈。
美國在當時所選擇的目標依序是
將第一顆原子彈投到:
1.小倉：最大的彈藥工廠與武器製造廠。
2.廣島：陸海軍船舶運輸中心、北方陸軍司令部、補給工廠，軍隊 2.5萬人。
3.新瀉：石油工業區、煉鋼廠。
4.京都：飛機與武器製造廠，100萬人。
第二顆原子彈投到
1.小倉。
2.長崎：海軍基地與船舶修造廠。
最後，由於氣象與地理因素，廣島與長崎便成了兩顆原子彈的目標地。
在7月23日，509混合大隊接到總統的命令。
8月6日，天氣晴，B-29起飛至廣島。
7點9分，日本雷達補捉到美國飛機朝廣島飛去，此時，因為空襲警報，市民開始避難，只見三架B-29與兩架護航機飛過，沒有投彈，在警報解除後，人們又開始日常的活動。
8點0分，兩架B-29又出現在雷達上，空襲警報再度響起，廣播說是來執行偵察，所以有很多人未進入到掩體內；沒多久，其中一架B-29自15,000公尺高空扔下一個降落傘，上頭懸掛著一個物體，該物體長3.2公尺、直徑0.74公尺、重4.4噸，約是1.4萬噸TNT當量的原子彈(鈾-235)，且由於彈體細長，故被稱為「瘦子」或「小男孩」。
在9點15分，物體下降至550公尺的空中時，原子彈爆炸。
結果：廣島市死亡78150人，受傷51400人，這是在戰爭上第一次使用原子彈。
8月9日，10點，B-29在長崎投下第二顆原子彈，長3.25公尺、直徑1.52公尺、重4.5噸，約是2.2萬噸TNT當量的原子彈(鈽-239)，由於彈體短，故被稱為「胖子」或「大男孩」。
結果：長崎市死亡23700人，受傷25000人，整座城市夷為平地。
1946年6月30日，美國首次於海洋上空進行試爆，代號為「能力」，主要是研究爆炸對海軍軍艦的破壞力，地點在比基尼島(Bikini)，約是2萬噸TNT當量的原子彈(鈽-239)。
當B-29自9000公尺投下時，距離海面300公尺爆炸，頓時直徑500公尺的火球以每秒90公尺上升，1分鐘後升到12公里的高空，然後擴散成直徑4500 公尺的蕈狀雲。
在爆炸之前，在該試驗場周圍佈有20艘「華達」輕型航空母艦為中心的艦艇，船上甲板有飛機、彈藥，還在艙房內放了400隻羊，500隻豬，500隻老鼠，5000具壓力計，25000核幅射測量儀、745架照相機與40台攝影機。
爆炸後，離中心點270公尺內，1艘軍艦於1分鐘內沉沒；690公尺外，一艘驅逐艦當場起火，8分鐘內沉沒，另一艘於8小時後沉沒、920公尺外的華達主力艦損傷嚴重。
動物方面，700公尺內全部動物死亡，1200公尺內所有動物均受程度不等的內外傷、1500公尺外，3隻羊只有1隻存活，1700公尺內的動物於第二天全部死亡。
接著，同年，7月25日，又在該島進行水下核試爆，代號為「麵包師」，用鋼繩懸掛離水面50公尺，使用無線電引爆。
爆炸後，幾秒鐘內，一個直徑600公尺、高1800公尺的花耶菜空心水柱騰空而起，海底炸成直徑900公尺、深9.8公尺的彈坑。
在現場怖置的1500公尺內外的70艘船艦，其中一艘主力艦、油艦、登陸艇立刻沉沒，接著三艘在海面上的潛水艇亦沉沒。
1949年9月22日，蘇聯成功試爆了一顆威力約為5倍投在廣島的原子彈；1952年10月3日，英國成功試爆了一顆原子彈；
1960年2月13日，法國在撒哈拉沙漠成功試爆了一顆鈽彈；1964年10月16日，中國亦成功試爆了第一顆原子彈。
不管怎麼看小倉的運氣真的很好，兩份名單上都有它，卻逃過一劫。
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