Английская коммунистка Мелита Норвуд, занимавшая с конца 1930-х гг. пост личного помощника директора Британской ассоциации по исследованию цветных металлов, головной организации в проекте атомной бомбы, сотрудничала с советской разведкой с 1937 г. Она фотографировала документы из сейфа начальника и передавала своему связному. Благодаря этой деятельности советская разведка знала о секретных разработках Соединенного Королевства больше, чем некоторые английские министры. Последняя информация от Норвуд поступила в 1972 г. Британская контрразведка смогла разоблачить ее только в 1992 г.
В годы Второй мировой войны активное участие в работе над атомной бомбой принимала Канада. 19 августа 1943 г. в городе Квебек У. Черчиллем и Ф. Рузвельтом было подписано соглашение, координирующее усилия США, Британии и Канады в этой области. С советской резидентурой в Канаде сотрудничал ряд ученых. По некоторым данным, одним из них был итальянский физик Бруно Понтекорво. После введения в Италии расовых законов он эмигрировал сначала во Францию (1936), а затем в США (1940), где работал в нефтяной компании в Оклахоме. В 1943 г. его пригласили в Канаду, в лабораторию Чок-Ривер. Там он участвовал в создании и запуске большого исследовательского реактора на тяжелой воде и одновременно, как полагают, сотрудничал с советской внешнеполитической разведкой. До эмиграции в СССР (1 сентября 1950 г.) западным службам безопасности факт его работы на советскую разведку установить не удалось, российская сторона также не подтверждала этого факта. В СССР Понтекорво работал в Институте ядерных проблем Академии наук в наукограде Дубна Московской обл., в 1958 г. избран членом-корреспондентом, а в 1964 г. — действительным членом Академии наук СССР. Получил всемирную известность как основоположник физики нейтрино высоких энергий и один из основоположников нейтринной астрономии.
В США в операциях по добыче атомных секретов участвовали В.М. Зарубин (главный резидент НКВД в США с декабря 1941 г.) и его супруга Елизавета Юльевна, установившая контакты с Робертом Оппенгеймером, Л. Силардом, Г. Гаммовым, а также, через жену скульптора С.Т. Коненкова Маргариту Ивановну, с А. Эйнштейном. На связи с Зарубиной было 22 агента. Важнейшую информацию поставлял один из сотрудникрв Лос-Аламосской лаборатории, блестящий выпускник Гарвардского университета, 19-летний физик Теодор Холл (псевдоним «Млад»). В октябре 1944 г. он пришел в редакцию газеты «Русский голос» в Нью-Йорке и предложил свои услуги ее военному обозревателю, а по совместительству сотруднику советской внешнеполитической разведки. Наряду с Бродой и Фуксом Холл стал одним из самых важных источников сведений для атомного шпионажа.
Американский физик-теоретик Борис Подольский (родился в 1896 г. в Таганроге) в июне 1943 г. снабдил нью-йоркскую резидентуру НКВД информацией о разделении изотопов урана путем газовой диффузии. Другой агент, сотрудник компании «Дюпон», действовавший под псевдонимом «Маар» (настоящее имя пока не известно), в декабре 1943 г. передал секретные сведения о строительстве атомных реакторов, их системе охлаждения, о получении плутония из облученного урана и о защите от радиации.
Рассел Макнутт, инженер-теплотехник, коммунист, был привлечен к сотрудничеству с ПГУ НКВД в 1943 г. Он работал в компании, строившей завод в Окридже. Чертежи этого объекта были переправлены советской разведке. Еще одним агентом был механик лаборатории в Лос-Аламосе Дэвид Грингласс. Он передал большой объем сведений, в том числе отчет на 33 страницах о научно-исследовательском центре по разработке атомной бомбы, включая расчеты и структурное решение, сведения об электромагнитом методе разделения изотопов урана и способах получения урана-235.
На связи у советского резидента-нелегала Артура Адамса (работал в системе ГРУ РККА) находился американский ученый Кларенс Хиски, который с 1943 г. участвовал в атомном проекте. Он не только обеспечивал Москву ценной информацией, но и помог завербовать своего коллегу, получившего псевдоним Мартин Кэмп (настоящее имя до сих пор не рассекречено). На первой встрече новый агент вручил советскому разведчику свыше тысячи страниц секретной документации, а также образцы урана и бериллия. В следующий раз Адамс принял от Кэмпа еще 2,5 тыс. страниц материалов. С мая по август 1944 г. в распоряжение СССР поступило около 1,5 тыс. страниц. А 6 июня военная разведка переслала в наркомат химической промышленности образцы урана, графита и тяжелой воды. Осенью 1944 г. М. Кэмп неожиданно исчез. Спустя несколько месяцев выяснилось, что он умер от лучевой болезни.
Еще один разведчик ГРУ, Жорж Коваль, сумел устроиться на сверхсекретное американское атомное производство. Осенью 1940 г. он нелегально въехал на территорию США, после двух лет учебы в техническом колледже был призван на службу в армию и направлен на учебу в Городской колледж Нью-Йорка, где в течение года был слушателем «специальной армейской программы подготовки». В августе 1944 г. он в составе специализированного военно-инженерного соединения был направлен в Окридж, на секретный опытный завод Х-10 по производству радиоактивных материалов. Коваль имел доступ ко всем зданиям огромного комплекса, потому что был приписан к отделу санитарной безопасности и проверял уровень радиации. В июне 1945 г. он был переведен в другой объект американского атомного проекта в г. Дейтон (штат Огайо). В результате Коваль смог выявить секретные атомные объекты, их структуру, объемы производства ядерных материалов, количество занятых специалистов, связи с другими закрытыми объектами американского атомного проекта. В 1948 г. Коваль благополучно вернулся в Советский Союз. Атомная разведка СССР позволила существенно сократить отставание от США в развитии атомной промышленности и сэкономить массу средств и ресурсов.
Успехи разведки были омрачены предательством шифровальщика советского посольства в Канаде И.С. Гузенко. 5 сентября 1945 г. он сдался канадским властям, прихватив с собой 109 секретных документов. Переданные им шифры позволили местным спецслужбам прочесть секретные радиограммы и заподозрить в шпионаже в общей сложности 26 человек. Среди них был английский профессор Аллан Mэй, работавший в годы войны в физической лаборатории Монреальского университета и осужденный в 1946 г. английским судом на 10 лет заключения за атомный шпионаж (в 1952 г. освобожден, с 1962 г. работал профессором физики Ганского университета). Показания Мея дали возможность выследить К. Фукса. В свидетельствах Гузенко просматривался как советский шпион и один из руководителей британской разведки Ким Филби. Благодаря предательству Гузенко летом 1950 г. были арестованы и в 1953 г. казнены на электрическом стуле американские супруги Юлиус и Этель Розенберги (см.: Колпакиди А.И. Охотники за атомными секретами. 12.07.2010. URL: http://atomhistory.livejournal.com/1531.html; Лота В.И. Ключи от ада. М., 2008).
Всего в СССР было изготовлено 5 бомб РДС-1. В армию они не передавались, а находились на хранении в Арзамасе-16. Бомбы собственной оригинальной конструкции РДС-2 и РДС-3 разрабатывались с весны 1948 г. Они различались составом ядерной начинки, были почти в 2 раза легче копии американской и в 2 раза мощнее ее. Первая из них, с начинкой из плутония, была взорвана на Семипалатинском полигоне в сентябре 1951 г. на башне высотой 30 м., а РДС-3 с комбинированной ядерной начинкой из плутония-239 и урана-235 сброшена на цель с высоты 10 км и взорвана на высоте 400 м над уровнем земли в октябре 1951 г. Это было первое испытание в СССР атомной бомбы путем бомбометания по цели. Ядерные боеприпасы РДС-2 и РДС-3 были переданы в серийное производство.
Сложнейшей проблемой в осуществлении атомного проекта являлось производство оружейного урана. В ядерном оружии он используется с различной степенью обогащения. В природном уране, состоящем из смеси его разновидностей (изотопов), содержится 99,28 % урана-238, 0,714 % урана-235, и 0,006 % урана-234. Цепную реакцию деления ядер с высвобождением громадной внутриядерной энергии способен поддерживать лишь уран-235. Процентное содержание в урановой смеси урана-235 означает степень обогащения урана. Чем она выше, тем выше оружейные качества этого материала. Оружейный уран для первой советской урановой бомбы был произведен на заводе в Свердловске-44 (ныне г. Новоуральск, Уральский Электрохимический комбинат) под научным руководством И.К. Кикоина. Использованная здесь газодиффузионная технология обогащения урана позволяла обогащать его ураном-235 до 75 %. Дообогащение продукта до «бомбовой кондиции» (90 %) выполнялось на заводе в Свердловске-45 (ныне г. Лесной, комбинат «Электрохимприбор») на электромагнитных сепараторах (научный руководитель Л.А. Арцимович). Позднее обогащение урана производилось также в аппаратах, называемых центрифугами. Этот метод оказался более экономичным и производительным. Научное руководство проблемы по газоцентрифужному методу разделения изотопов урана с конца 1954 г. осуществлял академик И.К. Кикоин. Первый опытный завод, оснащенный каскадами центрифуг, начал функционировать в октябре 1957 г. Крупный промышленный комбинат, полностью оснащенный газовыми центрифугами, введен в эксплуатацию в 1962–1964 гг. В течение 1960-х и 1970-х гг. все газодиффузионные машины поменяли на центрифуги.
К окончанию «эпохи Сталина» в СССР насчитывалось 120 ядерных бомб (в США–1436). Первыми носителями ядерного оружия в СССР были бомбардировщики Ту-4 (производился в 1947–1952) и Ил-28 (производился в 1949–1955). Помимо США и СССР в клуб ядерных держав вошли Великобритания (1952), Франция (1960), Китай (1964), Индия и Пакистан (1998), а также ряд государств, официально не являющихся его обладателями.
«Победы» и «Москвичи». Приоритетное развитие тяжелой индустрии, перераспределение средств в ее пользу способствовало решению Советским Союзом задач мирового значения. Но в то же время оно углубляло разрыв в производстве продукции групп «А» и «Б». Это была своего рода мина замедленного действия. Планы по развитию легкой и пищевой промышленности не выполнялись. Тем не менее годы первой послевоенной пятилетки стали временем начала массового выпуска ряда сложных потребительских товаров — легковых автомобилей «Победа» и «Москвич», мотоциклов, радиоприемников, телевизоров, существенно преображавших облик городов и быт советских людей.