離開「重武器裝備技術展廳」，接着來到「核武器與核技術和平利用廳」，場內展示的「大國重器」四個紅色大字十分顯眼。
隨着時間的轉移，科技的發展，國家已非昔日的「吳下阿蒙」。其中建國之初「寧要核子，不要褲子」的決心，是得以實現今日中國「強軍夢」的重要信念。
在首項圖文展品是人民日報的號外，就1964年10月16日「我國第一顆原子彈爆炸成功」的報道，並以「加強國防建設的重大成就，對保衛世界和平的重大貢獻」為標題，反映核武器是維護國家主權和安全的戰略基石。
其他展品還包括1954年中國第一塊鈾礦石，名為「開業之石」的樣品、不同的原子彈，如「胖子」的模型、「中國完整的核科技工業體系」，由鈾礦勘查、採冶、純化、濃縮、元件製造、反應堆至廢物處理，以及如何配合「三步走」路線，並將核安全和輻射安全概括地說了一遍。
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