研制原子弹，首先必须要有核材料，而核材料生产线最重要的就是它的“心脏”——一种叫作“甲种分离膜”的核心元件。当时，全世界掌握这项技术的只有两个国家——美国和苏联。随着苏联专家的撤离，中国亟需自主研制这项技术。

“国家的需要就是我的研究方向。” 抱持着这样的信念决心，吴自良放下筹备已久的研究项目，全身心投入到全新的会战之中。他担任了由上海冶金所及原子能所、复旦大学等单位的科研人员组成的第十研究室主任，主持气体扩散法分离铀同位素用的“甲种分离膜的制造技术”研制工作。

作为技术总负责人，吴自良不仅克服困难奋战在“真空阀门”会战攻关的一线，而且还积极调动其他单位创造条件为“甲种分离膜”的研制做好保障。“甲种分离膜”的研制工作没有什么资料可供参考，全靠大家一起摸索，碰到什么技术难关，吴自良和大家一起讨论，他以自力更生、自强不息的精神鼓舞着大家。在科研工作者夜以继日的勤奋工作下，经过反复的探索、试验、分析和总结，分离膜元件研制中的技术难关逐一攻克。1963年秋，各组任务已基本完成，实验室试制出了合乎要求的分离膜元件，其性能已达到实际应用的要求。

1964年10月16日，一朵“蘑菇云”在新疆罗布泊腾空升起。我国第一颗原子弹爆炸成功了！这一天，吴自良终生难忘，这位攻克它的功臣，在祖国的天空下流下了喜悦的泪水。从此，中国开始拥有保家卫国、捍卫和平的核力量。