Pendant le temps qui s'est écoulé depuis le premier test à Alamogordo, des milliers d'explosions de charges de fission ont tonné, dans chacune desquelles de précieuses connaissances sur les particularités de leur fonctionnement ont été obtenues. Cette connaissance s'apparente à des éléments d'une toile mosaïque, et il s'est avéré que la « toile » est limitée par les lois de la physique: la cinétique de ralentissement des neutrons dans l'assemblage met une limite à la réduction de la taille de la munition et sa puissance, et la réalisation d'un dégagement d'énergie dépassant significativement une centaine de kilotonnes est impossible en raison de la physique nucléaire et des limitations hydrodynamiques des dimensions admissibles de la sphère sous-critique. Mais il est toujours possible de rendre les munitions plus puissantes si, avec la fission, la fusion nucléaire est mise en œuvre.
La plus grosse bombe à hydrogène (thermonucléaire) est la « bombe tsar » soviétique de 50 mégatonnes, qui a explosé le 30 octobre 1961 sur un site d'essai sur l'île de Novaya Zemlya. Nikita Khrouchtchev a plaisanté en disant qu'à l'origine, il était censé faire exploser une bombe de 100 mégatonnes, mais la charge a été réduite afin de ne pas briser tout le verre à Moscou. Il y a une part de vérité dans chaque blague: structurellement, la bombe était vraiment conçue pour 100 mégatonnes et cette puissance pouvait être obtenue en augmentant simplement le fluide de travail. Ils ont décidé de réduire la libération d'énergie pour des raisons de sécurité - sinon la décharge serait trop endommagée. Le produit s'est avéré si gros qu'il ne rentrait pas dans la soute à bombes de l'avion porteur Tu-95 et en dépassait partiellement. Malgré le test réussi, la bombe n'est pas entrée en service; néanmoins, la création et les tests de la superbombe étaient d'une grande importance politique, démontrant que l'URSS avait résolu le problème d'atteindre presque n'importe quel niveau de mégatonnage de l'arsenal nucléaire.
Fission plus fusion
Les isotopes lourds de l'hydrogène servent de combustible pour la synthèse. Lorsque les noyaux de deutérium et de tritium fusionnent, il se forme de l'hélium-4 et un neutron, le rendement énergétique dans ce cas est de 17,6 MeV, ce qui est plusieurs fois supérieur à celui de la réaction de fission (par unité de masse de réactifs). Dans un tel combustible, dans des conditions normales, une réaction en chaîne ne peut pas se produire, de sorte que sa quantité n'est pas limitée, ce qui signifie que la libération d'énergie d'une charge thermonucléaire n'a pas de limite supérieure.
Cependant, pour que la réaction de fusion commence, il est nécessaire de rapprocher les noyaux de deutérium et de tritium, ce qui est entravé par les forces de répulsion coulombienne. Pour les surmonter, vous devez accélérer les noyaux l'un vers l'autre et les pousser. Dans un tube à neutrons, lors de la réaction de stripping, une grande quantité d'énergie est dépensée pour accélérer les ions par haute tension. Mais si vous chauffez le combustible à des températures très élevées de plusieurs millions de degrés et maintenez sa densité pendant le temps nécessaire à la réaction, il libérera beaucoup plus d'énergie que celle dépensée pour le chauffage. C'est grâce à ce mode de réaction que les armes ont commencé à être appelées thermonucléaires (selon la composition du combustible, de telles bombes sont également appelées bombes à hydrogène).