Trong suốt thời gian đã trôi qua kể từ lần thử nghiệm đầu tiên ở Alamogordo, hàng nghìn vụ nổ của các điện tích phân hạch đã vang lên, trong đó mỗi vụ nổ đều thu được những kiến thức quý giá về các đặc điểm hoạt động của chúng. Kiến thức này tương tự như các yếu tố của một tấm vải khảm, và hóa ra “tấm vải” bị giới hạn bởi các định luật vật lý: động học làm chậm các nơtron trong tổ hợp đặt giới hạn cho việc giảm kích thước của đạn và sức mạnh của nó, và việc đạt được giải phóng năng lượng vượt quá một trăm kiloton một cách đáng kể là không thể do vật lý hạt nhân và giới hạn thủy động lực học về kích thước cho phép của hình cầu dưới tới hạn. Nhưng vẫn có thể làm cho đạn dược mạnh hơn nếu cùng với quá trình phân hạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân được thực hiện.
Quả bom hydro (nhiệt hạch) lớn nhất là "Bom Sa hoàng" 50 megaton của Liên Xô, được kích nổ vào ngày 30 tháng 10 năm 1961 tại một bãi thử trên đảo Novaya Zemlya. Nikita Khrushchev nói đùa rằng ban đầu nó được cho là sẽ kích nổ một quả bom 100 megaton, nhưng công suất đã được giảm xuống để không làm vỡ tất cả các tấm kính ở Moscow. Có một số sự thật trong mọi trò đùa: về mặt cấu trúc, quả bom thực sự được thiết kế cho 100 megaton và sức mạnh này có thể đạt được chỉ bằng cách tăng chất lỏng hoạt động. Họ quyết định giảm giải phóng năng lượng vì lý do an toàn - nếu không thì bãi chôn lấp sẽ quá hư hại. Sản phẩm hóa ra lớn đến mức nó không vừa với khoang chứa bom của máy bay hàng không Tu-95 và nhô ra một phần so với nó. Mặc dù thử nghiệm thành công, quả bom không được đưa vào sử dụng; tuy nhiên, việc chế tạo và thử nghiệm siêu bom có tầm quan trọng chính trị to lớn, chứng tỏ rằng Liên Xô đã giải quyết được vấn đề đạt được gần như bất kỳ mức megatonnage nào của kho vũ khí hạt nhân.
Sự phân hạch cộng với sự hợp nhất
Các đồng vị nặng của hydro dùng làm nhiên liệu cho quá trình tổng hợp. Khi hạt nhân đơteri và triti hợp nhất, heli-4 và một neutron được hình thành, năng lượng mang lại trong trường hợp này là 17,6 MeV, cao hơn vài lần so với phản ứng phân hạch (tính trên một đơn vị khối lượng thuốc thử). Trong nhiên liệu như vậy, ở điều kiện bình thường, phản ứng dây chuyền không thể xảy ra, do đó lượng của nó không bị giới hạn, có nghĩa là sự giải phóng năng lượng của điện tích nhiệt hạch không có giới hạn trên.
Tuy nhiên, để phản ứng nhiệt hạch bắt đầu, cần phải đưa các hạt nhân của đơteri và triti lại gần nhau hơn, và điều này bị cản trở bởi lực đẩy Coulomb. Để vượt qua chúng, bạn cần tăng tốc các hạt nhân về phía nhau và đẩy chúng. Trong một ống nơtron, trong quá trình phản ứng tách rời, một lượng lớn năng lượng được sử dụng để tăng tốc các ion bằng hiệu điện thế cao. Nhưng nếu bạn đốt nóng nhiên liệu đến nhiệt độ rất cao hàng triệu độ và duy trì mật độ của nó trong thời gian cần thiết cho phản ứng, nó sẽ giải phóng năng lượng nhiều hơn năng lượng dành cho việc đốt nóng. Chính nhờ phương pháp phản ứng này mà vũ khí bắt đầu được gọi là nhiệt hạch (theo thành phần của nhiên liệu, những quả bom như vậy còn được gọi là bom khinh khí).
