تصميم السلاح النووي

عندما يصدم نيوترون حر نواة ذرة انشطارية مثل اليورانيوم-235 (235 يو)، ينشق اليورانيوم إلى ذرتين أصغر تسمى شظايا الانشطار، بالإضافة إلى نيوترونات أكثر. الانشطار يمكن أن يكون مكتفي ذاتيا أنه ينتج نيوترونات أكثر من السرعة اللازمة لحدوث انشطارات جديدة.

نواة ال يو 235 يمكن أن تنشطر بعشرات الطرق بشرط أن يصل مجموع الأعداد الذرية إلى 92 ومجموع الكتل الذرية إلى 236 (اليورانيوم بالإضافة إلى النيوترون الإضافي)، المعادلة التالية تبين واحدة من الانقسامات الممكنة (السترونتيوم-95 (⁹⁵Sr)، زينون-139 (¹³⁹Xe)، واثنين من النيوترونات (N)، بالإضافة إلى طاقة) لث انشطارات جديدة:::${\displaystyle \ {}^{235}\mathrm {U} +n\longrightarrow {}^{95}\mathrm {Sr} +{}^{139}\mathrm {Xe} +2n+180\ \mathrm {MeV} }$

التحرير الفوري للطاقة لكل ذرة حوالي 180 مليون إلكترون فولت (MeV)، أي 74 TJ / كجم. فقط ٪7من هذا يكون أشعة جاما والطاقة الحركية من نيوترونات الانشطار. ال 93٪ المتبقية تكون طاقة حركية (أو طاقة الحركة) من شظايا الانشطار المشحونة، تتطاير بعيدا عن بعضها البعض وتتنافر من بعضها البعض من الشحنة الموجبة لبروتوناتها (38 للسترونتيوم، 54 للزينون). هذه الطاقة الحركية البدائية تكون 67 تيرا جول / كجم، تعطي سرعة بدائية تساوي حوالي 12,000 كيلومتر في الثانية. الشحنة الكهربائية العالية للشظايا المشحونة تسبب الكثير من التصادمات الغير مرنة مع الأنوية القريبة، وتبقى هذه الشظايا محصورة داخل حفرة قنبلة اليورانيوم وتتلاعب؟ وتدك؟ وتحفر؟ حتى يتم تحويل حركتها إلى حرارة. هذا الحول الجزء من المليون من الثانية (مايكرو ثانية)، وهو الوقت الذي يتوسع به المركز والمحفذ في القنبلة حتى يصل قطر البلازما إلى عدة أمتار مع درجة حرارة عشرات الملايين من الدرجات.

ودرجة السخونة هذه تصل إلى مرحلة كافية لينبعث أشعة الجسم الأسود في الطيف الإشعاعي للأشعة السينية (أشعة اكس). هذه الأشعة السينية تُمتص بواسطة الهواء المحيط، فينتج النار والصوت العالي للانفجار النووي. معظم المنتجات الناتجة من الانشطار النووي لها العديد من النيترونات فلا تكون مستقرة، فتكون مشعة بواسطة انحلال بيتا، تحول النيترونات إلى بروتونات بواسطة اضمحلال بيتا (إلكترونات وأشعة غاما. مدى العمر النصف لها يتراوح من جزء من ألف من الثانية إلى حوالي 200,0000 سنة. العديد يتحلل إلى نظائر تكون مشعة بنفسها، إذا من 1 إلى 6 (متوسط 3) تحللات قد تكون متطلبة للوصول إلى الاستقرار.[4] في المتفاعلات، المنتجات المشعة تكون الفضلات النووية في الوقود المستهلك. في القنابل تصبح نثار ذري مشع، كلا المحلي والعالمي. في غضون ذلك، في داخل القنبلة المتفجرة تحمل النيوترونات المنطلقة من الانشطار تقريبا 3٪ من طاقة الانشطار الأولي. الطاقة الحركية للنيوترون تزيد من طاقة انفجار القنبلة لكنها ليست بفعالية الطاقة التي من الشظايا المشحونة، لأن تباطؤ النيوترونات لا يتم بشكل سريع. أهم تأثير لانشطار النيوترونات على قوة القنبلة هو البدء في انشطارات أخرى. ينبعث من قلب القنبلة أكثر من نصف النيوترونات، والباقي يضرب بالقرب من الأنوية U-235 ليتسبب في انشطارها أضعاف مضاعفة بسلسلة متزايدة (1، 2، 4، 8، 16، الخ). بدءا من واحد، عدد الانشطار نظرياً يمكن أن يتضاعف مئة مرة في جزء من مليون من الثانية، مما قد يؤدي إلى استهلاك كل اليورانيوم أو البلوتونيوم إلى مئات الأطنان من الرابط الرقم مئة في السلسلة. عملياً، القنابل لا تحتوي على هكذا مقدار من اليورانيوم أو البلوتونيوم، وعادة (في سلاح حديث) نحو 2 إلى 2.50 كيلوغرام من البلوتونيوم تمثل 40الى 50 كيلوطن من الطاقة، تخضع للانشطار قبل أن تفجر النواة نفسها إلى أجزاء. تركيب قنبلة انفجارية معا هو أعظم تحدي في تصميم سلاح الانشطار. حرارة الانشطار توسع تجويف اليورانيوم بسرعة لتفصل هدف النواة فتشكل مساحة للنيوترونات لتنبعث بدون أن تقبض. فتتوقف سلسلة ردات الفعل.

المواد التي يمكن أن تحمل سلسلة من ردات الفعل تسمى مواد انشطارية. اثنان من المواد الانشطارية المستخدمة في الأسلحة النووية هما:U-235 ويعرف أيضاً باليورانيوم عالي التخصيب (HEU)، أورالي (Oy) سبائك أوك ريدج. أو 25 (آخر عدد من الإعداد الذرية، وهو 92 لليورانيوم والوزن الذري هنا 235، على التوالي)؛ و Pu-239، ويعرف أيضاً بالبلوتونيوم، أو 49 (من 94 و 239).

نظير اليورانيوم الأكثر شيوعا، اليورانيوم إحدى النظائر المشعة الأكثر انتشارا. U-238، قابل للانشطار لكنه ليس انشطاري (بمعنى أنه غير قادر على حمل سلسلة السلسلة من ردود رد الفعل بنفسه ولكن يستطيع الانقسام مع النيترونات السريعة.) أسمائه المستعاره تضمن اليورانيوم الطبيعي أو اليوارانيوم الغير مخصب، اليورانيوم المستنفذ du. سبائك الأنبوب و 28. غير قادرة على حمل الرقم التسلسلي من ردود الفعل، لأن انقسام النيترونات ليس بالقوة الكافية لجهد u-238اكثر. النيترونات مصد للانصهار إلى الانشطارu-238. هذا u-238 الانشطار ردة فعل المنتجات معظمها طاقة في مرحلتين سلاح نووي حراري مثالي.

الاندماج النووي ينتج النيوتيرونات التي تحمل طاقة من خلال تفاعلها[5] فاغلب تفاعلات الاندماج في الأسلحة تسمى بتفاعل D-Tوتستخدم فيها الحرارة وضغط الانشطار النووي أو هيدروجين -2 أو الديوتريوم D2. تندمج مع هيدروجين -3، أو تريتيوم لإنتاج هيليوم -4 ونيوتيرون وطاقة. بحسب المعادلة التالية:

${\displaystyle \ ^{2}\mathrm {D} +^{3}\!\mathrm {T} \longrightarrow ^{4}\!\!\mathrm {He} +n+17.6\ \mathrm {MeV} }$

مجموع الطاقة التي تنتج هو 17.6 ميجا إلكترون فولت، وهو عشر الانشطار لكن كثافة المكونات بنسبة واحد إلى خمسين، لذلك فالطاقة الناتجة لكل وحدة كتلية تكون أكبر. هي أعظم. في تفاعلات الانشطار 80 بالمائة من الطاقة وهو ما يعادل 14 ميجا إلكترون فولت تكون لحركة النيوتيرون الذي لا يحمل شحنة إلكترونية ويكون غالبا بكثافة ذرة الهيدروجين التي تصنعه مكثف بأنوية الهيدروجين التي تصنعه، إمكانية خروجه عن موقعه أو محوره مع استمرار احتفاظه بطاقته يساعد على استمرار التفاعل أو إنتاج الاشعة السينية التي تستخدم للانفجارات والحرائق. الطريقة العلمية الوحيدة للاستفادة من معظم طاقة الانشطار هي بحصر النيوترون داخل زجاجة ضخمة من المواد الثقيلة مثل: الرصاص، اليورانيوم أو البلوتونيوم. فإذا حصرنا 14 ميجا فولت نيترون بمادة اليورانيوم (أما نوع:235 أو 238) أو بمادة البوتونيوم، النتيجة التي سوف تظهرلنا هو انشطار وإطلاق طاقة قدرها 180 ميجا فولت من طاقة الانشطار، أي إنتاج طاقة بعشرة أضعاف الطاقة المدخلة. الانشطار النووي هذا ضروري لبدء عملية الانشطار الأصلية، كما أنه يساعد على تحمل قوة الانشطار، ويحصر ويضاعف الطاقة التي أُنتجت في نيوترون الانشطار. وفي حالة انفجار النيوترون (أنظر في الأسفل)، فإن عملية الانشطار لا تتم بعد ابتعاد النيوترونات عن الهدف المنشود.

ثالث الأشياء المهمة في التفاعل النووي هو حين يتم إطلاق التريتيوم الضروري لنوع من الانصهار في الأسلحة. يصننع التريتيوم، أو هيدروجين 3 (يحتوي على بروتون و 2 نيوترونات، عن طريق قذف عنصر الليثيوم -6 مع نيوترونات (n). هذه العملية تؤدي إلى انشطار نواة عنصر الليثيوم لينتج عنصرا الهيليوم والتريتيوم إضافة إلى الطاقة:

${\displaystyle \ ^{6}\mathrm {Li} +n\longrightarrow ^{4}\!\!\mathrm {He} +^{3}\!\mathrm {T} +5\ \mathrm {MeV} }$

وجود المفاعل النووي أمر ضروري لتوفير النيوترونات إذا أريد توفيرالتريتيوم قبل استخدام السلاح، لكن قد تستعمل في مراحل مراحلة مبكرة من تفاعلات الانصهار لانشطار الليثيوم-6 (مثلا على شكل ديوتيريد الليثيوم) وتكوين التريتيوم لاستخدامات مخصصة. هذه الطريقة تساعد على استخدام كميات أقل من التريتيوم المستخدم في السلاح: يتم إنشاء التريتيوم عندما يتم التفجير.[6]\ المقياس الصناعي لتحويل الليثيوم 6 إلى تريتيوم مشابه جدا لطريقة تحويل عنصر اليورانيوم 238 إلى بلوتينيوم 239. في كلا الحالتين المواد المزودة (أو المُنتِجة) يتم وضعها داخل المفاعل النووي وإزالتها بعد تحويلها بعد فترة من الزمن.

انشطار ذرة واحدة من البلوتونيوم يطلق طاقة أكبر بعشر مرات من الطاقة الكلية لانشطار ذرة واحدة من التريتيوم. لهذا السبب، يتم تضمين التريتيوم في مكونات الأسلحة النووية عندما تتسبب في انشطار أكبر من تضحيات إنتاجها، وتحديداً في حالة الانشطار المعزز بالانصهار. هناك أربعة أنواع رئيسية للأسلحة النووية، أولها الانشطار النقي ويستخدم التفاعل النووي الأول من الثلاث التفاعلات النووية المذكورة سابقاً. النوع الثاني هو الانشطار المعزز بالانصهار ويستخدم أول تفاعلين.النوع الثالث هو الانشطار النووي الحراري ذو مرحلتين ويستخدم جميع التفاعلات الثلاثة.

قنابل الكتلة الحرجة عبارة عن نوع من الأسلحة النووية وبالتحديد يعتبر من أنواع الأسلحة النووية الأنشطارية ويعود فكرة اختراعها إلى عالم في الفيزياء من إيطاليا اسمه أنريكو فيرمي Enrico Fermi والذي حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 وقد غادر فيرمي إيطاليا بعد صعود الفاشية على سدة الحكم في إيطاليا واستقر في نيويورك في الولايات المتحدة إلى ان توفى فيها عام 1954.

لتوضيح مفهوم كتلة حرجةالكتلة الحرجة تصور ان هناك كرة بحجم قبضة اليد مصنوع من مادة يورانيوم-235، بعد تحفيز اولي لعملية الأنشطار النووي بواسطة تسليط حزمة من النيوترون على الكرة سيتولد 2.5 نيترون جراء هذا الأنشطار الأول لنواة ذرة يورانيوم-235 وهذا يكون كافيا لبدأ انشطار ثاني في كل الأجزاء المتكونة من الأنشطار الأول وأثناء هذه السلسلة المتعاقبة من الأنشطارات في نواة الذرات يفقد الكثير من النيوترونات المتكونة إلى سطح الشكل الكروي ولكن كمية النيوترونات المتكونة في الداخل كافية لادامة عمليات الأنشطار وهنا يأتي دور الكتلة الحرجة التي يمكن تعريفها بالحد الأدنى من كتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات.

إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الأنشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة.

إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطار النووي حتى بدون أي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة. وهذه الكتلة الفوق حرجة إذا تم استعمالها كقنبلة نووية فيجب أن يتم تجميعها بسرعة لان سلسلة الأنشطارات المتعاقبة سوف تستغرق مجرد ثواني وستكون الطاقة الحركية الناتجة من الضخامة مما يؤدي إلى انفجار القنبلة بسرعة فائقة.

يعتبر 15 غم من اليورانيوم-235 أو 10 غم من البلوتونيوم-239 في حالة كونهما بشكل كروي ومحاطين بمصدر يسلط عليهما النيوترونات كتلة كافية للوصول إلى مرحلة الكتلة الحرجة. للكتلة الحرجة تناسب عكسي مع كثافة العنصر وتعتمد على شكل العنصر المستخدم ونقاءه وطول فترة تسليط النيوترونات عليه.

الأسلحة النووية التجميعية هي أحد أنواع الأسلحة النووية التي تتم صناعتها بخطوتين، تكمن فكرة هذا النوع من السلاح في خلق مايسمى الكتلة الفوق حرجة ويتم هذا بدمج كتلتين تعتباران ذو كتلة دون الحرجة ولغرض عملية الدمج هذه يسلط ضغط هائل على الكتلتين لدمجهما في كتلة واحدة تعتبر فوق الحرجة وينشأ من عملية الدمج هذه كميات هائلة من الطاقة الحركية.

المقصود بمصطلح الكتلة الحرجة لعنصر معين هو الحد الأدنى من كتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات. إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الأنشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة. إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطار النووي حتى بدون أي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة حيث يستعمل العنصر في هذه الحالة الطاقة المتولدة من الأنشطارات السابقة لتحفيز الأنشطارات اللاحقة.

بعد استكمال مرحلة الكتلة فوق الحرجة تاتي الخطوة الثانية وهي اشعال الفتيلة التي اما تكون على شكل تصويب طلقة من اليورانيوم كما هو الحال في القنابل ذو الأنشطار على شكل بندقية أو تفجير قنبلة تقليدة في وسط المادة ذو الكتلة فوق الحرجة كما هو الحال في قنابل الانشطار ذات الانضغاط الداخلي

قنبلة الولد الصغير

القنابل ذو الأنشطار المصوب عبارة عن أحد أنواع الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع الأسلحة النووية التجميعية وهذه النوعية من القنابل هي التي إسقاطها على مدينة هيروشيما وسميت القنبلة بقنبلة الولد الصغير. هذه النوعية من القنابل تعتمد على عملية الأنشطار النووي بالأضافة إلى فكرة قنابل الكتلة الحرجة. حيث يتم إطلاق رصاصة مصنوعة من اليورانيوم لايصال عنصر معين إلى مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط نيوترونات خارجية عليه والتي تسمى بحالة الكتلة الفوق حرجة. أحد مساوئ هذه القنبلة هي انها تتطلب كميات كبيرة من اليورانيوم-235 ويتطلب بناء القنبلة وقتا كبيرا.

في قنبلة الولد الصغير كانت الطلقة المستخدمة لتحفيز الأنشطار النووي والوصول إلى مرحلة الكتلة فوق الحرجة عبارة عن 24 كغم من اليورانيوم-235 وكان طول الطلقة 16 سم وعرضها 10 سم واطلقت هذه الطلقة عبر برميل كان وزنه 450 كغم وطوله 180 سم وكانت سرعة الطلقة 300 متر في الثانية وعندما اصابت الطلقة هدفها المصنوع من اليورانيوم-235 أدى هذا إلى تحفيز سلسلة من عمليات الأنشطار النووي وبلغت قوة القنبلة 15 كيلوطن من مادة تي إن تي.

رسم لسلاح نووي مشابه لتجميع البندقية

استخدمت قنبلة هيروشيما الولد الصغير 141 رطل (64 كيلوغرام) من اليورانيوم بمعدل تخصيب ما يقارب 80% أو 112 رطل (51 كيلوغرام) من يورانيوم-235 تقريباً مثل كتلة المعدن الخام. عندما تم تجميعها داخل العاكس المصنوع من كربيد التنجستن كانت كتلة اليورانيوم 141 رطل (64 كيلوغرام) أكثر من ضِعف الكتلة الحرجة. يتشكل اليورانيوم-235 قبل الانفجار لقطعتين من المفاعل دون الحرج الذي يُطلق أحداها لفوهة البندقية وينضم للقطعة الأخرى فيما بعد وبذلك يبدأ الانفجار النووي. خضع 1٪ من اليورانيوم للانشطار النووي[7] بينما تناثر البقية منه دون جدوى وهي ما يمثل أغلب مردود وقت الحرب في المصانع الضخمة في مدينة أوك ريدج.[8] عدم الكفاءة وعدم الفعاليه كان سببها السرعة التي تفك انضغاط انقسام اليورانيوم الممتد وتصبح تحت الحرجة بواسطه قوة تقليل الكثافة. على الرغم أنها غير فعاله، هذا التصميم، بسبب شكله ا، تم تكييفه للإستخدام في ذات القطر الصغير، القذائف المدفعية الإسطوانيه (بندقيه من نوع الرأس الحربي تطلق اشتعلت من البراميل التي لها بندقيه أكبر بكثير. هذه بعض الرؤؤس الحربية انتشرت تطورت بواسطة الولايات المتحدة حتى 1992. مع الاخذ في الاعتبار الجزء الهام ل U-235 في الترسانة محاسبة لأجل قسم مهم ل يو-235 في ترسانه. وكانت بعض الأسلحة الأولى المنتهيه بالتدريج لتستجيب مع معاهدة محدوده لأعداد من الرؤوس الحربية، الأساس المنطقي لهذا القرار كان لاشك فيه ضم انخفاض العائد وقضايا السلامة الخطيره المرتبطة مع تصميم البندقية.

السلاح انشطاري من نوع بندقية عبارة عن أحد أنواع الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع الأسلحة النووية التجميعية وهذه النوعية من القنابل هي التي إسقاطها على مدينة هيروشيما وسميت القنبلة بقنبلة الولد الصغير. هذه النوعية من القنابل تعتمد على عملية الأنشطار النووي بالأضافة إلى فكرة قنابل الكتلة الحرجة. حيث يتم إطلاق رصاصة مصنوعة من اليورانيوم لايصال عنصر معين إلى مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط نيوترونات خارجية عليه والتي تسمى بحالة الكتلة الفوق حرجة. أحد مساوئ هذه القنبلة هي انها تتطلب كميات كبيرة من اليورانيوم-235 ويتطلب بناء القنبلة وقتا كبيرا.

في قنبلة الولد الصغير كانت الطلقة المستخدمة لتحفيز الأنشطار النووي والوصول إلى مرحلة الكتلة فوق الحرجة عبارة عن 24 كغم من اليورانيوم-235 وكان طول الطلقة 16 سم وعرضها 10 سم واطلقت هذه الطلقة عبر برميل كان وزنه 450 كغم وطوله 180 سم وكانت سرعة الطلقة 300 متر في الثانية وعندما اصابت الطلقة هدفها المصنوع من اليورانيوم-235 أدى هذا إلى تحفيز سلسلة من عمليات الأنشطار النووي وبلغت قوة القنبلة 15 كيلوطن من مادة تي إن تي.

الرجل البدين (فات مان) قذيفة ناغازاكي، استخدمت 13.6 باوند (6.2 كيلوغرام، حوالي 12 أوقية سائله أو 350 في المقدار) من بخصوص Pu-239، والذي يمثل فقط 41٪ من المجال النشط كتلة دون حرجة. (لرسم مفصل انظر مقال فات مان) محاطة بعاكس U-238، الفجوة تتحول إلى كتلة فوق حرجة من قبل خصائص عاكس النيوترون فيU-238. في أثناء الانفجار، الحرجية تحدث بسبب الانفجار الداخلي. يتم ضغط عامود البلوتونيوم لزيادة كثافته من خلال تفجير موحد لمتفجرات تقليدية تم وضعها بشكل موحد في جميع أنحاء العامود. يتم تفعيل التفجير عن طريق سلك ممتد من المتفجرات. ويقدر أن 20٪ من البلوتونيوم يخضع للانشطار فقط والباقي تقريباً 11 باوند (5.0 كيلوغرام) يتبعثر في الأجواء.

قد تكون موجات صدمة الانفجار الداخلي على مدى قصير ماهي إلا أجزاء من العامود تتعرض للضغط أثناء مرور الموجات خلالها.

إندماج الموجات الصادمة في اختبار نظام عدسات الإنفجارات الضخمة.

يصنع هيكل القذيفة من معادن خفيفة الكثافة مثل الألومنيوم والبريليوم، أو سبيكة مصنوعة من كلا المعدنين إذا دعت الحاجة إلى ذلك لأن الألومنيوم سهل وآمِن في التشكيل، كما أنه في التصنيف الثاني من ناحية الأقل في القيمة؛ بينما يستخدم البريليوم لقدرته العالية في عكس النيوترونات، وتقع القذيفة بين عدسة المتفجر والعابث. يتم تشغيلها من خلال عكس بعض موجات الصدمة للخلف، وبالتالي يتم إطالة مدة الانفجار الداخلي. وقد تم استخدام الألومنيوم في صناعة هيكل القذيفة في الفات مان.

سبب لزيادة كفاءة فات مان يكمن في النشاط الداخلي من عابث U-238 (عابث اليورانيوم الطبيعي لا يخضع للانشطار من خلال النيوترونات الحرارية، ولكن يساهم تقريبا 20٪ في المحصول الكلي من الانشطار بواسطة النيوترونات السريعة). عند بدء تفاعل متسلسل في البلوتونيوم، يجب عكس نشاط الانفجار الداخلي قبل أن يوقف التوسع الانشطار. من خلال حبس كل شي معاً لبضع مئات من النانوثانية أكثر، فيتم زيادة الكثافة.

قنابل الانشطار ذو الانضغاط الداخلي عبارة عن نوع من الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع الأسلحة النووية التجميعية وهي القنبلة التي اسقطت على مدينة ناجاساكي في اليابان واطلق عليها تسمية قنبلة الولد السمين وتعتبر أكثر تطورا من القنابل ذو الأنشطار المصوب علما ان كلا القنبلتين تعتمدان على فكرة الأسلحة النووية التجميعية. وقد بلغت قوة قنبلة الولد السمين مايعادل 20 طن من مادة تي إن تي. في هذه القنابل يتم تحفيز عمليات الأنشطار النووي باستخدام ضغط شديد على مادة معينة يراد توصيلها إلى مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط نيوترونات خارجية عليه وهي نفس فكرة قنابل الكتلة الحرجة ولكن هنا يستعمل الضغط كمحفز لعملية الأنشطار النووي. عادة مايستعمل تفجير قنابل تقليدية في حاويات مغلقة مليئة باليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239.

تعتبر هذه القنبلة عالية الكفاءة لأن النيوترونات الناجمة من الأنشطار هي أكثر عددا وأكبر كثافة.

التحسين الأول على تصميم قنبلة "الرجل البدين" كان بوضع مجال جوي بين الحفرة والوقود النووي لإنشاء تأثير "المطرقة والمسمار". والحفرة دُعمت بمخروط مجوّف داخل الوقود النووي لتكون مرفوعة. وفي الاختبارات الثلاثة لـ"عملية الحجر الرملي" في عام 1948م، اُستخدمت تصاميم "الرجل البدين" مع رفع الحفر. والنتيجة الكبيرة كانت بالحصول على 49 كيلو طن مما يعني أكثر بضعفين من محصول "الرجل البدين" من دون رفع الحفر.[10] وقد اتضح فورًا أن "الانفجار الداخلي" كان أفضل تصميم لسلاح الانشطار النووي، ولكن العيب الوحيد فيها هو قطرها. فقنبلة "الرجل البدين" كان عرضها 5 أقدام (1.5 متر) مقابل قدمين (0 سم) لقنبلة "الولد الصغير".

بعد مرور 11 عام، التصميم الداخلي للمفجر تطور بشكل ملحوظ حيث ان قطر الكرة تغير من 11 قدم (1.5 م) Fat Man إلى 1 قدم (0.30م) وقطر الأنبوب كان يعادل قدمان (0.61 م) طولاً واطلق عليه جهاز شان سوان (بالإنجليزية: Sean swan device)‏.

جهاز فات مان بموديل Pu-239 بت كان قطره يساوي 3.6 انش (9 سم) أي انه بحجم كرة السوفتبول بيسبول. الجزء الأكبر منه كان في الية الانفجار وبالتحديد في طبقات U-238، الألمنيوم، والمتفجرات الشديدة. السبب من تقليل الحجم كان تصميم (انهيار، تفجير النقطتين) العامل المهم في تقليل الحجم هو التصميم الثنائي النقاط للمتفجرات.

أحد التصامي وهو عباره عن إعادة تشكيل الشكل البيضاوي إلى شكل دائري مع قوة ضغط اقل. يوجد في داخل الانفجار الخطي ماده صلبه غير قابله للتغير وكتلة ممتدة من مادة Pu-239 وتكون أكبر من الكتلة الموجودة في الجسم الكروي محشورة داخل اسطونة مع مواد قابلة للانفجار مع وجود فتيل في كلا الطرفين.[11] إن التفجير يجعل من الحفرة الكبيرة في الأرض خطيرة عن طريق جعل النهايات عميقة، مما يشكل اشكال دائرية. ان الهزة ايضاً تعمل على تحويل البلوتونيوم -الذي هو عباره عن عنصر فلزي - من مرحلة الدلتا إلى الالفا بواسطة زيادة كثافته بنسبة 23٪ ولكن من دون ان ات يؤدي ذلك إلى تحويل القوة الدافعة الداخلية إلى انهيارحقيقي. ان الافتقار إلى الضغط يجعله غير كافي للاستخدام كقذائف مدفعية وذخائر الهدم الذرية ولكن البساطة والقطر الصغير يجعله مناسباً لذلك. ان ذخائر الهدم الذرية (ADMs) والقذائف المدفعية معروفة أيضا بحقائب القنابل النووية؛ كمثال على ذلك القذائف المدفعية دبل يو ثمانية واربعين W48 اصغر سلاح نووي تم صنعه أو نشره. كل الاسلحة ذات القيمة المنخفضة المستخدمة في المعارك سواء المسدس من نوع يو-235 ذات التصاميم المتفجرة أو المنشطرة، يبقى تستوجب دفع اموال باهظة لانجاز اقطار بين 6 إلى 10 انش (254)مم.

المخطط الموضووع في عام 1945 بان يكون لمنفذ التفجير لكنه لم يكن في ذلك الوقت هناك اختبارات لتطوير التجربة البساطة في التصميم اعتبرت أكثر واقعية ومع الوقت أصبحت هناك قيود ولها احتياجات كثيرة وباستخدام الالمونيوم واستغلاله مكنهم من صنع ثلاثة طن من المتفجرات شديدة الانفجار. بعد الحرب، تم استعادة الاهتمام بتصميم التجويف. تكمن ميزته الواضحة في إمكانية حمل قذيفة مجوفة من البلاتينيوم، على شكل كتلة مسحوبة إلى الداخل باتجاه مركزها الفارغ، تحمل الزخم إلى مركز التجميع المصفح على شكل كرة صلبة. سيقوم بدفع نفسه إلى الداخل، مما يتطلب مدك U-238 أصغر، لا يتطلب استخدام دافع الألمنيوم وأقل قابلية للانفجار.

أمتلكت قنبلة فات مان قذيفتين متحدتي المركز على شكل جسم كروي يحتوي على متفجرات شديدة، يقارب سمكها 10 بوصات (25 سم). وتقذف القذيفة داخلية الانفجار. احتوت القذيفة الخارجية على نمط يشبه كرة القدم يحتوي على 32 عدسة شديدة الانفجار، تحول كل عدسة الموجة المحدبة من مفجرها إلى موجة مقعرة مشابهة لشكل القذيفة الداخلية من الخارج. لو كان في الإمكان استبدال هذه العدسات (32) باثنتين فقط، يُمكن للشكل الكروي شديد الانفجار أن يصبح إهليلجاً (كروي متتطاول) ذو قطر دائري أصغر بكثير.

توضيح جيد لاثنين من الملامح التي وردت في رسم توضيحي لبرنامج الأسلحة النووية السويدي عام 1956م (الذي تم انهاؤه قبل عمل تفجير تجريبي). الرسم التوضيحي يبيّن العناصر الأساسيّة في تصميم "نقطتين - حفرة جوفاء".

يوجد رسوم توضيحية مشابهة في المؤلفات المتاحة من البرنامج الفرنسي، الذي أنتج مستودع أسلحة. تركيبة العدسة شديدة الانفجار (العنصر 6 في الرسم البياني) لم تظهر في الرسم التوضيحي السويدي، لكن العدسة المعيارية المصنوعة من انفجار شديد سريع وبطيء كما في قنبلة "فات مان" ستكون أكثر طولاً عنها في الشكل المبين. وحتى تستطيع عدسة منفردة شديدة الانفجار تكوين موجة مقعرة لتغطي نصف الكرة الأرضية كاملاً يجب أن تكون إمّا أكثر طولاً أو ان يتم إبطاء جزء الموجة الذي يسير بخط مستقيم من المفجر إلى الحفرة يجب بشكل كبير.

الانفجار الشديد البطيء سريعٌ للغاية، لكن الطبق الطائر من "عدسة الهواء" ليس كذلك. طبق معدني، على شكل كتلة، والدفع بإتجاه مساحة فارغة من الممكن أن يصمم ليتحرك ببطء كافي. يستعمل نظام الانفجار الداخلي ذو النقطتين تقنية عدسات الهواء الذي من الممكن أن يحصل على طول لا يتجاوز ضعفي قطره، كما هو موضح في الرسم التخطيطي السويدي بالأعلى).

تمر الطاقة في السلاح الحراري النووي في مرحلتين من التأثيرات من الأولية إلى الثانوية. هناك محول أساسي للطاقة يدعى بالمرحلة الداخلية، مابين المراحل الأولية والثانوية، يقوم بحماية وقود الانصهار الثانوي من التسخين السريع ((أو ارتفاع درجة الحرارة بشكل سريع)) مالأمر الذي اقد يؤدي إلى انفجاره عند درجات حارة اعتيادية (والمنخفضة) قبل ان يكون هناك فرصة للانصهار وتفاعلات الانشطار.

لا تتوفر إلا معلومات قليلة واضحة في المقالات العلمية حول آلية عمل المرحلة الداخلية. صدر أول ما ذُكر عن المرحلة الداخلية عن الحكومة الأمريكية في وثيقة رسمية تحوي شرحا توضيحيا للجمهور برسوم بيانية حديثة لتعزيز برنامج (البديل المعتمد للصواريخ الحربية (بالإنجليزية: Reliable Replacement Warhead Program)‏. الذي إذا تم بناؤه، سيستبدل هذا التصميم الجديد " المواد الهشة والسامة" و "و المواد غالية التكلفة والخاصة" في المرحلة الداخلية.[14] يشير هذا البيان إلى أن المرحلة الداخلية قد تحتوي على البريليوم ليهدئ من تدفق النيوترونات من الطور الأول، وقد يمتص شيئا منها ويعاد إشعاع الاشعة السينية x-rays بطريقة ما.[15] وهناك أيضا بعض التكهنات بأن المواد المستخدمة في المرحلة الداخلية، والتي تُسمي بالكود فوجبانك (بالإنجليزية: FOGBANK)‏ قد تكون مادة الفضاء أو الهلامة الغازية الايروجيل (aerogel)، قد يكون ممزوجا مع البريليوم أو مواد أخرى.[16]

المستويين الداخلي والثانوي مغطيان معا داخل غشاء فولاذي مقاوم للصدأ لتكوين جمعية فرعية معلبة، هذا الترتيب والذي لم يتصوره أحد في أي رسم مفتوح المصدر. التوضيح الأكثر تفصيلا للانترستيج يظهر سلاح نووي حراري بريطاني مع مجموعة من العناصر بين الأساسية والثانوية الأسطوانية سميت "عدسات النهاية وتركيز النيترون" و "عاكس/ نيترون حامل السلاح" و"الغلاف العاكس".

بينما كل القنابل النووية الحديثة (الانشطارية والالتحامية على السواء) تستخدم التحام ال D-T، القنابل الهيدروجينية في النظرة العامة هي أجهزة تستخدم عدة ملايين من الاطنان وأقوى بآلاف المرات من الابن الأصغر لقنبلة هيروشيما. هذه القنابل ذات النواتج العالية هي قنابل نووية حرارية ثنائية المرحلة ترتقي إلى مستوى العائد المطلوب مع انشطار اليورانيوم، كالعادة، مزودتها بمعظم طاقتها النووية.

أثارت فكرة القنبلة الهيدروجينية الأولى اهتمام الرأي العام في عام 1949 عندما أعلن علماء بارزين موقفهم الرافض من بناء قنابل نووية أقوى من نموذج الانشطار القياسي النقي لأسباب أخلاقية وعملية. كان افتراضهم أن اعتبارات الكتلة الحرجة سوف تحد من حجم الانفجارات الانشطارية بينما الانفجار الانصهاري من الممكن أن تكون قوته بكبر امداده بالوقود الذي ليس له حد للكتلة الحرجة. في عام 1949 فجر الاتحاد السوفيتي أول قنبلة انشطارية لهم وفي عام 1950 انهى الرئيس الأمريكي هاري ترومان الجدل حول القنبلة الهيدروجينية حين أصدر أمر للمصممين في لوس ألاموس لبناء واحدة. في عام 1952 تم اعلان انفجار آيفي مايك بقوة 10.4 ميجاطن كأول اختبار لقنبلة هيدروجينية معززة بذلك فكرة أن القنابل الهيدروجينية أقوى ألف مرة من القنابل الانشطارية.

في عام 1954 عُرف روبرت أوبنهايمر بمعارضته للقنابل الهيدروجينية، في ذلك الوقت لم يكن معروفاً لدى العامة بأن هناك نوعان آخران من القنابل الهيدروجينية -غير النوع الموصوف بدقة بأنه قنبلة هيدروجينية-. وفي الثالث والعشرين من شهر مايو عندما تم إلغاء تصريحه الأمني؛ كان البند الثالث من بنود الأحكام الأربعة العامة المتعارضة معه هو "مبدأه في برنامج الأسلحة الهيدروجينية". وفي عام 1949 قام روبرت بدعم المرحلة الأولية لتعزيز انشطار القنابل المنشطرة لتحقيق أقصى قدر من القوة التفجيرية في الترسانة بإعطاء المفاضلة بين منتجات البلاتنيوم والتراتيوم. ويذكر أيضاً بأنه كان ضد القنابل النووية الحرارية ثنائية المرحلة حتى عام 1951 حينما حدث الانهيار الإشعاعي الذي وصفه بأنه "التقنية الحلوة"، موضحاً ذلك بشكل عملي في البداية. ولم يُكشف عن موقفه حتى عام 1976، وذلك بعد تسع سنوات بعد وفاته.[17] عندما حلت قاذفات الصواريخ الباليستية محل القنابل في الستينيات، تم استبدال معظم القنابل متعددة الأطنان برؤوس صواريخ -وهذا يتضمن القنابل النووية الحرارية- وقد تم تقليلها إلى واحد طن أو أقل.

شهِد العام 1940 أول محاولة لاستثمار العلاقة التكافلية بين وقود الانشطار والالتحام بتصميم متناوب بينهما في شكل طبقات رقيقة. وكجهاز مصمم من مرحلة واحدة، كان من الممكن أن يكون تطبيق تعزيز الانشطار بطيئاً. وأصبح عملياً للمرة الأولى حينما تم دمجه ثانوياً في الأسلحة النووية الحرارية ثنائية المرحلة.[18]

الاسم الأمريكي -ساعة النداء- كان اسماً رمزياً تافهاً وغير منطقي. الاسم الروسي لنفس التصميم كان أدّق وصفياً: سلويكا (بالروسي تعني النفخة)، كعكة حلوى الطبقات. السلويكا السوفيتية وحيدة المرحلة اختبرت في 12 أغسطس 1953. بينما لم يتم اختبار نسخة أمريكية أحادية المرحلة، ولكن تم اختبار الطلقة الأحادية لعملية القلعة في 26 أبريل 1954، والتي كانت نووية حرارية ثنائية المرحلة واطلق عليها اسم ساعة النداء. مداها كان في جزيرة بيكيني 6.9 ميجا طن. ولأن الاتحاد السوفيتي اختبر استخدام بطارية الليثيوم-6 ديوترايد الجافة قبل اختبار للولايات المتحدة الأمريكية لها بثمانية أشهر فإنه يُعتقد بأن الاتحاد السوفيتي فاز في السباق في صناعة القنبلة الهيدروجينية. في عام 1952 استخدم لفي مايك الديتريوم السائل المبرد لتبريد في عملية انصهار الوقود الثانية، ووظفها في عملية رد فعل لعملية الانصهار. كان ذلك كان أول تصميم منتشر للطائرات رغم أنه لم يتم نشرها أثناء الاختبارات. وكذلك، كان أول اختبار للسوفييت في استخدام الإشعاع الانفجاري الثانوي والذي يعتبر السمة الأساسية في صناعة القنبلة الهيدروجينية في 23 من نوفمبر 1955 أي بعد ثلاث سنوات من تجربة لفي مايك. وفي الحقيقة لم يبدأ العمل الحقيقي في الانفجار لداخلي بالاتحاد السوفيتي إلا في وقت مبكر من عام 1953، أي بعد عدة أشهر من نجاح تجربة السلويكا.

في 1 مارس عام 1954، اختبرت الولايات المتحدة قنبلة قلعة برافو ذات ال 15 ميجاتون كجزء من عملية القلعة في جزر البكيني والتي تعتبر أضخم انفجار نووي للولايات المتحدة. الانفجار ألقى فوراً جرعة قاتلة من الغبار النووي الناتج عن الانشطار على مدى أكثر من 6000 ميل مربع (16,000 كم²) من سطح المحيط الهادي.[19] الإصابات الإشعاعية التي أصابت جزر المارشال والصيادين اليابانيين صنعت تلك الحقيقة قضية عامة وكشفت عن دور الانشطار في القنابل الهيدروجينية.

استجابةً لمخاوف العامة على تداعيات الغبار النووي، فقد بُذلت جهود كبيرة لتصميم سلاح نووي نظيف متعدد الميجاطن، ويبقى الاعتماد الكامل على الاندماج النووي تقريبًا. يمكن للطاقة الناتجة عن طريق اندماج اليورانيوم الغير مخصب طبيعيًا، عندما يستخدم كمادة وقود نووي في المراحل الثانوية والمراحل المتعاقبة كما في تصميم "تيللر-أولام" من تقليل المحصول النهائي بشكل واضح كما كان في اختبار قلعة برافو (بالإنجليزية: Castle Bravo)‏، حيث أدرك العلماء بأن وضع الوقود النووي كمادة في قنبلة غير قابلة للانشطار هو شرط أساسي في انفجار قنبلة 'نظيفة'، ومن الواضح أن في مثل هذه القنابل ستكون هناك كمية هائلة نسبيًا من المواد التي لا تجري فيها أي تحولات من كتلية إلى طاقة على الإطلاق، وذلك لحجم معين. والأسلحة "القذرة" مع أكثر من وقود نووي انشطاري يُعتبر أقوى بكثير من الأسلحة 'النظيفة' (أو، للحصول على عائد في النواتج، لذا هي أخف بكثير من الأسلحة 'النظيفة'). وأقدم حادثة معروفة لجهاز مكون من ثلاث مراحل يجرى اختبارها مع المرحلة الثالثة، هو الجهاز الذي سُمي الثلاثي، والموقودة بالمرحة الثانية كانت في 27 مايو 1956م في جهاز الباسون. وهذا الجهاز أُختبر في طلقة زوني إحدى عمليات الجناح الأحمر. هذه الطلقة استخدمت وقود نووي غير قابلة للاندماج مع مادة عازلة مثل: التنجستن أو الرصاص. وقد كان المحصول النهائي 3.4 ميجاطن مما يعني 85% اندماج وفقط 15% انشطار. وكما تؤكد السجلات العامة للأجهزة التي أنتجت أن النسبة الأعلى من محصولهم عن طريق الاندماج فقط هو 50 ميجاطن وكان ذلك في "قنبلة قيصر" ووصلت نسبة الاندماج إلى 97% من القنبلة الكلية.[20] والـ 9.3 ميجاطن في اختبار (Hardtack Poplar) حيث وصلت نسبة الاندماج إلى 95.2%. [32] والـ4.5 ميجاطن في اختبار نافاجو (Navajo) وصلت نسبة الاندماج فيه إلى 95%.

في التاسع عشرة من يوليو (تموز) 1956، قال لويس شتراوس رئيس وكالة الطاقة الذرية الدولية بأن ريدويج زوني اطلقت اختبار تفجير نظيف مما "انتج الكثير من الأهمية.... من الناحية الإنسانية" ومع ذلك وبعد أقل من يومين من هذا الإعلان تم اختبار النسخة القذرة من الباسون ويدعى الباسون الأولي مع عبث اليورانيوم 238على مركب قبالة سواحل جزيرة أتول بيكيني كمكان لأطلاق الرديدوينج تيوا. أنتج الباسون الأولي عائد يقدر بخمسة ميجا طن 87% منها جاء نتيجة الانشطار. البيانات التي جاءت من هذا الاختبار وغيره توجت في نهاية المطاف انتشار أعلى عوائد الأسلحة النووية الأمريكية المعروفة وأعلى نسبة ناتج إلى وزن لسلاح تم صنعه، وسلاح نووي حراري من ثلاث مراحل بأعلى ناتج قذر حيث يبلغ 25 ميجا طن صمم كقنبلة نووية بي 41، التي كان من المقرر أن يحملها سلاح الجو الأمريكي إلى أن تم تفكيكها ولذلك لم يتم اختبار هذا السلاح بالكامل.

وعلى هذا النحو تبدو القنابل النظيفة ذات العائد المرتفع مجرد تجارب في العلاقات العامة فالأسلحة المنتشرة فعليا هي الإصدارات القذرة التي ضاعفت العائد لنفس حجم الجهاز. تصاميم الجيل الرابع والخامس الحديثة من الأسلحة النووية بما في ذلك أسلحة الانصهار النقية وأجهزة دفع الذبذبة النووية للمادة المضادة المحفزة وتجري حاليا دراستها من قبل أكبر الدول الخمس المالكة للأسلحة النووية.[21][22]

قنبلة يوم القيامة الخيالية أشتهرت عن طريق رواية نيفل شوت عام 1957 والفيلم التابع لها عام 1959، بعنوان على الشاطئ وكانت قنبلة الكوبالت قنبلة هايدروجينية ذات غطاء من الكوبالت وكان من المفترض أن الكوبالت المُفعل عن طريق النيوترونات يستطيع أن يزيد الأضرار البيئية الناجمة عن تداعيات البقايا المشعة الناتجة من الانفجار النووي. شاع صيت هذه القنابل في فيلم "الدكتور سترينجلوف أو: كيف تعلمت أن أكف عن القلق وأحب القنبلة" عام 1964. تمت الإشارة إلى العنصر الكيميائي المضاف إلى القنابل بالكوبالت-ثوريوم جي.

طُلبت مثل هذه الأسلحة "المالحة" من قبل القوات الجوية الأمريكية وتم فحصها بدقة، ربما لدرجة صنعها وتجربتها، ولكن لم تنشر. في نسخة 1964م من كتاب "دي أو دي/أي إي سي تأثير الأسلحة النووية، تم توضيح الموضوع في باب جديد بعنوان الحرب الإشعاعية. فنواتج الانشطار مميتة بقدر الكوبلت المنشطر بالنيوترون. السلاح عالي-الانشطار الحراري النووي الموحد هو سلاح تلقائي للحرب الإشعاعية، ببشاعة قنبلة الكوبلت. في البداية، تُكافئ أشعة الجاما الناتجة عن الانشطار حجم قنبلة الانشطار الانصهار-الانشطار أكثر شدة من كوبلت - 60. 15000 مرة أكثر شدة في ساعة، 35 مرة أكثر شدة في اسبوع، 5 مرات أكثر شدة في شهر، وتقريبا مكافئ في ستة أشهر. ثم ينحدر الانشطار بسرعة حتى يتكون التهدم النووي لكوبلت -60 الذي يكون أكثر شدة بثمانية مرات من نواتج الانشطار في سنة و 150 مرة أشد في خمس سنوات.النظير طويل العمر الذي نتج بالانشطار سيتجاوز الكوبلت -60 بعد 75 سنة تقريبا.

في عام 1954م لشرح الكمية المدهشه للمضاعفات الجانيه لمنتج الانقسام النووي بواسطة القنابل الهيدروجينيه، ابتكر رالف لاب مصطلح انقسام - انشطار نووي لوصف العملية داخل ما أسماه بالثلاث مراحل للسلاح النووي الحراري. له عملية تفسر بشكل صحيح، لكن اختياره للمصطلحات سببت ارتباكاً في الأدبيات المفتوحة. مراحل السلاح النووي لاتنقسم، لاتنشطر، فهي الأولية، والثانويه، وفي عدد قليل جدا من الأسلحة الإستثنائيه والقوية لم تعد بالخدمة. الثلاثي (3مراحل) التصميم مثل يوآس ب41 سلاح نووي وقنبلة السوفييت تسار (تمت مناقشتها سابقاً) التي تم تطويرها في اواخر 1950 م وأوائل 1960م، التي تم الاستغناء عنها جميعها، مثل النموذج لمنتجات عديده قوية كالقنابل الثلاثيه التي لا تدمر الاهداف بكفاءه. عندما تهدر الطاقة في المجال فوق الأرض وتحتها. لذا، تُتيح جميع الأسلحة الثلاثيه وسيلة في الترسانات النوويه الحديثة لاستخدام عدة تكتيكات صغيره لاسلحة المرحلتين (على سبيل المثال ام أي آر في) بعض هذه القنابل ذو مرحلتين، حتى في المجال الأقل فعاليه، ومع ذلك فهو مدمر بشكل أكبر نظراً لمجموع وزن القنبلة، حيث يمكنها أن توزع مايقارب بعدين من الأراضي عن النقطة الهدف.

كل مايسمى باسلحة " الانشطار-الانصهار-الانشطار النووي" (كالرؤوس الحربية النووية الحرارية المتقدمة التقليدية) توظف الخطوة الاضافية لغطاء الانشطار، باستخدام نيترونات الانصهار. التي تعمل كالتالي: نيترونات عالية الطاقة أو سريعة متولدة بالانصهار تستخدم لتشطر الغطاء القابل للنصهار المُغلف لمنطقة الانصهار. كان يُصنع هذا الغطاء في الماضي باستخدام اليورانيوم الطبيعي أو المنضب. ولكن أسلحة اليوم الاستثنائية في الحجم والوزن (كالاسلحة الاستراتيجية الحديثة) تستخدم اليورانيوم المتوسط إلى عالي التخصيب كمادة غطاء (انظر في الاسفل قسم الرؤؤس الحربية النووية الحرارية الاوراللويه). الانشطار السريع للغطاء الثانوي في قنابل الانشطار-الانصهار-الانشطار النووي في بعض الاحيان تعود إلى كونها مرحلة ثالثة في القنبلة، ولكن يجب أن لا تخلط مع التصميم النووي الحراري ثلاثي المرحلة المهمل، حيث انه يوجد مرحلة انصهار أخرى ثالثة كاملة.

تم إلغاء غطاء الانشطار في فترة اختبار القنبلة الذرية في الهواء الطلق وذلك لصنع ما يسمى بـ"القنابل النظيفة" (ارجو الاطلاع على ما ذُكر سابقاً)، أو لتقليل كمية الغبار الذري المتساقط من نواتج الانشطار في انفجارات هائلة بقوة كبيرة من الميغا طن. حدث ذلك غالباً عند اختبار تصاميم كبيرة جداً من القنابل ذات الثلاث مراحل مثل قنبلة القيصر والاختبار الزوني من سلسلة الاختبارات النووية كما ذكر أعلاه. كان من المفترض عند اختبار مثل تلك الأسلحة (بل كان يظهر ذلك بشكل عملي أحياناً) أن يكون غطاء اليورانيوم الطبيعي أو اليورانيوم المخصب قابل للإضافة دائماً في حال الرغبة في ذلك لأي قنبلة معطاة بدون غطاء، وذلك لزيادة الإنتاجية من مرتين إلى خمس مرات.

لا يستخدم غطاء الانشطار في الأسلحة الإشعاعية المطورة أو القنبلة النيوترونية كما سيتم مناقشتها لاحقاً.

تعرف القنبلة النيترونية تقنياً بسلاح الإشعاع المكثف (بالإنجليزية: Enhanced Radiation Weapon، ويرمز لها اختصاراً بـ ERW)‏، وهو نوع من الأسلحة النووية التكتيكية صُمم خصيصاً لإخراج طاقة هائلة كالطاقة الإشعاعية الكبيرة. هذا يتعاكس مع الأسلحة النووية الحرارية القياسية، والتي صُممت خصيصاً لالتقاط هذه الإشعاعات النيترونية المكثفة لزيادة الحصيلة المتفجرة الشاملة. بالنسبة للحصيلة، تنتج الأسلحة الإشعاعية المكثفة حوالي عُشر ما ينتجه السلاح النووي الانشطاري، وبالرغم من قلة قوتها التفجيرية إلا أن الأسلحة الإشعاعية المكثفة تظل قادرة على إحداث دمار أكبر بمرات من الدمار الذي تحدثه القنابل التقليدية. وفي الوقت نفسه تشترك مع الأسلحة النووية الأخرى في أن الضرر يكون متركزاً على المواد الحيوية أكثر من البنية التحتية المادية، على الرغم من أن الانفجارات العنيفة والتأثيرات الحرارية لا يمكن استبعادها.

تُعرف رسمياً بأسلحة الإشعاع المكثف (ERW)، وبشكل أكثر دقة "أسلحة النتاج المكبوح". عندما يكون الناتج للأسلحة النووية أقل من واحد كيلوطن فإن نصف قطر مساحة الانفجار من مركز التفجير سيكون 700 متر (أي: 2300 قدم) وهي بذلك أقل من نظيرتها الناتجة من النيوترون الإشعاعي. وبأي حال فإن الانفجار أكبر من القوة الكافية لتدمر معظم المنشآت والتي تكون أقل مقاومة لآثار الانفجار من البشر بدون حماية واقية. يمكن النجاة من ارتفاع الضغط الناتج عن الانفجار حتى معدل 20 وحدة ضغط جوي (PSI)، في حين أن معظم المباني سوف تنهار مع ضغط 5 وحدة ضغط جوي (PSI).

غالبا يُظن أن الأسلحة صُممت لتقتل البشر وتحافظ على سلامة البنية التحتية، لكن هذه القنابل (كما ذكر سابقاً) قادرة جداً على تدمير مباني تغطي مساحة أكبر من نصف قطر الانفجار. الغرض من تصميمها كان لقتل طاقم الدبابات – حيث توفر الدبابة حماية جيدة ضد الانفجار والحرارة، والتي (تقريباً) تنجي الطاقم القريب جداً من موقع الانفجار. ومع الكتائب السوفيتية الضخمة خلال الحرب الباردة، كان هذا السلاح مثالياً لمقاومتهم فاستطاع إشعاع النيوترون فوراً أن يضعف طواقم الدبابات تقريباً بنفس المسافة التي يمكن للألغام والحرارة إضعاف إنسان من دون حماية. (اعتمادا على التصميم). أنتج هيكل الدبابة إشعاعا عالياً (مؤقتاً) لمنع إعادة استخدامها من قبل طاقم جديد.

تم مراعاة استخدام الأسلحة النيترونية لأغراض أخرى، فعلى سبيل المثال: هذه الأسلحة ذات فعالية في الدفاع ضد الأسلحة النووية- حيث تستطيع النيترونات المتدفقة إبطال القذيفة (أو السلاح) القادم في مجال يفوق الحرارة أو الانفجار. في حين أن الأسلحة النووية تقاوم التلف المادي بشدة، إلا أنه من الصعب أن تكون قوية أمام التدفق الشديد للنيوترونات.

إن كل أي ار دبليو كانت نوويات حرارية ثنائية المرحلة مع كل اليورانيوم المزال الغير ضروري لتقليل محصلة الانشطار، حيث يُنتِج النصهار النيترونات. لقد تم تطويرها في الخمسينات الميلادية من القرن العشرين، بينما نُشرت لأول مرة في فترة السبعينات بواسطة القوات الأمريكية في أوروبا، وسُحبت في فترة التسعينات الميلادية. إن القنبلة النيترونية ملائمة فقط إذا كانت المحصلة عالية بما فيه الكفاية لاشتعال مرحلة الانصهار الفعال، وإذا كانت المحصلة منخفضة بما فيه الكفاية لحالة السماكة التي لن تمتص نيترونات كثيرة. مما يعني أن قنابل النيترونات لديها مدى محصلة من 1 إلى 10 كيلوطن مع النسبة المنشطرة التي تتفاوت بين 50% في كيلو طن واحد إلى 25% في عشرة كيلو طن (كلها تأتي من المرحلة الاولية). إن إنتاج النيوترون في كيلو طن واحد عندما يكون من 10 إلى 15 مرة لهو أكبر من سلاح الانهيار الانشطاري الخام أو رأس قذيفة استراتيجي مثل الدبليو 87 أو الدبليو88.

رسم لدبليو 88

وفي عام 1999 عادت الاخبار عن تصميمات الأسلحة النووية للمرة الأولى بعد عقود. أصدر المجلس الأمريكي في يناير (كانون الثاني) تقرير كوكس (كريستوفر كوكس Christopher Cox R-CA) الذي زعم أن الصين قد اكتسبت بطريقة أو بأخرى معلومات سرية (أو محظورة) من الولايات المتحدة عن أسلحة W88. بعد تسعة أشهر اتُهم ون هو لي (Wen Ho Lee)، وهو مهاجر تايواني يعمل في لوس الاموس (Los Alamos)، علنا بالتجسس واعتُقل عليه ثم خدم تسعة أشهر بالاحتجاز قبل المحاكمة المؤجلة، قبل صرف النظر عن القضية المرفوعة ضده. لم يكن من الواضح ان هناك أي تجسس في الواقع.

طوال ثمانية عشر شهراً من التغطية الإخبارية، وُصِف الرأس الحربي دبليو 88 بتفصيل غير عادي. صحيفة نيويورك تايمز طبعت الرسم التخطيطي على صفحتها الأولى.[23] الرسم الأكثر تفصيلاً ظهر في كتاب لدان ستوبر وإيان هوفمان صدر في العام 2001 بعنوان الجاسوس المناسب- يشرحانِ فيه تداعيات قضية وِن هو لي حيثُ تم تدقيقه وعرضه بإذنٍ رسمي. وحين تم تصميمها للاستخدام في ترايدنت الثاني دي-5 التي تطلق من غواصات الصواريخ الباليستية، دخلت دبليو 88 الخدمة في عام 1990 وكانت آخر الرؤوس الحربية المصممة لترسانة الولايات المتحدة. حيث وصفت بأنها الأكثر تقدماً، على الرغم من أن التقارير المفتوحة المطبوعة لم تُشِر إلى أي مميزات هامة في التصميم لم تكن متاحة لمصممي الولايات المتحدة في عام 1958.

يبين الرسم البياني اعلاه كافة المميزات القياسية للرؤوس الحربية للقذائف البالستية منذ عام 1960 مع اثنين من الاستثناءات والتي تعطيها انتاجية أكبر قياسا بحجمها.

• الطبقة الخارجية من الثانوية وتسمى الدافعة والتي تخدم في ثلاثة وظائف، الدرع الواقي من الحرارة، الوقود الانشطاري، العبث، مصنوع من 235-U بدلا من U-238، وبالتالي تسمى Oralloy (U-235) حرارة نووية وجود الانشطارية أكثر من القابلة للانشطار فحسب، سمح الدافعة للانشطار اسرع وبشكل كامل مما زاد في الإنتاجية. هذه الميزة متوفرة فقط للدول مع ثروة كبيرة من اليورانيوم الانشطاري. ويقدر بأن الولايات المتحدة لديها 500 طن.
• يقع الثانوي في النهاية الواسعة مخروط إعادة الدخول، حيث يمكنه ان يصبح أكبر وبالتالي أقوى. الترتيب المعتاد ان يوضَع الأثقل، ثم الأكثر كثافة في النهاية الضيقة لمزيد من استقرار الهوائي خلال إعادة الدخول من الفضاء الخارجي، وليسمح بمساحة أكبر للمواد الضخمة الأساسية في الجزء الاوسع من المخروط. (يظهر الرسم لسلاح دبليو 87 في المقالة W87 article الترتيب المعتاد.) بسبب هذا التركيب الهندسي الجديد، يستخدم دبليو 88 أوليا متفجرات مدمجة تقليدية لحفظ المساحة، [24] بدل من المعتاد، وضخم لكنه أأمن، ومتفجر عالي غير حساس (IHE). عند فتحة إعادة الدخول للمخروط قد يوجد ثقل في المقدمة للحفاظ على ثبات الهوائي.[25] الطبقات المتتالية للانصهار ومواد الانصهار في الثاني عبارة عن تطبيق لمبدأ عمل المنبه/سوليكا.

المقالة الرئيسية: رأس حربي بديل موثوق لم تنتج الولايات المتحدة أي رؤوس صواريخ نووية منذ عام 1989م، عندما اُغلق مصنع الإنتاج روكي فلانتس بقرب بولدر في ولاية كولورادو لأسباب بيئية، وبعد انتهاء الحرب الباردة بعامين تم تعطيل الخط الإنتاجي باستثناء الرقابة ووظائف الصيانة.

قدمت الإدارة الوطنية للأمن النووي، آخر خليفة للأسلحة النووية اقتراح إلى هيئة الطاقة الذرية الأمريكية، وزارة الطاقة الأمريكية بناء منشأة حفر جديدة وبدء خط الإنتاج لصنع رأس نووي جديد يسمى رأس حربي بديل موثوق.[26] اثنين من تحسينات السلامة للرأس الحربي البديل الموثوق المعلنة ستكون بمثابة العودة إلى استخدام "المتفجرات العالية غير الحساسة التي هي أقل عرضة للانفجار العرضي بكثير "، والقضاء على "بعض المواد الخطرة، مثل ال بيريليوم، الضارة بالناس والبيئة".[27] وبسبب تعليق الولايات المتحدة لاختبار التفجير النووي، فإن أي تصميم جديد سوف يعتمد على مفاهيم سبق اختبارها. [بحاجة لمصدر

تم عقد أول اجتماع تصنيفي لتصاميم الأسلحة النووية في منتصف عام 1942م بجامعة كاليفورنيا في بركلي وقد تم العثور على اكتشافات مهمه مبكرة من قبل مختبر لورنس بيركلي الوطني القريب. ففي في عام 1940م، مثلاً، تم إنتاج جهاز تحطيم الذرة وعزل البلوتونيوم واكتشفوا للتو الجهود السرية لصناعة اسلحة وطنية، وفي هذه الأثناء تم توظيف البروفيسور روبرت أوبنهايمر، وكان أول عمل له الدعوة لعقد مؤتمر صيف عام 1942م.

بحلول الوقت الذي نقل فيه عمله إلى مدينة لوس ألاموس، نيو مكسيكو السرية الجديدة في ربيع عام 1943، كانت المعرفة المتراكمة عن تصميم الاسلحة النووية تتكون من 5 محاضرات لبروفيسور روبرت سيربر في بيركيلي، منسوخة ومنشورة على أنها كتاب لوس ألاموس التمهيدي. تحدث الكتاب عن طاقة الانقسام، صناعة واسر النيوترون، تفاعلات النيوترون التسلسليه، الكتلة الحرجة، العبث، وما يحدث قل الانفجار، وثلاثة طرق لتركيب قنبلة: تجميع السلاح الناري، الانهيار، و "الطرق المحفزة"، الطريقة الوحيدة التي تبين أنها ذات طريق مزدود.

في لوس ألموس، في شهر أبريل من عام 1944، لقد اكتشف العالم إميليو سيغري أن تركيب القنبلة المدفعية المقترحة باسم "الرجل النحيل" لن يعمل باستخدام عنصر بلوتونيوم لمشاكل في وحدة الكتلة الذرية الذي تسببه الشوائب الموجودة في بي يو-240. إذ أن القنبلة الانفجارية باسم "الرجل السمين" كان لها الأفضلية لأن تصبح الخيار الوحيد لإستخدام عنصر بلوتونيوم. لقد ولدت المناقشات في بيركلي احصائيات نظرية للكتلة الحرجة ولكن لم يُحسم شيء في هذا الأمر. المهمة الرئيسية في زمن الحرب في ألموس كان الاختبار التجريبي لتحديد الكتلة الحرجة، والتي وجب عليها الانتظار حتى وصول كمية كافية من المادة الانشطارية من مصانع الإنتاج: عنصر يورانيوم من أوك ريدج، تينيسي، وعنصر بلوتونيوم من موقع هانفور في واشنطن.

عن طريق استخدام نتائج الكتلة الحرجة، قام فنيّو لوس الاموس في عام 1945م بصنع وجمع مكونات أربع قنابل وهي: قنبلة أداة تيرنيتي، والولد الصغير، والرجل المتين، وكذلك قطع غير مستخدمة لقنبلة الرجل المتين. بعد الحرب، عاد من استطاع العودة إلى أماكن التدريس في الجامعة بما في ذلك اوبنهيمر. أما الآخرون فقد بقوا وعملوا على الحفرة المجوفة والمرفوعة، وجمعوا التأثيرات لإختبارات الأسلحة مثل اختبار "مفترق الطرق" قالب:أنك "أ" و "ب" في جزيرة بيكيني عام 1946م.

كل الأفكار الرئيسية لدمج الانصهار في السلاح النووي نشأت في لوس الاموس بين عامي 1964 - 1952. بعد التقدم في الانفجار الإشعاعي لتيلر اولام عام 1951، تم التعرف على كامل التقنيات والإمكانيات لكن الأفكار لم تكن مترابطة بشكل مباشر لصنع قنابل بعيدة المدى لاستخدامات القوات الجوية.

بسبب الموقف المبدئي لاوبنهايمر في الجدل بشأن القنبلة الهيدروجينية ومعارضته للأسلحة النووية الكبيرة، وعلى افتراض انه كان لا يزال ذو تأثير على لوس الاموس رغم رحيله، قرر الحلفاء السياسيين لادوارد تيلر بأنه بحاجة لمختبر خاص من أجل متابعة عمله على القنابل الهيدروجينية. وعند افتتاح المختبر عام 1952 في ليفرمور بكاليفورنيا، أنهت لوس الاموس مهمتها التي صممت وقد صممت ليفرمور للقيام بها.

مع انتهاء العمل على المهمة الأساسية للمختبر، حاول مختبر ليفرمور إجراء تغييرات جذرية في التصاميم لكنها فشلت. فقد أخفق المختبر في أول ثلاثة تجارب نووية: ففي عام 1953 كانت تجربة لجهاز انشطاري ذو مرحلتين مفردتين ونواة هيدريد اليورانيوم، وتجربة أخرى عام 1954 لجهاز نووي حراري ذو مرحلتين حيث اشتدت الحرارة في المرحلة الثانوية قبل أوانها بسرعة لا يمكن للانفجار الإشعاعي أن يعمل في ظرفها بشكل صحيح.

انقلبت الأدوار ووافق معمل ليفرمور بأخذ الأفكار التي وضعها معمل لوس الاموس على الرف والقيام بتطويرها للخدمة العسكرية والبحرية. دفع ذلك معمل ليفرمور للتخصص في الأسلحة التكتيكية صغيرة القُطر، خاصةً الأسلحة التي تستخدم أنظمة انفجار ذات اتجاهين مثل سلاح البجعة (The Swan). أصبحت للأسلحة التكتيكية صغيرة القُطر أولوية للأسلحة الثانوية صغيرة القطر. عندما أصبح سباق التسلح للقوى العظمى سباق في الصواريخ البالستية عام 1960، كانت رؤوس صواريخ ليفرمور مفيدة أكثر من رؤوس صواريخ لوس ألاموس الكبيرة والثقيلة. استخدمت رؤوس صواريخ لوس ألالموس في أول دفعة من القذائف البالستية متوسطة المدى (بالإنجليزية: intermediate-range ballistic missiles، اختصاراَ “IRBMs”)‏، بينما استخدمت رؤوس صواريخ ليفرمور الصغيرة في أول دفعة من القذائف البالستية عابرة للقارات (بالإنجليزية: intercontinental ballistic missiles اختصاراً: “ICBMs”)‏ وفي القذائف البالستية التي تطلق من الغواصات إنك|submarine-launched ballistic missiles اختصاراً "SLBMs"}}، كما استخدمت في أول دفعة صواريخ ذات أنظمة الرؤوس المتعددة [29]

في الفترة بين عامي 1957 و 1958، قام كلا المختبرين ببناء واختبار العديد من التصاميم مع توقعهم بأن حظر المفروض على اختبار عام 1958 قد تصبح دائمة. بحلول عام 1961 استؤنفت الاختبارات في المختبرات وأصبحت النماذج مكررة من بعضها البعض، وتم التركيز على تعيين مصممين ما زاد العبء مقارنة بتخصصات هذه المختبرات. بعض هذه التصاميم كانت متداولة ومتبادلة بين المختبرات. فعلى سبيل المثال، بدأ الرأس الحربي (دبليو 38) للصاروخ تيتان 1 كمشروع لـ ليفيرمور، ثم أُعطيَ إلى لوس ألموس لتصبح الرؤوس الحربية لصورايخ أطلس. وفي عام 1959، أُعيدت إلى ليفرمور كعملية مبادلة بالرأس الحربي W54 (Davy Crockett)، والذي بدوره انتقل من ليفرمور إلى لوس ألموس.

كانت هذه الفترة فترة الابتكار الحقيقي التي انتهت. اعتمد تصميم الرؤوس الحربية بعد عام 1960 على التغيير بحسب طبيعة النموذج، فمع كل صاروخ جديد يكون هناك رأس حربي جديد وذلك لأسباب تسويقية. شملت التغييرات الفنية الرئيسية تعبئة الصواريخ بالمزيد من اليورانيوم في الجزء الثانوي، حيث أنها أصبحت متوفرة مع استمرار تخصيب اليورانيوم القنابل ذات الإنتاجية العالية.

الأداة المهمة لتحليل اختبار الأنبوب كان الضوء التشخيصي. مسبار داخل جهاز اختبار يمكن نقل المعلومات عن طريق تسخين صفيحة من المعدن إلى الاتقاد، وهو الحدث الذي يمكن أن يسجل في النهاية جدا من فترة طويلة، أنبوب مستقيم جدا. يظهر في الصورة أدناه الجهاز الروبيان، انفجرت في 1 مارس 1954 في بيكيني، كاختبار قلعة برافو. كان لها انفجار 15 مليون طن أكبر من أي وقت مضى من قبل الولايات المتحدة. يظهر خيال رجل للمقياس. ويدعم الجهاز من الأسفل، في النهايات.

الانابيب تطلق إلى السقف. التي يبدو أنها تدعم، هي أنابيب ضوء التشخيصية. الانابيب الثمانية في النهايات اليمنى (1) أرسلت معلومات حول التفجير الابتدائي. اثنين في الوسط (2) لوحظ الوقت عندما وصل الإشعاع في النهاية البعيدة لقناة الإشعاع، والفرق بينهم (2) و (3) يكون وقت عبور الإشعاع للقناة.[31]

من كابينة الإطلاق، تم تحويل الأنابيب بشكل أفقي واتجهت مسافة 7500 قدم (2.3 كم)، على طول الجسر المبني على الشعاب المرجانية في جزيرة بيكيني، إلى بنك جمع البيانات للتحكم عن بعد في جزيرة نامو.

في حين أن الأشعة السينية تسافر عادة بسرعة الضوء من خلال المواد ذات الكثافة المنخفضة مثل قناة الرغوة البلاستيكية المحشوة بين (2) و (3)، فإن كثافة الإشعاع من الانفجار الاولي كونت إشعاعاً غامضاً نسبياً أمام القنوات المحشوة التي تفاعلت بطريقة بطيئة وجامدة مما أخّر مرور الطاقة المشعة. في حين أن القنوات الثانوية يجري الضغط عليها بواسطة الإشعاع المستأصل، النيوترونات من المرحلة الأولية تنضم إلى الأشعة السينية، وتخترق إلى المرحلة الثانوية وتبدأ في تهيئة التريتيوم مع رد الفعل الثالث الملاحظ في القسم الأول أعلاه. هذا ليثيوم 6 + ن يتفاعل ويكون مصدر للحرارة، وتنتج 5 ملليفولت لكل حدث. الشرارة لاتزال غير مضغوطة وليست بمشكلة، لذلك لن يكون هناك انشطار أو انصهار. ولكن إذا وصلت كمية كافية من النيوترونات قبل اكتمال انهيار المرحلة الثانوية، فإن الفرق في درجة الحرارة حاسمة سيكون هناك تدهور. هذا هو السبب في فشل أول تصميم حراري نووي، جهاز مورغنسترن، تم اختباره تحت اسم قلعة كوون، 7 أبريل 1954.

هذه المشاكل في التوقيت تقاس بمعطيات أنابيب الضوء. المحاكات الحسابية الذي يجعلونها معيارا تسمى رموز تدفق الأشعة الديناميكا الحرارية، أو رموز القناة. وتستخدم لتنبؤ تأثير التعديلات في التصميم المستقبلي.

إنها ليست واضحة من السجل العام مدى نجاح أنابيب الضوء. لقد كانت غرفة رصد المعلومات بعيدا في الخلف لتكون خارج نطاق-الميل لحفرة اللغم، لكن انفجار الخمسة عشر ميغاطن، مرتين ونصف أكثر من المتوقع، خرق غرفة الرصد بتفجير بابها الذي تزن 20 طنا وخلعها من مفاصلها. (أقرب الأشخاص من الحدث كانوا أبعد بعشرون ميلا (32 كيلومتر) من الغرفة التي تضررت وكانو في غرفة رصد أخرى والتي خرجت من الحادثة سليمة. ومشاكل التوقيت هذه تقاس بمعطيات أنابيب الضوء. المحاكات الحسابية والتي يتم ضبطها تسمى رموز تدفق الأشعة الديناميكا الحرارية، أو رموز القناة. وتستخدم لتنبؤ تأثير التعديلات في التصميم المستقبلي. وليس واضح من السجل العام مدى نجاح أنابيب الضوء. لقد كانت غرفة رصد المعلومات بعيدا في الخلف لتكون خارج نطاق-الميل لحفرة اللغم، لكن انفجار الخمسة عشر ميغاطن، كان مرتين ونصف أكثر من المتوقع، وخرق غرفة الرصد بتفجير بابها الذي يزن 20 طنا وخلعه من مفاصله. (أقرب الأشخاص من الحدث كانوا أبعد بعشرون ميلا (32 كيلومتر) من الغرفة التي تضررت وكانو في غرفة رصد أخرى والتي خرجت من الحادثة سليمة.[32]

دفع القلق العالمي من التداعيات المشعة الناتجة عن الانفجارات النووية، الذي بدأ مع حادثة كاسل برافو، الاختبارات النووية تحت الأرض. حدث أخر اختبار أمريكي فوق الأرض في جزيرة جونستون المرجانية يوم 4 نوفمبر، 1962. خلال الثلاثة عقود التالية، حتى 23 سبتمبر، 1992، أجرت الولايات المتحدة 2.4 انفجارات نووية تحت الأرض (في المتوسط) كل شهر، وكان معظمها في موقع اختبار نيفادا (أن تي أس) الواقع في شمال غرب لاس فيغاس.

تغطي حفر خامدة قسم مسطح يوكا من ال (أن تي أس)، نتيجة لانهيار الأرض فوق الكهوف المشعة تحت الأرض التي تكونت بفعل الانفجارات النووية (أنظر الصورة). بعد حد معاهدة حضر التجارب 1974 (TTBT)، والتي قيدت انفجارات تحت الأرض إلى 150 كيلو طن أو اقل، والرؤوس الحربية مثل نصف مليون طن دبليو 88 كان لابد من اختبارها تحت اقل من الإنتاجية الكاملة. بما انه لزاما ان يتفجر الابتدائي بعنف للحصول على بيانات حول الانفجار الداخلي للثانوي، فان النقص في الإنتاجية كان يجب ان يأتي من الثانوية. استبدال الكثير من ديوترايد الليثيوم 6 للوقود المنصهر مع هيدريد الليثيوم 7 قلص التريتيوم المتاح للاندماج، وبالتالي العائد النهائي، من دون تغيير ديناميت الانفجار الداخلي. بالإمكان تقييم اداء الجهاز باستخدام انابيب ضوء، واجهزة استشعار أخرى، وتحليل كتلة السلاح المحصور. ويمكن حساب العائد الكامل للأسلحة النووية المخزونة عن طريق القراءة.

من الخطورة أن يكون لديك سلاح يحتوي على كمية وشكل المواد الانشطارية التي يمكن أن تشكل كتلة حرجة خلا حادثة بسيطة نسبيا. بسبب هذا الخطر، تم إدراج الوقود في ليتل بوي (أربعة أكياس من الكوردايت) في انفجار قنبلة في الطائرة، بعد وقت قصير من إقلاعها في 6 أغسطس 1945. كانت هذه هي المرة الأولى على الإطلاق أن سلاح نووي من نوع بندقية قد تم تجميعه بشكل كامل. إذا وقع السلاح في الماء، الاثر الملطف للماء قد يسبب حادث حرج، حتى من دون أن يجري السلاح تضررا ماديا. وبالمثل، يمكن لحريق ناجم عن تحطم طائرة إشعال الوقود، مع نتائج كارثية. الاسلحة من نوع البنادق كانت دائما غير آمنة بطبيعتها.

لسس أحد من هذه التأثيرات متشابه والانهيار الداخلي للسلاح من خلال الانشطار الطبيعي الغير مرضي لامواد لتكوين كتلة خطيرة بدون هدسا انفجار صحيحة. على كل حال، الانهيار الداخلي المبكر للسلاح كان قريبا من الانتقاد لان الحوادث العرضية مع بعض النتائج النووية كانت مقلقة.

في 9، أغسطس، 1945، حمّل فات مان على طائرته شحنة كاملة، ولكن لاحقاً، عندما حلق في الهواء كونت الفحوة فراغاً بين الفجوة والمدك، وكان ذلك ملائماً لاستخدام اندماج الفجوات اثناء الطيران.منفذ العملية اقلع بدون مواد انشطار في القنبلة. بعض أنواع اسلحة الانهيارات الداخلية القديمة مثل "يو أس مارك 4" و "مارك 5" (بالإنجليزية: US Mark 4 و Mark 5)‏ استخدمت هذا النظام. اندماج الفجوات اثناء الطيران لن يعمل مع الحفر المجوفة المتصلة بالمدك.

كما هو موضح في الرسم البياني في الاعلى، أحد الطرق المستخدمة لتقليل حوادث التفجير المحتملة بعمل الكرات المعدنية. الكرات افرغت الحفرة: هذا منع التفجير بزيادة كثافة الحفرة الفارغة، وبالتالي تمنع الانهيار المتناظر في حالة الحادث. هذا التصميم استخدم في سلاح العشب الأخضر، وايضا يعرف سلاح الميجاطن المؤقت، الذي استخدم في سلاح النادي البنفسجي وقنابل الشمس الصفراء.

بدلاً من ذلك، يمكن أن تكون حفرة "صفد" من خلال وجود جوهرها أجوف عادة مليئة بمادة خاملة مثل سلسلة معدنية رفيع، وربما المصنوعة من الكادميوم لامتصاص النيوترونات. في حين أن السلسلة في وسط الحفرة، لا يمكن ضغط حفرة في شكل مناسبة للانشطار، وعندما يكون السلاح مدعوم بالقوة المسلحة، تتم إزالة السلسلة. وبالمثل، على الرغم من أن النار الخطيرة قد تتمكن من تفجير المتفجرات، وتدمير الحفرة ونشر البلوتونيوم لتلويث البيئة المحيطة كما حدث في عدة حوادث للأسلحة، فإنه لا يمكن أن يؤدي إلى انفجار نووي.

في حين ان إطلاق متفجر واحد من العديد من المتفجرات لن يسبب حفرة جوفاء لتكون خطيرة، وخاصة الحفرة الجوفاء قليلة الكتلة والتي تتطلب تعزيز. أدى ادخال نظم الانفجار ذو النقطتين تلك الإمكانية والتي شكلت قلق حقيقي. في النظام ذو النقطتين، إذا أطلق متفجر واحد، سوف ينهار نصف الحفرة كاملاً كما تم تصميمه. الشحنة شديدة الانفجار والتي تحيط بالنصف الآخر للحفرة سوف تنفجر تدريجياً من خط الاستواء باتجاه القطب المعاكس. من الناحية المثالية، هذا سوف يضغط على خط الاستواء ويضغط على نصف الكره الثاني بعيدا عن الأول، مثل معجون الأسنان في الأنبوبة. عندما يغلفها الانفجار، الانهيار الداخلي سوف ينفصل في الوقت والفراغ معا من الانهيار الداخلي لنصف الكره الأول. الناتج شبيه الدمبل، مع كلا النهايات يصل الكثافة الأقصى عند وقت مختلف، ربما لن يصبح خطير.

لسوء الحظ لايمكن أن نصِف كيفية العمل على لوحة المخطط أو الرسم كما لايمكن استخدام حفرة لاختبار ال يو -238 بسرعة عالية باستخدام الاشعة السينية ومثل هذه التجارب عادةً مفيدة. بالنسبة للتصميم الاخير الاختبار بحاجة لمواد حقيقية. وبالتتابع ابتداء من 1957 وبعد سوان كل المختبرات أصبحت تطلق اختباراتها من مبدأ سلامة واحد. من 25 نقطة سلامة اجريت فيها الاختبارات عامي 1957 و 1958 سبع منها سجلت رقم صفر في النشاط النووي بنجاح وثلاث سجلت نسبة عالية جدا أما الباقي فكانت النتائج غير مقبولة بين النتيجتين.الاهتمامات المعينة ب w47 لليفرمورز والتي ولدت طاقة غير متوقعة وعالية في إحدى النقاط ولمنع أي حوادث مميتة قررت ليفرمورز استخدام ميكانيكية السلامة في w47. مخططات السلامة الموصوفة كانت هي القرار. بعد استئناف التجارب عام 1961 واستمرارها لثلاثة عقود كان هناك وقت كاف لجعل كل حاملات الصواريخ مصممة بنقطة سلامة واحدة دون الحاجة لميكانيكا السلامة.

كان أحد الرؤوس الحربية خطير بشكل خاص في ليفرمور W47، والمصمم لصاروخ الغواصة بولاريس. كان اخر اختبار قبل وقف النشاط 1958 اختبار نقطة واحدة من W47 الأولية التي كان لها مردود نووي مرتفع بشكل غير مقبول 400 رطل (180 كجم) من مادة تي ان تي أي ما يعادل (البسكويت الثاني تيتانيا). مع وقف الاختبار بالقوة لم يكن هناك وسيلة لصقل التصميم وجعله بطبيعته نقطة واحدة آمنة. وكان لوس ألاموس ابتدائي مناسب الذي كان نقطة واحدة آمنة، ولكن بدلا من مشاركة لوس ألاموس الفضل في تصميم أول رأس حربي "أس أل بي أم" (SLBM)، ليفرمور اختار لاستخدام الميكانيكية الآمنة من تلقاء نفسها الأولية كانت غير آمنة بطبيعتها. وكانت النتيجة نظام سلامة تتألف من سلك مغلف بالبورون إدراجها في حفرة مجوفة في التصنيع. كان الرأس الحربي مسلحاً عن طريق سحب السلك على بكرة مدفوعة بمحرك كهربائي. حالما يتم سحب السلك لا يمكن إعادة إدراجه.[33] السلك لديه قابلية ليصبح هش أثناء التخزين، وللكسر أو التعثر خلال التسليح، ومنع إزالة كاملة وجعله رأس حربي لم ينفجر. [52] وتشير التقديرات إلى أن 50-75٪ من الرؤوس الحربية سوف تفشل. وهذا يتطلب إعادة بناء كاملة لهيكلية دبليو 47 التمهيدية.[34]

تفجير الرابط الضعيف/القوي وآلية التفجير النووي في المنطقة المحظورة هو شكل من أشكال قفل الأمان.

بالإضافة إلى الخطوات السابقة للتقليل من احتمالية انفجار نوووي بالخطأ، آليات القفل المشار اليها من قبل دول التحالف حيث وصلة العمل الاختياري احيانا تكون متصلة بآليات التحكم للاسلحة النووية. وصلة العمل الاختياري تعمل فقط لتجنب الاستخدام الغير مخول له للأسلحة النووية.