تصميم السلاح النووي

تصميم السلاح النووي هو عبارة عن التنسيق الفيزيائي والكيميائي والهندسي والذي يتسبب في عملية تفجير المحتوى الفيزيائي  للقنبلة النووية ( nuclear weapon). هناك اربع تصاميم رئيسية للاسلحة النووية. في كل التصاميم باستثناء التصميم الرابع فان الطاقة المتفجرة من الاجهزة الموزعة للقنابل النووية تٌستمد أساسا من الانشطار النووي وليس الاندماج.

ردات الفعل النووية

يقسم الانشطار النووي الذرات الأثقل إلى ذرات أخف. ويربط الاندماج النووي الذرات الأخف مع بعضها لتكوين ذرات أثقل. وتعطينا كلا ردتي الفعل طاقة اقوي مليون مرة من ردات الفعل الكيميائية المشابهة، تكون الانفجارات النووية أقوى مليون مرة مقارنة بالانفجارات غير النووية، التي طالبت ببراءة اختراع فرنسية في مايو 1939 م.
في بعض الطرق، تكون ردات الفعل للانشطار والالتحام متكاملة ومتعاكسة، مع خصائص فريدة في كل منهما. لنفهم كيفبة تصميم السلاح النووي، من المفيد ان نفهم آلية التشابه والاختلاف بين الانشطار والالتحام. الشرح النالي يستخدم ارقاما تقريبية.

أسلحة الانشطار النقي

المهمة الأولى لتصميم سلاح نووي هي تجميع كتلة فوق الحرجة بسرعة من انشطار اليورانيوم والبلوتونيوم. الكتلة فوق الحرجة هي نسبة النيترون الناتجة من الانشطار والتي تلتقطها نواة انشطارية أخرى كبيرة بما في الكفاية لجعل كل حالة انشطار تتسبب في أكثر من حالة انشطار أخرى.
عندما يتم تجميع الكتلة الحرجة وفي تواجد الكثافة القصوى، يتم ضخ موجة عالية من النيوترونات لتوليد أكبر عدد ممكن من سلاسل التفاعلات. الأسلحة الأولية استخدمت "مولد نيوترونات" (بالإنجليزية: urchin) داخل التجويف الذي يحتوي كلاً من البولونيوم-210 والبريليوم يفصل بينهما حاجز رقيق. انهيار التجويف يسحق "مولد النيوترونات" و الحاجز داخله مما يؤدي إلى مزج المعدنين ببعضهما، مما يسمح لجزيئات ألفا من البولونيوم أن تتفاعل مع البريليوم وتنتج نيوترونات حرة. في الأسلحة الحديثة، مولد النيوترونات هو عبارة عن أنبوب فراغ عالي الجهد "طاقة كهربائية" يحتوي على مسرع جزيئات، والذي يسمح لأيونات الديوتيريوم والتريتيوم بالتصادم مع لوح معدني من هيدرايد الديوتيريوم والتريتيوم. الاندماج النووي المصغر الحاصل ينتج نيوترونات في مكان محمي خارج الحزمة الفيزيائية ومن هناك لتخترق التجويف. هذه الطريقة تضمن تحكم أفضل في توقيت بداية سلسلة التفاعلات.
الكتلة الحرجة لمجال غير مضغوط لمعدن خام هو 110 رطل (50 كجم) لليورانيوم-235 و 35 رطل (16كجم) للبلوتونيوم-239 ثلاثي الطور. في التطبيقات العملية، كمية المواد المطلوبة للحرجية يتم تعديلها بالشكل والنقاء والكثافة والقرب من المواد عاكسة النيترون، كلها تؤثر على هروب او استيلاء النيترونات.
يجب أن تكون المواد الانشطارية في السلاح دون الحرجية قبل التفجير لكي تمنع تفاعل السلسلة خلال المعالجة. وربما تحتوي على مكون واحد أو أكثر والتي تحتوي على أقل من واحد لكل كتلة حرجة غير مضغوطة. الصدفة الفارغة الرقيقة يمكنها أن تحمل كتلة حرجة أكثر من مجال عار، أو مثل إمكانية أسطوانة بإمكانها اعتباطياً أن تطول بدون أن تصل للمرحلة الحرجة. العبث هو طبقة اختيارية من المادة الكثيفة المحيطة بالمادة الانشطارية. بسبب الجمود، تؤخر التمدد في المادة المتفاعلة، مما يزيد فاعلية السلاح. عادة نفس الطبقة تخدم كلاهما كعابث أو عاكس نيترون.

قنابل الكتلة الحرجة

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.
اذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الأنشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة.
اذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطار النووي حتى بدون اي 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

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 اي 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

قنابل ذات انشطار مصوب

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.

أسلحة مشابهة 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 بينما تناثر البقية منه دون جدوى وهي ما يمثل أغلب مردود وقت الحرب في المصانع الضخمة في مدينة أوك ريدج. عدم الكفاءه وعدم الفعاليه كان سببها السرعة التي تفك إنضغاط إنقسام 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 المدفعيه 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 الترسانه 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 إنخفاض العائد وقضايا السلامة الخطيره المرتبطة مع تصميم البندقيه.
السلاح إنشطاري 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.

قنبلة انشطارية نمط الانضغاط الداخلي

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 و الباقي 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. 
 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.

الاسلحة النووية

الاسلحة المدمرة -المواد القابلة للانشطار وأي عمليات عكسية أو عابثة مرتبطة به- تعرف بمسمى الحفرة (the pit). بعض هذه الأسلحة اختبرت خلال العام 1950م باستخدام أنواع مصنّعة من U-235 أو مركب البلوتنيوم، لكن الأنواع المصنّعة من البلوتنيوم كان الاصغر قطراً وأصبحت الأسلحة الرئيسية منذ بداية 1960.
صب البلوتنيوم و قطعه صعب، ليس لأنه سام فقط، بل لأن للبلوتونيوم مراحل فلزيّة تسمى كذلك بالشكل المتأصل {{إنج|Allotrope}}. عندما يبرد البلوتونيوم، يحدث تغير في المرحلة مما ينتج عنه تشويه وتكسير. فعادة، يتم التغلب على هذا التشويه بمزجه مع 3 - 3.5 مول (0.9% - 1.0% من الوزن) من الغاليوم، مشكلاً سبائك البلوتونيوم الغاليوم والذي يؤدي إلى رفع مرحلتها دلتا الخاصة بها على نطاق حراري واسع. عند تبريدها من انصهارها يكون لديها تغير مرحلي واحد فقط بدلاً من أربعة تغيرات التي كان من المفترض أن تمر بها، ويكون هذا التحول من أيـبيلسون إلى دلتا. يمكن للمعادن ثلاثية التكافؤ أن تعمل أيضاً، لكن الغاليوم يمتلك نيوترون صغير بقطاع عرضي و يساعد على مقاومة الأكسدة و التآكل. يبقى العائق في أن مركبات الغاليوم قابلة للتآكل، وكذلك ألمر بالنسبة للبلوتونيوم إذا تم استرداده من الأسلحة المفككة لتحويله إلى ثاني أكسيد البلوتونيوم لمفاعلات الطاقة، هناك صعوبة في إزالة الغاليوم.
لأن البولتونيوم يعتبر تفاعلاً كيميائيًا، فأنه من الشائع طلي الحفرة النهائية مع طبقة خفيفة من المعدن الخام، والتي بدورها تقلل من المخاطر السامة. وفي قنبلة ترينيتي تم استعمال طلاء الفضة المعدني، وبعد ذلك، وضع النيكل داخل أبخرة (النيكل رباعي الكربونيل) ولكن حاليًا يتم تفضيل الذهب.

الانفجار الداخل مع رفع الحفرة

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. 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) و قطر الأنبوب كان يعادل قدمان (0.61 م) طولاً و اطلق عليه جهاز شان سوان (بالإنجليزية: Sean swan device).
جهاز فات مان بموديل Pu-239 بت كان قطره يساوي 3.6 انش (9 سم) اي انه بحجم كرة السوفتبول بيسبول. الجزء الأكبر منه كان في الية الانفجار و بالتحديد في طبقات U-238، الألمنيوم، و المتفجرات الشديدة. السبب من تقليل الحجم كان تصميم (انهيار، تفجير النقطتين) العامل المهم في تقليل الحجم هو التصميم الثنائي النقاط للمتفجرات.

انفجار خطي ثنائي النقاط

أحد التصامي و هو عباره عن اعادة تشكيل الشكل البيضاوي إلى شكل دائري مع قوة ضغط اقل. يوجد في داخل الانفجار الخطي ماده صلبه غير قابله للتغير و كتلة ممتدة من مادة Pu-239 و تكون أكبر من الكتلة الموجودة في الجسم الكروي محشورة داخل اسطونة مع مواد قابلة للانفجار مع وجود فتيل في كلا الطرفين. إن التفجير يجعل من الحفرة الكبيرة في الارض 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 و ذخائر 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 او نشره. كل الاسلحة ذات القيمة المنخفضة المستخدمة في المعارك سواء المسدس من نوع يو-235 ذات التصاميم المتفجرة او المنشطرة، يبقى تستوجب دفع اموال باهظة لانجاز اقطار بين 6 إلى 10 انش (254)مم.

النظام الفعالي الجديد هو استخدام نقطتان للانفجار الداخلي

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 اصبحت 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 و أقل 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 الإنفجار. 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 الامكان 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.
الإنفجار 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 الإنفجار 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).

مابين الاطوار (أو المراحل)

تمر الطاقة في السلاح الحراري النووي في مرحلتين من التأثيرات من الأولية إلى الثانوية. هناك محول أساسي للطاقة يدعى بالمرحلة الداخلية، مابين المراحل الأولية و الثانوية، يقوم بحماية وقود الانصهار الثانوي من التسخين السريع ((أو إرتفاع درجة الحرارة بشكل سريع)) مالأمر الذي اقد يؤدي إلى انفجاره عند درجات حارة اعتيادية (والمنخفضة) قبل ان يكون هناك فرصة للانصهار و تفاعلات 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 اذا تم بناؤه، سيستبدل هذا التصميم الجديد " المواد الهشة والسامة" و "و المواد غالية التكلفة والخاصة" في المرحلة الداخلية. يشير هذا البيان إلى أن المرحلة الداخلية قد تحتوي على البريليوم ليهدئ من تدفق النيوترونات من الطور الأول، و قد يمتص شيئا منها و يعاد إشعاع الاشعة السينية x-rays بطريقة ما. و هناك أيضا بعض التكهنات بأن المواد المستخدمة في المرحلة الداخلية، والتي تُسمي بالكود فوجبانك (بالإنجليزية: FOGBANK) قد تكون مادة الفضاء او الهلامة الغازية الايروجيل (aerogel)، قد يكون ممزوجا مع البريليوم أو مواد أخرى .
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".

تصاميم خاصة

بينما تصب كل تصاميم القنابل النووية في أحد التصنيفات السابقة، تصبح بعض التصاميم الخاصة بين الفينة والأخرى مثار لتقارير جديدة ونقاشات العامة، غالباً بتوصيفات خاطئة حول كيفية عملها وماذا ستعمل. مثال:

القنابل الهيدروجينية

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 و التراتيوم. و يذكر 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.
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.

ساعة النداء/سلويكا

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.
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 اغسطس 1953. بينما لم يتم اختبار نسخة أمريكية أحادية المرحلة، ولكن تم اختبار الطلقة الأحادية لعملية القلعة في 26 ابريل 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.

القنابل النظيفة

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. الإصابات الإشعاعية التي أصابت جزر المارشال و الصيادين 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. والأسحلة "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. 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 الاعلان 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.

قنابل إنقسام-إنشطار نووي مقارنه بقنابل ثلاثية المراحل

في عام 1954م لشرح الكمية المدهشه للمضاعفات الجانيه لمنتج الإنقسام النووي بواسطة القنابل الهيدروجينيه، ابتكر رالف لاب مصطلح إنقسام - إنشطار نووي لوصف العملية داخل ما أسماه بالثلاث مراحل للسلاح النووي الحراري. له عملية تفسر بشكل صحيح، لكن إختياره للمصطلحات سببت ارتباكاً في الأدبيات المفتوحة.
مراحل السلاح النووي لاتنقسم، لاتنشطر، فهي الأولية، والثانويه، وفي عدد قليل جدا من الأسلحة الإستثنائيه والقوية لم تعد بالخدمه،.
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 القنبله، 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 او سريعة متولدة بالانصهار تستخدم لتشطر الغطاء القابل للنصهار المُغلف لمنطقة الانصهار. كان يُصنع هذا الغطاء في الماضي باستخدام اليورانيوم الطبيعي او 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 اخرى ثالثة كاملة.
تم إلغاء غطاء الإنشطار 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 الانتاجية من مرتين إلى خمس مرات.
لا يستخدم غطاء الانشطار في الأسلحة الإشعاعية المطورة او القنبلة النيوترونية كما سيتم مناقشتها لاحقاً.

رأس حربي بديل موثوق

المقالة الرئيسية: رأس حربي بديل موثوق
لم تنتج الولايات المتحدة اي 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. 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" . وبسبب تعليق الولايات المتحدة لاختبار التفجير النووي، فإن أي تصميم جديد سوف يعتمد على مفاهيم سبق اختبارها. [بحاجة لمصدر

مختبرات تصميم السلاح

نشأت جميع الابتكارات في تصميم الاسلحة النووية المذكورة في هذه المقالة من المختبرات الثلاثة الـمُدونة أدناه. وقد قلدت مختبرات تصميم الاسلحة النووية في البلدان الأخرى هذه الابتكارات في التصميم بشكل منفرد، أو قامت بعكسها هندسياً من تحاليل التداعيات الناتجة عن الانفجار النووي، أو حصلت عليها عن طريق التجسس.

معمل بركلي

تم عقد أول اجتماع تصنيفي لتصاميم الأسلحة النووية في منتصف عام 1942م بجامعة كاليفورنيا في بركلي وقد تم العثور على إكتشافات 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 و منشورة على أنها كتاب لوس ألاموس التمهيدي. تحدث الكتاب عن طاقة الانقسام، صناعة و اسر النيوترون، تفاعلات النيوترون التسلسليه، الكتلة الحرجة، العبث، و ما يحدث قل الانفجار، و ثلاثة طرق لتركيب قنبلة: تجميع السلاح الناري، الانهيار، و "الطرق المحفزة"، الطريقة الوحيدة التي تبين أنها ذات طريق مزدود.

مخبر لوس ألموس

في لوس ألموس، في شهر أبريل من عام 1944، لقد اكتشف العالم إميليو سيغري أن تركيب القنبلة المدفعية المقترحة بإسم "الرجل النحيل" لن يعمل باستخدام عنصر بلوتونيوم لمشاكل في وحدة الكتلة الذرية الذي تسببه الشوائب الموجودة في بي يو-240. إذ أن القنبلة الإنفجارية 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 الإنتظار حتى وصول كمية كافية من المادة الإنشطارية 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"  "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.

تجربة المتفجرات

الاسلحة النووية صممت بشكل كبير عن طريق التجربة والخطأ، هذه التجارب عادة تتضمن اختبار الإنفجارات للنماذج الأولية. في التفجيرات النووية مثلاً عدد كبير من الاحداث المنفصلة تحصل مع عدد كبير من الاحتمالات، من المجموع حتى قصير الأجل.
هذه الطاقة تتدفق لداخل غلاف الجهاز (جسم السلاح) و تحتاج إلى العديد من النماذج الرياضية المعقدة لمعرفة العدد التقريبي لهذه العمليات، و في ظل غياب أجهزة الكمبيوتر في الخمسينيات (1950) لم تكن هناك الطاقة الكافية لإجراء هذه العمليات بشكل مناسب مع العلم انه حتى بوجود الكمبيوترات و أنظمة المحاكاة في الوقت الحالي الا انها لا تكفي.
و لذلك كان من الأسهل تصميم اسلحه واقعيه تناسب هذا الزمن من اجل تخزينها. و في حاله نجاح هذه النماذج الأولية فانه يمكن تصنيعها كأسلحة وإنتاجها بكميات كبيرة.
كان من الصعب جداً فهم طريقة العمل او معرفة اسباب الفشل. و لذلك قام المصممون بجمع أكبر عدد من المعلومات خلال التفجير قبل ان يقوم الجهاز بإتلاف نفسه، وبهذه المعلومات تمكنوا من تعديل التصاميم، غالباً بواسطه ادخال عوامل fudge في المعادلات لجعل نتائج المحاكاة مطابقة لنتائج التجارب. و قد قاموا أيضاً بتحليل بقايا الاسلحة لمعرفة التفاعلات النوويه الحاصله.

أنابيب الضوء

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.
من كابينة الاطلاق، 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 الاشعاع 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 الاشعاع 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، او 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 إنفجار 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، او 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 إنفجار الخمسة عشر ميغاطن،كان مرتين ونصف أكثر من المتوقع، و خرق 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.

الاختبار تحت الأرض

دفع القلق العالمي من التداعيات المشعة الناتجة عن الانفجارات النووية، الذي بدأ مع حادثة كاسل برافو، الاختبارات النووية تحت الارض. 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 الارض( في المتوسط) كل شهر، و كان 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 الارض التي تكونت بفعل الانفجارات النووية (أنظر الصورة).
بعد حد معاهدة حضر التجارب 1974 (TTBT)، والتي قيدت انفجارات تحت الارض إلى 150 كيلو طن او اقل، والرؤوس الحربية مثل نصف مليون طن دبليو 88 كان لابد من اختبارها تحت اقل من الانتاجية الكاملة. بما انه لزاما ان يتفجر الابتدائي بعنف للحصول على بيانات حول الانفجار الداخلي للثانوي، فان النقص في الانتاجية 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 اخرى، وتحليل كتلة السلاح المحصور. ويمكن حساب العائد الكامل للأسلحة النووية المخزونة عن طريق القراءة.

مرافق الانتاج

عندما أصبحت الأسلحة ذات المرحلتين قياسية في أوائل 1950، عزم على تصميم سلاح تخطيط جديد، على نطاق واسع فرقت مرافق الإنتاج الأمريكية الجديدة، والعكس بالعكس.
لأن الانتخابات التمهيدية تميل إلى أن تكون ضخمة، وخاصة في القطر، البلوتونيوم هو المادة الانشطارية المختارة للحفر، مع عاكسات البريليوم. أنه يحتوي على كتلة حرجة أصغر من اليورانيوم. تم بناء شقق بالقرب من محطة روكي بولدر، كولورادو، في عام 1952 لإنتاج حفرة، وبالتالي أصبح منشأة لتصنيع البلوتونيوم والبريليوم.
قام معمل (واي-12) Y-12 plant الموجود بمدينة أوك ريدج بولاية تينيسي بتخصيب اليورانيوم بواسطة جهاز مطياف الكتلة يدعى كلوترونس (بالإنجليزية: Calutrons) لاستخدامه في مشروع مانهاتن، وتم اعادة تصميم المعمل أيضا لصنع اجهزة المرحلة الثانية. اليورانيوم-235 القابل للانشطار يشكل أفضل شمعة احتراق لكون كتلته الحرجة أكبر، خاصة في احهزة المرحلة الثانية التي صنعت في بدايات القنابل النووية الحرارية ذات الشكل الاسطواني. في التجارب الاولية تم استخدام مادتي الانشطار مع بعضهما كمزيج من بيو-أوي في التجويف وكشمعة احتراق، ولكن في حالة الانتاج بكميات كبيرة كان من الأسهل جعل المصانع متخصصة: حيث يكون تجاويف البلوتونيوم في الاولي، و شمعات احتراق اليورانيوم والدوافع في المرحلة الثانية (الثانوي).
قام معمل (واي-12) بتصنيع وقود الاندماج ليثيوم-6 ديوترايد و أجزاء يورانيوم-238، وهما المكونان الاخران لجهاز المرحلة الثانية (للثانوي).
قام معمل سافانا ريفر الموجود بمدينة ايكن بولاية كارولينا الجنوبية والذي تم بناءه أيضا عام 1952م، قام بتشغيل مفاعلات نووية والتي كانت تقوم بتحويل اليورانيوم-238 إلى بلوتونيوم-239 للتجاويف، وتحويل ليثيوم-6 (والذي يتم انتاجه في معمل واي-12 Y-12) إلى ترايتيوم لاستخدامه في الغاز المعزز. وبما ان مفاعلات المعمل كانت تعدل باستخدام الماء الثقيل و واكسيد الديتيريوم فقد قام أيضا بصناعة الديتيروم للغاز المعزز ولمعمل واي-12 لاستخدامه في تصنيع ليثيوم-6 ديوترايد.

تصميم رأس صاروخ وقائي

بسبب أن رؤوس الصواريخ النووية حتى لو كان انتاجها ضعيفاً فإن لها قدرة تدميرية مذهلة، لقد أدرك مصمموا الأسلحة دائماً الحاجة لأليات مدمجة و مصحوبة بتدابير معدة لذلك لمنع أي إنفجار عرضي.

أسلحة من نوع البنادق

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 الاطلاق أن سلاح نووي من نوع بندقية قد تم تجميعه بشكل كامل. اذا 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.

اندماج الفجوات اثناء الطيران

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، اغسطس، 1945، حمّل فات مان على طائرته شحنة كاملة، ولكن لاحقاً، عندما حلق في الهواء كونت الفحوة فراغاً بين الفجوة و المدك، وكان ذلك ملائماً لاستخدام اندماج الفجوات اثناء الطيران.منفذ العملية اقلع بدون مواد انشطار في القنبلة. بعض انواع 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.

طريقة أمان الكرة الفولاذية

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 و قنابل الشمس الصفراء.

طريقة سلسلة السلامة

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.

نقطة سلامة واحدة

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، اذا 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 يغلفهاالانفجار، 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 او 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 اصبحت 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.

طريقة سلامة الأسلاك

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. السلك لديه قابلية ليصبح هش أثناء التخزين، و للكسر 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 اعادة بناء كاملة لهيكلية دبليو 47 التمهيدية.

الوصلة القوية الوصلة الضعيفة

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

وصلة العمل الاختياري

بالاضافة 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.