تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام

تصميم تيلر-أولام (Teller–Ulam) هو تصميم القنبلة الهيدروجينية بمفهومه الذي طورته واستخدمته لأول مرة الولايات المتحدة ويُستخدم منذ ذلك الحين في معظم الأسلحة النووية على مستوى العالم. ويُشار إليه بالعامية باسم "سر القنبلة الهيدروجينية" نظرًا لاستخدام الاندماج النووي الهيدروجيني فيها، على الرغم من أنه في معظم الاستخدامات يأتي الجزء الأكبر من طاقتها التدميرية من الانشطار النووي لليورانيوم، وليس الاندماج النووي الهيدروجيني. وقد سمي بهذا الاسم نسبةً إلى المشاركين الرئيسيين في وضعه إدوارد تيلر (Edward Teller) وستانيسلو أولام (Stanisław Ulam)، اللذين طوراه في عام 1951 للولايات المتحدة الأمريكية، مع مساهمة جون فون نيومان (John von Neumann) في تطوير بعض المفاهيم المحددة. وقد تم استخدامه لأول مرة في الأسلحة النووية الحرارية ذات النطاق التدميري الذي يُقاس بـالميجا طن المتعدد. ونظرًا لأن تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام هو الأكثر فعالية للأسلحة النووية الصغيرة، فإن جميع الأسلحة النووية تقريبًا التي تطورها الدول الخمسة المالكة للأسلحة النووية بموجب معاهدة الحد من انتشار الأسلحة النووية تستخدمه.
وتتمثل الميزات الأساسية لهذا التصميم، والتي ظلت سرية بشكل رسمي لمدة ثلاثة عقود تقريبًا، في : 1) تقسيم المراحل إلى مرحلة الانفجار "الأولي" التي تطلق شرارة البدء، ومرحلة الانفجار "الثانوي" الأكثر قوة، 2) ضغط الانفجار الثانوي من خلال الأشعة السينية الناتجة عن الانشطار النووي الذي يتم في الانفجار الأولي، وهي العملية التي يطلق عليها اسم الانفجار الداخلي الإشعاعي" لمرحلة الانفجار الثانوي، 3)  تسخين الانفجار الثانوي بعد الانضغاط البارد من خلال انفجار انشطاري ثانٍ داخل الانفجار الثانوي.
آلية الانفجار الداخلي الإشعاعي عبارة عن محرك حراري يستغل الفرق في درجة الحرارة بين قناة الإشعاع الساخنة المحيطة بالانفجار الثاني والجزء الداخلي منه البارد نسبيًا. ويتم الاحتفاظ بهذا الفرق في درجة الحرارة بصورة طفيفة من خلال حاجز حراري هائل يسمى "الدافع" ويعمل كـكابح للانفجار الداخلي، مما يزيد من انضغاط الانفجار الثانوي ويطيل مدته. وإذا كان مصنوعًا من اليورانيوم - وعادةً ما يكون كذلك، فمن الممكن أن يلتقط النيوترونات التي تنتج عن التفاعل الاندماجي ويخضع هو نفسه للانشطار مما يزيد من الناتج الانفجاري الكلي. ويسيطر انشطار الدافع في الكثير من القنابل الهيدروجينية تيلر-أولام على الانفجار وينتج عنه تهاطل في نتاج الانشطار المشع.
وكان أول اختبار لهذا المبدأ هو الاختبار النووي "أيفي مايك" (Ivy Mike) وأجرته الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1952. وكانت تُعرف هذه القنبلة في الاتحاد السوفيتي باسم الفكرة الثالثة (Third Idea) لـأندريه ساخاروف (Andrei Sakharov) وتم اختبارها لأول مرة في عام 1955. وطورت كل من المملكة المتحدة والصين وفرنسا قنابل شبيهة، ولكن لم تكن هناك أسماء كودية محددة لهذه القنابل.

المعلومات المتاحة للعامة فيما يتعلق بتصميم القنبلة الهيدروجينية

تعد المعلومات التفصيلية المتعلقة بأسلحة الانشطار النووي والاندماج النووي سرية إلى حد ما في جميع البلدان الصناعية تقريبًا. وفي الولايات المتحدة، تُصنف مثل هذه "المعلومات" بشكل افتراضي كـبيانات مقيدة، حتى وإن كانت موضوعة من قِبل أشخاص ليسوا موظفين حكوميين أو لهم صلة بالبرامج النووية، في مبدأ قانوني يُعرف باسم "سياسة سرية المعلومات" (على الرغم من أن موقف هذا المبدأ من الناحية الدستورية كان موضع شك وتساؤل في بعض الأوقات، راجع قضية الولايات المتحدة الأمريكية ضد مجلة ذا بروغريسف (United States v. The Progressive)). ونادرًا ما يتم التذرع بسياسة سرية المعلومات في حالات التخمينات الخاصة. إن السياسة الرسمية لـوزارة الطاقة الأمريكية هي عدم الاعتراف بتسريب المعلومات المتعلقة بتصميمات الأسلحة النووية، نظرًا لأن الاعتراف بهذا الأمر من المحتمل أن يفيد التصديق على المعلومات باعتبارها معلومات دقيقة. وقد حاولت الولايات المتحدة في عدد قليل من القضايا السابقة أن تقوم بـالرقابة على المعلومات المتعلقة بالأسلحة في الصحف العامة، ولكن لم يصادفها إلا قدر يسير من النجاح.
بالرغم من التصريح رسميًا بنشر كميات كبيرة من البيانات المبهمة، وتسريب كميات أكبر من هذه البيانات بشكل غير رسمي بواسطة مصممين سابقين للقنابل، إلا أن معظم الأوصاف المتاحة للعامة حول تفاصيل تصميم القنبلة الهيدروجينية تعتمد إلى حدٍ ما على التخمين، أو الهندسة العكسية المستمدة من معلومات معروفة، أو المقارنة مع مجالات الفيزياء المشابهة (من الأمثلة الرئيسية على ذلك الاندماج في محفظة القصور الذاتي). وأثمرت مثل هذه العمليات عن كم هائل من المعلومات غير السرية حول القنابل النووية والتي تتسق بصفة عامة مع المعلومات غير السرية المنشورة رسميًا ومجالات الفيزياء ذات الصلة، كما أنه من المعتقد أنها متسقة داخليًا، على الرغم من أن بعض نقاط التفسيرات لا تزال تعتبر مفتوحة للنقاش. وتتشكل حالة المعلومات المتاحة للعامة حول تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام في معظمها من بعض الوقائع المحددة والموضحة في القسم أدناه.

المبدأ الأساسي

يتمثل المبدأ الأساسي لتكوين القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام في فكرة أنه من الممكن ربط الأجزاء المختلفة للسلاح النووي الحراري مع بعضها البعض في "مراحل" بحيث يوفر الانفجار الصاعق الذي يحدث في كل مرحلة الطاقة اللازمة لإشعال المرحلة التالية. ويتضمن ذلك على أقل تقدير مرحلة أولية تتكون من قنبلة انشطارية ("مطلقة لشرارة البدء") ومرحلة ثانوية تتكون من الوقود الاندماجي النووي. وتؤدي الطاقة المنبعثة من المرحلة الأولية إلى ضغط المرحلة الثانوية من خلال عملية يطلق عليها اسم "الانفجار الداخلي الإشعاعي" والتي يتم التسخين في أي نقطة فيها وتخضع لـالاندماج النووي. وبفضل التصميم المقسم إلى مراحل، من المعتقد أنه يمكن إضافة مرحلة ثالثة من الوقود الاندماجي النووي أيضًا استنادًا إلى نفس مبدأ المرحلة الثانوية؛ ويُعتقد أن "قنبلة القيصر" (Tsar Bomba) طراز AN602 كانت مكونة من ثلاث مراحل.
يحيط بالمكونات الأخرى تجويف أو حاوية إشعاع، وهي حاوية تحبس طاقة المرحلة الأولى أو المرحلة الأولية داخلها مؤقتًا. ويعد الجزء الخارجي من حاوية الإشعاع هذه، والذي عادةً ما يكون الحاوية الخارجية للقنبلة، هو الدليل البصري المباشر الوحيد المتاح للعامة في أي تكوين لمكونات القنبلة النووية الحرارية. وقد أزيحت صفة السرية عن العديد من الصور الفوتوغرافية لأجزاء خارجية متنوعة للقنبلة النووية الحرارية.
من المعتقد أن تكون المرحلة الأولية عبارة قنبلة انشطارية قياسية تعمل بـطريقة الانفجار الداخلي، على الرغم أنه من المرجح أن تكون ذات نواة معززة بكميات صغيرة من وقود الاندماج النووي (عادةً ما تكون 50/50% من غاز الديوتيريوم/التريتيوم) لضمان المزيد من الفعالية، حيث يطلق وقود الاندماج النووي نيوترونات مفرطة عند تسخينه وضغطه، مما يُحدث انشطارًا إضافيًا. وبصفة عامة، فإن البرنامج البحثي الذي لديه القدرة على إنشاء قنبلة نووية حرارية يكون بارعًا بالفعل في القدرة على هندسة الانشطار المعزز. وعند الاشتعال، تصبح نواة البلوتونيوم-239 (Pu-239) و/أو اليورانيوم-235 (U-235) مضغوطة إلى جسم كروي أصغر حجمًا بفعل طبقات خاصة من المتفجرات التقليدية شديدة الانفجار والتي يتم ترتيبها حولها في نسق عدسة انفجارية، مما يؤذن ببدء التفاعل التسلسلي النووي الذي يزود "القنبلة الذرية" التقليدية بالطاقة.
أما المرحلة الثانوية فتظهر عادةً في شكل عمود من الوقود الاندماجي النووي ومكونات أخرى ملفوفة في العديد من الطبقات. ويحيط بالعمود أولاً "كابح دافع"، وهو طبقة ثقيلة من اليورانيوم-238 (U-238) أو الرصاص الذي يساعد في ضغط الوقود الاندماجي النووي (وفي حالة اليورانيوم قد يخضع في النهاية لعملية الانشطار نفسها). وداخل هذا الكابح، يوجد الوقود الاندماجي النووي نفسه، وعادةً ما يكون في شكل ديوتريد الليثيوم، والذي يُستخدم لأنه أسهل في تحويله إلى أسلحة من غاز التريتيوم/الديوتيريوم المسال (قارن نجاح تجربة أيفي مايك القائمة على الديوتيريوم المبرد تبريدا عميقا بالنجاح (الفائق) لتجربة كاسيل برافو (Castle Bravo) القائمة على ديوتريد الليثيوم). وعند قصف هذا الوقود الجاف بـالنيوترونات، فإنه ينتج التريتيوم، وهو نظير ثقيل لـالهيدروجين والذي من الممكن أن يخضع لـالاندماج النوويمع الديوتيريوم الموجود في الخليط. (انظر المقال الذي يتناول الاندماج النووي للاطلاع على مناقشة فنية مستفيضة حول التفاعلات الاندماجية.) وتوجد داخل طبقة الوقود "شمعة الاحتراق"، وهي عبارة عن عمود أجوف من مادة قابلة للانشطار (بلوتونيوم-239 أو يورانيوم-238) والذي يمكن عند ضغطه أن يخضع هو نفسه للانشطار النووي (وبسبب شكله، فإنه لا يصل إلى الكتلة الحرجة دون ضغط). وإذا كانت هناك مرحلة ثالثة، فإنها توضع أسفل المرحلة الثانوية وفي الغالب تكون مكونة من نفس المواد.
وتفصل المرحلة الثانوية عن المرحلة الأولية مرحلة بينية. وتصدر عن المرحلة الأولية الانشطارية أربعة أنواع من الطاقة: 1) الغازات الساخنة المتمددة الناتجة عن الشحنات التفجيرية العالية التي تفجر المرحلة الأولية داخليًا؛ و2) البلازما مفرطة التسخين التي كانت في الأصل المادة الانشطارية بالقنبلة والكابح الخاص بها؛ و3) الموجات الكهرومغناطيسية؛ و4) النيوترونات الناتجة عن الانفجار النووي الصاعق بالمرحلة الأولية. أما المرحلة البينية فهي مسؤولة عن تنظيم انتقال الطاقة من المرحلة الأولية إلى المرحلة الثانوية بدقة. فيجب أن توجه الغازات الساخنة والبلازما والموجات الكهرومغناطيسية والنيوترونات نحو مكانها الصحيح في الوقت المناسب. وقد تسببت تصميمات القنابل التي لا تكون المرحلة البينية فيها على المستوى الأمثل في فشل المرحلة الثانوية في الاعتماد في عملها بالكامل على الإطلاقات المتعددة، وهو ما يُعرف باسم "الإخفاق الانشطاري". ويعد تفجير كوون (Koon) ضمن اختبار أوبريشن كاسيل (Operation Castle) مثالاً جيدًا على ذلك، فقد سمح خلل بسيط بالتدفق النيوتروني من المرحلة الأولية لتبدأ في تسخين المرحلة الثانوية قبل أوانها، مما أضعف قوة الضغط بما يكفي لمنع حدوث أي اندماج.
هناك قدر ضئيل للغاية من المعلومات التفصيلية في المنشورات العلنية المتاحة للعامة حول آلية المرحلة البينية. وواحد من أفضل المصادر هو مخطط بياني مبسط لسلاح نووي حراري بريطاني شبيه بالرأس الحربي الأمريكي دبليو76 (W76). وقد أصدرته منظمة السلام الأخضر (Greenpeace) ضمن تقرير يحمل عنوان "التكنولوجيا النووية ثنائية الاستخدام" (Dual Use Nuclear Technology). تظهر المكونات الرئيسية وترتيبها في المخطط البياني، إلا أن التفاصيل غائبة في معظمها؛ فضلاً عن أن التفاصيل المبعثرة التي يتضمنها المخطط من المرجح أن يكون بها حالات حذف و/أو نقاط غير دقيقة بشكل متعمد. وتحمل تلك المكونات أسماء "الغطاء الطرفي والعدسة المركزة للنيوترون" و"الغلاف العاكس"؛ وتقوم العدسة بتوجيه النيوترونات عبر قنوات إلى شمعة الاحتراق المكونة من اليورانيوم-235 (U-235)/البلوتونيوم-239 (Pu-239)، بينما يشير الغلاف العاكس إلى عاكس لـالأشعة السينية عادةً ما يكون عبارة عن أسطوانة مصنوعة من مادة غير منفذة للأشعة السينية مثل اليورانيوم وتكون المرحلتان الأولية والثانوية على طرفيها. وهو لا يعكس مثل المرآة؛ وإنما يتم تسخينه إلى درجة حرارة مرتفعة بفعل تدفق الأشعة السينية المنبعثة من المرحلة الأولية، ثم يقوم ببعث أشعة سينية موزعة بشكل متساوٍ أكثر والتي تنتقل إلى المرحلة الثانوية متسببة فيما يُعرف باسم الانفجار الداخلي الإشعاعي. وفي تجربة أيفي مايك، تم استخدام الذهب كغلاف خارجي بدلاً من اليورانيوم لتعزيز تأثير الجسم الأسود. ويأتي بعد ذلك "العاكس/حامل مدفع النيوترون". يُحكم هذا العاكس إغلاق الفجوة بين العدسة المركزة للنيوترون ( في المنتصف) والحاوية الخارجية بالقرب من المرحلة الأولية. وهو يفصل المرحلة الأولية عن المرحلة الثانوية ويؤدي نفس وظائف العاكس السابق. وهناك حوالي ستة مدافع نيوترون (المعروضة هنا مأخوذة من معامل سانديا القومية (Sandia National Laboratories) كل منها يخترق الحافة الخارجية من العاكس مع وجود طرف في كل مرحلة؛ وجميع هذه المدافع مثبتة بالحامل ومرتبة بشكل متساوٍ نوعًا ما حول محيط الحاوية. وتكون مدافع النيوترون مائلة لكي يكون الطرف الذي تنبعث منه النيوترونات في كل طرف من أطراف المدفع موجهًا نحو المحور المركزي للقنبلة. وتعبر النيوترونات التي تخرج من كل مدفع نيوترون ويتم تركيزها بواسطة العدسة المركزة للنيوترون نحو مركز المرحلة الأولية لكي تعزز الانشطار المبدئي للبلوتونيوم. كما أن "المرشح الاستقطابي متعدد الستيرين/مصدر البلازما" موضح (انظر أدناه).
ولم يتم التصريح بنشر أول وثيقة حكومية أمريكية تتناول بالذكر المرحلة البينية للعامة إلا مؤخرًا للترويج لبدء برنامج الرأس الحربي البديل الموثوق (Reliable Replacement Warhead) في عام 2004. ويتضمن الرسم التوضيحي مقولة تصف المزايا المحتملة للرأس الحربي البديل الموثوق جزء بجزء، وتنص مقولة المرحلة البينية على أن هناك تصميم جديد سيتم فيه استبدال "المادة الهشة السامة" والمادة "الخاصة باهظة التكلفة"... [التي تتطلب] منشأة فريدة" للتعامل معها. وهناك افتراض واسع الانتشار بأن "المادة الهشة السامة" هي البيريليوم الذي يناسب هذا الوصف، كما أنه سيعمل على تهدئة التدفق النيوتروني من المرحلة الأولية. وكذلك قد تُستخدم بعض المواد لامتصاص الأشعة السينية وإعادة بثها بطريقة معينة.
ومن المعتقد أن تكون "المادة الخاصة" هي مادة تسمى "فوج بانك" (FOGBANK) وهو اسم كودي غير سري، على الرغم من أنه غالبًا ما يُشار إليها باسم "الـفوج بانك" (أو " فوج بانك") كما لو كانت أجزاء مجمعة فرعية وليست مادة. ويعد تركيبها سريًا، وإن كان الهلام الغازي (الأيروجيل) من بين المقترحات المحتملة لهذا التركيب. وقد توقف تصنيعها لعدة سنوات، إلا أن برنامج إطالة الحياة تطلب بدء تصنيعها مرة أخرى - ويعد مختبر أوك ردج الوطني (Y-12) هو المنتج الوحيد لها حاليًا (هذه هي "المنشأة الفريدة" المشار إليها). ويتضمن التصنيع مذيبا معتدل السمية ومعتدل القابلية للتطاير يطلق عليه الأسيتونتريل والذي يشكل خطرًا على العاملين (حيث تسبب في ثلاث حالات إجلاء في شهر مارس 2006 وحده).

ضغط الإشعاع

إن ضغط الإشعاع الذي تمارسه الكمية الكبيرة من فوتونات الأشعة السينية داخل الحاوية المغلقة قد يكون كافيًا لضغط المرحلة الثانوية. فبالنسبة للقنبلتين النوويتين الحراريتين اللتين تم استيعاب الحجم العام والخصائص الأولية لهما جيدًا؛ وهما القنبلة الاختبارية أيفي مايك والرأس الحربي الحديث المحمل على صاروخ جوال دبليو80 (W-80) والذي يعد شكلاً آخر من التصميم دبليو61 (W-61)، فقد تم حساب ضغط الإشعاع لهما ويبلغ 73 مليون بار (ضغط جوي) (7.3 تيرا باسكال) بالنسبة للقنبلة أيفي مايك و1400 مليون بار (140 تيرا باسكال) بالنسبة للرأس الحربي دبليو80.

التطويرات الأمريكية

كان إنريكو فيرمي (Enrico Fermi) هو أول من اقترح على زميله إدوارد تيلر فكرة قنبلة نووية حرارية اندماجية يتم إشعالها بواسطة قنبلة انشطارية أصغر حجمًا في عام 1941 في بداية ما أصبح بعد ذلك مشروع مانهاتن. وقضى تيلر معظم فترة مشروع مانهاتن في محاولة التوصل إلى الكيفية التي يمكن بها تفعيل هذا التصميم، مهملاً العمل الموكل إليه في برنامج القنبلة الانشطارية بمشروع مانهاتن إلى حدٍ ما. كما أن توجهه الحاد وأسلوبه الشبيه بأسلوب محامي الشيطان في المناقشات دفع روبرت أوبنهايمر (Robert Oppenheimer) إلى إبعاده هو والفيزيائيين الآخرين من "مثيري المشكلات" ونقلهم إلى البرنامج الكبير ليفسحوا له الطريق.
حقق ستانيسلو أولام، زميل تيلر، أولى القفزات المفاهيمية الرئيسية نحو التوصل إلى تصميم قنبلة اندماجية قابل للتنفيذ. أما ابتكارا أولام اللذان أدخلا القنبلة الاندماجية إلى حيز التنفيذ العملي فهما: فكرة إن ضغط الوقود النووي الحراري قبل تسخينه تسخينًا شديدًا كان يمثل مسارًا عمليًا نحو توفير الظروف اللازمة للاندماج، وفكرة التقسيم إلى مراحل أو وضع مكون نووي حراري منفصل خارج المرحلة الأولية الانشطارية واستخدام المرحلة الأولية بشكل ما في ضغط المرحلة الثانوي. ثم أدرك تيلر بعد ذلك أن أشعة غاما والأشعة السينية الناتجة عن المرحلة الأولية يمكنها نقل الطاقة الكافية إلى المرحلة الثانوية لإحداث انفجار داخلي واحتراق اندماجي بنجاح، إذا تم تغليف جميع الأجزاء المكونة بـتجويف أو حاوية إشعاع. وفيما بعد، دخل تيلر ومؤيدوه ومعارضوه في جدل حول مدى مساهمة أولام في وضع النظريات المؤسسة لهذه الآلية. وبالفعل، وقبل وفاته بفترة قصيرة، وفي جهده الأخير لإنكار فضل مساهمات أولام، زعم تيلر أن أحد "طلاب الدراسات العليا" لديه هو الذي اقترح الآلية.
ومن خلال تفجير القنبلة "جورج" (George) ضمن سلسلة اختبارات أوبريشن جرين هاوس (Operation Greenhouse) في عام 1951 تم اختبار المفهوم الأساسي لأول مرة على نطاق محدود للغاية، مما زاد التوقعات بالتيقن على المدى القريب من نجاح تطبيق المفهوم.
في 1 نوفمبر 1952، تم اختبار تكوين القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام بشكل كامل في تفجير "أيفي مايك" في جزيرة إنيويتوك (Enewetak Atoll) بنتاج بلغ 10.4 ميجا طن (أي أقوى من القنبلة التي ألقيت على نجازاكي خلال الحرب العالمية الثانية بأكثر من 450 مرة). وهذه القنبلة التي سميت باسم النقانق قد استخدمت قنبلة انشطارية كبيرة جدًا كـ "محفز مطلق لشرارة البدء"، واستخدمت الديوتيريوم السائل - الذي احتفظ بحالته السائلة من خلال جهاز تبريد عميق يبلغ وزنه 20 طنا أمريكيا (18 طنا متريا) - كوقود اندماجي لها، وبلغ وزنها الإجمالي 80 طنًا أمريكيًا (70 طنًا متريًا) تقريبًا.
إلا أن وقود الديوتيريوم السائل الخاص بأيفي مايك لم يكن عمليًا بالنسبة لسلاح سيتم نشره، فكان التطوير التالي لذلك هو استخدام الوقود الاندماجي الصلب ديوتريد الليثيوم بدلاً منه. وفي عام 1954، تم اختباره في تفجير "كاسيل برافو" (وأطلق على هذه القنبلة اسم كودي وهو الروبيان) وبلغ نتاجها 15 ميجا طن (أي أكبر من المتوقع بمقدار مرتين ونصف) وتعد أكبر قنبلة أمريكية تم اختبارها على الإطلاق.
وسرعان ما تحولت الجهود المبذولة في الولايات المتحدة نحو تطوير قنابل هيدروجينية مصغرة بتصميم تيلر-أولام والتي يمكن أن تتلاءم بسهولة مع الصواريخ الباليستية عابرة القارات والصواريخ الباليستية المطلقة من الغواصات. وبحلول عام 1960، ومع نشر الرأس الحربي دبليو47 (W47) على غواصات الصواريخ البالستية بولاريس (Polaris)، أصبحت الرؤوس الحربية التي تقدر قوتها التفجيرية بالميجا طن صغيرة الحجم ليبلغ قطرها 18 بوصة (0.5 م) ويبلغ وزنها 720 رطلاً (320 كجم). وفي وقت لاحق ومن خلال الاختبارات الحية، تم اكتشاف أن الرأس الحربي بولاريس لم يعمل بشكل موثوق ويجب إعادة تصميمه. وتم تحقيق المزيد من الابتكارات فيما يتعلق بالرؤوس الحربية المصغرة بحلول منتصف السبعينيات من القرن العشرين، عندما تم ابتكار إصدارات من تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام من الممكن تزويدها بعشر رؤوس حربية أو أكثر في نهاية صاروخ ذي حامل راجع متعدد الرؤوس مستقل الاستهداف (MIRV) صغير الحجم (انظر القسم الذي يناقش الرأس الحربي دبليو88 أدناه).

التطويرات السوفييتية

إن أول تصميم لقنبلة اندماجية سوفيتية والذي طوره أندريه ساخاروف وفيتالي غينزبورغ (Vitaly Ginzburg) في عام 1949 (قبل أن يكون للسوفييت قنبلة انشطارية عاملة) سُميّ سلويكا على اسم كعكة متعددة الطبقات روسية، ولم يكن لهذه القنبلة نفس تكوين القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام. وقد استخدمت هذه القنبلة طبقات متعاقبة من المواد القابلة للانشطار والوقود الاندماجي ديوتريد الليثيوم المثبت باستخدام التريتيوم (وأطلق عليها فيما بعد اسم "الفكرة الأولى" لساخاروف (Sakharov's First Idea)). وعلى الرغم من أنه كان من الممكن إتمام الاندماج النووي من الناحية الفنية، إلا أن تصميم هذه القنبلة لم يتميز بخاصية التوسعة التي تتسم بها القنابل المكونة من "مراحل". ومن ثم، لم يتمكن هذا التصميم من إنتاج أسلحة نووية حرارية يمكن أن يصبح نتاجها الانفجاري كبيرًا بشكل اختياري (على عكس تصميمات القنابل الأمريكية في ذلك الوقت). فالطبقة الاندماجية الملفوفة حول النواة الانشطارية يمكنها فقط مضاعفة الطاقة الانشطارية بصورة معتدلة (في حين تستطيع تصميمات القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام المعاصرة مضاعفة الطاقة بمقدار 30 ضعفًا). علاوة على ذلك، كان يلزم تفجير المرحلة الاندماجية بالكامل داخليًا بواسطة المواد المتفجرة التقليدية، إلى جانب النواة الانشطارية، مما يضاعف حجم المواد الكيميائية المتفجرة المطلوبة بصورة كبيرة.
وقد تم تفجير أول قنبلة اختبارية لتصميم سلويكا وهي آر دي إس-6 إس (RDS-6s) تفجيرًا صاعقًا في عام 1953 بنتاج يعادل 400 كيلوطن من مادة تي إن تي (نسبة 15%-20% من الاندماج).
وقد أثبتت محاولات استخدام تصميم سلويكا في تحقيق نتائج تصل قوتها التدميرية إلى نطاق الميجا طن عدم إمكانية تطبيق ذلك. وبعد أن اختبرت الولايات المتحدة القنبلة "أيفي مايك" في نوفمبر 1952، والتي أثبتت إمكانية تصنيع قنبلة متعددة الميجا طن، بحث السوفييت عن تصميم إضافي. وكانت "الفكرة الثانية" (Second Idea)، كما أشار إليها ساخاروف في مذكراته، عبارة عن اقتراح سابق تقدم به غينزبورغ في نوفمبر عام 1948 لاستخدام ديوتريد الليثيوم في القنبلة، والذي سينتج أثناء قصفه بالنيوترونات التريتيوم والديوتيريوم الحر. وفي أواخر عام 1953، حقق عالم الفيزياء فيكتور دافيدينكو (Viktor Davidenko) أول إنجاز كبير وهو الإبقاء على الأجزاء الأولية والثانوية من القنبلة في قطعتين منفصلتين (أي التقسيم إلى "مراحل"). أما الإنجاز الكبير التالي فقد تم اكتشافه وتطويره على يد ساخاروف وياكوف زيلدوفيتش (Yakov Zel'dovich) وهو استخدام الأشعة السينية المنبعثة من القنبلة الانشطارية في ضغط المرحلة الثانوية قبل الاندماج ("الانفجار الداخلي الإشعاعي") في أوائل عام 1954. وبعد أن أصبح تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام معروفًا في الاتحاد السوفيتي، تم اختبار "الفكرة الثالثة" لساخاروف في التفجير "آر دي إس-37" (RDS-37) في نوفمبر عام 1955 وبلغ نتاجها 1.6 ميجا طن.
وبرهن السوفييت على قوة مفهوم "المراحل" في أكتوبر عام 1961 عندما قاموا بتفجير قنبلة القيصر الثقيلة الهائلة، وهي قنبلة هيدروجينية تبلغ قوتها 50 ميجا طن واستمدت 97% من طاقتها تقريبًا من الاندماج. لقد كانت هذه القنبلة أكبر سلاح نووي يتم تطويره واختباره على مستوى جميع بلدان العالم.

التطويرات البريطانية

في عام 1954، بدأ العمل في ألدرماستون لتطوير القنبلة الاندماجية البريطانية، وتولى مسؤولية إدارة المشروع السير ويليام بيني (Sir William Penney). وكانت المعرفة البريطانية بكيفية تصنيع قنبلة نووية حرارية اندماجية بدائية، وكانت الولايات المتحدة لا تتبادل أية معرفة نووية مع البلدان الأخرى في ذلك الوقت بسبب قانون الطاقة الذرية لعام 1946. إلا أنه كان مسموحًا للبريطانيين بمراقبة اختبارات كاسيل (Castle tests) واستخدام طائرات لأخذ العينات في سحابة عيش الغراب، مما أمدهم بدليل واضح ومباشر على حدوث الضغط الناتج عن الانفجار الداخلي الإشعاعي في المراحل الثانوية.
ونظرًا لهذه الصعوبات، وافق رئيس الوزراء البريطاني أنطوني إيدن (Anthony Eden) في عام 1955 على خطة سرية والتي بموجبها إذا فشل علماء ألدرماستون في تطوير قنبلة اندماجية، أو تأخروا في ذلك تأخيرًا كبيرًا، فسيتم استبدالها بقنبلة انشطارية كبيرة جدًا.
في عام 1957، تم تنفيذ اختبارات أوبريشن غرابيل (Operation Grapple). وكان الاختبار الأول جرين جرانيت (Green Granite) عبارة عن النموذج الأولي لقنبلة اندماجية، ولكنه فشل في إخراج نتاج مكافئ مقارنةً بالقنابل التي صنعها الأمريكيون والسوفييت، فقد حقق قوة تفجيرية تبلغ حوالي 300 كيلو طن فقط. أما الاختبار الثاني هيرالد أورانج (Orange Herald) فكان عبارة عن القنبلة الانشطارية المعدلة وأنتجت 700 كيلو طن - ليكون انفجارها هو أكبر انفجار انشطاري في التاريخ. وقد اعتقد الجميع في ذلك الوقت (بما في ذلك طيارو الطائرة التي ألقت القنبلة) أنها كانت قنبلة اندماجية. وقد دخلت هذه القنبلة إلى الخدمة في عام 1958. وتم استخدام نموذج أولي ثانٍ لقنبلة اندماجية وهو بيربل جرانيت (Purple Granite) في اختبار ثالث، إلا أنها لم تنتج إلا حوالي 150 كيلو طن فقط.
تم وضع جدول زمني لمجموعة ثانية من الاختبارات لتُستأنف الاختبارات في سبتمبر 1957. وكان الاختبار الأول قائمًا على "... تصميم جديد أكثر بساطة. قنبلة نووية حرارية مكونة من مرحلتين تحتوي على محفز مطلق لشرارة البدء أكثر قوة". وتم تفجير هذه القنبلة الاختبارية غرابيل إكس راوند سي (Grapple X Round C) في 8 نوفمبر وبلغ نتاجها 1.8 ميجا طن تقريبًا. وفي 28 إبريل 1958، تم إلقاء قنبلة بلغ نتاجها 3 ميجا طن - ويعد هذا أقوى اختبار أجرته بريطانيا. وأُجري اختباران تفجيريان أخيران في الهواء في يومي 2 سبتمبر و11 سبتمبر عام 1958، وتم إلقاء قنبلتين أصغر حجمًا خلالهما بلغ نتاج كل منهما حوالي 1 ميجا طن.
وتم توجيه الدعوة لمراقبين أمريكيين لحضور مثل هذه الأنواع من الاختبارات. وبعد نجاح البريطانيين في تفجير قنبلة ذات نطاق تفجيري يصل إلى الميجا طن تفجيرًا صاعقًا (وبالتالي إثبات فهمهم العملي لـ"سر" تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام)، وافقت الولايات المتحدة على تبادل بعض تصميمات القنابل النووية التي وضعتها مع المملكة المتحدة، مما أدى إلى عقد اتفاقية الدفاع المشترك بين الولايات المتحدة والمملكة المتحدة عام 1958. وبدلاً من مواصلة العمل على تصميمهم الخاص، حصل البريطانيون على حق الوصول والاطلاع على التصميم الأمريكي الأصغر لـالرأس الحربي إم كيه 28 (Mk 28 warhead) وتمكنوا من تصنيع نُسخ منه.

التطويرات الصينية

قامت جمهورية الصين الشعبية بتفجير أول قنبلة هيدروجينية لها تفجيرًا صاعقًا باستخدام تصميم يو–دينج (Yu-Deng) في 17 يونيو 1967 وهي ("الاختبار رقم 6") (Test No. 6) بعد 32 شهرًا فقط من تفجير قنبلتها الانشطارية الأولى (أقصر قنبلة انشطار-إلى-اندماج مطورة في التاريخ) بنتاج بلغ 3.31 ميجا طن.
ويختلف تصميم يو-دينج عن تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام. فهو لا يستخدم عاكسًا للأشعة السينية، وإنما يستخدم عدسة انكسارية لتحقيق تأثير مشابه. 

التطويرات الفرنسية

غير معروف إلا قدر ضئيل من المعلومات عن التطويرات الفرنسية لتصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام فيما هو أبعد من حقيقة أن الفرنسيين قد فجروا قنبلة تبلغ قوتها 2.6 ميجا طن تفجيرًا صاعقًا في اختبار "كانوباس" في أغسطس عام 1968.

المعلومات المتاحة للعامة

لقد كان تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام يعتبر من أهم الأسرار النووية على مدار عدة سنوات، وحتى في الوقت الحالي، لا يتم تناوله بالمناقشة التفصيلية في أية منشورات رسمية مع الاحتفاظ بأصوله "خلف أسوار" المعلومات السرية. فقد كانت سياسية وزارة الطاقة الأمريكية (DOE)، ولا تزال، هي عدم الاعتراف عند حدوث "تسريب" لأن القيام بذلك يعد إقرارًا بدقة المعلومات المسربة المفترضة. 
وبعيدًا عن صور حاويات الرؤوس الحربية، تتم إحالة معظم المعلومات المتاحة للعامة حول هذا التصميم إلى بضع بيانات موجزة تصدرها وزارة الطاقة الأمريكية، فضلاً عن عمل بعض الباحثين الأفراد.

بيانات وزارة الطاقة الأمريكية

في عام 1972، أزاحت حكومة الولايات المتحدة صفة السرية عن بيان ينص على "حقيقة أنه في الأسلحة النووية الحرارية (TN)، يتم استخدام مرحلة "أولية" انشطارية لتحفيز وبدء تفاعل نووي حراري في الوقود النووي الحراري الذي يُشار إليه باسم "المرحلة الثانوية""، وفي عام 1979 أضافت "حقيقة أنه في الأسلحة النووية الحرارية، يمكن احتواء الإشعاع المنبعث من انفجار انشطاري واستخدامه في نقل الطاقة لضغط وإشعال مكون منفصل ماديًا يحتوي على الوقود النووي الحراري." وبالنسبة لهذه الجملة الأخيرة، حددت الحكومة أن "أي استفاضة في شرح هذا البيان ستكون سرية." وأزيحت صفة السرية عن البيان الوحيد الذي قد يكون متعلقًا بـ شمعة الاحتراق في عام 1991: "حقيقة أن المواد الانشطارية و/أو القابلة للانشطار موجودة في بعض المراحل الثانوية، ولكن المواد غير محددة والمكان غير محدد والاستخدام غير محدد والأسلحة غير معينة." وفي عام 1998، أزاحت وزارة الطاقة الأمريكية صفة السرية عن بيان ينص على "حقيقة أن المواد قد تكون موجودة في قنوات ومصطلح "حشوة القناة" ليس له شرح تفصيلي"، وقد يشير إلى الرغوة متعددة الستيرين (أو مادة مشابهة).
إن حقيقة ما إذا كانت هذه البيانات تثبت بعض النماذج المقدمة أعلاه أو كلها هي أمر يرجع للتفسير، ولقد كانت البيانات الرسمية الصادرة عن الحكومة الأمريكية حول التفاصيل الفنية للأسلحة النووية تتسم عمدًا بالمواربة والغموض في الماضي (انظر على سبيل المثال تقرير سميث (Smyth Report)). ولقد أزيحت صفة السرية عن معلومات أخرى مثل أنواع الوقود التي استُخدمت في بعض الأسلحة والقنابل الأولى، ولكن بالطبع لم يتم الكشف عن المعلومات الفنية الدقيقة.

أشكال التصميم

هناك عدد قليل من أشكال تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام اقترحته مصادر تزعم أن لديها معلومات من داخل أسوار المعلومات السرية. وسواء كانت هذه مجرد أشكال مختلفة من تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام أو تصميمات يجب فهمها على أنها تناقض الأوصاف الواردة أعلاه، فهذا الأمر متروك للتفسيرات المختلفة.

وصف ريتشارد رودز لقنبلة "أيفي مايك" في كتابه الشمس المعتمة

تناول الكاتب ريتشارد رودز في كتابه الشمس المعتمة: صنع القنبلة الهيدروجينية (Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb) الصادر عام 1995 بالوصف المفصل المكونات الداخلية للقنبلة "أيفي مايك" أو النقانق بناءً على معلومات تم الحصول عليها من خلال إجراء مقابلات مكثفة مع العلماء والمهندسين الذين قاموا بتجميعها وتركيبها. ووفقًا لرودز، على الرغم من وجود البولي إيثيلين في القنبلة "مايك"، إلا أنه لم يستخدم كمصدر للبلازما - فالإشعاع الصادر من المرحلة الأولية في حد ذاته كان كافيًا لضغط المرحلة الثانوية. ومن غير المعروف ما إذا كان ذلك ينطبق على القنبلة "مايك" فقط أو على تصميم القنبلة الهيدروجينية تيلر-أولام بوجه عام، كما أنه من المحتمل أن يلقي ببعض الشكوك على دور الرغوة وعلى الآلية الدقيقة لـ "نقل" الإشعاع.

الكشف عن الرأس الحربي دبليو88

في عام 1999، قدم مراسل جريدة سان جوز ميركيري نيووز (San Jose Mercury News) تقريرًا ذكر فيه أن الرأس الحربي النووي دبليو88، وهو رأس حربي صغير على صاروخ ذي حامل راجع متعدد الرؤوس مستقل الاستهداف (MIRV) تم استخدامه في الصاروخ الباليستي المطلق من الغواصات (SLBM) تراي دينت 2 (Trident II)، يشتمل على مرحلة أولية متطاولة (بيضاوية أو كروية الشكل) (وتحمل الاسم الكودي كومودو (Komodo)) ومرحلة ثانوية كروية الشكل (وتحمل الاسم الكودي كيرسا (Cursa)) داخل حاوية إشعاع تتخذ شكلاً خاصًا (تُعرف باسم "حبة الفول السوداني" (peanut) نسبة إلى شكلها). وبعد ذلك بأربعة أشهر، ذكر خبر في صحيفة نيو يورك تايمز (The New York Times) نشره وليام بروود (William Broad) أنه في عام 1995، قام شخص يُفترض أنه عميل مزدوج من جمهورية الصين الشعبية بتوصيل معلومات تشير إلى أن الصين عرفت هذه التفاصيل حول الرأس الحربي دبليو88، ومن المفترض أن يكون ذلك تم عن طريق التجسس. (أسفر هذا الخط من التحقيقات عن محاكمة جهيضة لـ وين هو لي (Wen Ho Lee)). وإذا صدقت هذه القصص، فإنها ستفسر ما حققه الرأس الحربي دبليو88 من نتاج أعلي بلغ 475 كيلو طن مقارنة بنتاج الرأس الحربي السابق عليه دبليو87 والذي بلغ 300 كيلو طن.
المخاريط الأمامية المستخدمة في الدخول لها نفس الحجم في كلا الرأسين الحربيين؛ حيث يبلغ طولها 1.75 متر (69 بوصة) ويبلغ قطرها 55 سم (22 بوصة) كحد أقصى. ويفيد ارتفاع نتاج الرأس الحربي دبليو 88 أن المرحلة الثانوية به أكبر لأنها هي التي تنتج الجزء الأكبر من النتاج. ويتيح وضع المرحلة الثانوية، الأثقل وزنًا من المرحلة الأولية، في الجزء الأوسع من المخروط الفرصة لأن تصبح أكبر حجمًا، ولكنه يحرك الجزء الخلفي من مركز الثقل، مما قد يتسبب في حدوث مشكلات في الثبات الحركي الهوائي أثناء الارتداد. ومن ثم يجب إضافة ثقل موازنة ساكن إلى المخروط الأمامي لتحريك مركز الثقل إلى الأمام.
ولتصغير حجم المرحلة الأولية بالقدر الكافي لتلائم الجزء الضيق من المخروط، يجب استبدال حمولتها الضخمة من المواد غير الحساسة شديدة الانفجار بـمواد شديدة الانفجار "حساسة" وأصغر حجمًا، والتي تكون أكثر خطورة في التعامل معها. وبذلك فإن النتاج الأعلى الذي يحققه الرأس الحربي دبليو88، وهو آخر رأس حربي جديد تنتجه الولايات المتحدة، له ثمن، وهو أن وزن الرأس الحربي أكبر والمخاطر الموجودة بمكان العمل أكبر.