核武器设计方案

核反应

核裂变将重原子核分裂为轻一些的原子核，而核聚变则是将轻的原子核聚在一起形成更重的原子核。这两种反应都可能释放出超出化学反应数百万倍的能量。根据一份法国专利提供的数据，核武器的威力比非核武器强大数百万倍。
从某种意义上说，裂变和聚变是相反的又互补的两种反应。为了理解核武器是如何设计的，我们首先要明白裂变和聚变的相似之处和不同之处。下面的解释使用了近似的数字

枪式核弹

在广岛爆炸的核弹小男孩使用了64千克的铀，其中80%（大约51千克）为铀-235，已经达到未封装情况下的临界质量。如果考虑到外面还要封装一层中子反射器，64千克已经超出了临界质量的两倍。在爆炸前，铀-235被分成了两块低于临界质量的部分，其中的一块会被以类似枪械弹丸发射的方式击中另一块，从而引发爆炸。大约只有1.5%的铀发生了裂变，而余下的部分散布在了地面上，没有任何用处。而这些铀-235消耗了橡树岭的巨型工厂在整个战争期间大部分产量。
这种低效率是由于没有被压缩的铀在裂变时迅速的膨胀，随后由于密度变低变得低于了临界质量。由于这个设计需要使用细长的枪管，这种设计被装在了小直径的矩形弹壳中。这种核弹在美国一直部署到了1992年，消耗了美国兵工厂中大部分的U-235。由于枪式核弹的低生产量和其危险性，同时为了满足限制核武器数量的条约，这些核弹被首先拆除。

内爆式核弹

在长崎爆炸的核弹胖子，使用了6.2千克钚-239，体积大约350毫升。这仅仅是未封装球形情况下的临界质量的39%。由于核装药由铀-238包裹并充当中子反射层，核装药接近了临界质量。核装药的周围均匀的放置了常规炸药，而这些炸药将在爆炸时同时起爆，引起内爆。内爆使得钚被强烈压缩密度增加，达到了临界质量并开始链式反应。内爆由多个起爆电桥线形雷管触发。根据估计，大约只有20%的钚发生了裂变，而剩下的近5千克钚散布在地面上。

内爆时产生的冲击波仅持续很短的时间，只有一部分的核装药在冲击波经过的一瞬间被压缩
。为了增强内爆效果，可以将低密度金属（如铝、铍或者是两种金属的合金，选用铝是因为它很容易安全的变形，而选用铍是因为他的中子反射性）制成中间层，放置在爆炸物和反射层之间。这样，一部分的冲击波会被反射回去，而冲击波的作用时间就加长了。胖子核弹使用了铝制成的中间层。
胖子核弹的高效率是因为大量的U-238填充物。尽管U-238不发生裂变，在内爆发生后，这层填充物会带有向内的动量。虽然钚的链式反应会使钚膨胀并最终停止反应，膨胀首先需要克服内爆产生的动量。虽然仅仅将核装药多保持在一起仅仅几百纳秒，核弹的效率却因此而增加。

钚核装药

内爆核武器的核心是裂变物质与周围包裹的中子反射层，这被称为核装药。在一些20世纪50年代的核测试中，核装药分别测试了仅仅使用铀-235、使用铀钚合金等等情况。 但是纯钚的核装药是体积最小的，因此从60年代早期开始，使用纯钚作为裂变武器的主要核装药成为了制造核弹的标准。但是，也有某些使用高浓缩铀（HEU）的部件仍在一些裂变装置中被使用，以从不同的方面来提高核武器的性能或降低成本。
由于钚有毒，而且还有许多同素异形体（参见钚的同素异形体，铸造、加工钚成为一项艰巨的任务。当钚冷却时，相变会使钚变形甚至裂开。这种变形可以通过添加3-3.5%摩尔分数（0.9-1%质量分数）的镓以形成钚镓合金来解决，使得δ相可以占据一个很宽的温度范围。当钚镓合金从熔化状态冷却时，相变将会从ε相转变为δ相，而不会经过四个相变。理论上也可以使用其他的三价金属，但是由于镓的中子吸收截面很小，同时也能保护钚不受腐蚀，通常都使用钚镓合金。但是钚镓合金的缺点是镓自己会被腐蚀，因此如果如果想将从拆除的核武器中提取的钚转化为二氧化钚用于发电核反应堆时，很难从中去除镓。
由于钚的化学性质活泼，通常会将制成的核装药镀上一层薄薄的惰性金属。这层镀膜还可避免钚的毒性危害。第一枚核弹使用了银镀膜，随后，使用蒸汽镍镀膜，但是现在，通常使用金。钚部件的机械加工过程总是需要在惰性气体的保护下进行。

悬浮核装药

对胖子核弹的第一个改进是在填充物与核装药之间留下一层空间，这样可以产生一种类似于锤子敲钉子的效果。核装药被放在填充物的空洞中，由一个锥体支撑，被称为是悬浮的。1948年，三次沙石行动的实验使用了悬浮核装药的胖子核弹设计，最大的一枚达到了4.9万吨当量，比未悬浮的胖子核弹两倍还多。
随后。内爆法被确认为是裂变核武器的最佳设计。它唯一的缺点是直径太大了。胖子核弹的直径是1.5米，而小男孩只有60厘米。11年后，在成功的改进了内爆发设计之后，原子弹长仅需60厘米、直径仅需30厘米。
胖子核弹中的钚-239核装药的直径仅有9厘米，一个垒球大小。胖子的巨大体积主要是由于它采用了内爆机制，有一层层同心的球面，包括铀-238、铝、以及高爆炸药。降低半径的关键是采用两点式内爆设计。

两点线性内爆

一个非常低效的设计是用最小的压缩简单的将一个卵形压缩成球形，在使用线性内爆的核弹中，核装药被装入一个两端装有高爆炸药的圆柱形容器。核装药为未填塞的实心的钚-239，并将其拉伸，其质量需要超过球形时的临界质量。爆炸将核装药的两端向内推，使其变成球形，从而使得核装药达到临界质量。冲击波可能还会使钚从δ相变成α相，即使没有内爆带来的向内的动量，钚的密度就可以增加23%。虽然内爆压力不足使得这种设计方案效率较低，但是它结构简单，半径也非常小，从而可以将它装在炮弹中或者手提箱核弹中。
不论是枪式的U-235核弹还是线性内爆的钚-239核弹的当量都很低，而且需要很多裂变物质使得核装药的直径达到15到25厘米。

两点中空核装药内爆

更有效的两点式内爆系统使用了两块高爆炸药和一个中空的核装药。
1945年设计胖子核弹时，其实已经考虑了中空核装药的设计，但是那时没有足够的时间来生产这种内爆系统并进行测试。由于紧迫的时间限制，人们认为简单的实心核装药设计将更为可靠，但是该设计需要大量U-238作为填充物，一个非常厚的铝壳来延长内爆冲击波的作用时间，此外还需要三吨重的高爆炸药。战后，人们又重新开始考虑中空的核装药设计。显然，中空的钚可以在内爆发生时发生变形，向内部空洞挤压，和实心核装药设计相比可以带来更大的向内的动量。中空核装药自身就可以完成部分填充物的作用，这样就不需要那么多的U-238填充物、不需要铝壳缓冲，也减少了对高爆炸药的需求量。
胖子核弹包含有两层同心的球形高爆炸药，每层都有25厘米厚。内爆由内层的炸药驱动，而外层的炸药包含有32个爆炸透镜，这些透镜排成足球形，每一个都可以将他们的爆炸物的冲击波转换为凹形的波，以和内层炸药的轮廓匹配。如果这32个爆炸系统可以用两个替代，那么高爆炸药球可以变成一个椭球形，而半径也将大大缩小。
对于这两个特点，1956年瑞典核武器计划（在能够进行爆炸测试前就中止了）中的一张图可以很好的表现出来。这幅图显示了两点式中空核装药设计的基本特征：
在一些从战后德国核弹计划中解密的文献中展示了类似的示意图，这个计划也被中止了；此外还有法国的计划。法国的计划最终建造了一个核武器军工厂。
在瑞典武器计划中并没有提到他们要使用的爆炸透镜的原理。胖子核弹上使用的标准的爆炸透镜使用了快速和慢速的炸药，如果要能够产生凹形冲击波以包住整个半球，这个透镜要么非常长，要么需要将一部分炸药产生的冲击波的速度降到很低。如果使用一个金属盘，让它在爆炸后变形，并由冲击波推动它穿过一段空间，他的速度可以被设计得足够慢。使用了这个技术以后，一个两点式的的内爆系统可以不超过其直径的两倍，如同瑞典示意图所示。

级间结构

在一个二阶段热核武器中，初级核弹的能量会影响次级核弹，这种在初级和次级之间的基本的能量传输调节结构被称为级间结构。这个结构可以保护因次级聚变燃料加热过快而导致其在裂变和聚变开始前就因为热膨胀而爆炸。
在公开文献中，很少有关于级间结构的信息。在一份美国政府向公众开放的关于可靠性替换核弹头计划的文档中，这个名词首先以一个图片的标题出现。在文档中指出，新的核弹设计如果成功，将会代替级间结构中有毒的、易碎的材料以及昂贵的专门材料。文档中的这个表述意味着在以往的级间结构可能使用了铍来调节初级核弹中的中子流量，也可能使用了一些能够吸收并重新辐射X射线的材料。关于级间结构使用的材料也有一些推测，据称这种代号可能为“FOGBANK”的材料可能是一种气溶胶，很可能掺入了铍或其他物质。
级间结构和次级核弹被一起封装在不锈钢薄膜中，以形成罐装子装配模块，对于这个模块从来没有任何公开的描绘。
 
对于级间调节最详细的描述是一枚英国的热核武器示意图，在初级和次级核弹之间仍有许多物体。他们被标记为“中子聚焦透镜和顶盖”、“反射器/中子枪架”、和“反射器包装”。最初的这张图由绿色和平组织放在互联网上，正确性无法保证，也没有相应的说明。

特定设计

尽管每种核武器都可以归为以上三种类型之一，在新闻中和公众讨论中也经常会提到下面的一些特别的设计，但是这些设计的名字不一定能正确地描述它们的工作原理和用途。例如：

氢弹

现代核武器都需要在某种程度上使用了D-T聚变反应。即使是纯裂变核弹，其中的中子源仍然是一个包含有微量氚和氘的高电压真空管。然而，在大众观念中，氢弹是一种数百万吨当量的核弹，要比在广岛投下的小男孩核弹威力大上千倍。实际上，这样高当量的核弹是一种二阶段热核武器，需要通过使用铀裂变来达到所需要的当量，而其能量的主要来源是裂变。
氢弹的设想最早于1949年为公众所注意，此时，一些卓越的科学家们公开的表示反对制造比纯裂变核弹威力更大的核武器。他们的反对意见出于道德和实践的考虑。而另一些科学家认为，裂变核弹的体积受到临界质量的限制，无法做得更小，而聚变则没有任何临界质量的限制。1949年，苏联进行了第一次核试验，爆炸了第一颗原子弹，随后，总统杜鲁门要求洛斯阿拉莫斯的科学家制造一枚威力更大的核弹，从而结束了对是否制造氢弹的争论。1952年，在常春藤行动中，代号为Mike的核试验爆炸了一颗10.2兆吨的氢弹，这被认为是第一次氢弹的测试，也加强了公众认为氢弹比原子弹（纯裂变核弹）威力强上千倍的想法。
1954年，奥本海默 被认为是氢弹的反对者。公众不知道其实有两种类型的所谓氢弹（其实没有任何一种可以用氢弹来准确的描述）。5月23日，当他的安全许可被撤销时，在四个公众调查中有三个结果都认为他“领导了氢弹计划”。实际上在1949年，奥本海默领导了单阶段的聚变增强裂变弹的设计，以在钚和氚的生产中取得平衡，同时最大化核弹的威力。而他在1951年以前一直反对二阶段热核武器的想法，直到辐射内爆使得这个想法变得可行。他的职位的复杂性使得这些内幕一直到1976年才为公众所知，此时他已经去世9年。
二十世纪六十年代，在洲际导弹替换了战略轰炸机以后，大多数的百万吨级核弹都被导弹核弹头所代替。这些核弹头依然是二阶段核弹设计，当量降至最多一百万吨。

闹钟

对于裂变和聚变的共生关系的共生关系的探索始于二十世纪四十年代的一个核武器设计。在这个设计中，裂变燃料和聚变燃料分成薄层交替的混合起来。作为一个单阶段核武器，它应该是一个聚变增强裂变的一个不甚合理的设计。在开发二阶段热核武器的次级核弹时，这个设计方案才变得可行。
而这个设计在美国被命名为闹钟，其实这仅仅是一个没有任何意义的代号。苏联的名字略有描述性，Sloika，是一种层状的蛋糕，在相关苏联核武器发展史的中文文献中通常被翻译成“千层饼”。1953年8月12日，苏联测试了一颗单阶段的苏联Sloika核弹。而在美国，这个设计的单阶段核弹从未测试过，但是在城堡行动的核武器测试中，于1954年4月26日代号为Union的核实验爆炸了一颗二阶段热核武器，武器代号为闹钟。试验在比基尼环礁举行，当量为6.9兆吨。
由于苏联的Sloika试验中最早使用了氘化锂-6，而美国在8个月后的1954年3月1日的Bravo核试验才第一次测试这种材料，有人声称苏联最先制造了氢弹（1952年，美国的Mike核试验使用了液态的氘作为次级核弹的聚变燃料，同时采用了D-D聚变反应）。然而，第一次苏联使用辐射内爆来爆炸次级核弹已经是1955年11月23日的事了，比Mike核试验晚了3年，而辐射内爆才是所谓的氢弹的本质特征。

干净炸弹

在1954年3月1日，美国进行了当时最大的核爆测试。这次测试属于城堡行动，代号为Bravo。当时，在比基尼环礁引爆了一颗当量为一千五百万吨的核弹。核弹引起的放射性尘埃可以迅速致死，这些尘埃散布在6000平方英里的太平洋海面上。 马绍尔群岛的居民和日本渔民因辐射而受伤甚至死亡（参见第五福龙丸事件）使得氢弹中使用了裂变材料这个秘密为公众所知。
为了应对公众对放射性尘降的恐慌，美国政府决定设计一种干净的核弹。这种核弹的威力仍然十分巨大，能够达到数百万吨当量，而释放的能量几乎仅仅依靠聚变。由于以前的大当量热核武器使用了裂变材料制成反射层，其裂变作为主要的能量来源，这种干净的核弹为了达到同样的当量就需要非常巨大的体积。在这种情况下，以次级核弹做为初级的第三个阶段被加入到核弹中。这枚核弹被命名为低音管。在红翼鸫行动中，代号Zuni的核试验测试了这枚核弹。这次核试验于1956年5月28日在比基尼环礁举行。在这枚核弹中，所有的铀都用铅来代替，当量为三百五十万吨。85%的能量都来自聚变，另外的15%的能量来自裂变。在公开的核试验结果中，聚变能量提供能量的比例最高的几次是红翼鸫行动中代号为Navajo的核试验，95%的能量都来自核聚变，压缩饼干行动中代号为Poplar的核试验，95.2%的能量来自核聚变，以及沙皇炸弹，97%的能量来自核聚变。
7月19日，原子能委员会主席Lewis Strauss说，干净的核弹“从人道主义的角度来说...非常重要”。然而，在两天以后，低音管核弹的辐射版本在红翼鸫行动中的Tewa核试验中引爆。这枚核弹的当量是5百万吨，87%的能量来自裂变。这枚核弹的威力被刻意的降低了，以使放射性尘埃降落在一个很小的区域内。这枚核弹后来列装，称为Mk-41核弹。这枚核弹有三个阶段，当量两千五百万吨，由空军的轰炸机携带，但是从来没有满当量测试过。
因此，大当量的干净核弹其实仅仅是出于对公共关系的考虑。实际部署的核弹仍然是放射性的，以使同样大小的核弹拥有最大的威力。

钴弹

这是一种幻想出来的末日炸弹，来自内尔·舒特的小说海滩上。这本小说1959年改编成电影海滩上。在小说中，钴弹是一种使用钴作为外壳的氢弹。被中子激活的钴可以通过放射性尘埃最大化对环境的破坏。这些炸弹的想象在1964年的电影奇爱博士以后变得更为流行。在电影中，加入核弹的元素被称为“钴-钍 G”。
这种“加料”核弹曾经应美国空军的要求被严肃的研究过，很可能曾经制造并测试，但是最终没有列装。在1964版的国防部原子能委员会的《核武器的影响》一书中，一个题目为“放射学战争”的章节澄清了这个问题 。裂变产物和中子激活的钴一样具有致命的效果，因此标准的高裂变热核武器实际上已经是一种放射性的核武器，不需要添加钴。
在爆炸开始时，一枚同样大小裂变-聚变-裂变核武器中聚变产物中的γ射线要远远比钴-60强；一小时后，要强15000倍；一周后，要强35倍；一个月后要强5倍；而六个月时才大致相等。随后，裂变尘埃的放射性迅速下降，在一年后，钴的放射性是放射性尘埃的8倍，5年后是150倍。裂变产物中长寿命的放射性同位素会使得尘埃的放射性在75年以后再次超过钴-60。

裂变-聚变-裂变弹

1954年，为了解释氢弹中产生的大量的裂变产物放射性尘埃，Ralph Lapp使用名词裂变-聚变-裂变来描述它所谓的三阶段热核武器。他的描述是正确的，但是他所选用的名词在公开文献中造成了误解。核武器中所谓的阶段并不是裂变、聚变、裂变，而是初级核弹、次级核弹、甚至第三极核弹。每一级都使用了裂变、聚变、裂变。

可靠的替换核弹头

1989年，位于科罗拉多州的生产核装药的洛基平地工厂由于环境原因而被关闭。自此以后，美国没有生产过任何核弹头。两年以后，冷战结束，核弹的生产线除了检修就被闲置了。
美国国家核安全局提出了一个建造新的核装药工厂并开通生产线，以生产一种新的可靠的替换核弹头。这种核弹头采用了如下的两个改进使其更为安全：重新使用不敏感高爆炸药以防止偶然地爆炸；不使用有毒的材料，如铍等等，以减少对人和环境的危害。由于这种核弹不能使用任何核试验，它无法使用新的未经测试的设计。

爆炸测试

核武器在很大程度上是通过试错法设计出来的。实验经常需要试爆原型设计。
核武器爆炸的过程中，在很短的时间内就会有数量巨大的事件以不同的概率在核弹的封装内发生，聚集成一股短期的混沌的能量流。为了近似的模拟这种情况，需要使用非常复杂的数学模型，而在二十世纪五十年代，计算机的能量还不够强大，无法模拟这些数学模型，即使当今的计算机和仿真的软件的能力也不够。
适合库存可靠的核武器很容易设计出来。只要试验原型工作正常，它就可以武器化并大量地生产。但是理解实验的原型为什么能够工作正常或者失败就是一个困难的问题了。在核弹引爆到爆炸以前的短短时间内，设计人员会得到尽可能多的数据，并用这些数据来校正他们的模型。通常需要向模型的方程式内添加虚变量，以使仿真与实验数据吻合。他们也需要分析放射性尘埃中的核武器残渣，以看出发生了多少可能的核反应。

光导管

诊断用光导管是测试分析核武器的重要工具。测试设备中的探针可以通过加热一个金属盘至白炽化来传输信息，而事件可以在一个很长、很直的导管的远端记录下来。下面这张图片展示了于1954年3月1日在比基尼环礁引爆的核弹Srhimp。这次核试验的代号为Bravo，是城堡行动中的一环。核弹的当量为1500万吨，是美国当时的最大的一枚核弹。图片中一个人的剪影用以显示核弹的大小。核弹在底部的两端支撑。看起来像是支撑的光导管从爆炸室的天花板插入。右端的8根光导管（1）送出了初级核弹爆炸的信息，中间的两根光导管（2）记录了初级核弹产生的X射线到达次级核弹附近的辐射通道的时间。最后的两根导管（3）显示了辐射到达辐射通道远端的时间，而（2）和（3）的时间差就是通道的辐射传输时间。通过爆炸室以后，光导管变成水平的，并沿着比基尼暗礁上修建的通路传递了2.3千米，到达一个在Namu岛上修建的遥控数据数据掩体 。
X-射线在低密度材料中一般一光速传播，而图中所示（2）（3）之间的传输通道中填充的泡沫塑料就是这种低密度材料。而在引爆初级核弹时的强大辐射会在传输通道中造成一种相对的不透明的辐射波阵面，会像水面上慢慢移动的木头一样延缓辐射能量的传递。在次级核弹被辐射导致的烧蚀所压缩的时候，初级核弹的中子就会追上X-射线，射入次级核弹，通过前面介绍的生产氚的核反应为聚变提供氚。这种锂-6和中子的反应会释放出5兆电子伏特的能量，然而此时火花塞还没有被压缩，也因此没有达到临界质量，因此不会发生明显地裂变和聚变。但是如果足够的中子在次级核弹内爆完成前到达，会产生很关键的温度区别。这被认为是Livermore的第一个热核武器设计失败的原因。这个设计的名字是Morgernster，在城堡行动中代号为Koon的核试验中引爆，试验时间是1954年4月7日。
这些时间上的问题都是通过对光导管的数据分析所得的。通过这些数据修正的数学仿真被称作辐射流体力学代码，或者是通道代码。他们可以用来预测以后修改设计所产生的效果。
在已经公开的记录中还不知道Shrimp核弹中使用的光导管有多么成功。数据掩体处于一英里宽的弹坑之外，但是爆炸的当量达到了1500万吨，是估计的2.5倍，爆炸的冲击波吹飞了掩体20吨重的门，穿越了掩体的内部。最近的人处在32英里之外的掩体中，掩体没有被破坏。

尘降分析

城堡行动中的Bravo核试验中最有趣的数据是对放射性尘中的核武器残骸的放射性化学分析。由于缺少浓缩的锂-6，Shrimp的次级核弹中60%的锂是普通的锂-7，不会像锂-6那样容易地提供氚。但是锂-7也确实可以像锂-6那样提供氚，射进去一个中子，射出两个中子。这个事情为人所知，只是不知道事件的概率。根据对尘埃的分析，这个概率还是相当大的。
尘降分析告诉核武器设计人员通过这种核反应，Shrimp的次级核弹提供的氚要比可以提供比预计仅仅通过锂-6生成氚多2.5倍。氚增多了，导致聚变的当量、中子量、以及裂变的当量都相应的增加了。
如上所述，Bravo的尘降分析第一次告诉世界，热核炸弹的主要能量来源仍然是裂变而不是聚变，一艘日本渔船第五福龙丸号上在返航途中甲板上覆盖了许多放射性尘埃，从而使得日本和其它敌方的科学家可以检测到大多数放射性尘埃都来自U-238的裂变，裂变由聚变产生的14兆电子伏特的中子触发。他们随后公布了检测的结果。

地下测试

城堡行动中Bravo核试验使得全球对放射性尘埃产生了警惕性，最终导致核武器测试转入地下。美国最后一次的地面核武器测试于1962年11月4日在约翰斯顿岛上举行。在以后的30年，直到1992年9月23日，美国平均每个月在进行2.4次地下核试验，几乎所有都在拉斯维加斯西北的内华达测试场举行。
由于核武器爆炸导致的放射性的地下弹坑会使地表的土地塌陷，内华达测试场的丝兰平地部分布满了这种弹坑。
在1974年签署核武器测试限制条约以后，地下爆炸的当量被限制在15万吨以下。因此像W88这种50万吨级的核弹头无法在满当量的情况下测试。由于初级核弹必须满当量爆炸以产生次级核弹内爆的数据，只能通过减少次级核弹的当量来达到这一目的。通过将氘化锂-6替换为氢化锂-7，聚变需要的氚大量减少了，因此总当量在内爆动力没有改变的情况下减小了。设备的工作情况可以通过光导管、其他的传感器以及分析核武器残骸来得出。装备的核武器的总当量可以通过外插法得出。

生产工厂

二阶段热核武器在二十世纪五十年代已经成为标准设计，这种武器设计决定了美国核武器生产工厂的广泛的布局。
由于初级核弹直径可能非常巨大，钚因其有更小的临界质量，它成为制造核装药的裂变材料，而铍作为中子反射镜。1952年，科罗拉多州的洛基平地工厂建成，以生产核装药，也因此称为钚和铍的制造工厂。
田纳西州橡树岭的Y-12工厂曾经为曼哈顿工程生产提纯铀，它被重新设计以生产次级核弹。由于U-235的临界质量较大，它被用来生产火花塞，而且火花塞在早期的核弹中被制成了圆柱形。早期实验使用了两种裂变材料，钚铀合金制成核装药和火花塞，而为了降低重量，最后使用钚做初级核弹装药，铀制作次级核弹的火花塞和推动层。Y-12工厂也生产氢化锂-6聚变燃料和U-238零件，次级核弹的其它两种成分。
1952年建成的南卡罗来那州塞芬拿河工厂通过核反应堆将U-238转换为核装药需要使用的钚-239，也将Y-12工厂生产的锂-6转化为聚变增强弹中使用的氚。由于核反应堆使用重水做减速剂，它也制作Y-12工厂制造氘化锂-6所使用的氘。

核弹头安全设计

由于低当量的核弹头也拥有毁灭性的破坏能力，武器设计人员永远需要考虑到需要使用某种方式和操作流程以避免偶然地爆炸。