تصميم السلاح النووي
لأسلحة النووية الحرارية الثنائية المراحل

المقالة الرئيسة: قنبلة هيدروجينية
الانشطار الكامل أو الاندماج المعزز المرفوع الكامل هي أسلحة يمكن أن تحدث تأثير على مئات الكيلوأطنان، وبذلك بفعل المواد القابلة للانشطار وبفعل بمادة التريتيوم أيضًا، ولكن حتى الوقت الحالي، الطريقة الأكثر فعالية لزيادة كفاءة السلاح النووي إلى ما بعد عشرة أو حتى إلى كيلو طن هي أخذها كمرحلة مستقلة ثانية، تُدعى بالمرحلة الثانوية.
في الأربعينات الميلادية، أعتقد مصمموا القنبلة النووية في مختبر لوس ألاموس الأمريكي بأن المرحلة الثانية ستكون بواسطة مادة الديوتيريوم بوضعها على هيئة مادة منصهرة أو على هيئة مركب الهيدريد. وهذا يجعل ردة فعل الاندماج النووي D-D، وهو أصعب من الحصول على D-T، لكنه أقل تكلفة. والقنبلة الذرية حينها ستتركز على جهة واحدة فقط مما يسبب اصصطدام وانضغاط يتسببان بسخونة الجهة القريبة وببداية التكاثر مع الجهة البعيدة. ولكن المحاكاة الرياضية برهنت على عدم إمكانية عمل هذه الطريقة حتى مع إضافة كميات كبيرة من مادة التريتيوم المكلفة ماديًا.
إن اسطوانه الغاز بكاملها تحتاج إلى ان تكون مغلفة بطاقة الانشطار النووي حتى يمكن ضغطها وتسخينها مثلما يكون الحال عند شحن الاداة الاضافية لزيادة القوة في المرحلة الأولية. إن تصميم الاسطوانه قد تم في يناير 1951 عندما اخترع ادوارد تيللر وستانيسلو اولاك الانفجار الاشعاعي. لما يقارب الثلاث عقود قد تم تسميتها ب تيللر اولام القنبلة الهيدروجينية.
لقد تم اختبار مفهوم الانفجار النووي لأول مره في شهر مايو 9 من عام 1951 في جورج شوت لعمليات المنازل الخضراء في مدينة إينويتوكوالتي انتج عنه 225 كيلو طن. ولكن الاختبار الشامل الأول قد تم في الأول من نوفمبر من عام 1952 في مايك شوت لعمليات اللبلاب في اينويتوكو والذي نتج عنه 10.4 ميجا طن.
في العلاج الإستفزازي بالأشعة، تصدر طاقة الأشعة السينية من الانفجار الأساسي الذي يقع ويتم احتوائه داخل قنوات إشعاعية معتمة التي تحيط بعناصر الطاقة النووية الثانوية. تتحول الاشعه إلى رغوة بلاستيكية بشكل سريع الذي كان يُعبئ القناة ويتحول إلى بلازما تميل إلى شفافة ثم إلى أشعة سينية، ويتم امتصاص الأشعة في الطبقات الخارجية من الدافع / المدك المحيط بالجزء الثانوي، الذي يُجتذ ويضغط بشكل هائل (أشبه بمحرك صاروخي داخلي خارجي) مما يتسبب في اندماج كبسوله الوقود إلى انفجار داخلي تماماً كالتجويف الرئيسي. كما في انفجار داخلي قابل للانشطار«الولاعة» يشتعل مركزها ويطلق حرارة تتسبب في دمج الوقود الذي يشتعل أيضاً. الانشطار والانصهار هما سلسلة من تبادل تفاعلات النيترونات مع بعضها بعضا وتدعم كفاءة تفاعل العنصرين. وتعزز قوة الدفع الأكبر من كفاءة الانشطار «الولاعة» نتيجة للتعزيز الناتج عن جمع النيترونات، وانصهار الانفجار نفسه يتسبب في حدوث انفجار أكثر وضوحاً ثانوي بالرغم من كونه أكبر بكثير من الرئيسي.
فعلى سبيل المثال، بالنسبة لاختبار ردوينغ موهاوك في 03 يوليو 1956م، يطلق على الثانوي مسمى فلوت وكان مرتبطاً بسوان الرئيسية. وكان يبلغ قطر الفلوت 15 انشاً (38 سم) وطوله 23.4 انش (59 سم)، أي تقريبا بحجم السوان لكن وزنه أكبر بعشرة اضعاف وينتج عنه 24 ضعف الطاقة (355 طن مقابل 15 كيلو طن)، وبنفس الأهمية، فإن المكونات النشطة في الفلوت لا تكلف أكثر من التي في السوان.
يحدث معظم الانشطار نتيجة استخدام النوع الرخيص من U-238، ويصنع التريتريوم في الموقع اثناء وقوع الانفجار. وتكون شمعة الاشتعال فقط «الولاعة» في محور الثانوية هي التي تكون قابلة للانشطار.
يمكن للثانوي الكروي أن يُحدث كثافات انفجارية أعلى من الثانوي الاسطواني، لاندفاع الانفجار الكروي في كل الاتجاهات نحو نفس المكان. ومع ذلك يتم إنتاج أكثر من مليون طن في الرؤوس الحربية، ويكون قطر الكروية الثانوية أكبر بكثير بالنسبة لمعظم التطبيقات. تعد الاسطوانة الثانوية ضرورية في مثل هذه الحالات. أما المركبات الصغيرة مخروطية الشكل التي تحتوي على رؤوس قذائف متعددة التي صُنعت بعد عام 1970م فقد مالت إلى رؤوس كروية ثانوية الشكل وتُنتج مئات الأطنان.
كما هو الحال زيادة الإنتاج، فإن فوائد التصميم النوويات الحرارية على مرحلتين عظيمة مما يقلل من مساؤئ عدم استخدامها، بمجرد اتقان الأمة لتقنية صناعتها.
ومن الناحية الهندسية، وقد يسمح الانهيار النووي بإستغلال عدة مميزات معروفة من مواد القنبلة النووية اللتي وحتى الآن لم تُطبق على أرض الواقع، وعلى سبيل المثال:
إن أفضل طريقه لتخزين الديوتيريوم (الهيدروجين الثقيل) بكثافة معقولة هي ربطه كيميائيا مع الليثيوم، ويعرف المركب بديوتيرايد الليثيوم. ويُعد النظير السادس لليثيوم ماده خام لإنتاج التريتيوم أيضاً، والقنبلة المتفجرة هي مفاعل نووي. ويحفظ الانفجار الإشعاعي بجميع الأشياء معاً مدة تكفي لتحول النظير السادس لليثوم إلى تريتيوم، يحدث كل ذلك في وقت انفجار القنبلة. ولذلك تسمح المواد المستخدمة لربط للديوتيريوم باستخدام تفاعل D-T fusion وهي الدورة اللتي يتم فيها تفاعل الاندماج من دون تخزين أي كمية من التريتيوم غير المصنع. ولا يتبقى من إنتاج التريتيوم أي شيء ويختفي.
وكي تنفجر الثانوية بالحرارة، الإشعاع الناتج عن البلازما المحيطة بها، يجب ان يظل بارد لأول جزء من الثانية، على سبيل المثال، يجب ان تغطى بطبقة هائلة وكبيرة من الإشعاع (حرارة حار). كبر الطبقة يسمح لها بان تضاعفها كمتدخل أو متلاعب، مضيفا لها زخم ومدة لتنهار. لايوجد مادة أفضل ومناسبة لكل من هاتين العمليتين أكثر من اليورانيوم-238 العادي والرخيص، والذي يتحمل أيضا الانشطار عندما يضرب بالنيترونات المنتجة بانشطار دي-تي.
هذا الغطاء، يسمى المهرب، لهذا له لهو 3 وظائف: الحفاظ على برودة الثانوي محافظ ثانوي للبرودة، ليحجزه ويخمده في حالة ضغط عالي، واخيرا ليزوده كمصدر رئيسي بالطاقة لكامل القنبلة. المهرب القابل للاستهلاك يجعل القنبلة قنبلة أكثر يروانيومية انشطارية من كونها قنبلة هيدروجينية انشطارية. المطلعون ابدا لايستخدموا مصطلح قنبلة هيدروجينية.
أخيرًا، فإن الحرارة التي تشعل الاندماج النووي لا تأتي من المرحلة الابتدائية بل تأتي من قنبلة المرحلة الثانوية، والتي تُسمى قابسة الشرارة، وهي جزء لا يتجزأ من المرحلة الثانوية. وانبجار (انفجار من الداخل) المرحلة الثانوية يتضمن قابسة الشرارة مما يتسبب في اشتعال الاندماج النووي حول المادة نفسها، ولكن قابسة الشرارة تستمر في اشتعالها حتى أن تستهلك كامل مادة النيترون الموجودة بكثرة، وهذا الشيء يزيد من قوة النووي بشكل كبير.
في البداية مرحله خلف سلاح قوه الدفع كان الرئيس ترومان 1950 وعد لبناء 10 ميغا طن من قنبله الهيدروجين كرَد من أمريكا على تجربة الاتحاد السوفيتي لأول قنبلة ذربة في كما في أمريكا الاستجابات إلى 1949 اختبار قنبله السوفيات لكن نتائج الاختراع تحول خارج لتكون أرخص وأكثر اندماج بعيد لبناء ذره صغيره منفجره جيده وكبيره منها. مسح أي معنى يميز بين قنبله أ وقنبله h وبين العزز والقفير. جميع أفضل التقنيات لإنشطارات وانصهارات الانفجار ادرجت إلى واحده شامله كامل مبدأ تصميم التحجيم. كل 6 انش (152 mm) قطر نواه قذائف المدفعية يستطيع أن يكون على مرحلتين نووي حراري.
في الخمسين سنة التي تلت ذلك، لم يبتكر أحد أي طريقة أفضل لبناء قنبلة نووية. فقد كان التصميم المفضل لدى كل من الولايات المتحدة، روسيا، المملكة المتحدة، الصين وفرنسا، القوى الخمس النووية الحرارية. أما الأمم النووية المسلحة الأخرى كإسرائيل، الهند، باكستان، وكوريا الشمالية، قد يكون لديها اسلحة احادية single-stage weapons وربما اقوى.