تصميم السلاح النووي
الكفاءة والحجم والأمان ووزن السلاح

نسبة المتفجرات النووية المنشطرة إلى كمية المتفجرات النووية الكلية تسمى "الكفاءة".
يؤدي انشطار 50 جرامًا من  235  U إلى إطلاق قوة تفجيرية تبلغ 1 كيلو طن. باستخدام قنبلة هيروشيما ، تم انشطار حوالي 650 جم  235  U ، أي جزء صغير فقط من إجمالي 64 كجم من اليورانيوم قد انشطرت وأدت الانفجار. يتم إطلاق ما تبقى من المتفجرات النووية في الغلاف الجوي ومع النشاط الإشعاعي نواتج الانشطار ، والنشاط الإشعاعي "الثانوي" الناتج عن النيوترونات ، يشكل السقوط الإشعاعي.
لذلك تحتوي القنابل الانشطارية على أكثر من الكتلة الحرجة المراد انشطارها من أجل توليد طاقة الانفجار الكافية والمطلوبة. ومع وجود كتلة أعلى بقليل من الكتلة الحرجة ، ستكون قوة الانفجار هامشية ؛ فمثلا مع كتلة 1.05 مرة من هذا ، يمكن توقع قوة انفجار تبلغ حوالي 100 طن.
مع مبدأ برميل البندقية البسيط ، تكون الكتلة القصوى الممكنة أقل بقليل من الكتلة الحرجة المزدوجة لجزئين . يجب أن يظل نصفي الكتلة الحرجة دون الحرج قبل الانفجار لمنع الحوادث الإشعاعية والانفجار المبكر دون الخرج ، المعروف باسم الاحتراق. وبالتالي ، فإن الحجم الأقصى للقنابل الانشطارية النقية على أساس مبدأ المدفع البسيط (قنابل اليورانيوم) يكون مقيدًا بالكتلة دون الحرجة القصوى المكونة من جزئين أو ثلاثة أجزاء من المواد الانشطارية.
يمكن أيضًا دمج أكثر من ثلاثة براميل مدفع من أجل إطلاق المزيد من أجزاء الشحنة على بعضها البعض. ومع ذلك ، فإن هذا مرتبط بجهد متزايد بشكل كبير للاشتعال المتزامن لعبوات الوقود ومشكلة التزامن ، حيث يجب أن يكون الجمع بين جميع أجزاء الشحنة دقيقًا للغاية من أجل المساهمة فعليًا في زيادة القوة التفجيرية .
مع مبدأ الانفجار المنهار الداخلي ، يتم ضغط المواد الانشطارية بشكل إضافي. هذا يقلل من الكتلة الحرجة وبالتالي يمكن زيادة الحرجية وكفاءات أفضل. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحسين الترتيب الكروي هندسيًا. ولكن هناك أيضًا حدود ، حيث لا يمكن استخدام المتفجرات الكيميائية لأي ضغط مرغوب ويجب أن تكون الكتلة دون الحرجة موزعة مسبقًا. بالإضافة إلى ذلك ، إنها مهمة شاقة من حيث "تقنية التفجير" لتنفيذ الضغط بشكل كروي متجانس ولحظيا قدر الإمكان. بالإضافة إلى الشكل الكروي ، فقد اختبرت أيضا الأسطوانات المجوفة والأشكال الأخرى المعروفة تقنيًا.
هذه في النهاية ميزة أمان مهمة لمبدأ الانفجار الانهياري الداخلي للوقود. من أجل إحداث انفجار نووي ، يجب إشعال المادة الكيميائية المتفجرة الموجودة على غلافها الخارجي في عدد كبير من النقاط في وقت محدد بحيث تمتد مقدمة الانفجار من الخارج باتجاه الشحنة الأساسية إلى الداخل من أجل ضغطها. إذا تم تفجير الجهاز المتفجر في نقطة واحدة فقط "نتيجة لحادث" ، فإن الانفجار الكيميائي يحدث وحده وتتلوث البيئة بالمواد الانشطارية التي تنطلق وتنتشر .
نظرًا لأن واجهة الانفجار عادةً ما تكون محدبة بعيدًا عن نقطة الاشتعال ، فغالبًا ما تُستخدم طبقات من المتفجرات المختلفة بسرعات انفجار مختلفة لتشكيل جبهة الانفجار بطريقة تحقق الضغط المطلوب للمادة الانشطارية. بينما كانت الأنظمة السابقة تعتمد على الاشتعال المتزامن في جميع النقاط المحددة ، فإن الأنظمة الحديثة تتضمن انحرافات متعمدة يجب تعويضها بأوقات اشتعال مختلفة قليلاً لأجهزة الإشعال الفردية. يتم إدخال هذه الفروق الزمنية في إلكترونيات السلاح فقط من خلال الرموز المقابلة عندما يكون الاستخدام مصرحًا به (ما يسمى "ارتباط الإجراء المسموح به"). ونتيجة لذلك ، تقل مخاطر سرقة الرأس الحربي أو فقده أو استخدام الأسلحة في انتهاك للأوامر ، لأن محاولة التفجير غير السليم لا تنجح.
يتم تحديد الحجم الأقصى للسلاح بشكل أكبر من خلال المناولة العملية والتعامل مع السلامة. في الممارسة العملية ، تستخدم أسلحة الانشطار ومفجرات القنبلة الهيدروجينية معززات وكميات صغيرة من مواد الاندماج داخل الكتلة الانشطارية الحرجة. تتسبب النيوترونات المنبعثة أثناء الاندماج في حدوث انفجار "أكثر سخونة" ، وبالتالي تزداد كفاءة السلاح من خلال الاستخدام الأفضل للمواد الانشطارية. يتم تحقيق طاقات انفجار أعلى باستخدام أسلحة متعددة المراحل مثل القنابل الهيدروجينية.