Během doby, která uplynula od prvního testu v Alamogordu, zahřměly tisíce výbuchů štěpných náloží, v každé z nich byly získány cenné znalosti o zvláštnostech jejich fungování. Tyto znalosti jsou podobné prvkům mozaikového plátna a ukázalo se, že „plátno“je omezeno fyzikálními zákony: kinetika zpomalení neutronů v sestavě omezuje zmenšování velikosti munice a jeho síla a dosažení uvolnění energie výrazně přesahující sto kilotun je nemožné kvůli jaderné fyzice a hydrodynamickým omezením přípustných rozměrů podkritické sféry. Ale stále je možné učinit munici silnější, pokud spolu s štěpením funguje jaderná fúze.
Největší vodíkovou (termonukleární) bombou je sovětská 50 megatonová „carská bomba“, odpálená 30. října 1961 na testovacím místě na ostrově Novaya Zemlya. Nikita Chruščov žertoval, že to původně mělo odpálit 100megatonovou bombu, ale náboj byl snížen, aby se v Moskvě nerozbilo všechno sklo. Na každém vtipu je něco pravdy: strukturálně byla bomba navržena pro 100 megatonů a této síly bylo možné dosáhnout jednoduchým zvýšením pracovní tekutiny. Rozhodli se omezit uvolňování energie z bezpečnostních důvodů - jinak by byla skládka příliš poškozená. Produkt se ukázal být tak velký, že se nevešel do pumovnice nosného letounu Tu-95 a částečně z něj vyčníval. Navzdory úspěšnému testu bomba nevstoupila do služby; nicméně vytvoření a testování superbomby mělo velký politický význam, což ukazuje, že SSSR vyřešil problém dosažení téměř jakékoli úrovně megatonnage jaderného arzenálu.
Štěpení plus fúze
Těžké izotopy vodíku slouží jako palivo pro syntézu. Když se sloučí jádra deuteria a tritia, vytvoří se helium-4 a neutron, energetický výtěžek je v tomto případě 17,6 MeV, což je několikrát vyšší než při štěpné reakci (na jednotku hmotnosti reagencií). V takovém palivu za normálních podmínek nemůže dojít k řetězové reakci, takže jeho množství není omezeno, což znamená, že uvolňování energie termonukleárního náboje nemá žádnou horní hranici.
Aby však mohla fúzní reakce začít, je nutné sblížit jádra deuteria a tritia k sobě, a tomu brání síly Coulombova odpuzování. Abyste je překonali, musíte zrychlit jádra směrem k sobě a tlačit na ně. V neutronové trubici je během stripovací reakce vynaloženo velké množství energie na urychlení iontů vysokým napětím. Pokud ale zahřejete palivo na velmi vysoké teploty miliónů stupňů a udržíte jeho hustotu po dobu nezbytnou pro reakci, uvolní energii mnohem více, než kolik bylo vynaloženo na vytápění. Právě díky tomuto způsobu reakce se zbraním začalo říkat termonukleární (podle složení paliva se takovým bombám říká také vodíkové bomby).