تصميم الأسلحة النووية

عندما يصطدم نيوترون حر بنواة ذرة قابلة للانشطار مثل اليورانيوم-235 ( ^235U )، تنقسم نواة اليورانيوم إلى نواتين أصغر تُسميان شظايا الانشطار، بالإضافة إلى المزيد من النيوترونات (في حالة ^235U ، يكون معدل الانشطار ثلاثة نيوترونات تقريبًا كما هو الحال في حالة اثنين؛ بمعدل أقل بقليل من 2.5 نيوترون لكل انشطار). يمكن أن يكون تفاعل الانشطار المتسلسل في كتلة وقود فوق حرجة مستدامًا ذاتيًا لأنه يُنتج فائضًا كافيًا من النيوترونات لتعويض فقدان النيوترونات المتسربة من الكتلة فوق الحرجة. تمتلك معظم هذه النيوترونات السرعة (الطاقة الحركية) اللازمة لإحداث انشطارات جديدة في نوى اليورانيوم المجاورة. ^{[ 5 ]}

يمكن أن تنقسم نواة اليورانيوم-235 بعدة طرق، بشرط أن يكون مجموع العدد الذري 92 ومجموع العدد الكتلي 236 (اليورانيوم-235 بالإضافة إلى النيوترون الذي تسبب في الانقسام). توضح المعادلة التالية أحد الانقسامات المحتملة، وهو إلى سترونتيوم-95 ( ^95Sr ) وزينون-139 ( ^139Xe ) ونيوترونين (n)، بالإضافة إلى طاقة: ^{[ 6 ]}

${\displaystyle \ {}^{235}\mathrm {U} +\mathrm {n} \longrightarrow {}^{236}\mathrm {U} ^{*}\longrightarrow {}^{95}\mathrm {Sr} +{}^{139}\mathrm {Xe} +2\ \mathrm {n} +180\ \mathrm {MeV} }$

تبلغ الطاقة المنبعثة فورًا لكل ذرة حوالي 180 مليون إلكترون فولت (MeV)، أي ما يعادل 74 تيرا جول/كجم. 7% فقط من هذه الطاقة عبارة عن إشعاع غاما وطاقة حركية لنيوترونات الانشطار. أما النسبة المتبقية البالغة 93% فهي طاقة حركية (أو طاقة حركة) لشظايا الانشطار المشحونة، التي تتنافر فيما بينها بفعل الشحنة الموجبة لبروتوناتها (38 تيرا جول للسترونتيوم، و54 تيرا جول للزينون). تبلغ هذه الطاقة الحركية الأولية 67 تيرا جول/كجم، مما يمنحها سرعة ابتدائية تبلغ حوالي 12000 كيلومتر في الثانية (أي 1.2  سم لكل نانوثانية). تتسبب الشحنة الكهربائية العالية للشظايا المشحونة في العديد من التصادمات غير المرنة مع النوى المجاورة، وتبقى هذه الشظايا محصورة داخل حفرة الانشطار في القنبلة حتى تتحول طاقتها الحركية إلى حرارة . بالنظر إلى سرعة الشظايا ومتوسط ​​المسار الحر بين النوى في مجموعة الوقود المضغوط (لتصميم الانفجار الداخلي)، فإن هذا يستغرق حوالي جزء من مليون من الثانية (ميكروثانية)، وبحلول ذلك الوقت يكون قلب القنبلة وغلافها قد تمددا إلى كرة من البلازما يبلغ قطرها عدة أمتار ودرجة حرارتها عشرات الملايين من الدرجات المئوية.

هذه الحرارة كافية لإصدار إشعاع الجسم الأسود في طيف الأشعة السينية. تمتص هذه الأشعة السينية بواسطة الهواء المحيط، مما ينتج عنه كرة اللهب وانفجار الانفجار النووي.

تحتوي معظم نواتج الانشطار على عدد كبير جدًا من النيوترونات، مما يجعلها غير مستقرة، وبالتالي تصبح مشعةً بفعل تحلل بيتا ، الذي يحول النيوترونات إلى بروتونات عن طريق إطلاق جسيمات بيتا (إلكترونات) ونيوترينوات وأشعة غاما. تتراوح أعمار النصف لهذه النواتج من أجزاء من الثانية إلى حوالي 200,000 سنة. يتحلل العديد منها إلى نظائر مشعة، لذا قد يتطلب الأمر من 1 إلى 6 دورات تحلل (بمعدل 3 دورات) للوصول إلى حالة الاستقرار. ^{[ 7 ]} في المفاعلات النووية، تُشكل النواتج المشعة النفايات النووية الموجودة في الوقود المستهلك . أما في القنابل النووية، فتتحول إلى تساقط إشعاعي، محليًا وعالميًا. ^{[ 8 ]}

في غضون ذلك، داخل القنبلة المتفجرة، تحمل النيوترونات الحرة المنبعثة من الانشطار حوالي 3% من طاقة الانشطار الأولية. تُضاف الطاقة الحركية للنيوترونات إلى طاقة انفجار القنبلة، ولكن ليس بنفس فعالية الطاقة الناتجة عن الشظايا المشحونة، لأن النيوترونات لا تفقد طاقتها الحركية بالسرعة نفسها عند اصطدامها بالنوى المشحونة أو الإلكترونات. يتمثل الإسهام الرئيسي لنيوترونات الانشطار في قوة القنبلة في بدء الانشطارات اللاحقة. يهرب أكثر من نصف النيوترونات من قلب القنبلة، لكن الباقي يصطدم بنوى اليورانيوم ^-235، مما يؤدي إلى انشطارها في تفاعل متسلسل يتزايد أُسّيًا (1، 2، 4، 8، 16، إلخ). بدءًا من ذرة واحدة، يمكن نظريًا أن يتضاعف عدد الانشطارات مئة مرة في ميكروثانية، وهو ما قد يستهلك كل اليورانيوم أو البلوتونيوم، حتى مئات الأطنان، بحلول الحلقة المئة في السلسلة. تحتوي حفرة السلاح الحديث عادةً على ما بين 3.5 و 4.5 كيلوغرامات (7.7 إلى 9.9 رطل) من البلوتونيوم، وينتج عن تفجيرها طاقة تعادل ما بين 5 إلى 10 كيلوطن من مادة تي إن تي (21 إلى 42 تيرا جول) ، وهو ما يمثل انشطار ما يقارب 0.5 كيلوغرام (1.1 رطل) من البلوتونيوم. ^{[ 9 ] [ 10 ]}   

تُسمى المواد القادرة على دعم التفاعل المتسلسل بالمواد الانشطارية . المادتان الانشطاريتان المستخدمتان في الأسلحة النووية هما: اليورانيوم ^-235 ، المعروف أيضًا باليورانيوم عالي التخصيب ، أو "أورالوي" اختصارًا لـ"سبيكة أوك ريدج"، ^{[ 11 ]} أو "25" (وهو مزيج من الرقم الأخير من العدد الذري لليورانيوم-235، وهو 92، والرقم الأخير من عدد كتلته، وهو 235)؛ والبلوتونيوم ^-239 ، المعروف أيضًا بالبلوتونيوم-239، أو "49" (من "94" و"239"). ^{[ 12 ]}

يُعدّ نظير اليورانيوم الأكثر شيوعًا ، ^238U ، قابلًا للانشطار ولكنه غير قابل للانشطار، أي أنه لا يستطيع إحداث تفاعل متسلسل لأن نيوترونات الانشطار الناتجة عنه ليست (في المتوسط) ذات طاقة كافية لإحداث انشطارات لاحقة لليورانيوم ^238U . مع ذلك، فإن النيوترونات المنبعثة من اندماج نظائر الهيدروجين الثقيلة، الديوتيريوم والتريتيوم ، ستؤدي إلى انشطار اليورانيوم ^{238U . ينتج عن تفاعل انشطار اليورانيوم 238U} هذا ، في الغلاف الخارجي للمجموعة الثانوية للقنبلة النووية الحرارية ثنائية المراحل، الجزء الأكبر من طاقة القنبلة، فضلًا عن معظم مخلفاتها المشعة.

بالنسبة للقوى الوطنية المنخرطة في سباق التسلح النووي، تُعدّ قدرة اليورانيوم ^-238 على الانشطار السريع نتيجة قصف النيوترونات الحرارية النووية ذات أهمية بالغة. إن وفرة ورخص كل من وقود الاندماج الجاف (ديوتيريد الليثيوم) واليورانيوم ^-238 (وهو منتج ثانوي لتخصيب اليورانيوم) يسمحان بإنتاج ترسانات نووية ضخمة بتكلفة اقتصادية، مقارنةً بأسلحة الانشطار النووي البحتة التي تتطلب وقود اليورانيوم ^-235 أو البلوتونيوم ^-239 باهظ الثمن .

ينتج عن الاندماج النووي نيوترونات تُبدد الطاقة الناتجة عن التفاعل. ^{[ 13 ]} في الأسلحة، يُعد تفاعل الاندماج النووي الأكثر أهمية هو تفاعل الديوتيريوم-التريتيوم (DT). باستخدام حرارة وضغط الانشطار النووي، يندمج الهيدروجين-2، أو الديوتيريوم ( ^2D )، مع الهيدروجين-3، أو التريتيوم ( ^3T )، لتكوين الهيليوم-4 ( ^4He ) بالإضافة إلى نيوترون واحد (n) وطاقة. ^{[ 14 ]}

${\displaystyle {}^{2}\mathrm {D} +{}^{3}\mathrm {T} \longrightarrow {}^{5}\mathrm {He} ^{*}\longrightarrow {}^{4}\mathrm {He} +n+17.6\ \mathrm {MeV} }$

يبلغ إجمالي الطاقة الناتجة 17.6 ميغا إلكترون فولت، أي عُشر الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي، لكن كتلة المكونات لا تتجاوز 1/50 من كتلة المكونات، لذا فإن الطاقة الناتجة لكل وحدة كتلة تزيد بخمسة أضعاف تقريبًا. في تفاعل الاندماج النووي هذا، يظهر 14 ميغا إلكترون فولت من أصل 17.6 ميغا إلكترون فولت (80% من الطاقة المنبعثة في التفاعل) على شكل طاقة حركية للنيوترون، الذي، لكونه عديم الشحنة الكهربائية وذو كتلة تقارب كتلة نوى الهيدروجين التي أنتجته، يستطيع الانطلاق دون أن يترك وراءه طاقة تُسهم في استمرار التفاعل، أو في توليد الأشعة السينية اللازمة للانفجار والنيران.

الطريقة العملية الوحيدة لاستخلاص معظم طاقة الاندماج النووي هي حصر النيوترونات داخل وعاء ضخم من مادة ثقيلة كالرصاص أو اليورانيوم أو البلوتونيوم. إذا تم حصر نيوترون طاقته 14 ميغا إلكترون فولت بواسطة اليورانيوم (أي من نظيريه؛ إذ تكفي طاقة 14 ميغا إلكترون فولت لانشطار كل من اليورانيوم ^-235 واليورانيوم ^-238 ) أو البلوتونيوم، فإن النتيجة هي انشطار وإطلاق طاقة انشطارية مقدارها 180 ميغا إلكترون فولت، مما يضاعف الطاقة الناتجة عشرة أضعاف.

في مجال الأسلحة، يُعدّ الانشطار ضروريًا لبدء الاندماج النووي، ويساعد على استدامته، كما أنه يلتقط الطاقة التي تحملها نيوترونات الاندماج ويضاعفها. أما في حالة القنبلة النيوترونية (انظر أدناه)، فلا ينطبق العامل الأخير، لأن الهدف هو تسهيل خروج النيوترونات، وليس استخدامها لزيادة القوة التدميرية للسلاح.

يُعد التفاعل النووي الذي يُنتج التريتيوم ، أو الهيدروجين-3، تفاعلاً أساسياً. يُستخدم التريتيوم بطريقتين: أولاً، يُنتج غاز التريتيوم النقي لوضعه داخل قلب أجهزة الانشطار المعزز لزيادة إنتاجيتها من الطاقة، وخاصةً في المفاعلات الأولية للانشطار في الأسلحة النووية الحرارية. أما الطريقة الثانية فهي غير مباشرة، وتعتمد على حقيقة أن النيوترونات المنبعثة من "شمعة الإشعال" للانشطار فوق الحرج في المجموعة الثانوية لقنبلة نووية حرارية ثنائية المراحل، تُنتج التريتيوم في الموقع نفسه عند اصطدام هذه النيوترونات بنوى الليثيوم في وقود ديوتيريد الليثيوم الخاص بالقنبلة.

يُصنع التريتيوم الغازي العنصري المستخدم في المفاعلات النووية الأولية عن طريق قذف الليثيوم-6 ( ^6Li ) بالنيوترونات (n)، ولكن في مفاعل نووي. يؤدي هذا القذف النيوتروني إلى انشطار نواة الليثيوم-6، مُنتجًا جسيم ألفا، أو الهيليوم -4 ( ^4He )، بالإضافة إلى تريتون ( ^3T ) وطاقة: ^{[ 14 ]}

${\displaystyle {}^{6}\mathrm {Li} +n\longrightarrow {}^{4}\mathrm {He} +{}^{3}\mathrm {T} +5\ \mathrm {MeV} }$

ولكن كما تم اكتشافه في الاختبار الأول لهذا النوع من الأجهزة، كاسل برافو ، عند وجود الليثيوم-7 ، يكون هناك أيضًا بعض الكميات من التفاعلين الصافيين التاليين:

⁷ لي + ¹ ن → ³ تي + ⁴ هو + ¹ ن

⁷ Li + ² H → 2 ⁴ He + ¹ n + 15.123 MeV

معظم الليثيوم هو ⁷ Li، وهذا ما أعطى كاسل برافو إنتاجية أكبر بمقدار 2.5 مرة من المتوقع. ^{[ 15 ]}

يتم توفير النيوترونات بواسطة المفاعل النووي بطريقة مشابهة لإنتاج البلوتونيوم ²³⁹ Pu من مادة التغذية ²³⁸ U: يتم ترتيب قضبان الهدف من مادة التغذية ⁶ Li حول قلب يعمل باليورانيوم، ويتم إزالتها للمعالجة بمجرد حساب أن معظم نوى الليثيوم قد تحولت إلى تريتيوم.

من بين الأنواع الأربعة الأساسية للأسلحة النووية، يستخدم النوع الأول، وهو الانشطار النووي الخالص، التفاعل النووي الأول من التفاعلات الثلاثة المذكورة أعلاه. أما النوع الثاني، وهو الانشطار النووي المعزز بالاندماج، فيستخدم التفاعلين الأولين. بينما يستخدم النوع الثالث، وهو النووي الحراري ذو المرحلتين، التفاعلات الثلاثة جميعها.

استخدمت قنبلة هيروشيما، المعروفة باسم "ليتل بوي" ، 64 كيلوغرامًا (141 رطلًا) من اليورانيوم بمتوسط ​​تخصيب يبلغ حوالي 80%، أو 51 كيلوغرامًا (112 رطلًا) من اليورانيوم-235، وهي الكتلة الحرجة للمعدن الخام تقريبًا . عند تجميعها داخل غلافها العاكس المصنوع من كربيد التنجستن ، كانت كتلة الـ 64 كيلوغرامًا (141 رطلًا) أكثر من ضعف الكتلة الحرجة. قبل التفجير، تشكل اليورانيوم-235 إلى قطعتين دون حرجتين، أُطلقت إحداهما لاحقًا عبر ماسورة مدفع لتلتحم بالأخرى، مما أدى إلى الانفجار النووي. تُظهر التحليلات أن أقل من 2% من كتلة اليورانيوم خضعت للانشطار؛ ^{[ 16 ]} أما الباقي، الذي يُمثل معظم إنتاج مصانع Y-12 العملاقة في أوك ريدج خلال الحرب، فقد تشتت دون فائدة. ^{[ 17 ]}      

يعود سبب عدم الكفاءة إلى سرعة تمدد اليورانيوم الانشطاري غير المضغوط، مما أدى إلى انخفاض كثافته وتحوله إلى حالة دون الحرجة. ورغم عدم كفاءته، فقد تم تكييف هذا التصميم، نظرًا لشكله، للاستخدام في قذائف مدفعية أسطوانية صغيرة القطر ( رأس حربي يُطلق من فوهة مدفع أكبر بكثير). وقد استخدمت الولايات المتحدة هذه الرؤوس الحربية حتى عام 1992، حيث شكلت نسبة كبيرة من اليورانيوم-235 في ترسانتها ، وكانت من أوائل الأسلحة التي تم تفكيكها امتثالًا للمعاهدات التي تحد من عدد الرؤوس الحربية. ومما لا شك فيه أن الدافع وراء هذا القرار كان مزيجًا من انخفاض قوة التفجير والمخاطر الأمنية الجسيمة المرتبطة بتصميم الرأس الحربي.

استُخدمت في كلٍّ من قنبلة ترينيتي وقنبلة الرجل البدين (ناغازاكي) تصاميم متطابقة تقريبًا لانشطار البلوتونيوم عبر الانفجار الداخلي. استخدمت قنبلة الرجل البدين تحديدًا 6.2 كيلوغرام (14 رطلًا) ، أي ما يعادل 350 مل أو 12 أونصة سائلة أمريكية ، من البلوتونيوم-239 ، وهو ما يُمثل 41% فقط من الكتلة الحرجة للكرة المجردة . وبفضل خصائص اليورانيوم -238 العاكسة للنيوترونات، تم تقريب حفرة البلوتونيوم من الكتلة الحرجة. وأثناء التفجير، تم الوصول إلى الحالة الحرجة عن طريق الانفجار الداخلي. وتم ضغط حفرة البلوتونيوم لزيادة كثافتها عن طريق التفجير المتزامن، كما حدث في تفجير اختبار ترينيتي قبل ثلاثة أسابيع، للمتفجرات التقليدية الموضوعة بشكل منتظم حول الحفرة. وتم تفجير المتفجرات بواسطة عدة صواعق سلكية متفجرة . تشير التقديرات إلى أن حوالي 20% فقط من البلوتونيوم خضع للانشطار؛ أما الباقي، حوالي 5 كجم (11 رطلاً) ، فقد تشتت.        

قد تكون موجة الصدمة الناتجة عن الانفجار الداخلي قصيرة المدة لدرجة أن جزءًا فقط من الحفرة ينضغط في أي لحظة أثناء مرور الموجة. ولمنع ذلك، قد يلزم استخدام غلاف دافع. يقع الغلاف الدافع بين العدسة المتفجرة والمدك. ويعمل عن طريق عكس جزء من موجة الصدمة إلى الخلف، مما يؤدي إلى إطالة مدتها. يُصنع الغلاف الدافع من معدن منخفض الكثافة ، مثل الألومنيوم أو البريليوم أو سبيكة من المعدنين (الألومنيوم أسهل وأكثر أمانًا في التشكيل، وأرخص بمئتي ضعف؛ البريليوم يتمتع بقدرة عالية على عكس النيوترونات). استخدم الرجل البدين غلافًا دافعًا من الألومنيوم.

أثبتت سلسلة اختبارات تجربة رالا لمفاهيم تصميم أسلحة الانشطار من نوع الانفجار الداخلي، والتي أجريت من يوليو 1944 إلى فبراير 1945 في مختبر لوس ألاموس وموقع ناءٍ على بعد 14.3 كم (8.9 ميل) شرقه في وادي بايو، جدوى تصميم الانفجار الداخلي لجهاز الانشطار، حيث أكدت اختبارات فبراير 1945 بشكل قاطع قابليته للاستخدام في تصميم الانفجار الداخلي النهائي للبلوتونيوم ترينيتي/فات مان. ^{[ 18 ]}  

يكمن سرّ فعالية قنبلة الرجل البدين في الزخم الداخلي الهائل لعنصر اليورانيوم-238 المُغلِّف. ( لم يخضع عنصر اليورانيوم الطبيعي المُغلِّف للانشطار بفعل النيوترونات الحرارية، ولكنه ساهم بنحو 20% من إجمالي الناتج الناتج عن الانشطار بفعل النيوترونات السريعة). بعد بدء التفاعل المتسلسل في البلوتونيوم، استمر حتى عكس الانفجار زخم الانضغاط الداخلي وتوسع بما يكفي لإيقاف التفاعل المتسلسل. وبفضل تثبيت كل شيء معًا لبضع مئات من النانوثواني الإضافية، زاد عنصر اليورانيوم المُغلِّف من الفعالية.

حفرة البلوتونيوم

يُعرف قلب سلاح الانفجار الداخلي - المادة الانشطارية وأي عاكس أو أداة عبث ملتصقة بها - باسم " الحفرة" . استخدمت بعض الأسلحة التي تم اختبارها خلال خمسينيات القرن الماضي حفرًا مصنوعة من اليورانيوم-235 وحده، أو مُركبة مع البلوتونيوم ، ^{[ 19 ]} لكن الحفر المصنوعة بالكامل من البلوتونيوم هي الأصغر قطرًا، وقد أصبحت المعيار منذ أوائل ستينيات القرن الماضي. يُعد صب البلوتونيوم ثم تشكيله أمرًا صعبًا ليس فقط بسبب سميته، ولكن أيضًا لأن البلوتونيوم له العديد من الأطوار المعدنية المختلفة . عندما يبرد البلوتونيوم، تؤدي التغيرات في الطور إلى تشوه وتشقق. عادةً ما يتم التغلب على هذا التشوه عن طريق مزجه مع 30-35 ملي مول (0.9-1.0% وزنيًا) من الغاليوم ، مما يُشكل سبيكة من البلوتونيوم والغاليوم ، والتي تجعله يتخذ طور دلتا على نطاق واسع من درجات الحرارة. ^{[ 20 ]} عند تبريده من الحالة المنصهرة، يمر بتحول طوري واحد فقط، من إبسيلون إلى دلتا، بدلاً من التحولات الأربعة التي يمر بها عادةً. يمكن استخدام معادن ثلاثية التكافؤ أخرى، لكن الغاليوم يتميز بمقطع عرضي صغير لامتصاص النيوترونات ، مما يساعد على حماية البلوتونيوم من التآكل . ومن عيوبه أن مركبات الغاليوم قابلة للتآكل.

نظرًا لأن البلوتونيوم عنصر نشط كيميائيًا، فمن الشائع طلاء الحفرة المكتملة بطبقة رقيقة من معدن خامل، مما يقلل أيضًا من خطر السمية. ^{[ 21 ]} استخدم الجهاز طلاء الفضة الجلفاني؛ وبعد ذلك، استُخدم النيكل المُرسب من أبخرة رباعي كربونيل النيكل ، ^{[ 21 ]} ولكن منذ ذلك الحين، أصبح الذهب المادة المفضلة. تعمل التصاميم الحديثة على تحسين السلامة من خلال طلاء الحفر بالفاناديوم لجعلها أكثر مقاومة للحريق.

كان التحسين الأول لتصميم قنبلة "الرجل البدين" هو وضع فراغ هوائي بين المدك والحفرة لإحداث تأثير يشبه اصطدام المطرقة بالمسمار. وقيل إن الحفرة، المدعومة بمخروط مجوف داخل تجويف المدك، كانت "معلقة". استخدمت التجارب الثلاث لعملية " ساندستون" عام 1948 تصاميم "الرجل البدين" ذات الحفر المعلقة. وبلغت أعلى قوة انفجار 49 كيلوطن، أي أكثر من ضعف قوة انفجار "الرجل البدين" غير المعلق. ^{[ 22 ]}

كان من الواضح فوراً أن الانفجار الداخلي هو أفضل تصميم لسلاح الانشطار النووي. ويبدو أن عيبه الوحيد هو قطره. فقد بلغ عرض "الرجل البدين" 1.5 متر (5 أقدام) مقابل 61 سنتيمتراً ( قدمين) لـ"الولد الصغير".  

كان قطر حفرة البلوتونيوم-239 في قنبلة الرجل البدين 9.1 سنتيمترات فقط (3.6 بوصة) ، أي بحجم كرة البيسبول. وكان الجزء الأكبر من حجم القنبلة ناتجًا عن آلية الانفجار الداخلي، وتحديدًا طبقات متحدة المركز من اليورانيوم-238 والألومنيوم والمتفجرات شديدة الانفجار. وكان مفتاح تقليل هذا الحجم هو تصميم الانفجار الداخلي ثنائي النقاط. 

في عملية الانفجار الخطي ثنائي النقاط، يُصب الوقود النووي في قالب صلب ويوضع داخل مركز أسطوانة من المتفجرات شديدة الانفجار. توضع صواعق تفجير عند طرفي الأسطوانة، ويُوضع مُشكِّل، وهو عبارة عن صفيحة، داخل المتفجرات مباشرةً عند موضع الصواعق. عند تفجير الصواعق، ينحصر الانفجار الأولي بين المُشكِّل وطرف الأسطوانة، مما يؤدي إلى انتشاره نحو حواف المُشكِّل حيث ينحرف حولها داخل كتلة المتفجرات الرئيسية. ينتج عن ذلك تشكّل الانفجار على هيئة حلقة تمتد من المُشكِّل إلى الداخل. ^{[ 23 ]}

بسبب عدم وجود أداة ضغط أو عدسات لتشكيل مسار الانفجار، لا يصل الانفجار إلى الحفرة بشكل كروي. ولتحقيق الانفجار الكروي المطلوب، تُشكّل المادة الانشطارية نفسها لتحقيق التأثير نفسه. ونظرًا لطبيعة انتشار الموجة الصدمية داخل الكتلة المتفجرة، يتطلب ذلك أن تكون الحفرة كروية الشكل تقريبًا، أي بيضاوية الشكل. تصل الموجة الصدمية أولًا إلى الحفرة عند أطرافها، دافعةً إياها إلى الداخل ومسببةً تحول الكتلة إلى الشكل الكروي. وقد تُغيّر الصدمة أيضًا البلوتونيوم من طور دلتا إلى طور ألفا، مما يزيد كثافته بنسبة 23%، ولكن دون الزخم الداخلي اللازم للانفجار الحقيقي.

يُؤدي افتقار هذه التصاميم إلى الضغط إلى انخفاض كفاءتها، إلا أن بساطتها وصغر قطرها يجعلانها مناسبة للاستخدام في قذائف المدفعية وذخائر التدمير الذري، والمعروفة أيضًا باسم القنابل النووية المحمولة على الظهر أو في حقائب السفر ؛ ومن الأمثلة على ذلك قذيفة المدفعية W48 ، وهي أصغر سلاح نووي تم بناؤه أو نشره على الإطلاق. وتستهلك جميع هذه الأسلحة القتالية منخفضة القوة، سواء كانت تصاميم اليورانيوم-235 من نوع المدفع أو تصاميم البلوتونيوم-239 ذات الانفجار الخطي، كمية كبيرة من المواد الانشطارية لتحقيق أقطار تتراوح بين 15 و25 سم  .

يستخدم نظام التفجير الداخلي الأكثر كفاءة حفرة مجوفة.

كانت الحفرة المجوفة من البلوتونيوم هي الخطة الأصلية لقنبلة الرجل البدين عام 1945، لكن لم يتوفر الوقت الكافي لتطوير واختبار نظام الانفجار الداخلي الخاص بها. ونظرًا لضيق الوقت، اعتُبر تصميم الحفرة الصلبة الأبسط أكثر موثوقية، ولكنه تطلب مدكًا ثقيلًا من اليورانيوم-238، ودافعًا سميكًا من الألومنيوم، وثلاثة أطنان من المتفجرات شديدة الانفجار.

بعد الحرب، عاد الاهتمام بتصميم الحفرة المجوفة. وتكمن ميزته الواضحة في أن غلافًا مجوفًا من البلوتونيوم، يتعرض للتشوه بفعل الصدمة ويُدفع إلى الداخل نحو مركزه الفارغ، سيحمل معه الزخم اللازم لتشكيل كرة صلبة. كما أنه يتميز بالدك الذاتي، مما يستلزم استخدام مدك أصغر من اليورانيوم-238، والاستغناء عن دافع الألومنيوم، وكمية أقل من المتفجرات شديدة الانفجار.

في سلاح نووي حراري ثنائي المراحل، تؤثر الطاقة من المرحلة الأولية على المرحلة الثانوية. ويقوم مُعدِّل نقل الطاقة الأساسي، المسمى بالمرحلة البينية، والواقع بين المرحلتين الأولية والثانوية، بحماية وقود الاندماج في المرحلة الثانوية من التسخين السريع، مما قد يتسبب في انفجاره في انفجار حراري تقليدي (وصغير) قبل أن تتاح لتفاعلات الاندماج والانشطار فرصة البدء.

لا تتوفر معلومات كافية في المصادر المتاحة للجمهور حول آلية عمل المرحلة البينية. ويبدو أن أول ذكر لها في وثيقة حكومية أمريكية نُشرت رسميًا للجمهور كان في تعليق ضمن رسم بياني ترويجي لبرنامج الرؤوس الحربية البديلة الموثوقة عام 2007. ويشير هذا البيان إلى أنه في حال بناء هذا التصميم الجديد، فإنه سيحل محل "مواد سامة وهشة" و"مواد خاصة باهظة الثمن" في المرحلة البينية. ^{[ 32 ]} ويوحي هذا البيان بأن المرحلة البينية قد تحتوي على البريليوم لتعديل تدفق النيوترونات من المرحلة الأولية، وربما مادة أخرى لامتصاص الأشعة السينية وإعادة إشعاعها بطريقة معينة. ^{[ 33 ]} وهناك أيضًا بعض التكهنات بأن مادة المرحلة البينية هذه، والتي قد يُطلق عليها الاسم الرمزي "فوغبانك" ، قد تكون هلامًا هوائيًا ، ربما مُطعّمًا بالبريليوم و/أو مواد أخرى. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

The interstage and the secondary are encased together inside a stainless steel membrane to form the canned subassembly (CSA), an arrangement which has never been depicted in any open-source drawing.^[36] The most detailed illustration of an interstage shows a British thermonuclear weapon with a cluster of items between its primary and a cylindrical secondary. They are labeled "end-cap and neutron focus lens", "reflector/neutron gun carriage", and "reflector wrap". The origin of the drawing, posted on the internet by Greenpeace, is uncertain, and there is no accompanying explanation.^[37]

بدأ أول استكشاف منهجي لمفاهيم تصميم الأسلحة النووية في منتصف عام 1942 في جامعة كاليفورنيا، بيركلي . وقد تحققت اكتشافات مبكرة هامة في مختبر لورانس بيركلي المجاور ، مثل إنتاج وعزل البلوتونيوم باستخدام السيكلوترون عام 1940. وكان البروفيسور ج. روبرت أوبنهايمر ، من بيركلي ، قد عُيّن حديثًا لإدارة مشروع تصميم القنبلة السرية في البلاد. وكان أول عمل قام به هو عقد المؤتمر الصيفي لعام 1942.

بحلول الوقت الذي نقل فيه عملياته إلى بلدة لوس ألاموس السرية الجديدة في نيو مكسيكو، في ربيع عام 1943، كانت الحكمة المتراكمة حول تصميم الأسلحة النووية تتألف من خمس محاضرات ألقاها أستاذ جامعة بيركلي روبرت سيربر ، نُسخت ووُزعت تحت اسم "مقدمة لوس ألاموس" (التي كانت سرية ولكنها الآن متاحة على نطاق واسع عبر الإنترنت بصيغة PDF) . ^{[ 85 ]} تناولت المقدمة طاقة الانشطار، وإنتاج النيوترونات والتقاطها ، والتفاعلات النووية المتسلسلة ، والكتلة الحرجة ، والتلاعب، والتفجير المسبق، وثلاث طرق لتجميع القنبلة: التجميع بالمدفع، والانفجار الداخلي، و"الطرق التحفيزية الذاتية"، وهي الطريقة الوحيدة التي تبين أنها طريق مسدود.

في لوس ألاموس، اكتشف إميليو سيغري في أبريل 1944 أن قنبلة "الرجل النحيف" المقترحة، من نوع التجميع، لن تكون فعالة مع البلوتونيوم بسبب مشاكل الانفجار المسبق الناجمة عن شوائب البلوتونيوم-240 . لذا، أُعطيت قنبلة "الرجل البدين"، من نوع الانفجار الداخلي، أولوية قصوى باعتبارها الخيار الوحيد للبلوتونيوم. وقد أسفرت مناقشات بيركلي عن تقديرات نظرية للكتلة الحرجة، ولكن دون أي تقدير دقيق. وكانت المهمة الرئيسية في لوس ألاموس خلال الحرب هي التحديد التجريبي للكتلة الحرجة، وهو ما كان لا بد من انتظاره حتى وصول كميات كافية من المواد الانشطارية من مصانع الإنتاج: اليورانيوم من أوك ريدج، تينيسي ، والبلوتونيوم من موقع هانفورد في واشنطن.

In 1945, using the results of critical mass experiments, Los Alamos technicians fabricated and assembled components for four bombs: the TrinityGadget, Little Boy, Fat Man, and an unused spare Fat Man.^[86] According to the Los Alamos National Laboratory website, the term, "gadget" was commonly used during the 1940s to describe experimental and engineering devices to protect secrecy around the project. Records in the NSRC refer to "the gun gadget" (Little Boy) and "the implosion gadget" (Fat Man) and the Trinity device as "The Gadget."^[87]

After the war, those who could, including Oppenheimer, returned to university teaching positions. Those who remained worked on levitated and hollow pits and conducted weapon effects tests such as Crossroads Able and Baker at Bikini Atoll in 1946.^[88]

All of the essential ideas for incorporating fusion into nuclear weapons originated at Los Alamos between 1946 and 1952. After the Teller-Ulam radiation implosion breakthrough of 1951, the technical implications and possibilities were fully explored, but ideas not directly relevant to making the largest possible bombs for long-range Air Force bombers were shelved.

Because of Oppenheimer's initial position in the H-bomb debate, in opposition to large thermonuclear weapons, and the assumption that he still had influence over Los Alamos despite his departure, political allies of Edward Teller decided he needed his own laboratory in order to pursue H-bombs. By the time it was opened in 1952, in Livermore, California, Los Alamos had finished the job Livermore was designed to do.

With its original mission no longer available, the Livermore lab tried radical new designs that failed. Its first three nuclear tests were fizzles: in 1953, two single-stage fission devices with uranium hydride pits, and in 1954, a two-stage thermonuclear device in which the secondary heated up prematurely, too fast for radiation implosion to work properly.

بعد تغيير استراتيجيتها، ركزت ليفرمور على تطوير أفكار لوس ألاموس لصالح الجيش والبحرية. أدى ذلك إلى تخصص ليفرمور في الأسلحة التكتيكية صغيرة القطر، لا سيما تلك التي تستخدم أنظمة الانفجار الداخلي ثنائية النقاط، مثل صاروخ سوان. أصبحت الأسلحة التكتيكية صغيرة القطر أسلحةً أساسيةً لأسلحة ثانوية صغيرة القطر. في حوالي عام 1960، عندما تحول سباق التسلح بين القوى العظمى إلى سباق صواريخ باليستية، أصبحت رؤوس ليفرمور الحربية أكثر فائدة من رؤوس لوس ألاموس الحربية الكبيرة والثقيلة. استُخدمت رؤوس لوس ألاموس الحربية في أولى الصواريخ الباليستية متوسطة المدى (IRBMs)، بينما استُخدمت رؤوس ليفرمور الحربية الأصغر حجمًا في أولى الصواريخ الباليستية العابرة للقارات (ICBMs) والصواريخ الباليستية التي تُطلق من الغواصات (SLBMs)، بالإضافة إلى أولى أنظمة الرؤوس الحربية المتعددة على هذه الصواريخ. ^{[ 89 ]}

في عامي 1957 و1958، قام كلا المختبرين ببناء واختبار أكبر عدد ممكن من التصاميم، تحسبًا لاحتمال أن يصبح حظر التجارب المقرر في عام 1958 دائمًا. وبحلول وقت استئناف الاختبارات في عام 1961، أصبح المختبران متطابقين، وأصبحت مهام التصميم تُسند بناءً على حجم العمل أكثر من تخصص المختبر. وشهدت بعض التصاميم عمليات تبادل. على سبيل المثال، بدأ رأس W38 الحربي لصاروخ تيتان 1 كمشروع في مختبر ليفرمور، ثم نُقل إلى مختبر لوس ألاموس عندما أصبح رأسًا حربيًا لصاروخ أطلس ، وفي عام 1959 أُعيد إلى ليفرمور، مقابل رأس W54 الحربي لصاروخ ديفي كروكيت ، الذي انتقل من ليفرمور إلى لوس ألاموس.

اتخذت تصاميم الرؤوس الحربية بعد عام 1960 طابع تغييرات النماذج، حيث حصل كل صاروخ جديد على رأس حربي جديد لأسباب تسويقية. تمثل التغيير الجوهري الرئيسي في زيادة كمية اليورانيوم-235 الانشطاري في الرأس الثانوي، وذلك مع ازدياد توافره نتيجة استمرار تخصيب اليورانيوم وتفكيك القنابل الكبيرة عالية القوة.

ابتداءً من منشأة نوفا في ليفرمور في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، استندت أنشطة التصميم النووي المتعلقة بالانفجار الداخلي المدفوع بالإشعاع إلى أبحاث الاندماج الليزري غير المباشر . وكان هذا العمل جزءًا من الجهود المبذولة لدراسة الاندماج بالقصور الذاتي . ويستمر عمل مماثل في منشأة الإشعال الوطنية الأكثر قوة . كما استفاد برنامج إدارة المخزون النووي من الأبحاث التي أُجريت في منشأة الإشعال الوطنية .

كانت أنبوبة الضوء التشخيصية أداة مهمة لتحليل الاختبارات. إذ يمكن لمسبار داخل جهاز الاختبار نقل المعلومات عن طريق تسخين صفيحة معدنية حتى التوهج، وهو حدث يمكن تسجيله بواسطة أجهزة موجودة في الطرف البعيد لأنبوب طويل ومستقيم للغاية.

تُظهر الصورة أدناه جهاز "شريمب"، الذي تم تفجيره في 1 مارس 1954 في بيكيني، ضمن تجربة "كاسل برافو" . كان انفجاره، الذي بلغت قوته 15 ميغا طن، الأكبر على الإطلاق في تاريخ الولايات المتحدة. يظهر في الصورة ظل رجل للمقارنة. الجهاز مدعوم من الأسفل، من الأطراف. الأنابيب المتصلة بسقف كابينة التفجير، والتي تبدو كدعامات، هي في الواقع أنابيب ضوئية تشخيصية. أرسلت الأنابيب الثمانية الموجودة في الطرف الأيمن (1) معلومات حول تفجير المادة الأولية. يشير أنبوبان في المنتصف (2) إلى الوقت الذي وصلت فيه الأشعة السينية من المادة الأولية إلى قناة الإشعاع المحيطة بالمادة الثانوية. يسجل الأنبوبان الأخيران (3) الوقت الذي وصل فيه الإشعاع إلى الطرف البعيد من قناة الإشعاع، والفرق بين (2) و(3) هو زمن انتقال الإشعاع عبر القناة. ^{[ 91 ]}

من كابينة التصوير، اتجهت الأنابيب أفقياً وسافرت لمسافة 2.3 كم (7500 قدم) على طول جسر مبني على الشعاب المرجانية في بيكيني إلى مخبأ لجمع البيانات يتم التحكم فيه عن بعد في جزيرة نامو.  

بينما تنتقل الأشعة السينية عادةً بسرعة الضوء عبر مادة منخفضة الكثافة مثل حشوة قناة رغوة البلاستيك بين النقطتين (2) و(3)، فإن شدة الإشعاع المنبعث من النواة الأولية المتفجرة تُنشئ جبهة إشعاعية معتمة نسبيًا في حشوة القناة، تعمل كحاجز بطيء الحركة يُبطئ مرور الطاقة الإشعاعية . أثناء انضغاط النواة الثانوية بفعل الاستئصال الناتج عن الإشعاع، تلحق النيوترونات المنبعثة من النواة الأولية بالأشعة السينية، وتخترق النواة الثانوية، وتبدأ في إنتاج التريتيوم عبر التفاعل الثالث المذكور في القسم الأول أعلاه. هذا التفاعل (6Li ⁺ n) طارد للحرارة، وينتج 5 ميغا إلكترون فولت لكل حدث. لم يتم ضغط شمعة الإشعال بعد، وبالتالي تبقى دون درجة الحرارة الحرجة، لذا لا يحدث انشطار أو اندماج نووي يُذكر. مع ذلك، إذا وصل عدد كافٍ من النيوترونات قبل اكتمال انضغاط النواة الثانوية، فقد يتلاشى فرق درجة الحرارة الحاسم بين الأجزاء الخارجية والداخلية للنواة الثانوية، مما قد يؤدي إلى فشل اشتعالها. فشل أول سلاح نووي حراري من تصميم مختبر ليفرمور، وهو جهاز مورغنسترن، بهذه الطريقة عند اختباره في كاسل كون في 7 أبريل 1954. اشتعلت النواة الأولية، لكن النواة الثانوية، التي سُخّنت مسبقًا بموجة النيوترونات الصادرة من النواة الأولية، عانت مما وُصف بالانفجار غير الفعال ؛ ^{[ 92 ] : 165} وبالتالي، فإن سلاحًا بقوة متوقعة تبلغ ميغاطنًا واحدًا أنتج 110 كيلوطنًا فقط، منها 10 كيلوطنًا فقط نُسبت إلى الاندماج النووي. ^{[ 93 ] : 316}

تُقاس هذه التأثيرات الزمنية، وأي مشاكل تُسببها، باستخدام بيانات الأنابيب الضوئية. وتُسمى المحاكاة الرياضية التي تُعايرها هذه البيانات برموز ديناميكا الموائع الإشعاعية، أو رموز القنوات. وتُستخدم هذه الرموز للتنبؤ بتأثير التعديلات التصميمية المستقبلية.

لا يتضح من السجلات العامة مدى نجاح أنابيب "شريمب" الضوئية. كان مخبأ البيانات غير المأهول بعيدًا بما يكفي للبقاء خارج الفوهة التي يبلغ عرضها ميلًا واحدًا، لكن الانفجار الذي بلغت قوته 15 ميغا طن، أي ما يعادل ضعفين ونصف القوة المتوقعة، اخترق المخبأ بتفجير بابه الذي يزن 20 طنًا من مفصلاته وعبر داخله. (كان أقرب الناس على بعد 32 كيلومترًا (20 ميلًا) ، في مخبأ نجا سليمًا). ^{[ 94 ]} 

جاءت أهم البيانات من تجربة كاسل برافو من التحليل الإشعاعي الكيميائي لحطام الأسلحة في التساقط النووي. ونظرًا لنقص الليثيوم-6 المخصب، كان 60% من الليثيوم في مفاعل شريمب الثانوي من الليثيوم-7 العادي، الذي لا يُنتج التريتيوم بسهولة كما يفعل الليثيوم-6. ولكنه يُنتج الليثيوم-6 كناتج لتفاعل (ن، 2ن) (دخول نيوترون واحد، خروج نيوترونين)، وهي حقيقة معروفة، ولكن باحتمالية غير معروفة. وقد تبين أن الاحتمالية عالية.

كشف تحليل التداعيات للمصممين أنه مع تفاعل (n, 2n)، احتوى المفاعل الثانوي "شريمب" فعلياً على ضعفين ونصف من الليثيوم-6 مقارنةً بما كان متوقعاً. ونتيجةً لذلك، زادت كمية التريتيوم، وعائد الاندماج، والنيوترونات، وعائد الانشطار. ^{[ 95 ]}

كما ذُكر آنفاً، كشف تحليل التداعيات النووية لتفجير برافو للعالم الخارجي، ولأول مرة، أن القنابل النووية الحرارية هي في جوهرها أجهزة انشطارية أكثر منها أجهزة اندماج نووي. وقد عادت سفينة صيد يابانية، دايغو فوكوريو مارو ، إلى الوطن محملة بكمية كافية من التداعيات النووية على سطحها، مما مكّن العلماء في اليابان وخارجها من تحديد وإعلان أن معظم هذه التداعيات ناتجة عن انشطار اليورانيوم-238 بواسطة نيوترونات طاقة 14 ميغا إلكترون فولت ناتجة عن الاندماج النووي.

أدى القلق العالمي بشأن التلوث الإشعاعي، الذي بدأ مع حادثة كاسل برافو، في نهاية المطاف إلى إجراء التجارب النووية تحت الأرض. أُجري آخر اختبار نووي أمريكي فوق سطح الأرض في جزيرة جونستون في 4 نوفمبر 1962. وخلال العقود الثلاثة التالية، وحتى 23 سبتمبر 1992، أجرت الولايات المتحدة ما معدله 2.4 تفجير نووي تحت الأرض شهريًا، معظمها في موقع نيفادا للاختبارات النووية (NTS) شمال غرب لاس فيغاس.

يُغطى قسم يوكا فلات من منطقة NTS بفوهات هبوط ناتجة عن انهيار التضاريس فوق الكهوف المشعة التي تم إنشاؤها بواسطة الانفجارات النووية (انظر الصورة ) .

بعد معاهدة حظر التجارب النووية لعام 1974 ، التي حددت قوة التفجيرات تحت الأرض بـ 150 كيلوطن أو أقل، كان لا بد من اختبار رؤوس حربية مثل W88 (نصف ميغاطن) بقوة أقل من قوتها القصوى. ولأن تفجير الرأس الحربي الأساسي يتطلب قوة قصوى لتوليد بيانات حول انهيار الرأس الثانوي، كان لا بد من خفض القوة القصوى من الرأس الثانوي نفسه. وقد أدى استبدال جزء كبير من وقود الاندماج النووي من نوع ديوتيريد الليثيوم-6 بهيدريد الليثيوم-7 إلى الحد من كمية التريتيوم المتاحة للاندماج، وبالتالي القوة القصوى الإجمالية، دون تغيير ديناميكيات الانهيار. ويمكن تقييم أداء الجهاز باستخدام أنابيب ضوئية وأجهزة استشعار أخرى، وتحليل حطام الأسلحة العالق. ويمكن حساب القوة القصوى للأسلحة المخزنة بالاستقراء.

من الخطورة بمكان امتلاك سلاح يحتوي على كمية وشكل من المواد الانشطارية التي يمكن أن تُشكّل كتلة حرجة من خلال حادث بسيط نسبيًا. ونظرًا لهذه الخطورة، تم إدخال مادة الدفع في قنبلة "ليتل بوي" (أربعة أكياس من الكوردايت ) أثناء تحليقها، بعد وقت قصير من إقلاعها في 6 أغسطس 1945. وكانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تجميع سلاح نووي من نوع المدفع بشكل كامل.

إذا سقط السلاح في الماء، فإن تأثير الماء المُهدئ قد يُسبب حادثًا خطيرًا ، حتى دون أن يتعرض السلاح لأي ضرر مادي. وبالمثل، فإن حريقًا ناتجًا عن تحطم طائرة قد يُشعل الوقود الدافع بسهولة، مما يُؤدي إلى نتائج كارثية. لطالما كانت الأسلحة النارية غير آمنة بطبيعتها.

لا يُرجّح حدوث أيٍّ من هذين التأثيرين مع أسلحة الانفجار الداخلي، إذ لا توجد عادةً كمية كافية من المواد الانشطارية لتكوين كتلة حرجة دون تفجير العدسات بشكل صحيح. مع ذلك، كانت أولى أسلحة الانفجار الداخلي تحتوي على حفر قريبة جدًا من نقطة التحول الحرجة، ما جعل احتمال حدوث تفجير عرضي ذي قوة نووية واردًا.

في التاسع من أغسطس عام ١٩٤٥، تم تحميل قنبلة "الرجل البدين" على متن الطائرة وهي مُجمّعة بالكامل، ولكن لاحقًا، عندما أتاحت الحفر المعلقة مساحة بين الحفرة وجهاز الدك، أصبح من الممكن إدخال الحفرة أثناء الطيران. وبذلك، تقلع القاذفة دون وجود أي مواد انشطارية في القنبلة. وقد استخدمت بعض الأسلحة القديمة من نوع الانفجار الداخلي، مثل قنبلتي مارك ٤ ومارك ٥ الأمريكيتين ، هذا النظام.

لن تنجح عملية إدخال الحفرة أثناء الطيران إذا كانت الحفرة مجوفة ومتصلة بجهاز العبث الخاص بها.

كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه، استُخدمت إحدى الطرق لتقليل احتمالية الانفجار العرضي باستخدام كرات معدنية . تُفرغ هذه الكرات في الحفرة، مما يمنع الانفجار عن طريق زيادة كثافة الحفرة المجوفة، وبالتالي يمنع الانهيار المتماثل في حالة وقوع حادث. استُخدم هذا التصميم في سلاح "العشب الأخضر"، المعروف أيضًا باسم "سلاح الميغاطن المؤقت"، والذي استُخدم في قنبلتي " النادي البنفسجي" و "الشمس الصفراء" من طراز Mk.1 .

بدلاً من ذلك، يمكن "تأمين" الحفرة بملء نواتها المجوفة عادةً بمادة خاملة، مثل سلسلة معدنية دقيقة، قد تكون مصنوعة من الكادميوم لامتصاص النيوترونات. طالما بقيت السلسلة في مركز الحفرة، لا يمكن ضغطها لتشكيل شكل مناسب للانشطار؛ وعند تجهيز السلاح، تُزال السلسلة. وبالمثل، على الرغم من أن حريقًا هائلاً قد يُفجّر المتفجرات، مُدمرًا الحفرة ومُنشرًا البلوتونيوم لتلويث المناطق المحيطة كما حدث في العديد من حوادث الأسلحة ، إلا أنه لا يُمكن أن يُسبب انفجارًا نوويًا.

في حين أن إطلاق صاعق واحد من بين العديد لن يتسبب في وصول الحفرة المجوفة إلى حالة حرجة، وخاصة الحفرة المجوفة ذات الكتلة المنخفضة التي تتطلب تعزيزًا، فإن إدخال أنظمة الانفجار الداخلي ثنائية النقاط جعل هذا الاحتمال مصدر قلق حقيقي.

In a two-point system, if one detonator fires, one entire hemisphere of the pit will implode as designed. The high-explosive charge surrounding the other hemisphere will explode progressively, from the equator toward the opposite pole. Ideally, this will pinch the equator and squeeze the second hemisphere away from the first, like toothpaste in a tube. By the time the explosion envelops it, its implosion will be separated both in time and space from the implosion of the first hemisphere. The resulting dumbbell shape, with each end reaching maximum density at a different time, may not become critical.

It is not possible to tell on the drawing board how this will play out. Nor is it possible using a dummy pit of U-238 and high-speed x-ray cameras, although such tests are helpful. For final determination, a test needs to be made with real fissile material. Consequently, starting in 1957, a year after Swan, both labs began one-point safety tests.

Out of 25 one-point safety tests conducted in 1957 and 1958, seven had zero or slight nuclear yield (success), three had high yields of 300 t to 500 t (severe failure), and the rest had unacceptable yields between those extremes.

Of particular concern was Livermore's W47, which generated unacceptably high yields in one-point testing. To prevent an accidental detonation, Livermore decided to use mechanical safing on the W47. The wire safety scheme described below was the result.

When testing resumed in 1961, and continued for three decades, there was sufficient time to make all warhead designs inherently one-point safe, without need for mechanical safing.

In the last test before the 1958 moratorium the W47 warhead for the Polaris SLBM was found to not be one-point safe, producing an unacceptably high nuclear yield of 200 kg (440 lb) of TNT equivalent (Hardtack II Titania). With the test moratorium in force, there was no way to refine the design and make it inherently one-point safe. A solution was devised consisting of a boron-coated wire inserted into the weapon's hollow pit at manufacture. The warhead was armed by withdrawing the wire onto a spool driven by an electric motor. Once withdrawn, the wire could not be re-inserted.^[96] The wire had a tendency to become brittle during storage, and break or get stuck during arming, preventing complete removal and rendering the warhead a dud.^[97] It was estimated that 50–75% of warheads would fail. This required a complete rebuild of all W47 primaries.^[98] The oil used for lubricating the wire also promoted corrosion of the pit.^[99]

في نظام الوصلات القوية/الضعيفة، تُبنى "وصلات ضعيفة" بين مكونات الأسلحة النووية الحيوية ("الوصلات القوية"). في حال وقوع حادث، تُصمَّم الوصلات الضعيفة بحيث تتعطل أولًا بطريقة تمنع انتقال الطاقة بينها. بعد ذلك، إذا تعطلت وصلة قوية بطريقة تنقل أو تُطلق الطاقة، فلن تنتقل الطاقة إلى أنظمة الأسلحة الأخرى، مما قد يؤدي إلى انفجار نووي. عادةً ما تكون الوصلات القوية مكونات حيوية للأسلحة مُحصَّنة لتحمُّل الظروف القاسية، بينما قد تكون الوصلات الضعيفة مكونات أُدخلت عمدًا في النظام لتكون بمثابة وصلة ضعيفة، أو مكونات نووية حيوية قابلة للتعطل بشكل متوقع.

من الأمثلة على نقاط الضعف في النظام موصل كهربائي يحتوي على أسلاك مصنوعة من سبيكة ذات درجة انصهار منخفضة. ففي حالة نشوب حريق، ستنصهر هذه الأسلاك، مما يؤدي إلى انقطاع أي اتصال كهربائي.

وصلة العمل المسموح بها هي جهاز للتحكم في الوصول مصمم لمنع الاستخدام غير المصرح به للأسلحة النووية. كانت وصلات العمل المسموح بها المبكرة عبارة عن مفاتيح كهروميكانيكية بسيطة، وقد تطورت إلى أنظمة تسليح معقدة تتضمن خيارات متكاملة للتحكم في قوة الانفجار، وأجهزة قفل، وأجهزة مضادة للعبث.

 تتضمن هذه المقالة نصًا من عمل محتوى مجاني . النص مأخوذ من الأسئلة الشائعة حول الأسلحة النووية: 1.6 ، كاري سوبليت.