През времето, което е изминало от първия тест в Аламогордо, са прогърмяли хиляди експлозии на делящи се заряди, във всеки от които са получени ценни познания за особеностите на тяхното функциониране. Тези знания са подобни на елементи от мозаечно платно и се оказа, че „платното“е ограничено от законите на физиката: кинетиката на забавяне на неутроните в сглобката поставя ограничение за намаляване на размера на боеприпасите и неговата мощност, а постигането на освобождаване на енергия, значително надхвърлящо сто килотона, е невъзможно поради ядрената физика и хидродинамичните ограничения на допустимите размери на подкритичната сфера. Но все пак е възможно да се направят боеприпасите по -мощни, ако заедно с деленето ядреният синтез работи.
Най-голямата водородна (термоядрена) бомба е съветската 50-мегатонна "Царска бомба", взривена на 30 октомври 1961 г. на полигон на остров Нова Земля. Никита Хрушчов се пошегува, че първоначално е трябвало да взриви 100-мегатонна бомба, но зарядът е намален, за да не се счупи цялото стъкло в Москва. Във всяка шега има известна истина: структурно бомбата наистина е проектирана за 100 мегатона и тази мощност може да бъде постигната чрез просто увеличаване на работната течност. Те решиха да намалят отделянето на енергия от съображения за безопасност - в противен случай депото би било твърде повредено. Продуктът се оказа толкова голям, че не се побираше в бомбоотсека на самолета-носител Ту-95 и частично стърчеше от него. Въпреки успешното изпитание, бомбата не влезе в експлоатация; въпреки това създаването и тестването на супербомбата имаше голямо политическо значение, демонстрирайки, че СССР е решил проблема с постигането на почти всяко ниво на мегатонаж на ядрения арсенал.
Деление плюс синтез
Тежките изотопи на водорода служат като гориво за синтеза. Когато ядрата на деутерий и тритий се слеят, се образуват хелий-4 и неутрон, енергийният добив в този случай е 17,6 MeV, което е няколко пъти по-високо, отколкото при реакцията на делене (на единица маса реагенти). При такова гориво при нормални условия не може да възникне верижна реакция, така че количеството му да не е ограничено, което означава, че отделянето на енергия от термоядрен заряд няма горна граница.
Въпреки това, за да започне реакцията на синтез, е необходимо да се сближат ядрата на деутерий и тритий и това се възпрепятства от силите на кулоновско отблъскване. За да ги преодолеете, трябва да ускорите ядрата един към друг и да ги избутате. В неутронна тръба по време на реакцията на отстраняване се изразходва голямо количество енергия за ускоряване на йони чрез високо напрежение. Но ако нагреете горивото до много високи температури от милиони градуси и поддържате плътността му за времето, необходимо за реакцията, то ще освободи енергия много повече от тази, изразходвана за нагряване. Благодарение на този метод на реакция оръжията започват да се наричат термоядрени (според състава на горивото такива бомби се наричат още водородни бомби).