第二次世界大战期间，美国科学家研究“重元素”铀和它的同位素钚的同时，一些科学家预见到利用裂变反应产生的足够热量而使氢核聚变的可能性。1943年，人们开始设想制造氢弹。1949年8月，苏联实战性核武器的爆炸成功打破了美国的核垄断地位，促使美国人又加紧了氢弹的试验。泰勒以极大的热情组织了氢弹的研究工作，到1949年底完成了氢弹的全部理论研究。1950年1月，美国总统杜鲁门下达了研制氢弹的命令。1950年2月24日，美国国防部和参谋长联席会议通过了“立即全力发展氢弹的生产与运输工具”的决定。 氢弹终于制造出来。这枚氢弹是由一个被一吨左右高度压缩成液态的氢围绕的原子弹构成的。爆炸时，氢元素的温度升到9000万摄氏度，足可开始聚变反应，从而放出大量的核能，产生的热能是原子弹的数百倍，原子弹在其中起着引爆作用。1952年11月1日，半边天 太平洋上的马绍尔岛比基尼环礁上试爆成功了第一枚氢弹，这枚氢弹为1040万吨梯恩梯当量，相当于投向日本广岛那颗原子弹威力的800倍。在几百米高钢架上起爆之后，整个小岛连同钢架都在巨大的爆炸场中沉入太平洋深处，再一次震惊了全世界。
在美国研制氢弹的同时，苏联科学家 萨哈罗夫1948年领导了氢弹的研究，1953年8月在北极圈的弗兰格尔岛成功爆炸了一颗氢弹，比美国仅晚9个月。当时仅有32岁的萨哈罗夫被誉为苏联的“氢弹之父”。英国继苏联之后于1957年5月在太平洋圣诞岛也试爆氢弹成功。接着，1968年6月28日，法国也成功地爆炸了一颗氢弹。
氢弹的核装药 可以用氘和氚，在它里面装有一颗小型原子弹作为引爆装置。爆炸时，先用雷管将普通炸药 引爆，将分开的核装药铀235 和钚239迅速地压拢在一起，起爆小型原子弹，产生上千万度的超高温，使氘，氚产生聚变反应，氘，氚变成不带电子的原子核和自由电子所组成的气体，并以很高的速度相互碰撞着，随之迅速剧烈地进行合成氦的反应，同时释放出巨大的核聚变能。另有一种以氘和锂6为核装药的“干式”氢弹。氢弹内部用来引爆的原子弹爆炸后，产生超高温的同时还产生大量的中子，而锂6在中子的轰击下又产出氦和氚。氘化锂6中的氘和新产生的氚，又在超高温条件下发生聚变反应，产生氦核和中子，并放出大量的能。氘和氚的核聚变反应提高了反应温度，又会加速氘和氚的聚变反应速度。此后，人们又研制成了一种氢铀弹。它的中心是铀235或钚239，周围是氘化锂6，再外面是铀238。最里面的是引爆用的原子弹。原子弹爆炸时，发生重核裂变反应，引起氘化锂产生轻核聚变反应；而由聚应反应产生的快中子来轰击铀238，使铀238也发生裂变反应。这种氢弹比其它氢弹的威力大，但放射性污染很严重，所以被称为“肮脏”的氢弹。
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