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Los diseños de armas nucleares son los arreglos físicos, químicos e ingenieriles que causan que el paquete físico[1] de un arma nuclear detone. Existen tres tipos básicos de diseño. En los tres, la energía explosiva de los dispositivos desplegados se ha derivado principalmente de la fisión nuclear y no de la fusión.
Las armas de fisión nuclear fueron las primeras armas nucleares construidas y hasta el momento han sido las únicas que fueron usadas en combate. El material activo es el uranio fisible (U-235) o el plutonio (Pu-242), ensamblados explosivamente en una masa crítica reaccionando en cadena por uno de dos métodos:
Armas de fisión con detonación por disparo: una pieza de uranio fisible es disparada hacia un blanco de uranio fisible en el otro extremo del arma, de forma similar a disparar una bala por un cañón, logrando una masa crítica cuando se combinan.
Armas de fisión con detonación por implosión: una masa fisible de cualquier material (U-235, Pu-239 o una combinación) es rodeada por altos explosivos que al explotar comprimen la masa, resultando en una masa crítica. El método de implosión puede usar uranio o plutonio como combustible. El método de cañón sólo usa uranio. El plutonio es considerado como no práctico para el método de cañón por causa de disparo prematuro debido a la contaminación con Pu-240 ya que su constante de tiempo para la fisión casi crítica es mucho más pequeña que la del U-235.
Las primeras armas nucleares, aunque grandes, pesadas e ineficientes, proporcionaron las bases de diseño básico para todas las futuras armas. Aquí el dispositivo Gadget es preparado para la primera prueba nuclear: Trinity.
Las armas de fisión intensificada son una mejora sobre el diseño de implosión. La alta presión y temperatura ambiental en el centro de un arma de fisión explotando comprime y calienta una mezcla de tritio y gas de deuterio (isótopos pesados de hidrógeno). El hidrógeno se fusiona para formar helio y neutrones libres. La energía liberada de esta reacción de fusión es relativamente despreciable, pero cada neutrón comienza una nueva cadena de reacción de fisión, acelerando la fisión y reduciendo en forma importante la cantidad de material fisible que de otra forma sería desperdiciada cuando la expansión del material fisible detiene la reacción en cadena. La mejora puede más que doblar la liberación de energía de fisión del arma.
Las armas termonucleares o bombas de hidrógeno son esencialmente una cadena de armas de fisión intensificadas por fusión (no confundir con las armas de fisión mejoradas por fusión mencionadas en el punto anterior), normalmente con dos etapas en la cadena. La segunda etapa, llamada la "secundaria", es implosionada por la energía de los rayos-x de la primera etapa, llamada la "primaria". Consecuentemente, la secundaria puede ser mucho más poderosa que la primaria, sin ser más grande. La secundaria puede ser diseñada para maximizar la liberación de energía de la fusión, pero en la mayor parte de los diseños de fusión es sólo empleada