Le bombe atomiche o bombe A sono ordigni che sfruttano la reazione di fissione a catena incontrollata di nuclei pesanti per produrre elevatissime quantità di energia; il materiale fissile impiegato è l’uranio 235 (che si ottiene mediante arricchimento dell’uranio naturale), il plutonio 239, l’uranio 233, (ambedue prodotti artificialmente), od anche una miscela dei tre isotopi. La fissione di un singolo nucleo di uranio o di plutonio genera energia, calcolata in 200 Mev: per produrre 1 kiloton occorrono circa 50 grammi di materia che partecipi alla fissione, ma la sostanza fissile effettivamente presente deve essere assai superiore (circa 1000 volte), perché i neutroni prodotti dalle prime fissioni non sfuggano all’esterno, ma vadano a colpire altri nuclei, autosostentando la reazione: il quantitativo di sostanza fissile necessario e sufficiente perché si sviluppi una reazione a catena viene detto “massa critica”. La massa critica è di circa 5 kg per il plutonio 239 e di 10 kg per l’uranio 235; non si conoscono i dati per l’uranio 233. Il funzionamento di un ordigno a fissione nucleare si basa sul principio di creare la massa critica al momento scelto per l’esplosione. I sistemi adottati per realizzare questo principio: sono a) barre di assorbitori: in una massa di sostanza fissile critica o supercritica vengono immesse barre di un materiale dotato di un forte potere assorbente dei neutroni; la rapida espulsione delle barre (in genere mediante cariche esplosive convenzionali) provoca l’inizio della reazione a catena; b) gun type: due o più masse subcritiche di sostanza fissile vengono sparate l’una contro l’altra dalla esplosione simultanea di due o più cariche di esplosivo; c) implosion type (a implosione) una massa fissile critica viene mantenuta in condizioni di sub-criticità per la presenza di cavità interne a mo’ di spugna; l’esplosione di cariche convenzionali poste intorno alla sostanza fissile, ne provoca, mediante la compressione, la criticità. Gli ultimi due sistemi sono i più usati a scopo militare perché danno maggiori garanzie di una completa reazione a catena, i cui tempi, dell’ordine dei milionesimi di secondo (i tempi dell’esplosione convenzionale si aggirano sui millesimi di secondo) mal si conciliano con la velocità di espulsione delle barre. Si ritiene che le bombe basate sulla fissione nucleare, non superino il limite di potenza di 400 kiloton; questo anche perché le singole masse di materiale fissile da accoppiare al momento della reazione non debbono, ciascuna, raggiungere il livello di massa critica.
Le Bombe Termonucleari o bombe H all’idrogeno. Sfruttano l’energia liberata nella fusione di atomi leggeri portati a temperatura elevatissima (milioni di gradi) mediante una esplosione nucleare a fissione; a sua volta la reazione di fusione può essere sfruttata impiegando i neutroni prodotti per realizzare la fissione di atomi pesanti quale il torio 232 o l’uranio 238: in tal caso l’ordigno viene chiamato a fisso-fuso-fissione. Le reazioni di fusione possibili sono di diverso tipo e diversi sono anche i quantitativi del materiale che prende parte alla fusione per ogni chiloton di energia prodotto: si passa dai circa 12g/kton che reagiscono quando si impieghino deuterio e trizio, ai circa 54 g/kton necessari quando il materiale fusibile sia il deuterio da solo. Caratteristiche particolari del processo di fusione sono i minori tempi di reazione e la produzione di un maggior numero di neutroni rispetto al processo di fusione.