核武器设计方案
尽管每种核武器都可以归为以上三种类型之一，在新闻中和公众讨论中也经常会提到下面的一些特别的设计，但是这些设计的名字不一定能正确地描述它们的工作原理和用途。例如：
氢弹
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现代核武器都需要在某种程度上使用了D-T聚变反应。即使是纯裂变核弹，其中的中子源仍然是一个包含有微量氚和氘的高电压真空管。然而，在大众观念中，氢弹是一种数百万吨当量的核弹，要比在广岛投下的小男孩核弹威力大上千倍。实际上，这样高当量的核弹是一种二阶段热核武器，需要通过使用铀裂变来达到所需要的当量，而其能量的主要来源是裂变。
氢弹的设想最早于1949年为公众所注意，此时，一些卓越的科学家们公开的表示反对制造比纯裂变核弹威力更大的核武器。他们的反对意见出于道德和实践的考虑。而另一些科学家认为，裂变核弹的体积受到临界质量的限制，无法做得更小，而聚变则没有任何临界质量的限制。1949年，苏联进行了第一次核试验，爆炸了第一颗原子弹，随后，总统杜鲁门要求洛斯阿拉莫斯的科学家制造一枚威力更大的核弹，从而结束了对是否制造氢弹的争论。1952年，在常春藤行动中，代号为Mike的核试验爆炸了一颗1020万吨当量的氢弹，这被认为是第一次氢弹的测试，也加强了公众认为氢弹比原子弹（纯裂变核弹）威力强上千倍的想法。
1954年，奥本海默 被认为是氢弹的反对者。公众不知道其实有两种类型的所谓氢弹（其实没有任何一种可以用氢弹来准确的描述）。5月23日，当他的安全许可被撤销时，在四个公众调查中有三个结果都认为他“领导了氢弹计划”。实际上在1949年，奥本海默领导了单阶段的聚变增强裂变弹的设计，以在钚和氚的生产中取得平衡，同时最大化核弹的威力。而他在1951年以前一直反对二阶段热核武器的想法，直到辐射内爆使得这个想法变得可行。他的职位的复杂性使得这些内幕一直到1976年才为公众所知，此时他已经去世9年。
二十世纪六十年代，在洲际导弹替换了战略轰炸机以后，大多数的百万吨级核弹都被导弹核弹头所代替。这些核弹头依然是二阶段核弹设计，当量降至最多一百万吨。
闹钟
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对于裂变和聚变的共生关系的探索始于二十世纪四十年代的一个核武器设计。在这个设计中，裂变燃料和聚变燃料分成薄层交替的混合起来。作为一个单阶段核武器，它应该是一个聚变增强裂变的一个不甚合理的设计。在开发二阶段热核武器的次级核弹时，这个设计方案才变得可行[21]。
而这个设计在美国被命名为闹钟，其实这仅仅是一个没有任何意义的代号。苏联的名字略有描述性，Sloika，是一种层状的蛋糕，在相关苏联核武器发展史的中文文献中通常被翻译成“千层饼”。1953年8月12日，苏联测试了一颗单阶段的苏联Sloika核弹。而在美国，这个设计的单阶段核弹从未测试过，但是在城堡行动的核武器测试中，于1954年4月26日代号为Union的核实验爆炸了一颗二阶段热核武器，武器代号为闹钟。试验在比基尼环礁举行，当量为6.9百万吨。
由于苏联的Sloika试验中最早使用了氘化锂-6，而美国在8个月后的1954年3月1日的Bravo核试验才第一次测试这种材料，有人声称苏联最先制造了氢弹（1952年，美国的Mike核试验使用了液态的氘作为次级核弹的聚变燃料，同时采用了D-D聚变反应）。然而，第一次苏联使用辐射内爆来爆炸次级核弹已经是1955年11月23日的事了，比Mike核试验晚了3年，而辐射内爆才是所谓的氢弹的本质特征。
干净炸弹
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低音管核弹，该设计可以用于制造一枚当量为三百五十万吨的干净核弹，也可以用于制造一枚当量为两千五百万吨的放射性核弹。此照片所示为在1956年测试前的放射性核弹。
在1954年3月1日，美国进行了当时最大的核爆测试。这次测试属于城堡行动，代号为Bravo。当时，在比基尼环礁引爆了一颗当量为一千五百万吨的核弹。核弹引起的放射性尘埃可以迅速致死，这些尘埃散布在6000平方英里的太平洋海面上。[22] 马绍尔群岛的居民和日本渔民因辐射而受伤甚至死亡（参见第五福龙丸事件）使得氢弹中使用了裂变材料这个秘密为公众所知。
为了应对公众对放射性尘降的恐慌，美国政府决定设计一种干净的核弹。这种核弹的威力仍然十分巨大，能够达到数百万吨当量，而释放的能量几乎仅仅依靠聚变。由于以前的大当量热核武器使用了裂变材料制成反射层，其裂变作为主要的能量来源，这种干净的核弹为了达到同样的当量就需要非常巨大的体积。在这种情况下，以次级核弹做为初级的第三个阶段被加入到核弹中。这枚核弹被命名为低音管。在红翼鸫行动中，代号Zuni的核试验测试了这枚核弹。这次核试验于1956年5月28日在比基尼环礁举行。在这枚核弹中，所有的铀都用铅来代替，当量为三百五十万吨。85%的能量都来自聚变，另外的15%的能量来自裂变。在公开的核试验结果中，聚变能量提供能量的比例最高的几次是红翼鸫行动中代号为Navajo的核试验，95%的能量都来自核聚变[23]，压缩饼干行动中代号为Poplar的核试验[24]，95.2%的能量来自核聚变，以及沙皇炸弹，97%的能量来自核聚变[25]。
7月19日，原子能委员会主席Lewis Strauss说，干净的核弹“从人道主义的角度来说...非常重要”。然而，在两天以后，低音管核弹的辐射版本在红翼鸫行动中的Tewa核试验中引爆。这枚核弹的当量是5百万吨，87%的能量来自裂变。这枚核弹的威力被刻意的降低了，以使放射性尘埃降落在一个很小的区域内。这枚核弹后来列装，称为Mk-41核弹。这枚核弹有三个阶段，当量两千五百万吨，由空军的轰炸机携带，但是从来没有满当量测试过。
因此，大当量的干净核弹其实仅仅是出于对公共关系的考虑。实际部署的核弹仍然是放射性的，以使同样大小的核弹拥有最大的威力。
钴弹
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主条目：钴弹
这是一种幻想出来的末日炸弹，来自内尔·舒特的小说海滩上。这本小说1959年改编成电影海滩上。在小说中，钴弹是一种使用钴作为外壳的氢弹。被中子激活的钴可以通过放射性尘埃最大化对环境的破坏。这些炸弹的想象在1964年的电影奇爱博士以后变得更为流行。在电影中，加入核弹的元素被称为“钴-钍 G”。
这种“加料”核弹曾经应美国空军的要求被严肃的研究过，很可能曾经制造并测试，但是最终没有列装。在1964版的国防部原子能委员会的《核武器的影响》一书中，一个题目为“放射学战争”的章节澄清了这个问题[26] 。裂变产物和中子激活的钴一样具有致命的效果，因此标准的高裂变热核武器实际上已经是一种放射性的核武器，不需要添加钴。
在爆炸开始时，一枚同样大小裂变-聚变-裂变核武器中聚变产物中的γ射线要远远比钴-60强；一小时后，要强15000倍；一周后，要强35倍；一个月后要强5倍；而六个月时才大致相等。随后，裂变尘埃的放射性迅速下降，在一年后，钴的放射性是放射性尘埃的8倍，5年后是150倍。裂变产物中长寿命的放射性同位素会使得尘埃的放射性在75年以后再次超过钴-60。
裂变-聚变-裂变弹
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1954年，为了解释氢弹中产生的大量的裂变产物放射性尘埃，Ralph Lapp使用名词裂变-聚变-裂变来描述它所谓的三阶段热核武器。他的描述是正确的，但是他所选用的名词在公开文献中造成了误解。核武器中所谓的阶段并不是裂变、聚变、裂变，而是初级核弹、次级核弹、甚至第三极核弹。每一级都使用了裂变、聚变、裂变。
中子弹
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主条目：中子弹
中子弹的准确称法是辐射增强核武器。它是一种典型的战术核武器，很大一部分能量都是以高能中子辐射的形式释放。而标准的热核武器需要使用裂变材料来捕捉这些高能中子以增强威力。中子弹的当量可能仅仅是纯裂变核武器的十分之一。当然即使他们爆炸的威力与其他核弹相比已经大大降低了，它的破坏力仍然大大超出任何常规炸弹。同时，和其他核武器相比，除去强大的冲击波和热效应以外，中子弹的破坏力主要表现在对有生命的物质的杀伤上。
当核武器的当量下降到一千吨以下的时候，冲击波的致命半径在700米以下，要比他的中子辐射的杀伤力小。然而，冲击波的能量也是足够摧毁大多数建筑物的。当然绝大多数的建筑抵抗冲击波的能力不如人体。冲击波的压力达到20PSI时才是致命的，而大多数建筑物在5PSI的时候就已经倒塌了。大众一般的错误观念认为这种核弹仅仅会对杀伤人体，而建筑物会完好无损。这种炸弹确实对距离较远处的房屋没有什么影响，但是距离爆心较近的建筑一样会被摧毁。
核武器能量分布
普通
中子弹
冲击波
50%
40%
热效应
35%
25%
核辐射
5%
30%
残留辐射
10%
5%
中子弹制造的初衷是用来杀伤坦克成员。坦克对于冲击波和热辐射都有很好的抵抗能力，可以在距离核爆处（相对）较近的位置依然保证坦克乘员生存。由于苏联在冷战期间拥有庞大的坦克部队，中子弹是对抗他们最好的武器。中子辐射对于坦克成员的杀伤距离与冲击波和热效应对没有任何保护的人的杀伤距离差不多，同时也会用放射性污染坦克底盘，使得新的坦克成员无法进入坦克。
中子弹也被设计用于其他的一些场合。例如，他们在反核防守中很有效。中子弹爆炸产生的中子流可以在很远处使得侵入的核弹头失效，这个距离要比热和冲击波远得多。核弹头通常有很强的抗物理损伤的能力，但是很难对抗强烈的中子流。
中子弹是一种二阶段热核武器，所有不必要的铀都被移除以减小裂变的当量。爆炸产生的中子由聚变提供。中子弹在20世纪50年代被设计出来，在70年代由美国军队部署在欧洲。最后的中子弹于九十年代退役。
中子弹的当量仍然需要足够高，以使聚变过程可以被点火，而当量也不能过高，使得容器的厚度不会吸收过多的中子。这意味着中子弹的当量大约是1-10千吨，而裂变的比例从50%到25%。中子输出的杀伤力会比一枚纯裂变内爆核弹或者是战略核弹头W87或W88大10-15倍。
橡树岭合金热核弹头
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1999年，核武器的设计在几十年后又一次登上新闻媒体。当年1月份，美国众议院发表了考克斯报告，报告宣称中国曾经通过某种方式得到了关于美国W88核弹头的机密信息。在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的一位台湾移民李文和被以间谍罪提起公诉并拘捕。在被监禁了九个月以后，关于他的案件被撤销，因为无法肯定是否存在间谍活动。
长达十八个月的新闻调查很不寻常的详细描述了W88核弹头。纽约时报在首页印出了W88的示意图[27]。而在2001年由Dan Stober和lan Hoffman撰写的关于李文和的书中，提供了一份更详细的示意图（这幅图片经过允许在此发表）：
这枚核弹头被用于三叉戟洲际弹道飞弹，于1990年开始服役。W88也是为美国核武库设计的最后一种核弹头。尽管已经开放的文档并没有显示出这枚核弹的设计于1958年的核弹有什么本质上的区别，这枚核弹仍被认为是最先进的。
上面的这张图片显示了自从二十世纪60年代以来所有洲际导弹的标准特征，但是以下两个例外使得他在小体积内仍有很大的当量。
次级核弹的外层被称为推送层，有三个功能：热屏蔽、填充物、裂变燃料。这个外层使用U-235制造，而不是传统的U-238，因此被称为橡树岭合金热核武器。由于它是一种可以发生链式反应的裂变物质，而不仅仅是可裂变的物质，推送层可以裂变得更快、更完全，使得当量增加了。这种设计仅对于拥有大量铀储备的国家适用。美国据估计拥有500吨铀。
次级核弹在重入舱较宽的一端，因此它可以做得更大、威力也更大。而以前通常的安排是让较重、密度较大的次级核弹放在窄端，这样可以使它在从外层空间再入大气层时有更大的空气动力性能，也使庞大的初级核弹有更大的空间。由于这种新的结构，W88的初级核弹使用了压缩的常规高爆炸药以节省空间[28] 而不是通常的虽然巨大，但是更安全的不敏感高爆炸药。返回舱可能放置在洲际导弹的尖端，以拥有更大的空气动力性能[29]。
次级核弹中交替放置的裂变聚变材料使用了闹钟的设计方案。
可靠的替换核弹头
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主条目：可靠的替换核弹头
1989年，位于科罗拉多州的生产核装药的洛基平地工厂由于环境原因而被关闭。自此以后，美国没有生产过任何核弹头。两年以后，冷战结束，核弹的生产线除了检修就被闲置了。
美国国家核安全局提出了一个建造新的核装药工厂并开通生产线，以生产一种新的可靠的替换核弹头[30]。这种核弹头采用了如下的两个改进使其更为安全：重新使用不敏感高爆炸药以防止偶然地爆炸；不使用有毒的材料，如铍等等，以减少对人和环境的危害[31]。由于这种核弹不能使用任何核试验，它无法使用新的未经测试的设计。
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