Una etapa termonuclear primaria no solo tiene que producir energía; tiene que irradiar rápidamente lo suficiente como fotones, para difundirse dentro de la caja de radiación a la superficie del secundario para calentar y comenzar a comprimirlo. Un diseño de arma hace esto mucho más difícil.
El arma de Hiroshima utilizó 64 kg de uranio enriquecido, de los cuales menos de 1 kg se fisionaron. El combustible también estaba rodeado por una manipulación de carburo de tungsteno para ralentizar el desmontaje y aumentar el rendimiento. La difusión de la energía producida por el arma al medio ambiente tomó un tiempo relativamente largo y se redujo para reducir las energías de los fotones a medida que se calentaba todo el combustible y la manipulación.
Si bien el diseño primario termonuclear está clasificado, sí conocemos algunos datos generales sobre cómo logran el objetivo de diseño de la transferencia rápida de energía. La alta eficiencia, que quema hasta la mitad del combustible con la ayuda del aumento de la fusión al comprimir el gas DT en el centro del primario, no solo aumenta el rendimiento total de energía, sino que lleva el combustible restante y los productos de fisión a temperaturas más altas y los fotones circulantes a energías más altas. Las temperaturas más altas significan una ionización más profunda de los átomos en las capas internas, o tal vez incluso una ionización completa, lo que hace que la masa sea transparente a los fotones de menor energía, ya que la eliminación de un electrón de la capa ya no es un modo de absorción disponible. Por lo tanto, los fotones por debajo de un umbral de energía pueden salir directamente del núcleo, transitar el reflector de neutrones de berilio completamente ionizado y los explosivos convencionales utilizados para la implosión, y alcanzar rápidamente el caso de radiación de uranio donde son absorbidos por la ionización y re-irradiados a medida que los electrones libres vuelven a caer en los depósitos, llegando finalmente a la secundaria.
Las energías de ionización más altas se enumeran como 115.6 keV para 1s, 21.76 keV y 17.17 keV para 2p, luego no más de 5.5 keV para 3 y hacia afuera.
Propiedades de uranio de los átomos libres [Tabla periódica de WebElements]
La fisión completa de uranio o plutonio produciría algo así como 800 keV por nucleón. Por lo tanto, la fisión de más de alrededor del 15% del combustible de fisión del primario debe proporcionar una ionización completa y permitir que cualquier energía que exceda esa cantidad escape muy rápidamente.
Contrariamente a algunas respuestas, los neutrones que llegan al secundario no son deseables ya que inducirán un calentamiento prematuro y desigual. Al menos algunos diseños termonucleares incluyen boro-10 para absorber neutrones del primario.