Quả bom khinh khí ba giai đoạn Sa hoàng được chế tạo ở Liên Xô có đương lượng nổ 50 megaton, tương ứng với 50 triệu tấn thuốc nổ TNT, có sức công phá gấp 3.800 quả bom ném xuống Hiroshima trong Thế chiến II, là quả bom nguyên tử lớn nhất từng được chế tạo và phát nổ. Ngày 30/10/1961, Liên Xô cho phát nổ thử nghiệm bom Sa hoàng ở độ cao 4000m trên một hòn đảo ở Vòng Bắc Cực có tên Novaya Zemlya (vùng đất mới). Quả bom được chở bằng máy bay. Bom khinh khí là bom sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân hydro, có sức tàn phá lớn gấp nhiều lần bom nguyên tử. Vũ khí phân hạch và nhiệt hạch thuần tuý (một giai đoạn) có đương lượng nổ hàng trăm kiloton, và khi có 3 giai đoạn nổ, sức công phá của vũ khí tăng lên nhiều lần.

Thực tế, quả bom theo mong muốn ban đầu của thủ tướng Nikita Khrushchev có đương lượng 100 megaton. Nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy thiết bị như thế sẽ tạo ra các phát xạ nguy hiểm gây ô nhiễm cả những vùng cách xa khu thử nghiệm. Quả bom mới giảm tới 97% phát xạ. Theo Nuclear Weapons Archive, thiết kế của quả bom không có gì mới về công nghệ. Nó sử dụng một vụ nổ nhiệt hạch để kích hoạt một vụ nổ khác lớn hơn, quá trình này có thể tạo ra một chuỗi các vụ nổ có sức công phá tăng lên không ngừng. Thử nghiệm bom Sa hoàng được tiến hành khi Mỹ đang cố gắng tạo ra vũ khí nhiệt hạch có thể vận chuyển bằng đường hàng không và đã tiến hành thử nghiệm Castle Bravo trên Thái Bình Dương vào năm 1954. Castle Bravo là mật danh của quả bom hydro mạnh nhất của Mỹ, có đương lượng nổ bằng một phần ba bom Sa hoàng.

Thử nghiệm bom 219 tại Novaya Zemlya của Liên Xô có đương lượng nổ lên tới 24,2 megaton và đây cũng là quả bom có sức công phá lớn thứ nhì trong lịch sử được kích nổ của quốc gia này. Vụ nổ có sức hủy diệt mọi thứ trong khu vực khoảng gần 10km2, gây bỏng độ 3 ở các khu vực trong 5827km2.

Thử nghiệm 219 là một vụ thử hạt nhân do Liên Xô tiến hành trong khí quyển thông qua ICBM. Thử nghiệm được thực hiện vào ngày 24 tháng 12 năm 1962 trên phạm vi thử nghiệm Novaya Zemlya. Nó là một quả bom nhiệt hạch có đương lượng khoảng 24,2 megaton và bán kính phá hủy khoảng 6 mi (9,7 km), khiến nó trở thành vụ nổ nhiệt hạch lớn thứ hai trong lịch sử sau Tsar Bomba.

Trong cả 3 cuộc thử nghiệm bom của Liên Xô 173, 174, 147 thì đều diễn ra tại Novaya Zemlya, với sức tàn phá của cả 3 vụ đều là 21 megaton, gấp khoảng 1000 lần so với vụ nổ ở Nagasaki, Nhật Bản.

Đây lần lượt là các vụ nổ hạt nhân mạnh thứ 3,4,5 trong lịch sử loài người. Một quả bom thế này có thể sẽ hủy diệt mọi thứ trong khu vực 7,8km2.

Vụ nổ Novaya Zemlya số 25 đã được Liên Xô thực hiện vào thời gian là tháng 4/1962 với sức tàn phá hủy diệt lên tới 19,1 megaton. Hiện nay, những hình ảnh về vụ nổ này vẫn còn đang được giấu kín.

Thế nhưng, một số người cho rằng với sức công phá kiểu như vậy, vụ nổ có thể hủy diệt toàn bộ những thứ trong phạm vi 7km2 và gây bỏng độ 3 trong khu vực có bán kính là 5200 km2.

Castle Bravo đã được kích nổ chính xác là vào ngày 28/8/1954, nó được xem là quả bom có sức hủy diệt lớn nhất trong chiến dịch Castle thử nghiệm các vụ nổ hạt nhân.

Lúc đầu, quả bom này ước tính chỉ có 6 megaton nhưng cuối cùng thì sức nổ của nó lại lên tới 15 megaton tạo thành khối hình nấm lửa cao đến 35km. Đây cũng chính là một sai lầm tệ hại trong tính toán vụ nổ của Hoa Kỳ. Thiệt hại đã khiến cho 665 người dân xung quanh khu vực quần đảo Marshall bị nhiễm phóng xạ một cách nặng nề.

Quả bom Castle Yankee đã được phát nổ chính xác vào ngày 04/5/1954, và cũng là vụ nổ lớn thứ 2 của nước Mỹ trong chiến dịch Castle, với sức công phá là 13,5 megaton.

Bụi phóng xạ của nó lan đến tận Mexico City cách nơi thử nghiệm khoảng hơn 11.000km chỉ trong 4 ngày. Với sức công phá hủy diệt như vậy, vụ nổ này có thể gây bỏng độ 3 trong khu vực có bán kính khoảng 4500 km2.

Liên Xô đã tiến hành thử nghiệm vụ nổ số 123 Novaya Zemlya, quả bom này có đương lượng nổ là 12,5 megaton. Hiện tại vẫn chưa có video cụ thể về vụ nổ này.

Thế nhưng, với sức hủy diệt như trên, vụ nổ này có thể san bằng tất cả mọi thứ nằm trong khu vực 5,5km2, và gây bỏng độ 3 trong khu vực có bán kính khoảng 3400km2.

Castle Romeo chính là cuộc thí nghiệm bom nhiệt hạch nằm trong chiến dịch Castle vào năm 1954. Đương lượng của quả bom được xác định là 11 megaton.

Thay vì thử nghiệm trên đảo, Castle Romeo đã được kích nổ ngay trên mặt nước biển ở rạn san hô Bikini Atoll. Vụ nổ đã thiêu rụi toàn bộ mọi thứ trong bán kính khoảng 5km.

Vụ nổ Ivy Mike chính là vụ thử nghiệm đầu tiên bom nhiệt hạch hay còn gọi là bom khinh khí có đương lượng nổ gấp khoảng 700 lần so với quả bom nguyên tử đầu tiên mà Mỹ ném xuống Hiroshima.

Vụ nổ có đương lượng nổ được xác định là 10,2 megaton, nó hủy diệt phần lớn đảo Elugelab, tạo ra một hố sâu 50m và đám mây hình nấm cao tới 42km.

Vào ngày 25/8/1962, Liên Xô đã thử hạt nhân lần 158 và ngày 19/9/1962 thì thử hạt nhân lần 168, cả 2 lần đều diễn ra ở bãi thử khu vực Novaya Zemlya phía Bắc Liên Xô gần với Bắc Cực.

Mỗi vụ trong 2 vụ thử này đều có sức nổ mạnh được xác định là gần 10 megaton, thiêu hủy mọi thứ trong khu vực khoảng 4,6 km2 và gây ra độ bỏng cấp 3 trong khu vực có diện tích là 2800 km2. Hiện nay vẫn chưa có hình ảnh hay đoạn phim nào ghi lại vụ thử này.