Sau khi Liên-xô bắn rơi một máy bay do thám U-2 của Mỹ đang chụp ảnh một vài căn cứ hạt nhân của nước này vào 1-5-1960, quan hệ giữa Washington và Moscow lập tức rơi vào căng thẳng trầm trọng.
Một cam kết ngừng thử nghiệm vũ khí hạt nhân được Liên-xô kí với Mỹ và Anh vào năm 1958 đã khiến nước này thua kém hơn Mỹ rất nhiều về số lượng đầu đạn hạt nhân. Chính vì vậy, giữa lúc căng thẳng leo thang, Tổng Bí thư Đảng Cộng sản Liên-xô thời đó là ông Nikita Khrushchev đã quyết định hủy bỏ cam kết trên, cùng ra lệnh phát triển một loại bom nhiệt hạch siêu khổng lồ để cân bắng sức mạnh với Mỹ. Ông khẳng định rằng, một quả bom với sức công phá 100 megaton sẽ khiến Mỹ phải “nhận ra sự thật”.
Mô hình kích thước thật của bom Sa hoàng
Một đội 4 nhà vật lí học hạt nhân bao gồm Victor Adamskii, Yuri Babaev, Yuri Smirnov và Yuri Trutnev đã được giao nhiệm vụ thiết kế và chế tạo bom Sa hoàng chỉ trong 15 tuần. Quả bom này có đến 3 giai đoạn phát nổ, trong đó, giai đoạn trước được sử dụng làm điều kiện để kích nổ giai đoạn sau khiến sức công phá của nó được nhân lên gấp bội so với bom hạt nhân một giai đoạn thông thường.
Vụ nổ lịch sử diễn ra vào ngày 30.10.1961 khi một chiếc Tu-95 đã thả bom Sa hoàng ở quần đảo Novaya Zemlya, Bắc Băng Dương. Quả bom 27 tấn nặng đến nỗi Nga còn phải tháo bớt các bộ phận không cần thiết trên chiếc Tu-95. Máy bay đã thả bom ở độ cao 10.500m và chỉ có 188 giây để rời khỏi khu vực bị ảnh hưởng.
Quả bom bắt đầu phát nổ ở độ cao 4.200m với sức công phá lên tới 57 megaton, tương đương 57 triệu tấn thuốc nổ TNT, tức là gấp 3.333 lần quả bom Mỹ từng thả xuống Hiroshima, Nhật Bản vào Thế chiến II.
Khi bom Sa hoàng phát nổ, nó tạo ra đám mây hình nấm cao tới 60km. Tổ chức Hiệp ước cấm thử hạt nhân toàn diện (CTBTO) cho biết, con người có thể bị bỏng độ 3 ở khoảng cách hàng trăm km và vòng huỷ diệt hoàn toàn có bán kính 35 km. Một giờ sau vụ nổ, tín hiệu radio trong khu vực vẫn bị ảnh hưởng do sự ion hóa không khí, trong khi các ngôi nhà trên đảo Dikson cách đó 800km đều có cửa kính bị vỡ vì trấn động quá mạnh.
Mặc dù bom Sa hoàng không được đưa vào biên chế tuy nhiên sự xuất hiện của nó như lời xác nhận rằng, Liên-xô hoàn toàn có khả năng tạo ra vũ khí hạt nhân với sức công phá hàng trăm megaton nếu muốn.
Sau vụ thử nghiệm, Mỹ cũng nhận ra điều này và dừng ngay việc sản xuất thêm nhiều vũ khí hạt nhân. Đến ngày 5.8.1963, Liên-xô, Anh và Mỹ đã kí hiệp ước cấm thử nghiệm vũ khí hạt nhân trong không khí, dưới biển hay ngoài không gian.