1961年10月30日，有史以来威力最大的核武器在北冰洋的新地岛上空引爆。苏联“沙皇炸弹”(苏联名称RDS-220，美国中央情报局指定代号“JOE 111”)的威力为5千万吨级，相当于大约3800的枚广岛原子弹同时引爆。虽然苏联的官方名称是RDS-220氢弹，但西方人给它起了个“沙皇炸弹”的绰号。
这次测试是在美苏之间的政治紧张局势加剧的情况下进行的。1961年9月1日，已经存在了将近三年的暂停测试核武器计划被打破。在16个月内，美苏两国进行的核试验比前16年总和都多，导致全球辐射水平飙升，古巴导弹危机政治紧张局势进一步升级。苏联总理尼基塔·赫鲁晓夫在1961年7月下令开发一种1亿吨级的核武器，而工程师们在第一次试验前只有14周的设计和组装时间。
沙皇炸弹不像正常的氢弹，它包括“裂变-聚变-裂变”三相，而普通氢弹通常只有“裂变-聚变”两相。通过增加更多级，氢弹的爆炸威力理论上可以无限增加。但苏联担心破坏太大，将一亿吨当量减少了一半。沙皇炸弹是空投的，以证明它的威力有多大。沙皇炸弹上附有一个巨大的减速降落伞，以增加飞机逃生的时间。图-95轰炸机还涂了一层特殊的白色反射漆，以保护它免受爆炸释放的热辐射。
尽管如此，飞行员安德烈·杜尔诺夫舍夫和机组人员生还的概率估计只有50%。爆炸的冲击波导致飞机瞬间掉落一公里的高度，但最后还是安全着陆了。虽然沙皇炸弹在离地面4公里的地方被引爆，但是相当于里氏5.0级以上地震的冲击波被世界各地测量到。蘑菇云达到了60公里的高度。在数百公里之外可能发生三度烧伤。绝对毁灭的半径为35公里。沙皇炸弹级别的核爆炸可以造成全球影响。“新地岛的地面已经被夷平，像舔过一样干净，看起来像一个溜冰场。石头也一样。”爆炸后勘察现场的一名队员这样形容。
沙皇炸弹重27吨，长8米，军事用途有限。巨大的威力、重量和庞大的体积使得沙皇炸弹不适合用作军事武器。特别是，它不能通过弹道导弹投射。因此，沙皇炸弹从未部署过，而是一次性展示了其威力。27吨重的巨型氢弹爆炸威力如此巨大，以至于科学家们不同意它使用于战场。它的冲击波太过强大，甚至多次环绕地球。它产生了一个直径8公里的火球，其温度是太阳的三倍。距离爆炸点55公里内的所有建筑都被摧毁了。200公里外的建筑不同程度损坏。威力比美国在二战中使用的两枚核武器的爆炸威力加起来还要大34倍。这简直是末日武器。
苏联和美国之间保持的恐怖平衡的临界点在沙皇炸弹试验的那一天达到了最高点，这次试验强调了核扩散的疯狂和阻止双方按下核按钮的“相互保证摧毁”的概念。沙皇炸弹太过巨大，8米长，直径近2.6米，重达27吨，它使美国最大的核武器相形见绌，美国微不足道的900万吨B53空投氢弹“只有”4吨重。由于过大尺寸，沙皇炸弹只能由特殊改装的图-95V携带。对苏联来说，像沙皇炸弹这样的武器很难用于对美国的第一次核打击，充其量只是“显摆”的政绩武器。
冷战时期美国的战略防御是由远程预警雷达、防空战斗机、带有核弹头的远程防空导弹和一系列射程递减的核导弹和耐基、霍克常规地对空导弹组成的。美国对苏联首次核打击的一些反应是自动的，特别是北美预警雷达一旦探测到苏联轰炸机，就会自动报警。沙皇炸弹可能从未被设计成可实战的空投氢弹，不适合用于正常的军事储备(尽管它可以在紧急情况下用作武器)。进入一个国家的武器库存需要相当大的工程和规划，以确保令人满意的库存寿命，提供所需的维护，各种安全和安保机制，开发适合作战使用的运载技术和设备，制定和批准作战原则，制定适当的培训计划，制定适当的目标和作战计划清单，等等。
沙皇炸弹太重，降低了其挂载平台的性能，无法用于有效的突袭。在测试中，投掷武器的轰炸机机组人员有种只有“50%的机会”逃生的感觉。丢下唯一一枚沙皇炸弹的图-95V飞机受到了冲击波的猛烈冲击，在冲击波击中飞机后坠落了1000米。沙皇炸弹测试的地方仍然是禁区，即使对公众开放，也很难到达。有一些旅游公司偶尔会去试验场以南的地区拍摄北极熊，但他们不会进入沙皇炸弹爆炸的地区。
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