«Царь-бомба», подобно «царь-пушке», не могла иметь боевого применения. Для доставки подобного заряда на территорию США и возвращения обратно на базу ни у одного советского самолёта просто не хватило бы топлива (это даже если представить себе, что он смог бы прорваться в воздушное пространство США через всю их ПВО). Однако в Соединенных Штатах об этом вряд ли знали.
30 октября 1961 года на Новой Земле состоялся самый мощный рукотворный взрыв в истории. Для проведения испытаний был создан полигон на Новой Земле, которую, ради такого дела, сделали необитаемой людьми. Триста ненцев, живших на островах, переселили в Архангельск, в городские квартиры, и предоставили им пенсии.
Работа над сверхмощным термоядерным зарядом в СССР началась в 1954 году, вскоре после первого испытания водородной бомбы. В мае 1955-го специально для осуществления этого проекта был создан НИИ-1011 (ныне – Российский федеральный ядерный центр). Во главе работ был поставлен член-корреспондент Академии наук Щёлкин.
Первоначально планировалось взорвать заряд мощностью 101,5 мегатонны тротила. Небольшая плутониевая бомба мощностью 1,5 мегатонны приводила в действие термоядерный заряд мощностью 50 мегатонн, который, в свою очередь, подрывал урановую бомбу. Её мощность взрыва под воздействием быстрых нейтронов, образующихся в результате реакции термоядерного синтеза, должна была составить ещё 50 мегатонн.
Однако в последний момент от взрыва последней решили отказаться. Господствует версия, что это было сделано из-за опасения слишком сильного радиоактивного загрязнения местности.
Однако есть мнение, что ряд учёных-ядерщиков, работавших над «Царь-бомбой», как её неофициально окрестили, (прежде всего – Курчатов и Сахаров) высказали опасение, что взрыв столь большой мощности может привести к цепной термоядерной реакции в атмосфере Земли. Третью ступень бомбы сделали имитационной.
Бомбу было решено сбрасывать с самолёта на нескольких парашютах, чтобы максимально замедлить её падение, и самолёт успел уйти как можно дальше от места взрыва. Масса бомбы составляла 26,5 тонн.
Для её доставки и сброса пришлось радикально переоборудовать турбовинтовой стратегический бомбардировщик Ту-95 (самый грузоподъёмный на тот момент советский самолёт).
17 октября 1961 года Хрущёв заявил на XXII съезде КПСС о том, что скоро СССР произведёт испытание водородной бомбы мощностью 50 мегатонн. Собравшаяся в те дни Генеральная Ассамблея ООН приняла резолюцию, призывавшую СССР отказаться от опасного испытания. Хрущёв не внял этой просьбе.
«Царь-бомба» была сброшена с высоты 10 500 метров над участком полигона в районе мыса Сухой Нос. Сразу после сброса самолёт сделал резкий разворот. Взрыв произошёл на расстоянии 38-39 км от самолёта, ударная волна нагнала его на расстоянии 115 км и бросила в пике, из которого лётчикам удалось выйти, потеряв 800 метров высоты.
Светоотражающая краска, которой был покрыт самолёт, в некоторых местах выгорела, а отдельные детали его корпуса оплавилась.
Бомба взорвалась, по разным источникам, на высоте от 3700 до 4500 метров над поверхностью (высота которой над уровнем моря составляла 200 метров). В радиусе 100 км было выжжено всё живое (включая, разумеется, белых медведей, моржей и тюленей).
По всем показателям, тепловой импульс должен был вызвать серьёзное таяние ледников, занимающих значительную площадь Новой Земли, однако в источниках об этом не упоминается.
Ударную волну почувствовали даже жители посёлка Диксон на расстоянии 800 км от эпицентра взрыва. По одним известиям, в покинутом посёлке на расстоянии 400 км от места взрыва были полностью разрушены деревянные постройки.
Однако по другим источникам, никаких повреждений не отмечалось даже в посёлке Амдерма в 280 км от полигона. Согласно третьим источникам, в Амдерме всё-таки вылетели стёкла во всех домах.
Фактическая мощность взрыва оказалась несколько выше расчётной и составила 57-58,6 мегатонн. Огненный столб поднялся в верхние слои атмосферы на высоту 64-68 км, диаметр взрывного «гриба» составил 95 км.
Источники единогласно утверждают, что сильного радиоактивного загрязнения местности не было, так как уже через два часа в эпицентре взрыва высадились учёные и это якобы никак не отразилось на их здоровье.
Впрочем, в последнее можно поверить, поскольку таким мощным взрывом радиоактивные продукты ядерного распада были подняты на значительную высоту и должны были медленно и постепенно оседать из атмосферы на значительных расстояниях от места взрыва.
Большинство российских авторов, пишущих об этом событии, утверждают, что испытание на Новой Земле наглядно продемонстрировало Соединённым Штатам ядерную мощь Советского Союза, отрезвило американских милитаристов, удержало их от развязывания ядерной войны во время Кубинского ракетного кризиса 1962 года, а также побудило согласиться на подписание в Москве (5 августа 1963 года) Договора о запрете ядерных испытаний в атмосфере, космосе и под водой.