代號「大伊萬」的沙皇炸彈是蘇聯於1961年10月30日投擲在北冰洋新地島的一枚三相氫彈，爆炸當量5000萬噸，在人類歷史上前無古人後無來者。
此前，關於此次瘋狂核試驗的影像一直被蘇俄嚴格保密，只有幾幅模糊不清的照片流出。2020年8月20日時值俄羅斯核工業創立75周年紀念日，俄羅斯國家原子能公司（Rosatom State Atomic Energy Corporation）出人意料地在社交媒體上公布了一段30分鐘的紀錄片，從沙皇炸彈的火車運輸，到圖-95V轟炸機裝載，再到新地島升起的高達10公裡的火球，以前所未有的細節展示了這次驚天動地的核試驗。
沙皇炸彈有許多代號：7000工程、產品202、產品V、RDS-220、大伊萬、庫茲卡的媽媽等等。「沙皇」一詞在蘇俄經常被指代大型物體，而「庫茲卡的媽媽」（Кузькина мать）則是俄羅斯諺語，意思是「我要你們好看！」，這個綽號來自赫魯雪夫在1960年聯合國大會上發言：「會向美國展示一位庫茲卡的媽媽！」。
沙皇炸彈是蘇聯總理尼基塔·赫魯雪夫的創意，在1961年7月在東西方關係最緊張的柏林危機時期獲得了研製批准，很快柏林圍牆就將柏林一隔為二。在這種緊張氣氛下，赫魯雪夫要求研製一種能被轟炸機投擲的熱核武器，當量要達到空前的1億噸。
為此該彈需要採用三相彈設計，工程師們似乎對1億噸當量在核試驗中的輻射風險感到擔憂，最後決定將當量降至5000萬噸，這仍相當於3800枚廣島炸彈。紀錄片指出，沙皇炸彈外殼的大小可容納1億噸裝藥。
沙皇炸彈的載機是一架經過特殊改裝的圖-95V，機腹彈艙經過擴大以半埋式掛載氫彈。圖-95V全機被塗成白色以防止核爆閃光傷害，就連螺旋槳也沒有放過。
一切準備就緒後，沙皇炸彈被運到蘇聯西北部科拉半島的奧列尼亞空軍基地。1961年10月30日，圖-95V掛載這枚重達6.5噸的氫彈在一架圖-16觀察機的伴飛下從奧列尼亞起飛。儘管兩架飛機都塗了白色防核爆閃光塗料以最大程度地減少熱傷害，但鑑於沙皇炸彈的巨大威力，人們估計機組只有50％機會倖存，可能是一次有去無回的單程自殺任務，非常悲壯。
到達新地島上空，圖-95V在莫斯科時間上午11時於10500米高度投擲了沙皇炸彈，氫彈在降落傘的帶動下落到4200米高度引爆，發出異常明亮的光芒，幾秒鐘之內，火球就升到了大約10公裡的高度。雖然核爆閃光異常強烈，兩架轟炸機還是倖存了下來，帶著機組開始返航。爆炸後四十秒，火球達到30公裡高度，此後開始形成蘑菇雲，最終蘑菇雲的頂部高度達到了60公裡，直徑90公裡。
巨大核爆導致方圓數百公裡範圍內的木屋被吹毀，石頭房屋失去了屋頂、窗戶和門，無線電通信中斷了將近一個小時。測試參與者即使在270公裡之外也通過深色護目鏡看到了明亮閃光，並感受到了熱脈衝的影響。大氣衝擊波聚焦效應甚至導致挪威和芬蘭房屋的窗戶被震碎。儘管沙皇炸彈是在距地面4.2公裡的高度引爆的，但仍產生了5.0–5.25級地震體波強度。
這起核試驗的規模在全球已知爆炸事件中排名第二，僅次恐龍滅絕的那次隕石事件，因此引發西方世界的恐慌與強烈抗議。不過雖然沙皇炸彈當量巨大，卻難成為實用化的武器，因為體積和重量實在太大了，之後蘇聯將核彈研製重心轉移到彈道飛彈和小型自由落體核彈上。
西方普遍將沙皇炸彈描述為末日武器，但無論如何，這仍是一項了不起的技術成就。雖然未能實用化，沙皇炸彈仍讓蘇聯成功「恫嚇」到西方，並對今後的核試驗產生深遠影響。蘇聯，英國和美國政府於1963年籤署了《部分測試禁令》，此後所有核試驗都必須在地下進行。