Le UnMuseum - Comment construire une H-Bomb
Le premier dispositif thermonucléaire jamais fait exploser: Mike Ivy en 1952.
A la fin de la seconde guerre mondiale, il était possible de construire des bombes atomiques à l'aide de fission (la fission des atomes) qui peuvent créer des explosions égales à plusieurs centaines de tonnes de TNT. Les scientifiques soupçonnions, cependant, que des armes encore plus puissantes pourraient être construits en forçant les atomes ensemble, un effet appelé fusion. Les Etats-Unis a testé la première de ces méga-armes en 1952 avec une explosion égale à 10,4 millions de tonnes de TNT. Comment ces bombes thermonucléaires super construites?
Fission Fusion vs.
Les armes nucléaires, cependant, produisent de l'énergie à partir de la séparation de l'autre (fission) et la combinaison d'atomes (fusion). Les réactions nucléaires peuvent être d'au moins un million de fois plus puissant que les réactions chimiques. Le plus facile de ces deux réactions nucléaires à utiliser est la fission. Cela a été utilisé pour fabriquer les premières bombes atomiques (Pour plus d'informations sur la fission et les bombes atomiques voir notre article sur « Comment construire une bombe atomique »).
Forcer atomes ensemble comme un moyen de libération d'énergie est appelé fusion. Il est la source d'énergie pour les étoiles, y compris notre soleil. Les étoiles sont principalement des boules de l'hydrogène gazeux, le plus simple de tous les éléments (les atomes sont composés de seulement un proton et un électron et parfois des neutrons). Normalement les atomes n'aiment pas fusionner, mais sous les énormes pressions et températures à l'intérieur d'une étoile, il arrive. Typiquement, les noyaux (les centres) de six atomes d'hydrogène passent par une série de réactions et émergent sous forme de deux atomes d'hélium, deux atomes d'hydrogène, un couple de positrons (électrons ayant une charge positive) et, surtout, de l'énergie sous la forme de les rayons gamma.
Quand les scientifiques ont d'abord pensé à libérer de l'énergie par la fusion des atomes d'hydrogène qu'ils avaient un vrai problème: il n'y avait aucun moyen sur terre pour produire de la chaleur et la pression nécessaire pour provoquer l'hydrogène à fusible. Avec l'invention de la bombe atomique, cependant, ils ont réalisé qu'ils avaient maintenant un dispositif qui pourrait produire ces énergies. Pour cette raison, chaque bombe de fusion utilise une bombe à fission comme déclencheur.
Presque toutes les bombes thermonucléaires sont des armes à plusieurs étages. Cela signifie que l'énergie des premières étapes sont utilisées pour déclencher les étapes ultérieures. La première étape d'une telle bombe est un dispositif de fission classique: essentiellement une bille d'uranium 235 ou du plutonium-239 entouré d'explosifs. Lors de la détonation, les explosifs compriment l'uranium ou du plutonium jusqu'à ce qu'une réaction supercritique (la fission des atomes qui libère des neutrons de haute énergie qui divise atomes encore plus) a lieu, l'énergie libérer sous la forme de rayons gamma avec un flot de neutrons à haute énergie.
L'énergie de cette première étape serait ensuite utilisé pour presser et chauffer l'hydrogène dans la deuxième étape jusqu'à ce que le point où les atomes vont fusionner pour former de l'hélium et de libérer de l'énergie. Exactement comment diriger l'énergie de la première étape à la deuxième étape a été sans doute le problème le plus difficile dans la conception de ce type de bombe, cependant.
En même temps, la première fission de stade irradie d'énormes quantités de neutrons de haute énergie. Ceux-ci sont focalisés par une partie de la bombe appelée « Neutron mise au point d'objectif » sur la deuxième étape. Le « bougie » au centre de la deuxième étape est réalisée en matériau fissile (soit l'uranium 235 ou du plutonium-239) et que ces neutrons à haute énergie entrer, atomes frappés par les neutrons commencent à se regrouper dans la « bougie d'allumage, "libérant de l'énergie. La bougie d'allumage est, en même temps, étant comprimé par le combustible d'hydrogène. La compression aide aussi à la fission de la bougie d'allumage qui explose et commence à pousser vers l'extérieur.
L'une des fonctions du « poussoir / sabotage » est non seulement de pousser vers l'intérieur sur le carburant d'hydrogène, mais pour résister à son mouvement vers l'extérieur comme il commence à exploser (ce qui explique pourquoi il est aussi appelé un « falsifier »). Plus l'hydrogène est maintenu comprimé, plus fusion a lieu, ce qui rend la bombe plus puissante.
L'un des problèmes qui assaillent les concepteurs de la bombe était le combustible de fusion. Tandis que les étoiles utilisent la réaction de fusion décrit ci-dessus, les scientifiques ont réalisé qu'il serait plus pratique dans une bombe à utiliser une forme d'une réaction de fusion qui fusion deutérium (un atome d'hydrogène, avec un neutron) avec du tritium (un atome d'hydrogène, avec deux neutrons). Cette réaction, en plus de la production d'un atome d'hélium et des rayons gamma, a également produit une libre, haute neutrons d'énergie.
Bien que ce qui précède décrit les fonctions de base d'un dispositif thermo-nucléaire, la quasi-totalité de ces bombes comprennent également certaines fonctionnalités supplémentaires qui augmentent le rendement de l'arme.
Stimuler une bombe
Edward Teller avec Stanislaw Ulam est venu avec un design pratique pour la première bombe à hydrogène.
La sortie peut également être augmentée dans la deuxième étape par le remplacement de la tête du poussoir / sabotage de l'uranium-238. L'uranium 238 ne sont généralement pas considérés comme du matériel « fissile » parce qu'elle ne produit pas les neutrons de haute énergie nécessaire pour séparer les atomes. Toutefois, lorsque l'uranium-238 est mis à côté du combustible de fusion, ses atomes peuvent être divisés par les neutrons de haute énergie provenant de la réaction de fusion. En fait, ce mécanisme est si efficace, il peut doubler la puissance de la bombe sans ajout de matières fissiles plus rares.
Parce qu'ils sont si efficaces pour augmenter la puissance de la bombe, première étape et dope l'uranium pour le poussoir / sabotage sont standard pour presque tous les appareils thermonucléaires. La seule exception majeure est la soi-disant bombe à neutrons. Dans les années 80 et 90 les planificateurs américains étaient préoccupés par le grand nombre de chars dans les forces militaires des pays du Pacte de Varsovie qui pourraient être utilisés pour envahir les pays de l'OTAN. Les soldats dans ces réservoirs étaient relativement bien protégés contre les explosions nucléaires, si les concepteurs ont cherché à minimiser les retombées de l'explosion et à long terme de la bombe tout en augmentant les neutrons libres à haute énergie. Étant donné que ces neutrons peuvent facilement pénétrer le blindage des chars, une telle bombe pourrait handicaper l'équipage du char tout en faisant assez peu de dommages aux terres et à l'infrastructure de la nation la défense. L'une des clés pour faire le travail à la bombe à neutrons était d'utiliser un poussoir plomb / sabotage qui réduit l'effet de souffle sans réduire la production de neutrons de haute énergie.
Trois bombes de scène
Bien que, en théorie, il est possible de construire des armes avec un nombre presque illimité d'étapes (et donc avec un pouvoir illimité), les plus grandes bombes jamais construites avaient seulement trois étapes (un exemple est le soi-disant « Tsar Bombe », un dispositif russe pourrait produire une explosion 100 mégatonnes, mais n'a été jamais testé à 50 mégatonnes). En réalité, il y a peu de nécessité militaire pour construire des bombes gigantesques avec plus de deux étages. En général, il est plus efficace d'utiliser un certain nombre de petites bombes pour remplir un objectif, plutôt qu'un grand.
F eureusement, les armes thermonucléaires sont difficiles à faire et que quelques nations ont maîtrisé cette compétence. Il n'est pas que la conception est si compliqué, mais l'uranium 235 ou du plutonium-239 nécessaires pour construire la première étape est rare, difficile à produire et très bien gardé. Il est également la raison pour laquelle la prolifération nucléaire de ces matériaux est une préoccupation dans le monde entier.