Bombe thermonucléaire. La bombe à hydrogène est une arme moderne de destruction massive
Armes thermonucléaires (bombe à hydrogène)- un type d'arme nucléaire dont le pouvoir destructeur repose sur l'utilisation de l'énergie de la réaction de fusion nucléaire d'éléments légers en éléments plus lourds (par exemple, la synthèse d'un noyau d'atome d'hélium à partir de deux noyaux de deutérium atomes), qui libère de l’énergie.
Descriptif général [ | ]
Un dispositif explosif thermonucléaire peut être construit en utilisant soit du deutérium liquide, soit du deutérium gazeux comprimé. Mais l’émergence des armes thermonucléaires n’est devenue possible que grâce à un type d’hydrure de lithium – le deutérure de lithium-6. Il s'agit d'une combinaison d'un isotope lourd de l'hydrogène - le deutérium et d'un isotope du lithium de nombre de masse 6.
Le deutéride de lithium-6 est un solide qui permet le stockage du deutérium (dont l'état habituel est en conditions normales- gaz) dans des conditions normales et, de plus, son deuxième composant - le lithium-6 - est la matière première permettant d'obtenir l'isotope le plus rare de l'hydrogène - le tritium. En fait, le 6 Li est la seule source industrielle de tritium :
3 6 L je + 0 1 n → 1 3 H + 2 4 H e + E 1 .(\displaystyle ()_(3)^(6)\mathrm (Li) +()_(0)^(1)n\to ()_(1)^(3)\mathrm (H) +() _(2)^(4)\mathrm (Il) +E_(1).) La même réaction se produit dans le deutéride de lithium-6 dans un dispositif thermonucléaire lorsqu'il est irradié par des neutrons rapides ; énergie libérée E 1 = 4,784 MeV La même réaction se produit dans le deutéride de lithium-6 dans un dispositif thermonucléaire lorsqu'il est irradié par des neutrons rapides ; énergie libérée. Le tritium (3H) résultant réagit ensuite avec le deutérium, libérant de l'énergie:
2 = 17,59 MeV1 3 H + 1 2 H → 2 4 H e + 0 1 n + E 2 , (\displaystyle ()_(1)^(3)\mathrm (H) +()_(1)^(2)\ mathrm (H) \to ()_(2)^(4)\mathrm (He) +()_(0)^(1)n+E_(2),)
De plus, un neutron est produit avec une énergie cinétique d'au moins 14,1 MeV, qui peut à nouveau initier la première réaction sur un autre noyau de lithium-6, ou provoquer la fission de noyaux lourds d'uranium ou de plutonium dans une coquille ou encore se déclencher avec l'émission de plusieurs des neutrons plus rapides. Les premières munitions thermonucléaires américaines utilisaient également du deutéride de lithium naturel, qui contient principalement l'isotope du lithium de masse numéro 7. Il sert également de source de tritium, mais pour cela les neutrons participant à la réaction doivent avoir une énergie de 10 MeV ou plus : réaction n Les premières munitions thermonucléaires américaines utilisaient également du deutéride de lithium naturel, qui contient principalement l'isotope du lithium de masse numéro 7. Il sert également de source de tritium, mais pour cela les neutrons participant à la réaction doivent avoir une énergie de 10 MeV ou plus : réaction+ 7 Li → 3 H + 4 He +− 2,467 MeV
Une bombe thermonucléaire fonctionnant selon le principe Teller-Ulam se compose de deux étages : une gâchette et un conteneur contenant du combustible thermonucléaire.
L’appareil testé par les États-Unis en 1952 n’était pas réellement une bombe, mais un prototype de laboratoire, une « maison à trois étages remplie de deutérium liquide », réalisée selon un modèle spécial. Les scientifiques soviétiques ont développé précisément la bombe - un dispositif complet adapté à un usage militaire pratique.
La plus grosse bombe à hydrogène jamais explosée est la "Tsar Bomba" soviétique de 58 mégatonnes, qui a explosé le 30 octobre 1961 sur le site d'essai de l'archipel. Nouvelle Terre. Nikita Khrouchtchev a ensuite plaisanté publiquement en disant que le plan initial était de faire exploser une bombe de 100 mégatonnes, mais que la charge avait été réduite « afin de ne pas briser toutes les vitres de Moscou ». Structurellement, la bombe était en effet conçue pour 100 mégatonnes, et cette puissance pourrait être obtenue en remplaçant le plomb par de l'uranium. La bombe a explosé à une altitude de 4 000 mètres au-dessus du terrain d'entraînement de Novaya Zemlya. L'onde de choc après l'explosion a fait trois tours globe. Malgré le test réussi, la bombe n'est pas entrée en service ; néanmoins, la création et les tests de la superbombe ont eu un grand impact signification politique, démontrant que l'URSS avait résolu le problème d'atteindre presque n'importe quel niveau de mégatonnage de son arsenal nucléaire.
USA [ | ]
L'idée d'une bombe à fusion initiée par une charge atomique a été proposée par Enrico Fermi à son collègue Edward Teller à l'automne 1941, au tout début du projet Manhattan. Teller a consacré une grande partie de son travail au cours du projet Manhattan au projet de bombe à fusion, négligeant dans une certaine mesure la bombe atomique elle-même. Sa focalisation sur les difficultés et sa position d'« avocat du diable » dans les discussions sur les problèmes ont forcé Oppenheimer à conduire Teller et d'autres physiciens « problématiques » sur le côté.
Les premières étapes importantes et conceptuelles vers la mise en œuvre du projet de synthèse ont été franchies par le collaborateur de Teller, Stanislav Ulam. Pour lancer le thermo fusion nucléaire Ulam a proposé de comprimer le combustible thermonucléaire avant de le chauffer, en utilisant les facteurs de la réaction de fission primaire, et également de placer la charge thermonucléaire séparément du composant nucléaire primaire de la bombe. Ces propositions ont permis de transférer le développement thermos armes nucléaires sur le plan pratique. Sur cette base, Teller a proposé que les rayons X et les rayons gamma générés par l'explosion primaire pourraient transférer suffisamment d'énergie au composant secondaire, situé dans une coque commune avec le primaire, pour réaliser une implosion (compression) suffisante pour initier une réaction thermonucléaire. . Teller et ses partisans et opposants ont ensuite discuté de la contribution d'Ulam à la théorie qui sous-tend ce mécanisme.
Explosion "Georges"
En 1951, une série d'essais est réalisée sous le nom général d'Opération Greenhouse, au cours desquels sont abordées les questions de miniaturisation des charges nucléaires tout en augmentant leur puissance. L'un des tests de cette série était une explosion nommée "George", dans laquelle un dispositif expérimental a explosé, qui était une charge nucléaire en forme de tore avec une petite quantité d'hydrogène liquide placée au centre. L'essentiel de la puissance d'explosion a été obtenu précisément grâce à la fusion de l'hydrogène, ce qui a confirmé dans la pratique le concept général des dispositifs à deux étages.
"Evie Mike"
Bientôt, le développement des armes thermonucléaires aux États-Unis s'est orienté vers la miniaturisation du modèle Teller-Ulam, qui pourrait être équipé de missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) et de missiles balistiques lancés depuis un sous-marin (SLBM). En 1960, les ogives de classe mégatonne W47 furent adoptées et déployées sur des sous-marins équipés de missiles balistiques Polaris. Les ogives avaient une masse de 320 kg et un diamètre de 50 cm. Des tests ultérieurs ont montré la faible fiabilité des ogives installées sur les missiles Polaris et la nécessité de les modifier. Au milieu des années 1970, la miniaturisation de nouvelles versions d'ogives selon la conception Teller-Ulam a permis de placer 10 ogives ou plus dans les dimensions de l'ogive à ogives multiples (MIRV).
URSS [ | ]
Corée du Nord [ | ]
En décembre de cette année, KCNA a diffusé une déclaration du dirigeant nord-coréen Kim Jong-un, dans laquelle il rapporte que Pyongyang a son propre bombe à hydrogène
Le 12 août 1953, à 7h30, la première bombe à hydrogène soviétique a été testée sur le site d'essai de Semipalatinsk, qui portait le nom de service « Produit RDS-6c ». Il s'agissait du quatrième essai d'armes nucléaires soviétique.
Le début des premiers travaux sur le programme thermonucléaire en URSS remonte à 1945. Ensuite, des informations ont été reçues sur des recherches menées aux États-Unis sur le problème thermonucléaire. Ils ont été lancés à l'initiative du physicien américain Edward Teller en 1942. La base a été prise par le concept d'armes thermonucléaires de Teller, qui dans les cercles des scientifiques nucléaires soviétiques était appelé un « tuyau » - un récipient cylindrique contenant du deutérium liquide, qui était censé être chauffé par l'explosion d'un dispositif d'initiation tel qu'un conventionnel bombe atomique. Ce n’est qu’en 1950 que les Américains ont compris que le « tuyau » était inutile et ont continué à développer d’autres modèles. Mais à cette époque, les physiciens soviétiques avaient déjà développé de manière indépendante un autre concept d'armes thermonucléaires, qui bientôt - en 1953 - fut couronné de succès.
Une conception alternative pour une bombe à hydrogène a été inventée par Andrei Sakharov. La bombe était basée sur l’idée d’une « bouffée » et l’utilisation de deutéride de lithium-6. Développé en KB-11 (aujourd'hui c'est la ville de Sarov, ancien Arzamas-16, Région de Nijni Novgorod) la charge thermonucléaire du RDS-6 était un système sphérique de couches d'uranium et de combustible thermonucléaire, entouré d'un explosif chimique.
Pour augmenter la libération d'énergie de la charge, du tritium a été utilisé dans sa conception. La tâche principale lors de la création d'une telle arme était d'utiliser l'énergie libérée lors de l'explosion d'une bombe atomique pour chauffer et enflammer l'hydrogène lourd - le deutérium, afin d'effectuer des réactions thermonucléaires avec libération d'énergie capable de subvenir à ses propres besoins. Pour augmenter la proportion de deutérium « brûlé », Sakharov a proposé d'entourer le deutérium d'une enveloppe d'uranium naturel ordinaire, censée ralentir l'expansion et, surtout, augmenter considérablement la densité du deutérium. Le phénomène de compression par ionisation du combustible thermonucléaire, qui est devenu la base de la première bombe à hydrogène soviétique, est encore appelé « saccharisation ».
Sur la base des résultats des travaux sur la première bombe à hydrogène, Andrei Sakharov a reçu le titre de héros du travail socialiste et lauréat du prix Staline.
Le «produit RDS-6s» a été réalisé sous la forme d'une bombe transportable pesant 7 tonnes, placée dans la trappe à bombes d'un bombardier Tu-16. A titre de comparaison, la bombe créée par les Américains pesait 54 tonnes et avait la taille d'une maison à trois étages.
Pour évaluer les effets destructeurs de la nouvelle bombe, une ville de bâtiments industriels et administratifs a été construite sur le site d'essai de Semipalatinsk. Au total, il y avait 190 structures différentes sur le terrain. Dans ce test, des prises sous vide d'échantillons radiochimiques ont été utilisées pour la première fois, qui s'ouvraient automatiquement sous l'influence d'une onde de choc. Au total, 500 appareils de mesure, d'enregistrement et de tournage différents installés dans des casemates souterraines et des structures au sol durables ont été préparés pour tester les RDS-6. Support technique aéronautique pour les tests - mesure de la pression de l'onde de choc sur l'avion dans l'air au moment de l'explosion du produit, prélèvement d'échantillons d'air du nuage radioactif et photographie aérienne de la zone réalisée par un spécialiste unité de vol. La bombe a explosé à distance en envoyant un signal depuis une télécommande située dans le bunker.
Il a été décidé de procéder à une explosion sur une tour en acier de 40 mètres de haut, la charge était située à une hauteur de 30 mètres. Le sol radioactif des tests précédents a été retiré à une distance de sécurité, des structures spéciales ont été construites à leur place sur d'anciennes fondations et un bunker a été construit à 5 mètres de la tour pour installer l'équipement développé à l'Institut de physique chimique de l'Académie de l'URSS. Sciences qui ont enregistré les processus thermonucléaires.
Installé sur le terrain équipement militaire toutes les branches de l'armée. Lors des tests, toutes les structures expérimentales situées dans un rayon allant jusqu'à quatre kilomètres ont été détruites. L’explosion d’une bombe à hydrogène pourrait détruire complètement une ville de 8 kilomètres de diamètre. Les conséquences environnementales de l'explosion ont été terrifiantes : la première explosion représentait 82 % de strontium-90 et 75 % de césium-137.
La puissance de la bombe a atteint 400 kilotonnes, soit 20 fois plus que la première bombes atomiques aux USA et en URSS.
Le travail visant à créer la bombe à hydrogène est devenu la première « bataille d’esprit » intellectuelle à une échelle véritablement mondiale. La création de la bombe à hydrogène a initié l'émergence de directions scientifiques complètement nouvelles : la physique des plasmas à haute température, la physique des densités d'énergie ultra-élevées et la physique des pressions anormales. Pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, la modélisation mathématique a été utilisée à grande échelle.
Les travaux sur le «produit RDS-6s» ont créé une base scientifique et technique, qui a ensuite été utilisée dans le développement d'une bombe à hydrogène incomparablement plus avancée d'un type fondamentalement nouveau - une bombe à hydrogène à deux étages.
La bombe à hydrogène conçue par Sakharov est non seulement devenue un contre-argument sérieux dans la confrontation politique entre les États-Unis et l’URSS, mais elle a également été à l’origine du développement rapide de la cosmonautique soviétique au cours de ces années. C'était après avoir réussi essais nucléaires OKB Korolev s'est vu confier par le gouvernement une tâche importante consistant à développer un missile balistique intercontinental destiné à acheminer la charge créée vers la cible. Par la suite, la fusée, appelée « sept », a lancé le premier satellite artificiel de la Terre dans l'espace, et c'est sur elle que s'est lancé le premier cosmonaute de la planète, Youri Gagarine.
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Beaucoup de nos lecteurs associent la bombe à hydrogène à une bombe atomique, mais beaucoup plus puissante. En fait, il s’agit d’une arme fondamentalement nouvelle, qui a nécessité des efforts intellectuels disproportionnés pour sa création et qui fonctionne sur des principes physiques fondamentalement différents.
"Bouffée"
Bombe moderne
La seule chose que les bombes atomiques et à hydrogène ont en commun est qu’elles libèrent toutes deux une énergie colossale cachée dans le noyau atomique. Cela peut se faire de deux manières : diviser les noyaux lourds, par exemple l'uranium ou le plutonium, en noyaux plus légers (réaction de fission) ou forcer la fusion des isotopes les plus légers de l'hydrogène (réaction de fusion). À la suite de ces deux réactions, la masse du matériau résultant est toujours inférieure à la masse des atomes d’origine. Mais la masse ne peut pas disparaître sans laisser de trace : elle se transforme en énergie selon la célèbre formule d’Einstein E=mc2.
Bombe A
Pour créer une bombe atomique, une condition nécessaire et suffisante est d’obtenir de la matière fissile en quantité suffisante. Le travail est assez exigeant en main-d'œuvre, mais peu intellectuel, plus proche de l'industrie minière que de la haute science. Les principales ressources nécessaires à la création de telles armes sont consacrées à la construction de mines géantes d'uranium et d'usines d'enrichissement. La preuve de la simplicité de l'appareil est le fait qu'il s'est écoulé moins d'un mois entre la production du plutonium nécessaire à la première bombe et la première explosion nucléaire soviétique.
Rappelons brièvement le principe de fonctionnement d'une telle bombe, connu des cours de physique scolaire. Il est basé sur la propriété de l'uranium et de certains éléments transuraniens, par exemple le plutonium, de libérer plus d'un neutron lors de la désintégration. Ces éléments peuvent se désintégrer spontanément ou sous l'influence d'autres neutrons.
Le neutron libéré peut quitter la matière radioactive ou entrer en collision avec un autre atome, provoquant une autre réaction de fission. Lorsqu'une certaine concentration d'une substance (masse critique) est dépassée, le nombre de neutrons nouveau-nés, provoquant une nouvelle fission du noyau atomique, commence à dépasser le nombre de noyaux en décomposition. Le nombre d'atomes en décomposition commence à croître comme une avalanche, donnant naissance à de nouveaux neutrons, c'est-à-dire qu'une réaction en chaîne se produit. Pour l'uranium 235, la masse critique est d'environ 50 kg, pour le plutonium 239 - 5,6 kg. Autrement dit, une boule de plutonium pesant un peu moins de 5,6 kg n'est qu'un morceau de métal chaud, et une masse légèrement supérieure ne dure que quelques nanosecondes.
Le fonctionnement réel de la bombe est simple : on prend deux hémisphères d'uranium ou de plutonium, chacun légèrement inférieur à la masse critique, on les place à une distance de 45 cm, on les recouvre d'explosifs et on fait exploser. L'uranium ou le plutonium est fritté en un morceau de masse supercritique et une réaction nucléaire commence. Tous. Il existe une autre façon de démarrer une réaction nucléaire : comprimer un morceau de plutonium avec une puissante explosion : la distance entre les atomes diminuera et la réaction commencera à une masse critique inférieure. Tous les détonateurs atomiques modernes fonctionnent selon ce principe.
Les problèmes de la bombe atomique commencent à partir du moment où l’on veut augmenter la puissance de l’explosion. Il ne suffit pas d’augmenter simplement la quantité de matière fissile : dès que sa masse atteint une masse critique, elle explose. Divers schémas ingénieux ont été inventés, par exemple, pour fabriquer une bombe non pas à partir de deux parties, mais à partir de plusieurs, ce qui faisait que la bombe commençait à ressembler à une orange éviscérée, puis à l'assembler en un seul morceau avec une seule explosion, mais toujours avec une puissance. de plus de 100 kilotonnes, les problèmes devenaient insurmontables.
Bombe H
Mais le carburant pour fusion thermonucléaire n’a pas de masse critique. Ici, le Soleil, rempli de combustible thermonucléaire, est suspendu au-dessus de nous, une réaction thermonucléaire s'y déroule depuis des milliards d'années et rien n'explose. De plus, la réaction de synthèse, par exemple, du deutérium et du tritium (isotope lourd et superlourd de l'hydrogène) libère 4,2 fois plus d'énergie que la combustion de la même masse d'uranium 235.
La fabrication de la bombe atomique était un processus expérimental plutôt que théorique. La création d’une bombe à hydrogène a nécessité l’émergence de disciplines physiques totalement nouvelles : la physique des plasmas à haute température et des ultra-hautes pressions. Avant de commencer à construire une bombe, il était nécessaire de bien comprendre la nature des phénomènes qui se produisent uniquement au cœur des étoiles. Aucune expérience ne pouvait aider ici - les outils des chercheurs n'étaient que physique théorique et les mathématiques supérieures. Ce n'est pas un hasard si un rôle gigantesque dans le développement des armes thermonucléaires appartient aux mathématiciens : Ulam, Tikhonov, Samarsky, etc.
Super classique
À la fin de 1945, Edward Teller proposa la première conception de bombe à hydrogène, appelée « super classique ». Pour créer la pression et la température monstrueuses nécessaires au démarrage de la réaction de fusion, il était censé utiliser une bombe atomique conventionnelle. Le « super classique » lui-même était un long cylindre rempli de deutérium. Une chambre « d'allumage » intermédiaire avec un mélange deutérium-tritium a également été prévue - la réaction de synthèse du deutérium et du tritium commence à une pression plus basse. Par analogie avec un incendie, le deutérium était censé jouer le rôle de bois de chauffage, un mélange de deutérium et de tritium - un verre d'essence, et une bombe atomique - une allumette. Ce schéma s'appelait une « pipe » - une sorte de cigare avec un briquet atomique à une extrémité. Les physiciens soviétiques ont commencé à développer la bombe à hydrogène en utilisant le même schéma.
Cependant, le mathématicien Stanislav Ulam, à l'aide d'une règle à calcul ordinaire, a prouvé à Teller que l'apparition d'une réaction de fusion de deutérium pur dans un « super » est difficilement possible, et que le mélange nécessiterait une telle quantité de tritium que pour le produire, il faudrait Il serait nécessaire de geler pratiquement la production de plutonium de qualité militaire aux États-Unis.
Feuilletée au sucre
Au milieu de 1946, Teller proposa un autre modèle de bombe à hydrogène : le « réveil ». Il s'agissait d'une alternance de couches sphériques d'uranium, de deutérium et de tritium. Lors de l'explosion nucléaire de la charge centrale de plutonium, la pression et la température nécessaires ont été créées pour déclencher une réaction thermonucléaire dans d'autres couches de la bombe. Cependant, le « réveil » nécessitait un initiateur atomique de grande puissance, et les États-Unis (ainsi que l’URSS) avaient des problèmes pour produire de l’uranium et du plutonium de qualité militaire.
À l'automne 1948, Andrei Sakharov a adopté un projet similaire. En Union soviétique, le modèle s’appelait « sloyka ». Pour l’URSS, qui n’a pas eu le temps de produire en quantités suffisantes de l’uranium 235 et du plutonium 239 de qualité militaire, la pâte feuilletée de Sakharov était une panacée. Et voici pourquoi.
Dans une bombe atomique conventionnelle, l'uranium 238 naturel est non seulement inutile (l'énergie des neutrons lors de la désintégration n'est pas suffisante pour déclencher la fission), mais également nocif car il absorbe avec voracité les neutrons secondaires, ralentissant réaction en chaîne. Par conséquent, 90 % de l’uranium de qualité militaire est constitué de l’isotope uranium 235. Cependant, les neutrons résultant de la fusion thermonucléaire sont 10 fois plus énergétiques que les neutrons de fission, et l'uranium 238 naturel irradié par de tels neutrons commence à se fission de manière excellente. La nouvelle bombe a permis d'utiliser comme explosif l'uranium 238, auparavant considéré comme un déchet.
Le point culminant de la « pâte feuilletée » de Sakharov était également l’utilisation de poumon blanc au lieu du tritium, extrêmement rare. substance cristalline— deutéride de lithium 6LiD.
Comme mentionné ci-dessus, un mélange de deutérium et de tritium s’enflamme beaucoup plus facilement que le deutérium pur. Mais c'est là que s'arrêtent les avantages du tritium, et seuls subsistent des inconvénients : à l'état normal, le tritium est un gaz, ce qui entraîne des difficultés de stockage ; le tritium est radioactif et se désintègre en hélium-3 stable, qui consomme activement les neutrons rapides indispensables, limitant la durée de conservation de la bombe à quelques mois.
Le deutride de lithium non radioactif, lorsqu'il est irradié avec des neutrons de fission lente - conséquences de l'explosion d'une fusée atomique - se transforme en tritium. Ainsi, le rayonnement du primaire explosion atomique produit instantanément une quantité suffisante de tritium pour une réaction thermonucléaire ultérieure, et le deutérium est initialement présent dans le deutéride de lithium.
C'est précisément une telle bombe, la RDS-6, qui a été testée avec succès le 12 août 1953 sur la tour du site d'essai de Semipalatinsk. La puissance de l'explosion était de 400 kilotonnes, et il y a encore un débat pour savoir s'il s'agissait d'une véritable explosion thermonucléaire ou d'une explosion atomique surpuissante. Après tout, la réaction de fusion thermonucléaire dans la pâte feuilletée de Sakharov ne représentait pas plus de 20 % de la puissance de charge totale. La principale contribution à l'explosion a été apportée par la réaction de désintégration de l'uranium 238 irradié par des neutrons rapides, grâce à laquelle les RDS-6 ont inauguré l'ère des bombes dites « sales ».
Le fait est que la principale contamination radioactive provient des produits de désintégration (notamment le strontium 90 et le césium 137). Essentiellement, la « pâte feuilletée » de Sakharov était une bombe atomique géante, à peine renforcée par une réaction thermonucléaire. Ce n'est pas un hasard si une seule explosion de « pâte feuilletée » a produit 82 % de strontium 90 et 75 % de césium 137, qui sont entrés dans l'atmosphère tout au long de l'histoire du site d'essai de Semipalatinsk.
bombes américaines
Cependant, ce sont les Américains qui ont été les premiers à faire exploser la bombe à hydrogène. 1er novembre 1952 à l'atoll d'Elugelab en Océan Pacifique Le dispositif thermonucléaire Mike d'une puissance de 10 mégatonnes a été testé avec succès. Il serait difficile de qualifier de bombe un engin américain de 74 tonnes. "Mike" était un appareil encombrant de la taille de maison à deux étages, rempli de deutérium liquide à une température proche de zéro absolu(La « pâte feuilletée » de Sakharov était un produit totalement transportable). Cependant, le point fort de « Mike » n’était pas sa taille, mais le principe ingénieux de compression des explosifs thermonucléaires.
Rappelons que l'idée principale d'une bombe à hydrogène est de créer les conditions de fusion (ultra-haute pression et température) grâce à une explosion nucléaire. Dans le schéma "bouffée", la charge nucléaire est située au centre et, par conséquent, elle ne comprime pas tant le deutérium qu'elle le disperse vers l'extérieur - l'augmentation de la quantité d'explosif thermonucléaire n'entraîne pas une augmentation de la puissance - elle ne le fait tout simplement pas. avoir le temps d'exploser. C'est précisément ce qui limite la puissance maximale de ce projet : la « bouffée » la plus puissante du monde, l'Orange Herald, détruite par les Britanniques le 31 mai 1957, ne produisait que 720 kilotonnes.
L’idéal serait de pouvoir faire exploser le fusible atomique à l’intérieur, comprimant ainsi l’explosif thermonucléaire. Mais comment faire cela ? Edward Teller a avancé une idée brillante : comprimer le combustible thermonucléaire non pas avec de l'énergie mécanique et un flux de neutrons, mais avec le rayonnement du fusible atomique primaire.
DANS nouveau design L'unité atomique initiatrice de Teller a été séparée de l'unité thermonucléaire. Lorsque la charge atomique a été déclenchée, le rayonnement X a précédé l'onde de choc et s'est propagé le long des parois du corps cylindrique, s'évaporant et transformant le revêtement intérieur en polyéthylène du corps de la bombe en plasma. Le plasma, à son tour, réémettait des rayons X plus doux, qui étaient absorbés par les couches externes du cylindre interne d'uranium 238 - le « poussoir ». Les couches ont commencé à s'évaporer de manière explosive (ce phénomène est appelé ablation). Le plasma d'uranium chaud peut être comparé à des jets d'uranium superpuissants. moteur de fusée, dont la poussée est dirigée à l'intérieur du cylindre de deutérium. Le cylindre d'uranium s'est effondré, la pression et la température du deutérium ont atteint un niveau critique. La même pression a comprimé le tube central de plutonium jusqu'à une masse critique et il a explosé. L'explosion de la mèche au plutonium a appuyé sur le deutérium de l'intérieur, comprimant et chauffant davantage l'explosif thermonucléaire, qui a explosé. Un flux intense de neutrons divise les noyaux d'uranium 238 dans le « poussoir », provoquant une réaction de désintégration secondaire. Tout cela a réussi à se produire jusqu'au moment où onde de choc de l'explosion nucléaire primaire a atteint le bloc thermonucléaire. Le calcul de tous ces événements, se produisant en milliardièmes de seconde, nécessitait l’intelligence des mathématiciens les plus puissants de la planète. Les créateurs de "Mike" n'ont pas ressenti l'horreur de l'explosion de 10 mégatonnes, mais un plaisir indescriptible - ils ont réussi non seulement à comprendre les processus qui monde réel aller uniquement au cœur des étoiles, mais aussi tester expérimentalement leurs théories en installant leur propre petite étoile sur Terre.
Bravo
Ayant surpassé les Russes en termes de beauté de conception, les Américains n’ont pas réussi à rendre leur appareil compact : ils ont utilisé du deutérium liquide surfondu au lieu du deutérium de lithium en poudre de Sakharov. À Los Alamos, on a réagi avec une certaine envie à la « pâte feuilletée » de Sakharov : « au lieu d’une énorme vache avec un seau lait cru Les Russes utilisent un paquet de lait en poudre. Cependant, les deux parties n’ont pas réussi à se cacher des secrets. Le 1er mars 1954, près de l'atoll de Bikini, les Américains testent une bombe « Bravo » de 15 mégatonnes utilisant du deutride de lithium, et le 22 novembre 1955, la première bombe thermonucléaire soviétique à deux étages RDS-37 d'une puissance de 1,7 mégatonne. a explosé au-dessus du site d'essai de Semipalatinsk, démolissant près de la moitié du site d'essai. Depuis lors, la conception du thermo bombe nucléaire a subi des modifications mineures (par exemple, un écran d'uranium est apparu entre la bombe d'initiation et la charge principale) et est devenu canonique. Et il n’existe plus dans le monde de mystères naturels à grande échelle qui pourraient être résolus par une expérience aussi spectaculaire. Peut-être la naissance d'une supernova.
BOMBE À HYDROGÈNE
une arme d'un grand pouvoir destructeur (de l'ordre de la mégatonne en équivalent TNT), dont le principe de fonctionnement repose sur la réaction de fusion thermonucléaire de noyaux légers. La source d'énergie d'explosion est constituée de processus similaires à ceux qui se produisent sur le Soleil et d'autres étoiles.
Réactions thermonucléaires. L’intérieur du Soleil contient une quantité gigantesque d’hydrogène, qui est dans un état de compression ultra-élevé à une température d’environ 10 °C. 15 000 000 K. À des températures et des densités de plasma aussi élevées, les noyaux d'hydrogène subissent des collisions constantes les uns avec les autres, dont certaines aboutissent à leur fusion et finalement à la formation de noyaux d'hélium plus lourds. De telles réactions, appelées fusion thermonucléaire, s’accompagnent de la libération d’énormes quantités d’énergie. Selon les lois de la physique, la libération d'énergie lors de la fusion thermonucléaire est due au fait que lors de la formation d'un noyau plus lourd, une partie de la masse des noyaux légers qui le composent est convertie en une quantité colossale d'énergie. C'est pourquoi le Soleil, ayant une masse gigantesque, perd chaque jour environ. 100 milliards de tonnes de matière libèrent de l'énergie grâce à laquelle la vie sur Terre est devenue possible.
Isotopes de l'hydrogène. L'atome d'hydrogène est le plus simple de tous les atomes existants. Il est constitué d’un proton, qui est son noyau, autour duquel tourne un seul électron. Des études minutieuses de l'eau (H2O) ont montré qu'elle contient des quantités négligeables d'eau « lourde » contenant « l'isotope lourd » de l'hydrogène - le deutérium (2H). Le noyau du deutérium est constitué d'un proton et d'un neutron - une particule neutre dont la masse est proche d'un proton. Il existe un troisième isotope de l'hydrogène : le tritium, dont le noyau contient un proton et deux neutrons. Le tritium est instable et subit une désintégration radioactive spontanée, se transformant en isotope de l'hélium. Des traces de tritium ont été trouvées dans l'atmosphère terrestre, où il se forme à la suite de l'interaction des rayons cosmiques avec les molécules de gaz qui composent l'air. Le tritium est produit artificiellement dans un réacteur nucléaire en irradiant l'isotope du lithium-6 avec un flux de neutrons.
Développement de la bombe à hydrogène. Préliminaire analyse théorique ont montré que la fusion thermonucléaire s'effectue plus facilement dans un mélange de deutérium et de tritium. En prenant cela comme base, Des scientifiques américains
au début des années 1950, ils commencèrent à mettre en œuvre le projet de création d'une bombe à hydrogène (HB). Les premiers essais d'un modèle réduit d'engin nucléaire ont été effectués sur le site d'essais d'Enewetak au printemps 1951 ; la fusion thermonucléaire n'était que partielle. Un succès significatif fut obtenu le 1er novembre 1951 lors des essais d'un engin nucléaire massif dont la puissance d'explosion était de 4e8 Mt en équivalent TNT. La première bombe aérienne à hydrogène a explosé en URSS le 12 août 1953 et le 1er mars 1954, les Américains ont fait exploser une bombe aérienne plus puissante (environ 15 Mt) sur l'atoll de Bikini. Depuis lors, les deux puissances ont procédé à des explosions d’armes avancées d’une mégatonne. L'explosion de l'atoll de Bikini s'est accompagnée du rejet de grandes quantités de substances radioactives. Certains d'entre eux sont tombés à des centaines de kilomètres du lieu de l'explosion sur le bateau de pêche japonais Lucky Dragon, tandis que d'autres couvraient l'île de Rongelap. Puisque la fusion thermonucléaire produit de l'hélium stable, la radioactivité provenant de l'explosion d'une bombe à hydrogène pur ne devrait pas être supérieure à celle d'un détonateur atomique d'une réaction thermonucléaire. Cependant, dans le cas considéré, les retombées radioactives prévues et réelles différaient considérablement en quantité et en composition. Le mécanisme d'action d'une bombe à hydrogène. La séquence des processus se produisant lors de l'explosion d'une bombe à hydrogène peut être représentée comme suit. Premièrement, la charge initiatrice de la réaction thermonucléaire (une petite bombe atomique) située à l’intérieur de la coque du NB explose, provoquant un éclair de neutrons et créant la température élevée nécessaire pour initier la fusion thermonucléaire. Les neutrons bombardent un insert constitué de deutéride de lithium - un composé de deutérium et de lithium (un isotope du lithium de masse numéro 6 est utilisé). Le lithium-6 est divisé en hélium et tritium sous l'influence des neutrons. Ainsi, la mèche atomique crée les matériaux nécessaires à la synthèse directement dans la bombe elle-même. Puis une réaction thermonucléaire commence dans un mélange de deutérium et de tritium, la température à l'intérieur de la bombe augmente rapidement, impliquant de plus en plus plus
hydrogène. Avec une nouvelle augmentation de la température, une réaction entre noyaux de deutérium, caractéristique d'une bombe à hydrogène pur, pourrait commencer. Bien entendu, toutes les réactions se produisent si rapidement qu’elles sont perçues comme instantanées. En effet, dans une bombe, la séquence de processus décrite ci-dessus se termine au stade de la réaction du deutérium avec le tritium. De plus, les concepteurs de la bombe ont choisi de ne pas utiliser la fusion nucléaire, mais la fission nucléaire. La fusion des noyaux de deutérium et de tritium produit de l'hélium et des neutrons rapides dont l'énergie est suffisamment élevée pour provoquer la fission nucléaire de l'uranium 238 (le principal isotope de l'uranium, bien moins cher que l'uranium 235 utilisé dans les bombes atomiques classiques). Les neutrons rapides divisent les atomes de la coque d'uranium de la superbombe. La fission d'une tonne d'uranium crée une énergie équivalente à 18 Mt. L'énergie va pas seulement pour les explosions et la génération de chaleur. Chaque noyau d'uranium se divise en deux « fragments » hautement radioactifs. Les produits de fission comprennent 36 différents éléments chimiques et près de 200 isotopes radioactifs. Tout cela constitue les retombées radioactives qui accompagnent les explosions de superbombes. Grâce à leur conception unique et au mécanisme d'action décrit, les armes de ce type peuvent être rendues aussi puissantes que vous le souhaitez. C’est beaucoup moins cher que les bombes atomiques de même puissance.
Conséquences de l'explosion. Onde de choc et effet thermique. L’impact direct (primaire) de l’explosion d’une superbombe est triple. L’impact direct le plus évident est une onde de choc d’une intensité énorme. La force de son impact, en fonction de la puissance de la bombe, de la hauteur de l'explosion au-dessus de la surface de la terre et de la nature du terrain, diminue avec la distance par rapport à l'épicentre de l'explosion. L'impact thermique d'une explosion est déterminé par les mêmes facteurs, mais dépend également de la transparence de l'air : le brouillard réduit considérablement la distance à laquelle un éclair thermique peut provoquer de graves brûlures. Selon les calculs, lors de l'explosion dans l'atmosphère d'une bombe de 20 mégatonnes, les personnes resteront en vie dans 50 % des cas si elles 1) se réfugient dans un abri souterrain en béton armé à une distance d'environ 8 km de l'épicentre de l'explosion. explosion (E), 2) se produisent dans des bâtiments urbains ordinaires à une distance d'env. 15 km d'EV, 3) se sont retrouvés dans un endroit dégagé à une distance d'env. A 20 km du VE. Dans des conditions de mauvaise visibilité et à une distance d'au moins 25 km, si l'atmosphère est dégagée, pour les personnes se trouvant dans des zones ouvertes, la probabilité de survie augmente rapidement avec l'éloignement de l'épicentre ; à une distance de 32 km valeur calculée est supérieur à 90 %. La zone sur laquelle le rayonnement pénétrant généré lors d’une explosion provoque la mort est relativement petite, même dans le cas d’une superbombe de grande puissance.
Boule de feu. En fonction de la composition et de la masse des matériaux inflammables impliqués dans la boule de feu, des tempêtes de feu géantes et auto-entretenues peuvent se former et faire rage pendant plusieurs heures. Cependant, la conséquence la plus dangereuse (quoique secondaire) de l'explosion est la contamination radioactive de l'environnement.
Tomber. Comment ils se forment.
Lorsqu’une bombe explose, la boule de feu qui en résulte est remplie d’une énorme quantité de particules radioactives. Généralement, ces particules sont si petites qu’une fois qu’elles atteignent la haute atmosphère, elles peuvent y rester longtemps. Mais si une boule de feu entre en contact avec la surface de la Terre, elle transforme tout ce qui s'y trouve en poussière et en cendres chaudes et les attire dans le sol. tornade de feu. Dans un tourbillon de flammes, ils se mélangent et se lient aux particules radioactives. Les poussières radioactives, sauf les plus grosses, ne se déposent pas immédiatement. Les poussières les plus fines sont emportées par le nuage résultant et retombent progressivement au fur et à mesure qu'elles se déplacent avec le vent. Directement sur le lieu de l'explosion, les retombées radioactives peuvent être extrêmement intenses - principalement de grosses poussières se déposant sur le sol. À des centaines de kilomètres du lieu de l'explosion et à des distances plus grandes, petites mais néanmoins visible à l'oeil particules de cendres. Ils forment souvent une couverture semblable à de la neige tombée, mortelle pour quiconque se trouve à proximité. Même des particules plus petites et invisibles, avant de se déposer sur le sol, peuvent errer dans l'atmosphère pendant des mois, voire des années, faisant plusieurs fois le tour du globe. Au moment où ils tombent, leur radioactivité est considérablement affaiblie. Le rayonnement le plus dangereux reste le strontium 90 avec une demi-vie de 28 ans. Sa perte est clairement observée partout dans le monde. S'installant sur les feuilles et l'herbe, il finit dans chaînes alimentaires, y compris les humains. En conséquence, des quantités notables, bien que non encore dangereuses, de strontium 90 ont été trouvées dans les os des habitants de la plupart des pays. Accumulation de strontium 90 dans les os humains à long terme très dangereux, car cela conduit à la formation de tumeurs osseuses malignes.
Contamination à long terme de la zone par des retombées radioactives. En cas d'hostilités, l'utilisation d'une bombe à hydrogène entraînera une contamination radioactive immédiate d'une zone située dans un rayon d'env. A 100 km de l'épicentre de l'explosion. Si une superbombe explose, une zone de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres carrés sera contaminée. Une zone de destruction aussi vaste avec une seule bombe en fait un tout nouveau type d'arme. Même si la superbombe n'atteint pas la cible, c'est-à-dire ne heurtera pas l'objet avec des effets de choc thermique, le rayonnement pénétrant et les retombées radioactives accompagnant l'explosion rendront l'espace environnant inhabitable. De telles précipitations peuvent durer plusieurs jours, semaines, voire mois. En fonction de leur quantité, l’intensité des radiations peut atteindre des niveaux mortels. Un nombre relativement faible de superbombes suffit à couvrir complètement grand pays une couche de poussière radioactive mortelle pour tous les êtres vivants. Ainsi, la création de la superbombe a marqué le début d’une ère où il est devenu possible de rendre des continents entiers inhabitables. Même longtemps après la fin de l'exposition directe retombées radioactives le danger causé par la forte radiotoxicité des isotopes comme le strontium 90 demeurera. Avec des aliments cultivés sur des sols contaminés par cet isotope, la radioactivité entrera dans le corps humain.
Voir aussi
fusion NUCLÉAIRE ;
ARMES NUCLÉAIRES ;
GUERRE NUCLÉAIRE.
LITTÉRATURE
Effet des armes nucléaires. M., 1960 Explosion nucléaire dans l'espace, sur terre et sous terre. M., 1970
Encyclopédie de Collier. - Société ouverte. 2000 .
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Nom dépassé pour une bombe nucléaire d'un grand pouvoir destructeur, dont l'action repose sur l'utilisation de l'énergie libérée lors de la réaction de fusion de noyaux légers (voir Réactions thermonucléaires). La première bombe à hydrogène a été testée en URSS (1953)... Grand dictionnaire encyclopédique
Type d'arme d'arme thermonucléaire destruction massive, dont le pouvoir destructeur repose sur l'utilisation de l'énergie de la réaction de fusion nucléaire d'éléments légers en éléments plus lourds (par exemple, la synthèse de deux noyaux d'atomes de deutérium (hydrogène lourd) en un seul... ... Wikipédia
Bombe nucléaire d'un grand pouvoir destructeur, dont l'action repose sur l'utilisation de l'énergie libérée lors de la réaction de fusion de noyaux légers (voir Réactions thermonucléaires). La première charge thermonucléaire (puissance 3 Mt) a explosé le 1er novembre 1952 aux États-Unis.… … Dictionnaire encyclopédique
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bombe à hydrogène- vandenilinė bomba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. bombe à hydrogène vok. Wasserstoffbombe, en Russie. bombe à hydrogène, f pranc. bombe à hydrogène, f … Fizikos terminų žodynas
bombe à hydrogène- vandenilinė bomba statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Bomba, kurios branduolinis užtaisas – vandenilio izotopai: deuteris ir tritis. atitikmenys : engl. Bombe H; bombe à hydrogène vok. Wasserstoffbombe, en Russie. bombe à hydrogène, putain... Ecologie terminų aiškinamasis žodynas
Une bombe explosive dotée d'un grand pouvoir destructeur. Action V.b. basé sur une réaction thermonucléaire. Voir Armes nucléaires... Grande Encyclopédie Soviétique
Le 12 août 1953, la première bombe à hydrogène soviétique est testée sur le site d'essai de Semipalatinsk.
Et le 16 janvier 1963, en pleine guerre froide, Nikita Khrouchtchev dit au monde que Union soviétique dispose dans son arsenal de nouvelles armes de destruction massive. Un an et demi plus tôt, c'était l'URSS qui produisait le plus explosion puissante bombe à hydrogène dans le monde - une charge d'une puissance de plus de 50 mégatonnes a explosé sur Novaya Zemlya. À bien des égards, c’est cette déclaration du dirigeant soviétique qui a fait prendre conscience au monde de la menace d’une nouvelle escalade de la course. armes nucléaires: déjà le 5 août 1963, un accord était signé à Moscou interdisant les essais d'armes nucléaires dans l'atmosphère, espace extra-atmosphérique et sous l'eau.
Histoire de la création
La possibilité théorique d'obtenir de l'énergie par fusion thermonucléaire était connue avant même la Seconde Guerre mondiale, mais c'est la guerre et la course aux armements qui a suivi qui ont posé la question de la création d'énergie par fusion thermonucléaire. dispositif technique pour créer pratiquement cette réaction. On sait qu'en Allemagne en 1944, des travaux furent menés pour initier la fusion thermonucléaire par compression combustible nucléaire en utilisant des charges explosives conventionnelles - mais sans succès car ils ne parvenaient pas à obtenir les températures et pressions requises. Les États-Unis et l’URSS développent des armes thermonucléaires depuis les années 40 et testent presque simultanément les premiers dispositifs thermonucléaires au début des années 50. En 1952, sur l'atoll d'Eniwetak, les États-Unis ont fait exploser une charge d'une puissance de 10,4 mégatonnes (soit 450 fois plus puissante que la bombe larguée sur Nagasaki), et en 1953, l'URSS a testé un appareil d'une puissance de 400 kilotonnes. .Les conceptions des premiers dispositifs thermonucléaires étaient mal adaptées à la réalité. utilisation au combat. Par exemple, le dispositif testé par les États-Unis en 1952 était une structure au sol de la hauteur d’un immeuble de deux étages et pesant plus de 80 tonnes. Du combustible thermonucléaire liquide y était stocké à l'aide d'un énorme unité de réfrigération. Par conséquent, à l'avenir production en série les armes thermonucléaires ont été réalisées avec un combustible solide - le deutéride de lithium-6. En 1954, les États-Unis ont testé un dispositif basé sur celui-ci sur l'atoll de Bikini, et en 1955, une nouvelle bombe thermonucléaire soviétique a été testée sur le site d'essai de Semipalatinsk. En 1957, des tests d'une bombe à hydrogène ont été réalisés en Grande-Bretagne. En octobre 1961, une bombe thermonucléaire d'une puissance de 58 mégatonnes a explosé en URSS sur Novaya Zemlya - la plus bombe puissante jamais testé par l'humanité, qui est entré dans l'histoire sous le nom de « Tsar Bomba ».
Des développements ultérieurs visaient à réduire la taille de la conception des bombes à hydrogène afin d'assurer leur livraison à la cible par des missiles balistiques. Déjà dans les années 60, la masse des appareils était réduite à plusieurs centaines de kilogrammes, et dans les années 70 missiles balistiques pourrait transporter plus de 10 ogives en même temps - ce sont des missiles à plusieurs ogives, chacune des pièces peut atteindre sa propre cible. Aujourd'hui, les États-Unis, la Russie et la Grande-Bretagne disposent d'arsenaux thermonucléaires ; des tests de charges thermonucléaires ont également été réalisés en Chine (en 1967) et en France (en 1968).
Le principe de fonctionnement d'une bombe à hydrogène
L'action d'une bombe à hydrogène repose sur l'utilisation de l'énergie libérée lors de la réaction de fusion thermonucléaire des noyaux légers. C'est cette réaction qui se produit dans les profondeurs des étoiles, où, sous l'influence de températures ultra élevées et d'une pression énorme, des noyaux d'hydrogène entrent en collision et fusionnent en noyaux d'hélium plus lourds. Au cours de la réaction, une partie de la masse des noyaux d'hydrogène est transformée en grand nombreénergie - grâce à cela, les étoiles libèrent constamment d'énormes quantités d'énergie. Les scientifiques ont copié cette réaction en utilisant les isotopes de l’hydrogène, le deutérium et le tritium, en lui donnant le nom de « bombe à hydrogène ». Initialement, des isotopes liquides de l'hydrogène étaient utilisés pour produire des charges, et plus tard, du deutéride de lithium-6, un composé solide de deutérium et un isotope du lithium, a été utilisé.
Le deutéride de lithium-6 est le composant principal de la bombe à hydrogène, le combustible thermonucléaire. Il stocke déjà du deutérium et l'isotope du lithium sert de matière première pour la formation du tritium. Pour démarrer une réaction de fusion thermonucléaire, il faut créer haute température et la pression, ainsi que pour isoler le tritium du lithium-6. Ces conditions sont prévues comme suit.
La coque du conteneur pour combustible thermonucléaire est constituée d'uranium 238 et de plastique, et une charge nucléaire conventionnelle d'une puissance de plusieurs kilotonnes est placée à côté du conteneur - cela s'appelle un déclencheur ou une charge initiatrice d'une bombe à hydrogène. Lors de l'explosion d'une charge initiatrice de plutonium sous l'influence d'un puissant rayonnement X la coque du conteneur se transforme en plasma, se comprimant des milliers de fois, ce qui crée le nécessaire hypertension artérielle et une température énorme. Dans le même temps, les neutrons émis par le plutonium interagissent avec le lithium-6 pour former du tritium. Les noyaux de deutérium et de tritium interagissent sous l'influence de températures et de pressions ultra élevées, ce qui conduit à une explosion thermonucléaire.
Si vous fabriquez plusieurs couches de deutérure d'uranium 238 et de lithium 6, chacune d'elles ajoutera sa propre puissance à l'explosion de la bombe - c'est-à-dire qu'une telle "bouffée" vous permettra d'augmenter la puissance de l'explosion de manière presque illimitée. Grâce à cela, une bombe à hydrogène peut être fabriquée avec presque n'importe quelle puissance, et elle sera beaucoup moins chère qu'une bombe nucléaire conventionnelle de même puissance.
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