Bomba H

H bomba (také známý jako vodíkové bomby , fúzní bomba nebo termonukleární bomba ) je jaderná bomba , jehož hlavní energie pochází z fúze lehkých jader.

Silnější a složitější než bomba s jaderným štěpením - známá jako bomba A - je bomba H rozdělena do dvou fází:

Historický

Již v roce 1940 se maďarský - americký jaderný fyzik Edward Teller viděl možnost využití obrovského tepelný výkon (umožňující dosáhnout teploty 10 8 K , nebo sto milionů Kelvinů , nebo stupně Celsia ), získanou při výbuchu. z bomba pro spuštění procesu jaderné fúze. V roce 1941 se Teller připojil k projektu Manhattan , jehož cílem je vyvinout štěpnou bombu.  

Po přípravných pracích v Chicagu u Enrica Fermiho a v Berkeley u Roberta Oppenheimera odcestoval Teller do národní laboratoře Los Alamos, aby pracoval na atomové bombě pod vedením Oppenheimera. Ale vzhledem k obtížnosti výroby fúzní bomby není stopa H-bomb sledována, což je hodně Tellerovo zklamání.

V roce 1949 , poté, co Sověti odpálili vlastní štěpnou bombu, byla bombardována29. srpna, analýzy amerických zpravodajských služeb ukazují, že se jedná o bombu využívající plutonium . Monopol Spojených států již neexistuje a zprávy způsobují značný psychologický šok. Američané skutečně věřili, že si mohou udržet monopol na jaderné zbraně po dobu deseti let. Poté se pustí do nové epické epochy hledání bomby, která je ještě silnější než štěpná bomba: fúzní bomba.

Prezident Spojených států Harry S. Truman tak žádá národní laboratoř v Los Alamos, aby vyvinula bombu fungující díky fúzi jader. Oppenheimer je proti tomuto rozhodnutí, protože ho považuje pouze za další nástroj genocidy. Teller byl poté jmenován vedoucím programu. Jeho model, i když je rozumný, nedosahuje zamýšleného cíle.

Polsko-americký matematik Stanislaw Marcin Ulam ve spolupráci s CJ Everettem provádí podrobné výpočty, které ukazují, že Tellerův model je neefektivní. Ulam poté navrhuje metodu, která bude zachována. Umístěním štěpné bomby na jeden konec a termonukleárního materiálu na druhý konec krytu je možné usměrňovat rázové vlny produkované štěpnou bombou. Tyto vlny stlačují a „zapalují“ termonukleární palivo.

Teller nejprve vyvrací tuto myšlenku a poté chápe její podstatu, ale navrhuje ke kompresi termonukleárního materiálu použití radiace spíše než rázových vln. První vodíková puma, Ivy Mike , exploduje přes Eniwetok atol (poblíž Bikini atolu , v Tichém oceánu ) na1 st November 1952a to, ke spokojenosti Tellera, navzdory nesouhlasu hlavní části vědecké komunity. Tato bomba byla síla 10,4  Mt .

„Radiační imploze“ je nyní standardní metodou pro vytváření fúzních bomb. Oba tvůrci, Ulam a Teller, si také nechali patentovat svoji H bombu.

H-bomba typu "Teller-Ulam"

Struktura

Typické termonukleární zařízení má dva stupně, primární stupeň, kde je zahájena exploze, a sekundární, místo hlavního termonukleárního výbuchu.

Síla primárního stupně a jeho schopnost způsobit explozi sekundárního proudu jsou zvýšeny (obohaceny) směsí tritia , které prochází reakcí jaderné fúze s deuteriem . Fúze generuje velké množství neutronů , které podstatně zvyšují štěpení vysoce obohaceného plutonia nebo uranu přítomného ve fázích. Tento přístup se používá v moderních zbraních k zajištění dostatečného výkonu navzdory výraznému snížení velikosti a hmotnosti.

Samotná bomba je obklopena strukturou, která umožní udržet obrovský příspěvek rentgenových paprsků produkovaných výbuchem štěpné bomby. Tyto vlny jsou poté přesměrovány, aby se stlačil fúzní materiál, a poté může začít celková exploze bomby.

Teller-Ulamova architektura je stejná bomba jako štěpení-fúze-štěpení.

Sekvence výbuchu

Reakce zahrnující fúzi může být následující (D bytí 2 H deuteria jádro , T a 3 H tritium jádro , n je neutron a P protonu , to ten helium jádro ):

1. D + T → 4 He + n + 17,6  MeV 2. D + D → 3 He + n + 3,3  MeV 3. D + D → T + p + 4,0  MeV 4. T + T → 4 He + 2 n 5. 3 He + D → 4 He + str 6. 6 Li + n → T + 4 He 7. 7 Li + n → T + 4 He + n

První z těchto reakcí (fúze deuterium-tritium) je relativně snadné spustit, teplotní a kompresní podmínky jsou v dosahu vysoce výkonných chemických výbušnin. Je samo o sobě nedostatečné k zahájení termonukleární exploze, ale lze ji použít ke zvýšení reakce: několik gramů deuteria a tritia ve středu štěpného jádra vyprodukuje velký tok neutronů, což výrazně zvýší rychlost hoření materiál. štěpný. Vyrobené neutrony mají energii 14,1  MeV , což je dostatečné k tomu, aby způsobilo štěpení U-238, což vedlo k reakci štěpení-fúze-štěpení. Ostatní reakce mohou pokračovat, pouze pokud primární jaderný výbuch způsobil nezbytné podmínky teploty a komprese.

Výbuch bomby H probíhá ve velmi krátkém časovém intervalu: 6 × 10 - 7  s , neboli 600  ns . Štěpná reakce vyžaduje 550 ns a reakce  fúze 50  ns .

  1. Poté, co se chemická výbušnina vznítí, je spuštěna štěpná bomba.
  2. Výbuch způsobí vznik rentgenových paprsků , které se odrážejí na obálce a ionizují polystyren, který přechází do stavu plazmy .
  3. Rentgenové záření ozařuje pufr, který komprimuje fúzní palivo ( 6 LiD) a primer v plutoniu, které pod účinkem této komprese a neutronů začíná praskat.
  4. Stlačený a zahřátý na velmi vysoké teploty zahájí deuterid lithný ( 6 LiD) fúzní reakci . Tento typ fúzní reakce se obecně pozoruje: Když se fúzní materiál spojí na více než sto milionech stupňů, uvolní obrovské množství energie. Při dané teplotě se počet reakcí zvyšuje jako funkce druhé mocniny hustoty: tisíckrát vyšší komprese tedy vede k produkci milionkrát více reakcí.
  5. Fúzní reakce produkuje velký tok neutronů, který ozáří pufr, a pokud je složen ze štěpných materiálů (například 238 U), dojde ke štěpné reakci, která způsobí nové uvolnění energie, stejného řádu než fúze reakce.

Síla a účinek exploze

Termonukleární bomby mají kvalitativně podobné účinky jako jiné jaderné zbraně. Jsou však obecně silnější než bomby typu A, takže účinky mohou být kvantitativně mnohem větší.

„Klasické“ hodnota energie uvolněné při výbuchu atomové bomby je o 14  kt z TNT (nebo 14.000  t ), jednu tunu TNT se rozvíjející 10 9  CAL , nebo 4,184 x 10 9  J . Podle návrhu maximální hodnota stěží překročí 700  kt .

Ve srovnání s tím by H-bomby byly teoreticky nejméně 1 000krát silnější než Malý chlapec , štěpná bomba padla v roce 1945 na Hirošimu . Například Ivy Mike , první americká fúzní bomba, uvolnila energii asi 10 400  kt ( 10,4  Mt ). Nejsilnější explozi v historii bylo to cara Bomba sovětu, který měl sloužit jako test bombardovat 100  Mt  : její síla byla 57  Mt . Jednalo se o typ bomba „FFF“ (štěpení-fúze-štěpení), ale „zadržel“ rozumí, že 3 th  podlaha je inertní. Chruščov vysvětlí, že šlo o to, abychom „nerozbili všechna zrcadla Moskvy“ .

Maximální energii vydávanou fúzní bombou lze zvýšit na neurčito (alespoň na papíře). Car Bomba odpojena 2,84 x 10 17  J .

Další H bomby

Ruské bomby

Struktura některých sovětských a později ruských H-bomb používá jiný přístup, vrstvený místo samostatných komponent, což umožnilo SSSR mít první přepravitelné H-bomby (a proto vhodné pro použití při bombardování). První výbuch sovětské H-bomby nastal dne12. srpna 1953, je to test RDS-6s ( Američany pojmenovaný Joe 4 ), který byl spíše „dopovanou“ A-bombou. SSSR následně použije koncept Teller-Ulam (znovu) objevený Andreim Sacharovem .

Bomby z jiných zemí

Britové neměli přístup k americkému technologie navrhovat jejich fúzní bombu a tápal do roku 1957 uspět na výrobu bomby několika megatun .

The Čínská lidová republika (1967) a ve Francii (1968) byly vyrobeny a testovány megaton „H“ bomby. Kvůli utajení jaderných zbraní byla „znovuobjevena“ struktura Teller-Ulam (ve Francii Michel Carayol ).

K Indie tvrdí, že udělat to samé, ale několik expertů, s odkazem na záznamy seismograf , popírat tento výsledek.

Severní Korea tvrdila, že navrženy a úspěšně testován se6. ledna 2016, bomba H. Americký geologický ústav (USGS) a jihokorejská meteorologická agentura zjistili zemětřesení o síle mezi 4,2 a 5,1: podle odborníků příliš slabé na ověření bomby termonukleární. Tato země také tvrdí, že testovala3. září 2017H-bomba, zdá se, s úspěchem, různé vládní agentury zjistily významná zemětřesení způsobená člověkem. Odhadovaná velikost tohoto zemětřesení byla 6,3.

„Čistá“ H-bomba

Armáda mluví o „čisté“ H-bombě, když méně než 50% její celkové energie pochází ze štěpné reakce. Samotná fúze ve skutečnosti přímo neprodukuje žádnou radioaktivní sloučeninu. Radioaktivní spad z „čisté“ H-bomby by tedy a priori méně významné než z běžného A-bomby o stejném výkonu, zatímco ostatní vlivy zůstávají stejně zničující. Rozdíl vychází z konstrukce fáze fúze. Pokud je podložkou uran, pak praskne, uvolní polovinu síly bomby, ale způsobí 90% spadu. Jeho výměnou za zástrčku jiného těžkého, ale nerozštěpitelného kovu, jako je olovo , ztratí bomba polovinu své síly, ale s mnohem nižším spadem.

„Slavné“ fúzní bomby

Z nehod, které zahrnovaly provozní H-bomby, byly obzvláště známé dvě:

Termonukleární charakter těchto bomb však při těchto nehodách nezasáhl, správné zapálení sekundárního stupně je za náhodných okolností nemožné.

Poznámky a odkazy

  1. Při vysokých teplotách se Kelvinova a Celsiova stupnice spojují, protože rozdíl mezi těmito dvěma stupnicemi ( 273,15  K nebo ° C) je pak zanedbatelný.
  2. Richard E. Rowberg Clifford Lau, Department of Energy's Tritium Production Program 1997.
  3. Federace amerických vědců , design jaderných zbraní .
  4. Podle Donalda McIntyreho „lithium 6 pro termonukleární zbraně“ .
  5. http://nuclearweaponarchive.org/Russia/Sovwpnprog.html sekce Program sovětských termonukleárních zbraní (část 2): 1954-1955.
  6. „  Program sovětských jaderných zbraní  “ na adrese nuclearweaponarchive.org (přístup k 14. dubna 2020 )
  7. Enora Ollivier , „  Jaderný test v Severní Koreji: co je to H-bomba?  », Lemonde.fr ,6. ledna 2016( ISSN  1950-6244 , číst online , přístup k 19. červnu 2016 ).
  8. Le Monde s AFP, „  Severní Korea oznamuje, že testovala H-bombu  “, Le Monde ,3. září 2017( číst online ).
  9. Neutrony nepřímo ionizují hmotu a mohou „aktivovat“ stabilní prvky produkující radioaktivní prvky zachycením neutronů .
  10. Článek .
  11. „Americká jaderná bomba Grónska nikdy neexistovala“ , lemonde.fr, 3. srpna 2009.
  12. Závěry na webu DIIS , 29. července 2009.

Dodatky

Související články

externí odkazy

Bibliografie