Arme atomique - un appareil qui reçoit une énorme puissance explosive des réactions de Fission du NOYAU ATOMIQUE et de SYNTHÈSE NUCLÉAIRE.
À propos des armes atomiques
Les armes nucléaires sont les armes les plus puissantes actuellement en service dans cinq pays : la Russie, les États-Unis, la Grande-Bretagne, la France et la Chine. Il existe également un certain nombre d'États qui réussissent plus ou moins bien dans le développement d'armes atomiques, mais soit leurs recherches ne sont pas terminées, soit ces pays n'ont pas les moyens nécessaires pour livrer des armes à la cible. L'Inde, le Pakistan, la Corée du Nord, l'Irak, l'Iran ont développé des armes nucléaires à différents niveaux, l'Allemagne, Israël, l'Afrique du Sud et le Japon ont théoriquement les capacités nécessaires pour créer des armes nucléaires dans un délai relativement court.
Il est difficile de surestimer le rôle des armes nucléaires. D'une part, c'est un puissant moyen de dissuasion, d'autre part, c'est l'instrument le plus efficace pour renforcer la paix et prévenir les conflits militaires entre les puissances qui possèdent ces armes. 52 ans se sont écoulés depuis la première utilisation de la bombe atomique à Hiroshima. La communauté mondiale est sur le point de réaliser qu'une guerre nucléaire conduira inévitablement à une catastrophe écologique mondiale, ce qui rendra impossible la poursuite de l'existence de l'humanité. Au fil des années, des mécanismes juridiques ont été créés pour désamorcer les tensions et affaiblir la confrontation entre les puissances nucléaires. Par exemple, de nombreux traités ont été signés sur la réduction du potentiel nucléaire des puissances, la Convention sur la non-prolifération des armes nucléaires a été signée, selon laquelle les pays détenteurs se sont engagés à ne pas transférer les technologies pour la production de ces armes à d'autres les pays, et les pays qui n'ont pas d'armes nucléaires se sont engagés à ne pas prendre de mesures pour son développement ; Enfin, plus récemment, les superpuissances se sont mises d'accord sur une interdiction totale des essais nucléaires. Il est évident que les armes nucléaires sont l'instrument le plus important qui est devenu le symbole réglementaire de toute une époque dans l'histoire des relations internationales et dans l'histoire de l'humanité.
Arme atomique
ARME ATOMIQUE, un dispositif qui reçoit une énorme puissance explosive des réactions de fission du NOYAU ATOMIQUE et de la SYNTHÈSE NUCLÉAIRE. La première arme nucléaire a été utilisée par les États-Unis contre les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki en août 1945. Ces bombes atomiques consistaient en deux masses doctrinales stables d'URANIUM et de PLUTONIUM, qui, lorsqu'elles sont violemment entrées en collision, ont provoqué un excès de MASSE CRITIQUE, provoquant ainsi une réaction de fission nucléaire CHAIN incontrôlée. Dans de telles explosions, une énorme quantité d'énergie et de rayonnement destructeur est libérée : la puissance explosive peut être égale à la puissance de 200 000 tonnes de trinitrotoluène. La bombe à hydrogène (bombe thermonucléaire), beaucoup plus puissante, testée pour la première fois en 1952, consiste en une bombe atomique qui, lorsqu'elle explose, crée une température suffisamment élevée pour provoquer la fusion nucléaire dans une couche solide voisine, généralement un détergent au lithium. La puissance explosive peut atteindre plusieurs millions de tonnes (mégatonnes) de TNT. La zone de destruction causée par de telles bombes atteint une grande taille : une bombe de 15 mégatonnes fera exploser toutes les substances en feu dans un rayon de 20 km. Le troisième type d'arme nucléaire, la bombe à neutrons, est une petite bombe à hydrogène, également appelée arme à rayonnement accru. Il provoque une faible explosion, qui s'accompagne cependant d'une intense libération de NEUTRONS à grande vitesse. La faiblesse de l'explosion fait que les bâtiments sont peu endommagés. Les neutrons, d'autre part, provoquent de graves maladies des radiations chez les personnes se trouvant dans un certain rayon du site de l'explosion et tuent toutes les personnes affectées en une semaine.
Initialement, l'explosion d'une bombe atomique (A) forme une boule de feu (1) avec une température et des millions de degrés Celsius et émet un rayonnement (?) Après quelques minutes (B), la boule augmente de volume et crée une onde de choc avec haute pression (3). La boule de feu s'élève (C), aspirant la poussière et les débris, et forme un nuage en forme de champignon (D). En s'étendant en volume, la boule de feu crée un puissant courant de convection (4), émettant un rayonnement chaud (5) et formant un nuage ( 6), lorsqu'elle explose, la destruction d'une bombe de 15 mégatonnes par onde de choc est totale (7) dans un rayon de 8 km, grave (8) dans un rayon de 15 km et perceptible (R) dans un rayon de 30 km Même à un distance de 20 km (10), toutes les substances inflammables explosent, Dans les deux jours après l'explosion d'une bombe à une distance de 300 km de l'explosion, les précipitations se poursuivent avec une dose radioactive de 300 roentgens. La photographie ci-jointe montre comment l'explosion d'un grand l'arme nucléaire au sol crée un énorme nuage de champignons de poussière et de débris radioactifs, qui peut atteindre des hauteurs de plusieurs kilomètres. Les poussières dangereuses dans l'air sont alors librement emportées par les vents dominants dans toutes les directions.La désolation couvre un vaste territoire.
Bombes et obus atomiques modernes
Rayon d'action
Selon la puissance de la charge atomique, les bombes atomiques, les obus sont divisés en calibres: petit, moyen et grand ... Pour obtenir une énergie égale à l'énergie d'explosion d'une bombe atomique de petit calibre, il faut faire exploser plusieurs milliers de tonnes de TNT. L'équivalent TNT d'une bombe atomique de moyen calibre est de dizaines de milliers, et les bombes de gros calibre sont de centaines de milliers de tonnes de TNT. Une arme thermonucléaire (à hydrogène) peut avoir une puissance encore plus grande, son équivalent TNT peut atteindre des millions voire des dizaines de millions de tonnes. Les bombes atomiques, dont l'équivalent TNT est de 1 à 50 000 tonnes, sont classées comme bombes atomiques tactiques et sont destinées à résoudre des problèmes opérationnels-tactiques. Les armes tactiques comprennent également: les obus d'artillerie à charge atomique d'une capacité de 10 à 15 000 tonnes et les charges atomiques (d'une capacité d'environ 5 à 20 000 tonnes) pour les obus guidés antiaériens et les obus utilisés pour armer les combattants. Les bombes atomiques et à hydrogène d'une capacité de plus de 50 000 tonnes sont classées comme armes stratégiques.
Il convient de noter qu'une telle classification des armes atomiques n'est que conditionnelle, car en réalité les conséquences de l'utilisation d'armes atomiques tactiques peuvent être non inférieures à celles subies par la population d'Hiroshima et de Nagasaki, voire plus importantes. Il est désormais évident que l'explosion d'une seule bombe à hydrogène est capable d'entraîner des conséquences si graves sur de vastes territoires que des dizaines de milliers d'obus et de bombes utilisés lors des guerres mondiales passées n'ont pas emporté avec eux. Quelques bombes à hydrogène suffisent à transformer d'immenses territoires en zone désertique.
Les armes nucléaires sont divisées en 2 types principaux : atomiques et à hydrogène (thermonucléaires). Dans les armes atomiques, la libération d'énergie se produit en raison de la réaction de fission des noyaux d'atomes d'éléments lourds uranium ou plutonium. Dans les armes à hydrogène, l'énergie est libérée à la suite de la formation (ou fusion) de noyaux d'hélium à partir d'atomes d'hydrogène.
Arme thermonucléaire
Les armes thermonucléaires modernes sont classées parmi les armes stratégiques pouvant être utilisées par les avions pour détruire les principales installations industrielles et militaires et les grandes villes en tant que centres civilisationnels derrière les lignes ennemies. Le type d'arme thermonucléaire le plus connu est celui des bombes thermonucléaires (à hydrogène), qui peuvent être lancées sur des cibles par des avions. Les charges thermonucléaires peuvent également être utilisées pour les ogives de missiles à diverses fins, y compris les missiles balistiques intercontinentaux. Pour la première fois, un tel missile a été testé en URSS en 1957 ; actuellement, les Forces de missiles stratégiques sont armées de plusieurs types de missiles basés sur des lanceurs mobiles, des lanceurs en silos et des sous-marins.
Bombe atomique
Le fonctionnement des armes thermonucléaires repose sur l'utilisation d'une réaction thermonucléaire avec l'hydrogène ou ses composés. Dans ces réactions, qui se déroulent à des températures et des pressions ultra-élevées, de l'énergie est libérée en raison de la formation de noyaux d'hélium à partir de noyaux d'hydrogène ou de noyaux d'hydrogène et de lithium. Pour la formation d'hélium, on utilise principalement de l'hydrogène lourd - du deutérium, dont les noyaux ont une structure inhabituelle - un proton et un neutron. Lorsque le deutérium est chauffé à des températures de plusieurs dizaines de millions de degrés, ses atomes perdent leurs couches électroniques dès les premières collisions avec d'autres atomes. En conséquence, le milieu s'avère n'être constitué que de protons et d'électrons se déplaçant indépendamment d'eux. La vitesse du mouvement thermique des particules atteint des valeurs telles que les noyaux de deutérium peuvent se rapprocher et, en raison de l'action de puissantes forces nucléaires, se combiner les uns avec les autres pour former des noyaux d'hélium. Le résultat de ce processus est la libération d'énergie.
Le schéma de base d'une bombe à hydrogène est le suivant. Le deutérium et le tritium à l'état liquide sont placés dans un réservoir avec une enveloppe étanche à la chaleur, qui sert à la conservation à long terme du deutérium et du tritium dans un état hautement refroidi (pour les maintenir à partir d'un état liquide d'agrégation). La coque résistante à la chaleur peut contenir 3 couches d'alliage dur, de dioxyde de carbone solide et d'azote liquide. Une charge atomique est placée près d'un réservoir avec des isotopes d'hydrogène. Lorsqu'une charge atomique explose, les isotopes d'hydrogène sont chauffés à des températures élevées, les conditions sont créées pour une réaction thermonucléaire et l'explosion d'une bombe à hydrogène. Cependant, lors de la création de bombes à hydrogène, il a été constaté qu'il n'était pas pratique d'utiliser des isotopes d'hydrogène, car dans ce cas, la bombe acquiert trop de poids (plus de 60 tonnes), ce qui rendait impossible même de penser à utiliser de telles charges. sur les bombardiers stratégiques, et encore plus sur les missiles balistiques de toute portée. Le deuxième problème rencontré par les développeurs de la bombe à hydrogène était la radioactivité du tritium, qui rendait impossible son stockage pendant longtemps.
Au cours de l'étude 2, les problèmes ci-dessus ont été résolus. Les isotopes liquides de l'hydrogène ont été remplacés par le composé chimique solide du deutérium avec le lithium-6. Cela a permis de réduire considérablement la taille et le poids de la bombe à hydrogène. De plus, l'hydrure de lithium a été utilisé à la place du tritium, ce qui a permis de placer des charges thermonucléaires sur les chasseurs bombardiers et les missiles balistiques.
La création d'une bombe à hydrogène n'a pas marqué la fin du développement des armes thermonucléaires, de plus en plus de nouveaux modèles sont apparus, une bombe à hydrogène-uranium a été créée, ainsi que certaines de ses variétés - super puissantes et, inversement, bombes de petit calibre. La dernière étape de l'amélioration des armes thermonucléaires a été la création de la bombe à hydrogène dite « propre ».
bombe H
Les premiers développements de cette modification d'une bombe thermonucléaire sont apparus en 1957, à la suite des déclarations de propagande américaine sur la création d'une sorte d'arme thermonucléaire "humaine", qui ne cause pas autant de mal aux générations futures qu'une bombe thermonucléaire conventionnelle. . Il y avait une part de vérité dans les prétentions à "l'humanité". Bien que le pouvoir destructeur de la bombe ne soit pas moindre, elle pourrait en même temps exploser afin que le strontium 90 ne se propage pas, ce qui, lors d'une explosion d'hydrogène conventionnelle, empoisonne l'atmosphère terrestre pendant longtemps. Tout ce qui se trouve à portée d'une telle bombe sera détruit, mais le danger pour les organismes vivants éloignés de l'explosion, ainsi que pour les générations futures, diminuera. Cependant, ces déclarations ont été réfutées par des scientifiques, qui ont rappelé que lorsque des bombes atomiques ou à hydrogène explosent, une grande quantité de poussière radioactive se forme, qui s'élève avec un puissant courant d'air jusqu'à une hauteur de 30 km, puis se dépose progressivement sur le sol sur une grande surface, l'infectant. Des recherches menées par des scientifiques montrent qu'il faudra 4 à 7 ans pour que la moitié de cette poussière tombe au sol.
Vidéo
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Une arme thermonucléaire (c'est aussi une bombe à hydrogène) est un type d'arme de destruction massive, dont le pouvoir destructeur est basé sur l'utilisation de l'énergie de la réaction de fusion nucléaire d'éléments légers en éléments plus lourds (par exemple, la fusion d'un noyau d'un atome d'hélium à partir de deux noyaux d'atomes de deutérium (hydrogène lourd)), dans lesquels une quantité colossale d'énergie est libérée. Ayant les mêmes facteurs de dommages que les armes nucléaires, les armes thermonucléaires ont une puissance d'explosion beaucoup plus élevée. En théorie, il n'est limité que par le nombre de composants disponibles. Il convient de noter que l'affirmation souvent mentionnée selon laquelle la contamination radioactive d'une explosion thermonucléaire est beaucoup plus faible que celle d'une explosion atomique concerne des réactions de fusion qui ne sont utilisées qu'en conjonction avec des réactions de fission beaucoup plus "sales". Le terme « arme propre », qui est apparu dans la littérature de langue anglaise, est tombé en désuétude à la fin des années 1970. En fait, tout dépend du type de réaction choisi, utilisé dans un produit particulier. Ainsi, l'inclusion d'éléments de l'uranium-238 dans une charge thermonucléaire (Dans le même temps, l'uranium-238 utilisé dans une bombe à hydrogène se désintègre sous l'action de neutrons rapides et donne des fragments radioactifs. Les neutrons eux-mêmes produisent une radioactivité induite.) Permet de augmente considérablement (jusqu'à cinq fois) l'explosion de puissance totale, mais augmente considérablement (5 à 10 fois) la quantité de retombées radioactives.
Schéma Teller-Ulam.
description générale
Un dispositif explosif thermonucléaire peut être construit en utilisant soit du deutérium liquide soit du gaz comprimé. Mais l'apparition d'armes thermonucléaires n'est devenue possible que grâce à un type d'hydrure de lithium - le deutérure de lithium-6. C'est un composé d'isotope lourd d'hydrogène - deutérium et isotope de lithium avec un nombre de masse de 6.
Le deutéride de lithium-6 est un solide qui permet de stocker le deutérium (dont l'état normal dans des conditions normales est un gaz) à des températures positives, et, de plus, son deuxième composant, le lithium-6, est une matière première pour l'obtention du isotope d'hydrogène le plus rare, le tritium. En effet, le 6Li est la seule source industrielle de production de tritium :
Les premières armes thermonucléaires américaines utilisaient également du deutérure de lithium naturel, qui contient principalement un isotope de lithium avec un nombre de masse de 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 haute.
Une bombe thermonucléaire, fonctionnant selon le principe Teller-Ulam, se compose de deux étages : un déclencheur et un conteneur de combustible thermonucléaire.
Un déclencheur est une petite charge nucléaire de plutonium amplifiée thermonucléaire avec un rendement de plusieurs kilotonnes. La tâche du déclencheur est de créer les conditions nécessaires pour déclencher une réaction thermonucléaire - température et pression élevées.
Le conteneur avec le combustible thermonucléaire est l'élément principal de la bombe. Il est composé d'uranium 238, une substance qui se désintègre sous l'influence de neutrons rapides (> 1 MeV), libérés lors de la réaction de fusion, et absorbe les neutrons lents. Peut être en plomb. Le conteneur est recouvert d'une couche d'un absorbeur de neutrons (composés de bore) pour empêcher un échauffement prématuré du combustible thermonucléaire par le flux de neutrons de la gâchette, ce qui peut empêcher sa compression efficace. A l'intérieur du conteneur se trouve un combustible thermonucléaire - le deutérure de lithium-6 - et un crayon de plutonium situé le long de l'axe du conteneur, qui joue le rôle de fusible pour une réaction thermonucléaire. La gâchette et le conteneur situés de manière coaxiale sont remplis d'un plastique spécial qui conduit le rayonnement de la gâchette au conteneur, et sont placés dans un corps de bombe en acier ou en aluminium.
Une variante est possible lorsque le deuxième étage est réalisé non sous la forme d'un cylindre, mais sous la forme d'une sphère. Le principe de fonctionnement est le même, mais au lieu d'une tige d'allumage en plutonium, une sphère creuse en plutonium est utilisée, située à l'intérieur et entrecoupée de couches de deutérure de lithium-6. Les essais nucléaires de bombes à deuxième étage sphérique ont montré une plus grande efficacité que les bombes à deuxième étage cylindrique.
Lorsque la gâchette explose, 80% de l'énergie libérée est dépensée en une puissante impulsion de rayons X mous, qui est absorbée par la coque du deuxième étage. À la suite de l'échauffement brutal de la coque en uranium (plomb), une ablation de la substance de la coque se produit et une poussée de jet apparaît, qui, associée à la légère pression, comprime le deuxième étage. Dans le même temps, son volume diminue plusieurs milliers de fois, et le combustible thermonucléaire est chauffé à des températures proches du minimum pour le début de la réaction. La tige de plutonium entre dans un état supercritique et une réaction nucléaire commence à l'intérieur du conteneur. Les neutrons émis par la tige de plutonium en feu interagissent avec le lithium-6, ce qui donne du tritium, qui interagit avec le deutérium.
UNE Tête militaire avant explosion ; la première étape est en haut, la deuxième étape est en bas. Les deux composants d'une bombe thermonucléaire.
B L'explosif fait exploser le premier étage, comprimant le noyau de plutonium à un état supercritique et initiant une réaction de fission en chaîne.
C Au cours du processus de division, une impulsion de rayons X se produit dans la première étape, qui se propage le long de la partie interne de la coque, pénétrant à travers la charge de polystyrène expansé.
ré Le deuxième étage est comprimé en raison de l'ablation (évaporation) sous l'influence des rayons X, et la tige de plutonium à l'intérieur du deuxième étage passe dans un état supercritique, déclenchant une réaction en chaîne, libérant une énorme quantité de chaleur.
E Une réaction de fusion se produit dans le deutérure de lithium-6 comprimé et chauffé, et le flux de neutrons émis initie la réaction de désintégration par falsification. La boule de feu s'agrandit...
La nouvelle génération peut abaisser drastiquement le seuil d'applicabilité des armes nucléaires et bouleverser l'équilibre stratégique existant
En juillet 2006, lors d'opérations contre des militants du mouvement libanais Hezbollah, l'armée israélienne a utilisé des bombes dites anti-bunker. Dans le même temps, des traces d'uranium enrichi ont été trouvées dans des échantillons de sol prélevés dans des cratères de bombes. Dans le même temps, il a été constaté que la désintégration radioactive des fragments de fission ne s'accompagnait pas de rayonnement gamma et de la formation de l'isotope de césium137, et le niveau de rayonnement, élevé à l'intérieur des cratères, à une distance de plusieurs mètres d'eux, diminuait de environ la moitié.
La possibilité n'est pas exclue qu'Israël ait utilisé une nouvelle génération d'armes nucléaires (NO) dans le sud du Liban. Il aurait pu être livré à Israël depuis les États-Unis spécifiquement pour le tester dans des conditions de combat. Les experts suggèrent également que des armes similaires ont déjà été utilisées en Irak et en Afghanistan.
L'absence de produits d'explosion avec une longue période de décroissance, ainsi que la contamination radioactive insignifiante de la zone, suggèrent que des munitions thermonucléaires dites "propres" auraient pu être utilisées dans le sud du Liban.
On sait que les charges thermonucléaires existantes ne permettent pas une localisation notable (tant dans le temps que dans l'espace) de l'ampleur de la contamination radioactive de l'environnement, puisque le fonctionnement de leur unité secondaire est initié du fait de la réaction de fission des noyaux lourds, ce qui entraîne une contamination radioactive à long terme de la zone.
Jusqu'à présent, c'est cette dernière circonstance qui a garanti un seuil élevé pour l'utilisation de tout type d'armes nucléaires actuelles, y compris les armes nucléaires de faible et ultra-faible puissance. Désormais, si les résultats des examens indépendants correspondent à la réalité, on peut parler de l'émergence de nouvelles munitions thermonucléaires, dont la présence en service abaisse fortement le seuil psychologique d'applicabilité des armes nucléaires.
Dans le même temps, les munitions thermonucléaires « pures » ne tombent actuellement sous les restrictions d'aucun des traités internationaux existants et deviennent formellement, selon les conditions de leur utilisation, comparables aux armes conventionnelles de précision (OMC), dépassant largement les dernier en puissance destructrice.
Il n'y a toujours pas de consensus parmi les experts sur les progrès réalisés par les États-Unis et d'autres États étrangers de premier plan dans le développement de munitions thermonucléaires « propres ».
En attendant, les résultats des activités concrètes de l'actuelle administration américaine dans la réforme de ses forces offensives stratégiques (SNA) sont une confirmation indirecte du fait que, dans des conditions de strict secret, les travaux sur leur création sont déjà en cours aux États-Unis.
Les efforts de la Grande-Bretagne pour modifier la structure existante de ses forces nucléaires stratégiques (SNF) et déployer une nouvelle infrastructure de recherche pour étudier les problèmes de la fusion thermonucléaire témoignent également des plans visant à créer une nouvelle génération de munitions thermonucléaires.
Les dirigeants américains ont été les premiers parmi les principaux États étrangers à se rendre compte que tant les armes nucléaires stratégiques actuelles « sales » que l'OMC conventionnelle, dont on a beaucoup parlé au cours des discussions sur la nécessité d'une transition rapide vers le concept de « » dissuasion non nucléaire", ne permettent désormais pas d'assurer la solution de toutes les tâches assignées aux forces stratégiques.
Tout d'abord, cela concerne la destruction garantie des cibles stratégiques hautement protégées et profondément enfouies (VZSZT) de l'ennemi, ainsi que la neutralisation des composants chimiques et biologiques des armes de destruction massive (ADM).
Nouvelle stratégie nucléaire américaine
Une analyse de la nouvelle stratégie nucléaire adoptée en 2002 par les États-Unis montre que les armes thermonucléaires « pures » se voient assigner le rôle de pierre angulaire de la prometteuse triade stratégique américaine.
Il s'inscrit également très clairement dans le concept de frappes nucléaires « préventives » récemment adopté par les États-Unis, selon lequel les forces armées américaines ont reçu le droit d'utiliser des armes nucléaires même en temps de paix.
Les principales dispositions de la nouvelle stratégie nucléaire américaine sont énoncées dans la Nuclear Posture Review, présentée au Congrès américain en janvier 2002, dans la Nuclear Posture Review (ci-après, en abrégé, Review...).
Dans ce document conceptuel, la nécessité de développer et d'adopter une nouvelle génération d'armes nucléaires est justifiée comme suit.
"... L'arsenal nucléaire moderne, qui reflète toujours les besoins de la période de la guerre froide, se caractérise par une faible précision de tir, des capacités de reciblage limitées, des chargeurs d'ogives nucléaires de grande puissance, des missiles balistiques en silo, terrestres et maritimes avec ogives autoguidées, faible capacité à toucher des cibles enfouies « donc »… une stratégie nucléaire basée uniquement sur les capacités des forces nucléaires offensives stratégiques ne peut pas dissuader les adversaires potentiels que les États-Unis devront affronter au 21e siècle. »
De plus, la « Revue... » formule les principales exigences pour une nouvelle génération d'armes nucléaires : et des cibles mobiles, augmentant la précision du tir, limitant les dommages collatéraux lors de l'utilisation d'armes nucléaires. »
L'enquête indique également que « la fourniture de telles capacités par le biais d'une R&D intensive et du déploiement de nouveaux systèmes d'armes est une condition impérative pour la création d'une nouvelle triade ».
Comme vous pouvez le voir, dans le concept présenté du développement des forces nucléaires américaines, l'une des exigences clés pour les nouveaux types d'armes nucléaires est la limitation des dommages collatéraux lors de leur utilisation.
Étant donné que dans les munitions thermonucléaires "propres", la réaction de fusion doit être initiée par une source d'énergie alternative, le point clé de leur développement est le remplacement du "fusible" atomique existant par un "détonateur" puissant et compact.
Dans ce cas, ce dernier doit avoir une énergie suffisante pour initier une réaction de fusion thermonucléaire, et en termes de caractéristiques de masse et de taille, il doit « s'intégrer » dans les ogives des véhicules de livraison existants.
On peut s'attendre à ce que les principaux facteurs de dommages des nouvelles armes nucléaires soient le rayonnement gamma instantané de neutrons, une onde de choc et un rayonnement lumineux. Dans ce cas, le rayonnement pénétrant, qui est une conséquence de la désintégration radioactive des fragments de fission, sera relativement insignifiant.
Un certain nombre d'experts estiment que, dans un premier temps, les nouvelles armes thermonucléaires seront utilisées pour équiper des missiles guidés de haute précision et des bombes aériennes. De plus, sa capacité peut varier d'unités à des centaines ou plus de tonnes d'équivalent TNT.
Cela permettra d'utiliser des armes thermonucléaires "propres" pour la destruction sélective de cibles ennemies situées à la fois dans des zones ouvertes (y compris des systèmes de missiles balistiques mobiles) et VZSZTS, sans craindre une contamination radioactive à long terme de la zone.
En raison de l'absence de retombées radioactives, les forces terrestres pourront opérer sur le territoire touché par les armes nucléaires, selon les estimations, dans les 48 heures.
Lors de l'utilisation de nouveaux types de munitions pour détruire le VZSZTS, y compris les installations de stockage d'armes nucléaires, chimiques et biologiques, les rayonnements neutroniques et gamma générés immédiatement au moment de l'explosion seront presque entièrement absorbés par les couches de sol adjacentes au site de l'explosion.
Selon les estimations des experts, pour détruire le VZSZTS situé à plus de 300 mètres de profondeur, il faudra créer des munitions thermonucléaires d'une capacité d'environ 100 kt ou plus.
De l'avis des experts américains, l'utilisation de munitions thermonucléaires "propres" comme ogives de missiles intercepteurs (BCH PR) devrait également augmenter considérablement l'efficacité du système national de défense antimissile créé.
On s'attend à ce que ces munitions aient des capacités de destruction suffisamment larges pour garantir la neutralisation des ogives des missiles balistiques ennemis équipés d'armes de destruction massive. Dans le même temps, la détonation d'une ogive PR sur son territoire, même à basse altitude, n'entraînera pas de contamination radioactive significative de l'environnement.
Nouvelle structure des forces stratégiques américaines
Examinons maintenant plus en détail les changements qui devraient intervenir directement dans la structure du SCN américain.
Actuellement, la triade américaine SNS se compose de missiles balistiques intercontinentaux (ICBM), de sous-marins nucléaires lanceurs d'engins (SSBN) et d'avions bombardiers stratégiques (SBA), qui sont armés d'environ 6 000 ogives nucléaires « sales » (YABZ).
La nouvelle stratégie nucléaire américaine envisage la création à sa place d'une triade stratégique qualitativement différente, qui comprendra :
- armes offensives stratégiques nucléaires et non nucléaires;
- armes défensives stratégiques actives et passives;
- des infrastructures militaires, de recherche et industrielles mises à jour.
Les éléments énumérés de la nouvelle triade devraient être combinés en un seul tout par un système amélioré de communications, de commandement et de contrôle, de renseignement et de planification adaptative.
La première composante (de choc) de la nouvelle triade stratégique, à son tour, sera constituée de deux petites triades : la triade des forces de « frappes globales » et l'ancienne triade du SNA avec une composition réduite.
Il est prévu de déployer des forces de « frappes globales » sur la base d'avions SBA (dont une partie de la composante aéronautique actuelle du SNS américain), de sous-marins nucléaires polyvalents (sous-marins nucléaires) et de navires de surface de missiles de croisière lancés par la mer (SLCM) , ainsi que des parties d'ICBM et de SLBM du SNS.
On s'attend à ce que les forces de « grèves mondiales » soient armées de l'OMC en équipements conventionnels et nucléaires (armes nucléaires « propres »).
La triade SNA existante dans le cadre du Traité sur les réductions offensives stratégiques sera considérablement réduite. D'ici 2012, il disposera de 1 7002 200 ogives nucléaires déployées de manière opérationnelle dans son armement. Le reste du YaBZ sera transféré dans la réserve active ou passive.
Le contrôle opérationnel des deux composantes de frappe de la nouvelle triade stratégique est actuellement confié au United Strategic Command (USC) des forces armées américaines.
Sur la base des tâches assignées à l'USC des forces armées américaines et aux commandements conjoints (JC) des forces armées américaines dans les zones avancées, on peut supposer que les forces de « frappes globales » seront utilisées pour des frappes préventives rapides contre cibles stratégiques ennemies partout dans le monde, ainsi que pour la conduite des hostilités dans les conflits régionaux.
Les forces nucléaires de l'ancienne triade SNA, qui conserveront les types existants d'ogives nucléaires stratégiques, continueront de remplir les tâches de dissuasion nucléaire stratégique. En cas de changement radical de la situation militaro-politique, ils seront utilisés pour lancer des frappes de missiles nucléaires « anti-force » ou « anti-valeur » contre les cibles stratégiques les plus importantes de l'ennemi, qui sont principalement considérées comme la Russie et Chine.
La deuxième composante de la triade stratégique américaine comprendra également deux composantes : les forces de frappe (actives), destinées à la destruction opérationnelle des systèmes de missiles ennemis dans leurs zones positionnelles, et les forces de défense antimissile pour intercepter les missiles balistiques lancés et leurs ogives (forces passives). .
En 2003, les États-Unis ont dénoncé le Traité sur la limitation des systèmes antimissiles balistiques. Cette circonstance leur permet de commencer le développement, les tests et le déploiement sans restriction de systèmes anti-missiles de toute classe avec le déploiement de leurs composants à la fois sur le territoire des États-Unis et à l'étranger.
Les nouvelles munitions thermonucléaires "s'intègrent" organiquement dans les plans de création du troisième élément de la triade stratégique américaine - une infrastructure de défense mise à jour.
Selon les plans des dirigeants américains, il est conçu pour réaliser rapidement le développement, les tests, la production et l'adoption de systèmes offensifs et défensifs prometteurs, y compris nucléaires, en réponse à toute menace émergente.
À l'heure actuelle, une puissante base d'essais a été déployée aux États-Unis pour étudier le problème de la fusion thermonucléaire dans trois directions différentes. Nul doute que cette base sera utilisée non seulement dans l'intérêt du développement industriel de l'énergie thermonucléaire, mais aussi pour la création de nouvelles charges thermonucléaires.
Donc, dans le laboratoire Livermore. Lawrence (Californie) pour simuler des essais nucléaires, la plus puissante installation laser thermonucléaire (LTU) NIF (National Ignition Facility) au monde a été créée, capable de réaliser des températures et des pressions observées dans la nature uniquement au centre des étoiles. Le coût total de l'installation est estimé à 3,3 milliards de dollars d'ici 2008.
Aux mêmes fins, le laboratoire national de Los Alamos (Nouveau-Mexique) et le laboratoire de recherche de l'armée de l'air (base aérienne de Kirtland) utilisent l'installation MTF (Magnetized Target Fusion).
Dans l'intérêt de l'étude des processus physiques à haute densité énergétique au Laboratoire national de Sandia (Albuquerque), un puissant générateur d'impulsions électriques, la "machine Z", est en cours de modernisation.
La création de nouveaux types d'armes nucléaires est impossible sans essais nucléaires. Pour cette raison, l'administration Bush a refusé de re-nominer le Traité d'interdiction complète des essais nucléaires au Sénat américain pour ratification.
Ainsi, étant en dehors du cadre juridique de ce traité, les États-Unis se sont assurés la possibilité de mettre en œuvre tout programme d'essais nucléaires à tout moment qui leur convient.
Parallèlement à la conduite de recherches scientifiques, les États-Unis poursuivent activement des mesures visant à réduire de 36 à 12 mois la période de préparation d'un site d'essai dans l'État du Nevada pour la reprise d'explosions nucléaires souterraines.
Stratégie préventive contre les frappes nucléaires
En 2005, les États-Unis ont apporté d'importants changements à leur stratégie nucléaire.
Conformément au concept de « frappes préventives », mieux connu sous le nom de « doctrine Bush », l'armée américaine a le droit de lancer des frappes nucléaires préventives en temps de paix contre des pays pouvant constituer une menace pour la sécurité nationale des États-Unis. ou ses alliés.
Il convient en particulier de souligner que cette doctrine prévoit également la possibilité de restituer à l'US Air Force et à la Navy (principalement des navires de guerre de surface et des sous-marins) des porte-armes nucléaires tactiques qui ont été retirés en 1991.
Il faut ajouter qu'aux États-Unis, le déploiement d'un système de frappe stratégique basé sur des sous-marins nucléaires (SSGN) de type Ohio, équipés de missiles de croisière Block IV Tomahok, qui sont le moyen optimal de livraison aux cibles de la nouvelle nucléaires, touche presque à sa fin.
En termes de caractéristiques tactiques et techniques, le Tomahok Block IV SLCM est le missile de croisière le plus avancé de cette classe. La portée maximale de son vol est déjà de 2800 km. Le missile est capable de flâner dans la zone cible pendant 2 heures pour le rechercher ou effectuer une reconnaissance supplémentaire. En équipant le SLCM d'un canal de communication satellitaire, il est également possible de recibler le missile en vol.
Chaque SSGN de type "Ohio" peut accueillir jusqu'à 154 SLCM.
En 2006, la Grande-Bretagne (à la suite des États-Unis) s'est engagée dans une révision radicale de sa doctrine de dissuasion nucléaire.
À l'heure actuelle, les forces nucléaires stratégiques britanniques sont basées sur quatre sous-marins de classe Vanguard, chacun étant équipé de 16 missiles balistiques Trident2 à ogives multiples. Les forces nucléaires stratégiques actuelles de la Grande-Bretagne semblent être un modèle dépassé pour faire face à la menace nucléaire moderne et sont plus conformes aux réalités de la guerre froide qu'aujourd'hui. Une version alternative du système Vanguard existant sera un système d'armes déployé sur la base de sous-marins équipés de missiles de croisière nucléaires. Il est souligné que dans l'intérêt du respect du Traité sur la non-prolifération des armes nucléaires, les ogives pour missiles de croisière doivent être développées par le Royaume-Uni de manière indépendante et non obtenues des États-Unis.
La Grande-Bretagne a déjà commencé à convertir ses sous-marins nucléaires polyvalents en porte-avions du Tomahok SLCM, modification Block IV.
Le sous-marin nucléaire Trafalgar est devenu le premier sous-marin de la marine britannique capable de lancer ces missiles. Le bateau était équipé du dernier système de conduite de tir Tomahawk SLCM (TTWCS), développé par la société américaine Lockheed Martin, et d'un système de communication par satellite bidirectionnel TSN (Tomahawk Strike Network), conçu pour recibler les SLCM de cette modification en vol.
La variante présentée du développement des forces nucléaires stratégiques de la Grande-Bretagne n'est pas quelque chose de nouveau. Retour au milieu des années 1970. Le ministère britannique de la Défense a étudié la question de l'adoption de SLCM américains dotés d'armes nucléaires de type Tomahok dans leurs armements. Cependant, en 1979, pour un certain nombre de raisons, le gouvernement britannique a abandonné cette option en faveur des SNLE actuels de classe Vanguard avec le Trident2 SLBM.
Parallèlement au développement d'une nouvelle doctrine de dissuasion nucléaire au Royaume-Uni, un certain nombre de programmes sont menés pour développer l'infrastructure nucléaire, qui peut être nécessaire pour créer des armes nucléaires conçues pour équiper une nouvelle composante des forces nucléaires stratégiques britanniques.
Parallèlement, la Grande-Bretagne (comme les États-Unis) concentre ses efforts sur la création d'une base d'essais visant à étudier le problème de la fusion thermonucléaire. À cet égard, on s'attend à ce qu'après les États-Unis, des munitions thermonucléaires "propres" apparaissent bientôt en service avec les forces nucléaires stratégiques britanniques mises à jour.
À l'été 2005, lors d'une réunion du comité spécial de défense de la Chambre des communes du Parlement britannique, il a été annoncé que le centre britannique de recherche sur les armes nucléaires était en pleine expansion. Dans la ville d'Aldermaston (Berkshire), la construction d'un LTU d'une valeur d'environ un milliard de livres a commencé et plus de 1 000 spécialistes sont annoncés pour être embauchés pour ce centre d'ici 2008.
Selon la presse, après la mise en service du nouvel Orion FEU, il devrait assurer la recréation des processus physiques se produisant dans les conditions d'une réaction nucléaire. Sans sortir du cadre du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires, auquel le Royaume-Uni est partie, le LTU sera également utilisé pour tester des éléments d'ogives nucléaires en cours de développement.
Ainsi, on peut supposer que dans un avenir proche, le Royaume-Uni se concentrera sur la création d'une nouvelle « dyade » nucléaire stratégique, qui comprendra quatre SSBN de classe Vanguard avec des SLBM Trident2 et plusieurs SSGN de classe Trafalgar équipés de SLCM Tomahok. avec des munitions thermonucléaires "propres".
Les SSBN de classe Vanguard seront en service avec les forces nucléaires stratégiques britanniques mises à jour au moins jusqu'en 2020-2025, date à laquelle les missiles balistiques Trident2 expireront.
On estime que le Royaume-Uni pourrait dépenser environ 20 milliards de livres sterling pour créer une nouvelle dyade stratégique.
En conclusion, il faut prêter attention à une circonstance importante. En cas de développement réussi d'une nouvelle génération d'armes nucléaires, les États-Unis et la Grande-Bretagne acquièrent une supériorité militaro-technique significative dans le domaine des armes stratégiques. Les armes nucléaires stratégiques « sales » actuelles, dans l'ensemble, deviennent inutiles pour eux.
À cet égard, il faut se préparer au fait que les États-Unis et la Grande-Bretagne, s'appuyant sur la thèse de la menace pour la civilisation mondiale des armes nucléaires « sales », peuvent proposer une initiative pour l'interdire complètement. Dans le même temps, seules des armes thermonucléaires "pures" devraient rester dans l'armement des pays nucléaires, dans lesquels ~ 99% de l'énergie devrait être libérée dans les réactions de fusion.
Il est clair que les munitions thermonucléaires, qui constituent désormais la base des armes stratégiques des puissances nucléaires, ne répondront pas à des exigences aussi élevées.
Ainsi, à l'aide d'organisations internationales contrôlées, les États-Unis et la Grande-Bretagne peuvent mettre une sorte de barrière scientifique et technique devant le reste des membres du club nucléaire. Il peut représenter, par exemple, des obligations internationales sur le développement et l'adoption d'ogives exclusivement thermonucléaires avec une activité de fragmentation inférieure à un pour cent.
Cela nécessitera que d'autres États nucléaires créent de toute urgence une base de recherche, de production et d'essais puissante, ce qui entraînera des coûts financiers et temporels énormes.
Dans le même temps, la réserve militaro-technique existante dans le domaine des armes thermonucléaires « pures » permettra aux États-Unis et à la Grande-Bretagne d'acquérir des avantages militaro-politiques unilatéraux pour une période assez longue.
De cette façon:
- Les États-Unis et la Grande-Bretagne développent activement une nouvelle génération d'armes nucléaires, dont l'utilisation permet de limiter les dommages collatéraux. À cet égard, ils ont commencé à réformer radicalement la structure et la composition de leurs forces nucléaires stratégiques, ainsi que les formes et les méthodes d'emploi au combat de ces forces.
- Les nouvelles armes nucléaires ne relèvent pas du cadre juridique de tous les traités internationaux existants relatifs à la mise au point, aux essais, à la prolifération ou à l'utilisation d'armes nucléaires.
- L'adoption d'une nouvelle génération d'armes nucléaires permet de réduire considérablement le seuil d'utilisation de l'arme nucléaire et d'aplanir pratiquement l'écart entre celle-ci et l'OMC à usage général en termes d'utilisation au combat.
- La Fédération de Russie doit de toute urgence prendre des mesures adéquates pour renforcer son potentiel de dissuasion interne.
Utilisation humaine de matières nucléaires
En 1939, le scientifique allemand O. Hahn découvrit le phénomène d'une désintégration radioactive spéciale des noyaux d'uranium sous l'action de neutrons. Le bombardement des noyaux d'uranium 235 par des neutrons les fait fissionner en deux fragments dont les masses sont d'environ 2:3. Parmi les fragments de fission, il y a des éléments allant du zinc au terbium avec des numéros de série de 30 à 65 et des numéros de masse de 70 à 160. Les fragments de fission des noyaux d'uranium sont instables et subissent une série de désintégrations bêta, finissant par se transformer en noyaux stables.
Une caractéristique de ces chaînes est une augmentation progressive des demi-vies du début de la chaîne à sa fin. L'excès d'énergie des fragments de fission est emporté par les neutrons et les quanta gamma (rayons gamma). Lors de la fission des noyaux d'uranium, 2-3 neutrons sont généralement émis, avec une probabilité moindre, il peut y avoir des variantes avec l'émission d'un, quatre ou même cinq neutrons. L'énergie moyenne des neutrons de fission est d'environ 2 MeV. Le nombre moyen de quanta gamma émis par les noyaux excités des fragments est d'environ 8. Chacun d'eux porte une énergie de 0,9 MeV.
Les neutrons émis, à leur tour, peuvent bombarder d'autres noyaux d'uranium et ainsi poursuivre le processus de leur fission. Le rapport entre le nombre de neutrons d'une génération et le nombre de neutrons de la génération précédente est appelé le facteur de multiplication des neutrons. Dans des conditions réelles, certains de ces neutrons seront absorbés par des impuretés en uranium-235, et certains iront au-delà de la masse d'uranium. Mais il suffit que le nombre de neutrons dans chaque cycle augmente de plus de 1 fois (le facteur de multiplication est supérieur à 1), au fur et à mesure que le processus de fission en chaîne se développe. La fission des atomes contenus dans 1 gramme d'uranium 235 libère une énergie équivalente à la combustion de 3000 tonnes de charbon ou 2000 tonnes de pétrole. Pour obtenir une réaction en chaîne, il faut une certaine masse d'uranium, que l'on appelle critique.
A cette époque, les scientifiques allemands étaient incapables d'obtenir réaction en chaîne la fission des noyaux d'uranium, mais la découverte d'O. Ghana a prédéterminé le début de l'ère de l'utilisation de l'énergie atomique par l'homme.
Le 2 décembre 1942, sur le terrain de sport de l'Université de Chicago, un groupe de physiciens atomiques dirigé par le grand scientifique italien E. Fermi lança le premier chaudière nucléaire, dans lequel la réaction atomique contrôlée auto-entretenue.
Ce succès a été précédé de près d'un demi-siècle de recherches dans le domaine de la physique théorique et expérimentale menées sous la direction de P. Curie, M. Sklodovskaya-Curie, E. Rutherford, N. Bohr, A. Einstein, M. Planck, F. Joliot-Curie, I. Joliot - Curie, L. Meitner, O. Ghana, D. Chadwick, V. Heisenberg, I. V. Kurchatov et d'autres scientifiques nucléaires exceptionnels.
Résultats réalisés par le groupe Fermi réaction en chaîne ont été mis sur le pied de guerre dès le début, à savoir sur la création urgente d'armes atomiques aux États-Unis afin de devancer Hitler, dont les physiciens travaillaient dans le même sens.
En 1944, sous la direction d'E. Fermi, une bombe atomique est créée et testée aux États-Unis, et en août 1945, les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki sont soumises à des bombardements atomiques. Puis un tiers de la population de ces villes périt. Au cours des années suivantes, nombre d'entre eux sont décédés des suites de la maladie des rayons, de la leucémie et d'autres maladies associées à l'exposition aux rayonnements.
Le 25 décembre 1946, sous la direction de I.V. Kurchatov, le premier réacteur à uranium-graphite contrôlé par les Soviétiques a été lancé, dans lequel plutonium de qualité militaire, utilisé comme charge nucléaire à la place de l'uranium 235 dans la production d'armes atomiques. La première bombe atomique soviétique a été testée le 29 août 1949.
Dans une explosion atomique, produits de fission et une partie des atomes non séparés d'uranium-235 ou de plutonium-239 reste, qui sont émis dans l'atmosphère lors d'une explosion au sol.
Par la suite, en URSS, une bombe à hydrogène a été créée et testée en 1953, dont l'action est basée sur réaction thermonucléaire interactions du deutérium et du tritium :
Cette réaction se déroule instantanément (3 x 10 -6 secondes), mais pour la démarrer, il faut une température très élevée, qui ne peut être obtenue que dans une explosion atomique. En conséquence, une charge de plutonium atomique sert de détonateur dans une bombe à hydrogène contenant un mélange de deutérium et de tritium.
La fission de l'uranium-235, du plutonium-239, et surtout une réaction thermonucléaire, émettent une grande quantité de neutrons. Ces derniers bombardent les substances environnantes, les transformant en radioactifs (radioactivité induite). De plus, une grande quantité de produits de fission est émise dans l'atmosphère. Les plus importants sont - césium-137 et strontium-90.
Riz. 9. Schéma de la bombe atomique.
1 - charge d'uranium-235 ou de plutonium-239; 2 - explosif ordinaire (fusible pour combiner des morceaux d'uranium afin d'atteindre une masse critique); 3 - une coque en métal haute densité(I.V.Saveliev, 1987).
Notre article est consacré à l'histoire de la création et aux principes généraux de la synthèse d'un tel dispositif, que l'on appelle parfois hydrogène. Au lieu de libérer de l'énergie explosive lorsque les noyaux d'éléments lourds, tels que l'uranium, la fission, il en génère encore plus en fusionnant les noyaux d'éléments légers (par exemple, les isotopes de l'hydrogène) en un seul lourd (par exemple, l'hélium).
Pourquoi la fusion des noyaux est-elle préférable ?
Dans une réaction thermonucléaire, qui consiste en la fusion des noyaux des éléments chimiques qui y participent, beaucoup plus d'énergie est générée par unité de masse d'un dispositif physique que dans une bombe atomique pure qui met en œuvre une réaction de fission nucléaire.
Dans une bombe atomique, le combustible nucléaire fissile, sous l'action de l'énergie de détonation des explosifs conventionnels, se combine rapidement dans un petit volume sphérique, où sa masse dite critique est créée et la réaction de fission commence. Dans le même temps, de nombreux neutrons libérés par les noyaux fissiles provoqueront la fission d'autres noyaux dans la masse de combustible, qui libèrent également des neutrons supplémentaires, ce qui conduit à une réaction en chaîne. Il ne couvre pas plus de 20 % du carburant avant que la bombe n'explose, ou peut-être beaucoup moins si les conditions ne sont pas idéales : ainsi dans les bombes atomiques Kid, larguées sur Hiroshima, et Fat Man, qui a frappé Nagasaki, l'efficacité (si un tel terme est généralement possible pour eux) n'étaient que de 1,38% et 13%, respectivement.
La fusion (ou fusion) des noyaux couvre toute la masse de la charge de la bombe et dure aussi longtemps que les neutrons peuvent trouver le combustible thermonucléaire qui n'a pas encore réagi. Par conséquent, la masse et la puissance explosive d'une telle bombe sont théoriquement illimitées. Une telle fusion pourrait théoriquement se poursuivre indéfiniment. En effet, la bombe thermonucléaire est l'un des dispositifs apocalyptiques potentiels qui pourraient détruire toute vie humaine.
Qu'est-ce qu'une réaction de fusion nucléaire ?
Le combustible pour la réaction de fusion est le deutérium ou le tritium, isotopes de l'hydrogène. Le premier diffère de l'hydrogène ordinaire en ce que dans son noyau, en plus d'un proton, il y a aussi un neutron, et dans le noyau de tritium il y a déjà deux neutrons. Dans l'eau naturelle, il y a un atome de deutérium pour 7 000 atomes d'hydrogène, mais seulement de sa quantité. contenu dans un verre d'eau, à la suite d'une réaction thermonucléaire, la même quantité de chaleur peut être obtenue que lors de la combustion de 200 litres d'essence. Lors d'une réunion en 1946 avec des politiciens, le père de la bombe à hydrogène américaine, Edward Teller, a souligné que le deutérium fournit plus d'énergie par gramme de poids que l'uranium ou le plutonium, mais coûte vingt cents le gramme contre plusieurs centaines de dollars le gramme de combustible de fission nucléaire. . Le tritium à l'état libre n'existe pas du tout dans la nature, il est donc beaucoup plus cher que le deutérium, avec un prix de marché de dizaines de milliers de dollars par gramme, mais la plus grande quantité d'énergie est libérée précisément dans la réaction de fusion du deutérium. et les noyaux de tritium, dans lesquels le noyau d'un atome d'hélium est formé et libère des neutrons emportant un excès d'énergie de 17,59 MeV
D + T → 4 He + n + 17,59 MeV.
Cette réaction est schématisée sur la figure ci-dessous.
C'est beaucoup ou peu ? Comme vous le savez, tout s'apprend par comparaison. Ainsi, l'énergie de 1 MeV est environ 2,3 millions de fois supérieure à celle dégagée lors de la combustion de 1 kg de pétrole. Par conséquent, la fusion de seulement deux noyaux de deutérium et de tritium libère autant d'énergie que lors de la combustion 2,3 ∙ 10 6 ∙ 17,59 = 40,5 ∙ 10 6 kg de pétrole. Mais nous ne parlons que de deux atomes. Vous pouvez imaginer à quel point les enjeux étaient importants dans la seconde moitié des années 40 du siècle dernier, lorsque les travaux ont commencé aux États-Unis et en URSS, dont le résultat a été une bombe thermonucléaire.
Comment tout a commencé
À l'été 1942, au début de la mise en œuvre du projet de bombe atomique aux États-Unis (Projet Manhattan) et plus tard dans un programme soviétique similaire, bien avant la construction de la bombe à fission à l'uranium, l'attention de certains participants à ces programmes ont été attirés par l'appareil, qui peut utiliser une réaction de fusion thermonucléaire beaucoup plus puissante. Aux USA, Edward Teller, déjà évoqué plus haut, était partisan de cette approche, et même, pourrait-on dire, son apologiste. En URSS, cette direction a été développée par Andrei Sakharov, le futur académicien et dissident.
Pour Teller, sa passion pour la fusion thermonucléaire pendant les années de la création de la bombe atomique a plutôt rendu un mauvais service. En tant que membre du projet Manhattan, il a constamment appelé à la réorientation des fonds pour mettre en œuvre ses propres idées, dont le but était une bombe à hydrogène et thermonucléaire, qui n'aimait pas le leadership et provoquait des tensions dans les relations. Comme à cette époque, la direction de la recherche thermonucléaire n'était pas soutenue, puis après la création de la bombe atomique, Teller a quitté le projet et a repris des activités d'enseignement, ainsi que des recherches sur les particules élémentaires.
Cependant, le déclenchement de la guerre froide, et surtout la création et les essais réussis de la bombe atomique soviétique en 1949, sont devenus une nouvelle chance pour le farouche anti-communiste Teller de réaliser ses idées scientifiques. Il retourne au laboratoire de Los Alamos, où la bombe atomique a été créée, et, avec Stanislav Ulam et Cornelius Everett, commence les calculs.
Le principe de la bombe thermonucléaire
Pour que la réaction de fusion nucléaire commence, vous devez chauffer instantanément la charge de la bombe à une température de 50 millions de degrés. Le schéma de la bombe thermonucléaire proposé par Teller utilise l'explosion d'une petite bombe atomique, située à l'intérieur du corps à hydrogène. On peut affirmer qu'il y a eu trois générations dans le développement de son projet dans les années 40 du siècle dernier :
- Variante de Teller connue sous le nom de « super classique » ;
- des conceptions plus complexes, mais aussi plus réalistes à partir de plusieurs sphères concentriques ;
- la version finale de la conception Teller-Ulam, qui est la base de tous les systèmes d'armes thermonucléaires en service aujourd'hui.
Les bombes thermonucléaires de l'URSS sont également passées par des étapes de conception similaires, à l'origine desquelles Andrei Sakharov. Il a, apparemment, complètement indépendant et indépendant des Américains (ce qui ne peut pas être dit à propos de la bombe atomique soviétique, créée par les efforts conjoints de scientifiques et d'officiers du renseignement qui ont travaillé aux États-Unis) est passé par toutes les étapes de conception ci-dessus.
Les deux premières générations avaient la propriété d'avoir une séquence de "couches" imbriquées, dont chacune renforçait un aspect de la précédente, et dans certains cas une rétroaction a été établie. Il n'y avait pas de division claire entre la bombe atomique primaire et la bombe thermonucléaire secondaire. En revanche, le schéma de la bombe thermonucléaire Teller-Ulam fait une distinction nette entre l'explosion primaire, la secondaire et, si nécessaire, supplémentaire.
Dispositif de bombe thermonucléaire selon le principe Teller-Ulam
Beaucoup de ses détails sont encore classifiés, mais il y a suffisamment de certitude que toutes les armes thermonucléaires actuellement disponibles utilisent comme prototype un dispositif créé par Edward Telleros et Stanislav Ulam, dans lequel une bombe atomique (c'est-à-dire une charge primaire) est utilisée pour générer des radiations. comprime et chauffe le combustible de fusion. Andrei Sakharov en Union soviétique semble avoir proposé indépendamment un concept similaire, qu'il a appelé "la troisième idée".
Un schéma du dispositif d'une bombe thermonucléaire dans cette version est montré dans la figure ci-dessous.
Il était de forme cylindrique, avec une bombe atomique primaire à peu près sphérique à une extrémité. La charge thermonucléaire secondaire dans les premiers échantillons, encore non industriels, était du deutérium liquide, un peu plus tard elle est devenue solide à partir d'un composé chimique appelé deutérure de lithium.
Le fait est que l'hydrure de lithium LiH est utilisé depuis longtemps dans l'industrie pour le transport d'hydrogène sans ballon. Les développeurs de bombes (cette idée a été utilisée pour la première fois en URSS) ont simplement suggéré de prendre son isotope deutérium au lieu de l'hydrogène ordinaire et de le combiner avec du lithium, car il est beaucoup plus facile de fabriquer une bombe avec une charge thermonucléaire solide.
En forme, la charge secondaire était un cylindre placé dans un conteneur avec une coquille de plomb (ou d'uranium). Il y a un bouclier neutronique entre les charges. L'espace entre les parois du conteneur de combustible thermonucléaire et le corps de la bombe est rempli de plastique spécial, généralement du polystyrène expansé. Le corps de la bombe lui-même est en acier ou en aluminium.
Ces formes ont changé dans les conceptions récentes telles que celle illustrée dans l'image ci-dessous.
Dans celui-ci, la charge primaire est aplatie comme une pastèque ou une balle de football américain, et la charge secondaire est sphérique. De telles formes s'intègrent beaucoup plus efficacement à l'intérieur des ogives de missiles coniques.
La séquence d'une explosion thermonucléaire
Lorsque la bombe atomique primaire explose, dans les premiers instants de ce processus, de puissants rayons X (flux de neutrons) sont générés, qui sont partiellement bloqués par le bouclier neutronique, et sont réfléchis par le revêtement intérieur du boîtier, qui entoure la bombe atomique secondaire. charge, de sorte que les rayons X tombent sur lui de manière symétrique sur toute sa longueur.
Aux stades initiaux d'une réaction thermonucléaire, les neutrons d'une explosion atomique sont absorbés par une charge plastique pour empêcher le combustible de chauffer trop rapidement.
Les rayons X font apparaître la première mousse plastique dense, remplissant l'espace entre le boîtier et la charge secondaire, qui se transforme rapidement en un état de plasma, chauffant et comprimant la charge secondaire.
De plus, les rayons X évaporent la surface du récipient entourant la charge secondaire. La substance du récipient, s'évaporant symétriquement par rapport à cette charge, acquiert une certaine impulsion dirigée depuis son axe, et les couches de la charge secondaire, selon la loi de conservation de la quantité de mouvement, reçoivent une impulsion dirigée vers l'axe de l'appareil . Le principe est ici le même que dans la fusée, seulement si l'on imagine que le propulseur se disperse symétriquement par rapport à son axe, et que le corps est comprimé vers l'intérieur.
À la suite d'une telle compression du combustible thermonucléaire, son volume diminue des milliers de fois et la température atteint le niveau du début de la réaction de fusion nucléaire. Une bombe thermonucléaire explose. La réaction s'accompagne de la formation de noyaux de tritium, qui fusionnent avec les noyaux de deutérium initialement présents dans la charge secondaire.
Les premières charges secondaires ont été construites autour d'un crayon de plutonium, appelé officieusement « bougie », qui a subi une réaction de fission nucléaire, c'est-à-dire qu'une autre explosion atomique supplémentaire a été réalisée afin d'élever encore plus la température pour assurer le démarrage de la réaction de fusion nucléaire. On pense maintenant que des systèmes de compression plus efficaces ont éliminé la « bougie », permettant une miniaturisation supplémentaire de la conception de la bombe.
Opération Lierre
C'était le nom des essais d'armes thermonucléaires américaines sur les îles Marshall en 1952, au cours desquels la première bombe thermonucléaire a explosé. Il s'appelait Ivy Mike et a été construit selon le schéma typique de Teller-Ulam. Sa charge thermonucléaire secondaire était placée dans un conteneur cylindrique, qui était un vase de Dewar thermiquement isolé avec du combustible thermonucléaire sous forme de deutérium liquide, le long de l'axe duquel passait une « bougie » de 239 plutonium. Dewar, à son tour, était recouvert d'une couche d'uranium 238 pesant plus de 5 tonnes, qui s'est évaporée lors de l'explosion, assurant une compression symétrique du combustible thermonucléaire. Le conteneur avec les charges primaires et secondaires était logé dans un boîtier en acier de 80" de large x 244" de long avec des parois de 10-12" d'épaisseur, qui était le plus grand exemple de produit forgé jusqu'à ce moment-là. La surface intérieure du boîtier était recouverte de feuilles de plomb et de polyéthylène pour refléter le rayonnement après l'explosion de la charge primaire et créer un plasma qui chauffe la charge secondaire. L'ensemble de l'appareil pesait 82 tonnes. La vue de l'appareil peu avant l'explosion est montrée sur la photo ci-dessous.
Le premier essai d'une bombe thermonucléaire a eu lieu le 31 octobre 1952. La puissance de l'explosion était de 10,4 mégatonnes. Attol Eniwetok, sur lequel il a été produit, a été complètement détruit. Le moment de l'explosion est montré sur la photo ci-dessous.
L'URSS donne une réponse symétrique
Le championnat thermonucléaire américain n'a pas duré longtemps. Le 12 août 1953, la première bombe thermonucléaire soviétique RDS-6, développée sous la direction d'Andrei Sakharov et Yuli Khariton, a été testée sur le site d'essai de Semipalatinsk. D'après la description ci-dessus, il devient clair que les Américains sur Eniwetok n'ont pas réellement faire exploser une bombe, comme une sorte de munition prête à l'emploi, plutôt, un appareil de laboratoire, encombrant et très imparfait. Les scientifiques soviétiques, malgré la petite puissance de seulement 400 kg, ont testé une munition complètement finie avec du combustible thermonucléaire sous forme de deutérure de lithium solide, et non de deutérium liquide, comme dans le cas des Américains. Au passage, il est à noter que seul l'isotope 6 Li entre dans la composition du deutérure de lithium (cela est dû aux particularités du passage des réactions thermonucléaires), et dans la nature il est en mélange avec l'isotope 7 Li . Par conséquent, des installations de production spéciales ont été construites pour la séparation des isotopes du lithium et la sélection de 6 Li seulement.
Atteindre la limite de puissance
Cela a été suivi par une décennie de course aux armements continue, au cours de laquelle la puissance des munitions thermonucléaires n'a cessé d'augmenter. Enfin, le 30 octobre 1961, la bombe thermonucléaire la plus puissante jamais construite et testée, connue en Occident sous le nom de Tsar Bomba, a explosé dans les airs à une altitude d'environ 4 km en URSS au-dessus du site d'essai de Novaya Zemlya.
Cette munition à trois étages a en fait été développée comme une bombe de 101,5 mégatonnes, mais le désir de réduire la contamination radioactive du territoire a contraint les développeurs à abandonner le troisième étage d'une capacité de 50 mégatonnes et à réduire la puissance nominale de l'engin à 51,5 mégatonnes. Dans le même temps, 1,5 mégatonne était la puissance d'explosion de la charge atomique primaire, et le deuxième étage thermonucléaire était censé en donner 50. La puissance d'explosion réelle atteignait 58 mégatonnes.L'apparence de la bombe est illustrée sur la photo ci-dessous .
Ses conséquences étaient impressionnantes. Malgré la hauteur d'explosion très importante de 4000 m, la boule de feu incroyablement brillante avec son bord inférieur a presque atteint la Terre, et avec son bord supérieur elle a atteint une hauteur de plus de 4,5 km. La pression en dessous du point d'éclatement était six fois supérieure à la pression maximale lors de l'explosion d'Hiroshima. Le flash de lumière était si brillant qu'il pouvait être vu à une distance de 1000 kilomètres, malgré le temps nuageux. L'un des participants au test a vu un flash lumineux à travers des lunettes noires et a ressenti les effets d'une impulsion de chaleur même à une distance de 270 km. Une photo du moment de l'explosion est montrée ci-dessous.
Dans le même temps, il a été montré que la puissance d'une charge thermonucléaire n'a pas vraiment de limites. Après tout, il suffisait de terminer la troisième étape et la puissance calculée serait atteinte. Mais vous pouvez encore augmenter le nombre d'étapes, car le poids de la "Tsar Bomb" ne dépassait pas 27 tonnes. La vue de cet appareil est montrée sur la photo ci-dessous.
Après ces essais, il est devenu clair pour de nombreux hommes politiques et militaires, tant en URSS qu'aux États-Unis, que la course aux armements nucléaires était terminée et qu'il fallait l'arrêter.
La Russie moderne a hérité de l'arsenal nucléaire de l'URSS. Aujourd'hui, les bombes thermonucléaires russes continuent de dissuader ceux qui recherchent l'hégémonie mondiale. Espérons qu'ils ne joueront leur rôle que de dissuasion et ne seront jamais explosés.
Le soleil comme réacteur de fusion
Il est bien connu que la température du Soleil, ou plutôt de son noyau, atteignant 15 000 000 °K, est maintenue grâce au flux continu de réactions thermonucléaires. Cependant, tout ce que nous avons pu tirer du texte précédent parle de la nature explosive de tels processus. Alors pourquoi le soleil n'explose-t-il pas comme une bombe thermonucléaire ?
Le fait est qu'avec une proportion énorme d'hydrogène dans la composition de la masse solaire, qui atteint 71%, la proportion de son isotope deutérium, dont les seuls noyaux peuvent participer à la réaction de fusion thermonucléaire, est négligeable. Le fait est que les noyaux de deutérium eux-mêmes sont formés à la suite de la fusion de deux noyaux d'hydrogène, et pas seulement de la fusion, mais de la désintégration de l'un des protons en un neutron, un positron et un neutrino (la désintégration bêta), ce qui est un événement rare. Dans ce cas, les noyaux de deutérium formés sont répartis assez uniformément sur le volume du noyau solaire. Par conséquent, avec sa taille et sa masse énormes, des foyers séparés et rares de réactions thermonucléaires de puissance relativement faible sont, pour ainsi dire, étalés sur tout le noyau du Soleil. La chaleur dégagée lors de ces réactions n'est clairement pas suffisante pour brûler instantanément tout le deutérium du Soleil, mais elle suffit pour le réchauffer à la température qui assure la vie sur Terre.