Bombe H
Un article de Savoir.
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La bombe H, aussi appelée bombe à hydrogène ou bombe à fusion ou encore bombe thermonucléaire est une bombe nucléaire dont l'énergie provient de la fusion de noyaux.
Sommaire |
Historique
Dès 1940, le hongro-américain Edward Teller entrevit la possibilité d'utiliser l'énorme quantité de chaleur (<math>10^8</math> °C soit cent millions de degrés Celsius) dégagée par l'explosion d'une bombe à fission pour déclencher le processus de fusion nucléaire. En 1941, Teller rejoignit le projet Manhattan, qui a pour objectif de développer la bombe à fission.
Après des travaux préliminaires à Chicago, avec Enrico Fermi, et à Berkeley, avec Robert Oppenheimer, Teller se rendit aux laboratoires de Los Alamos (Nouveau-Mexique) pour travailler sur la bombe atomique sous la direction d'Oppenheimer. Mais devant les difficultés rencontrées à réaliser une bombe à fission, la piste de la bombe à hydrogène n'est pas suivie, et ce à la grande déception de Teller.
En 1949, lorsque les soviétiques font exploser leur propre bombe à fission. Les analyses des services de renseignements américains démontrèrent que c'était une bombe à fission utilisant le plutonium comme combustible nucléaire. Le monopole des États-Unis n'existait alors plus et la nouvelle causa un choc psychologique considérable. En effet, les Américains estimaient alors la détention du monopole de l'arme nucléaire à une dizaine d'années. Les États-Unis s'engagèrent alors dans une nouvelle épopée, celle de la recherche d'une nouvelle bombe encore plus puissante que la bombe à fission : la bombe à fusion. le président des Etats-Unis Harry Truman demanda ainsi au laboratoire de Los Alamos de développer une bombe fonctionnant grâce à la fusion des noyaux. Oppenheimer fut contre cette décision, considérant qu'une telle bombe n'était qu'un autre instrument de génocide. Malgré tout, la première bombe H, Ivy Mike, est lançée sur l'atoll de Eniwetok (Océan Pacifique) le premier novembre 1952, et ce à la satisfaction de Teller, malgré le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique.
C'est finalement le mathématicien polono-américain Stanisław Marcin Ulam qui, en collaboration avec C. J. Everett, qui réalisa les calculs détaillés, montra que le précédent modèle de la bombe à fusion d'Edward Teller était pour ainsi dire inexact. Ulam suggéra alors une meilleure méthode. Il avait compris que les composants d'une bombe H pouvaient être mis ensemble. Il réalisa ensuite qu'en plaçant une bombe à fission nucléaire à une extrémité et le matériel thermonucléaire à l'autre extrémité de la bombe, l'utilisation des ondes de choc produites à partir de la bombe à fission permettaient de compresser et de faire exploser le combustible à fusion.
Au début, Teller infirma l'idée, puis compris tout son mérite mais suggéra l'utilisation des radiations plutôt que les ondes de choc pour comprimer le matériel de fusion. L'« implosion par radiation » est maintenant la méthode standard pour créer les bombes à fusion. Les deux créateurs, Ulam et Teller, ont d'ailleurs breveté leur fameuse bombe H.
Bombe H dite Teller-Ulam
Structure d'une bombe H dite Teller-Ulam
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Une bombe à architecture Teller-Ulam est la même chose qu'une bombe à fission-fusion-fission. Une telle bombe est composée de deux parties principales:
- La partie haute, ou partie primaire : c'est la bombe à fission qui, en explosant, entraîne une très forte augmentation de la température et par la même le déclenchement de la fusion ;
- La partie basse, ou partie secondaire : c'est le matériel qui va fusionner, ici, du lithium, accompagné d'un coeur de plutonium et d'une enveloppe d'uranium 238. Cette partie est entourée d'une mousse en polystyrène qui permettra une montée très haute en température.
- Enfin, il est possible d'utiliser un troisième étage, du même type que le second, pour produire une bombe à hydrogène beaucoup plus puissante. Cet étage supplémentaire est beaucoup plus volumineux (en moyenne 10 fois plus) et sa fusion est amorcée par l'énergie dégagée par la fusion du deuxième étage. On peut donc fabriquer des bombes H de très grandes puissances en ajoutant plusieurs étages.
La bombe est elle-même entourée d'une structure qui va permettre de retenir l'apport massif de rayons X produits par l'explosion de la bombe à fission. Ces ondes sont alors redirigées afin de comprimer le matériel de fusion et l'explosion totale de la bombe peut alors commencer.
Déroulement de l'explosion d'une bombe H dite Teller-Ulam
Avant toute explication, il faut savoir que l'explosion d'une bombe H se déroule sur un intervalle de temps très court : 6.10-7s soit 600 milliardièmes de secondes ! La réaction de fission réclame en effet 550 milliardièmes de secondes et celle de fusion 50 milliardièmes de secondes.
- 1- Après l'allumage de l'explosif chimique, la bombe à fission se déclenche et explose.
- 2- L'explosion provoque l'apparition de rayons X, qui rebondissent sur la paroi externe et viennent comprimer le matériel de fusion.
- 3- Irradiée, la mousse de polystyrène passe à l'état de plasma très chaud, ce qui renforce encore la compression du matériel de fusion.
- 4- Compréssés, portés à de très hautes températures, le lithium (Li), l'hélium (He), le deutérium(D) ou encore le tritium (T) commencençent la réaction de fusion. On observe généralement ce type de réactions de fusion :
D + T → 4He + n
D + D → 3He + n
D + D → T + p
D + 3He → 4He + p
T + T → 4He + 2n
3He + S → 4He + p
6Li + n → T + 4He
7Li + n → T + 4He + n
n étant un neutron et p un proton.
Lorsque le matériel de fusion fusionne à plus de 100 millions de degrés, il libère énormément d'énergie. À température donnée, le nombre de réactions augmente en fonction du carré de la densité : ainsi, une compression mille fois plus élevée conduit à la production d'un million fois plus de réactions ! C'est pour cela que l'on cherche tant à compresser le matériel de fusion, dans le but d'augmenter à la fois rapidement et fortement la pression dans la partie secondaire de la bombe.
- 5- La réaction de fusion produit un large flux neutronique qui va irradier le coeur de plutonium et alors provoquer une nouvelle réaction de fission. Ceci permet d'augmenter l'explosivité et la radioactivité de la bombe H.
Bombe H dite "propre"
On parle de bombe H est dite "propre" lorsque moins de 50 % de son énergie provient de la réaction de fission de la partie primaire. En effet, la fusion seule ne produit directement aucun composé radioactif (directement, car les neutrons ionisent la matière). Les retombées d’une bombe H propre sont donc moins importantes que celles d’une bombe H classique de même puissance.
Structure d'une bombe H dite "propre"
Déroulement de l'explosion d'une bombe H dite "propre"
Puissance d'une bombe H
Les bombes H seraient, en termes de comparaison, 1000 fois plus puissante que Little Boy, une bombe à fission. Chaque bombe à fission génère en effet 14 kT (soit 14 000 tonnes de TNT, une tonne de TNT développant <math>10^9</math> calories, soit <math>4,184.10^9</math> joules) contre 10 400 kT pour la première bombe à fusion, Ivy Mike.
Effets d'une bombe H
Effets de soufle
Effets thermiques
Effets de rayonnements
Effets électromagnétiques
Effets radioactifs
L'effet radioactif de la bombe H est nul. En effet elle détruit les corps en envoyant des ondes extrèmement basse puissance qui ne tuent que les cellules vivantes et ne polluent pas.
Effets climatiques : bombes H perdues
Bombes à fusion "célèbres"
- Ivy Mike, une bombe étasunienne, fut la première bombe H à être lançée. Elle a explosé sur l'atoll d'Eniwetok (dans les îles Marshall) le 31 octobre 1952. Elle avait une puissance de 10,4 Mt (soit 10 400 000 tonnes de TNT).
- Castle Bravo est le nom de la bombe H la plus puissante jamais testée par les États-Unis. D'une puissance de 15 Mt, l'explosion eut lieu sur l'atoll de Bikini (dans les îles Marshall), le 1er mars 1954.
- Tsar Bomba fut une bombe H à trois étage développée par l'union soviétique. D'une puissance de 50 Mt (soit 50 000 000 tonnes de TNT), elle explosa le 31 octobre 1961 sur l'archipel de la Nouvelle-Zemble (sur le « site C » de Sukhoy Nos (73,7° N — 54,0° E)), lors d'une démonstration de force effectuée par les Soviétiques).
Bibliographie
- Rhodes (Richard), Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb, Touchestone/Simon & Schuster, 1996, ISBN 0-684-824140
- Bröcker (Bernhard), Atlas de la physique atomique et nucléaire, La pochotèque, Le Livre de Poche, 1997
Liens externes
Voir aussi
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