La bombe à hydrogène (Hydrogen Bomb, HB, WB) est une arme de destruction massive qui possède un incroyable pouvoir destructeur (sa puissance est estimée à des mégatonnes en équivalent TNT). Le principe de fonctionnement de la bombe et son schéma de structure reposent sur l'utilisation de l'énergie de synthèse thermonucléaire de noyaux d'hydrogène. Les processus se produisant pendant l'explosion, semblables à ceux qui se produisent sur les étoiles (y compris le Soleil). Le premier essai de WB adapté au transport sur de longues distances (projet de A.D. Sakharov) a été réalisé en Union soviétique sur le site situé près de Semipalatinsk.
Réaction thermonucléaire
Le soleil contient d’énormes réserves d’hydrogène sous l’effet constant de l’ultra haute pression et de la température (environ 15 millions de Kelvin). À une densité de plasma et une température du plasma aussi extrêmes, les noyaux des atomes d'hydrogène entrent en collision les uns avec les autres. Le résultat des collisions est une fusion nucléaire et, par conséquent, la formation de noyaux d'un élément plus lourd, l'hélium. Les réactions de ce type sont appelées fusion thermonucléaire. Elles se caractérisent par la libération d’énormes quantités d’énergie.
Les lois de la physique expliquent la libération d'énergie lors d'une réaction thermonucléaire comme suit: une partie de la masse de noyaux légers impliquée dans la formation d'éléments plus lourds reste inutilisée et se transforme en énergie propre en quantités énormes. C’est pourquoi notre corps céleste perd environ 4 millions de tonnes de matière par seconde, tout en libérant un flux d’énergie continu dans l’espace.
Isotopes de l'hydrogène
Le plus simple de tous les atomes existants est un atome d'hydrogène. Il se compose d'un seul proton, formant le noyau, et du seul électron tournant autour de lui. À la suite d’études scientifiques sur l’eau (H2O), il a été constaté que de l’eau dite «lourde» y était présente en petites quantités. Il contient des isotopes «lourds» de l'hydrogène (2H ou deutérium), dont les noyaux, en plus d'un proton, contiennent également un neutron (une particule proche de la masse d'un proton, mais dépourvue de charge).
La science connaît également le tritium, troisième isotope de l’hydrogène, dont le noyau contient 1 proton et 2 neutrons à la fois. Le tritium est caractérisé par une instabilité et une décroissance spontanée constante avec libération d'énergie (rayonnement), à la suite de quoi un isotope de l'hélium est formé. Des traces de tritium se trouvent dans les couches supérieures de l’atmosphère de la Terre: c’est là que les molécules de gaz formant l’air subissent des modifications similaires sous l’influence des rayons cosmiques. L'obtention de tritium est également possible dans un réacteur nucléaire en irradiant l'isotope lithium-6 avec un puissant flux neutronique.
Développement et premiers tests de la bombe à hydrogène
À la suite d’une analyse théorique approfondie, des spécialistes de l’URSS et des États-Unis ont conclu que le mélange de deutérium et de tritium facilite le démarrage de la réaction de fusion thermonucléaire. Forts de ces connaissances, des scientifiques américains ont commencé à créer une bombe à hydrogène dans les années 50 du siècle dernier. Et au printemps 1951, un test a été effectué sur le site d’Enyvetok (un atoll de l’océan Pacifique), mais seule une fusion thermonucléaire partielle a été réalisée.
Un peu plus d'un an a passé et en novembre 1952, le deuxième essai d'une bombe à hydrogène d'une puissance d'environ 10 Mt en TNT a été effectué. Toutefois, cette explosion peut difficilement être qualifiée d’explosion de bombe thermonucléaire au sens moderne: il s’agissait en fait d’un gros conteneur (de la taille d’une maison à trois étages) rempli de deutérium liquide.
En Russie aussi, ils ont entrepris l’amélioration des armes atomiques et la première bombe à hydrogène du projet de A.D. Sakharov a été testé sur le site de Semipalatinsk le 12 août 1953. Le RDS-6 (ce type d'arme de destruction massive s'appelait la «bouffée» de Sakharov, car son schéma impliquait le déploiement séquentiel des couches de deutérium entourant l'initiateur de la charge) avait une puissance de 10 Mt. Cependant, contrairement au "bâtiment de trois étages" américain, la bombe soviétique était compacte et pouvait rapidement être livrée sur le lieu d'une attaque sur le territoire de l'ennemi à l'aide d'un bombardier stratégique.
Après avoir accepté le défi, les États-Unis ont fait exploser en mars 1954 une bombe aérienne plus puissante (15 Mt) sur le site d’essai de l’atoll de Bikini (océan Pacifique). L'essai a été à l'origine du rejet dans l'atmosphère d'une grande quantité de substances radioactives, dont certaines sont tombées avec des précipitations à des centaines de kilomètres de l'épicentre de l'explosion. Le vaisseau japonais "Happy Dragon" et des appareils installés sur l'île de Rogelap ont enregistré une forte augmentation des radiations.
En raison des processus intervenant lors de la détonation de la bombe à hydrogène, de l'hélium stable et sûr se forme, il était prévu que les émissions radioactives ne dépasseraient pas le niveau de contamination du détonateur atomique de la fusion thermonucléaire. Mais les calculs et les mesures des retombées radioactives réelles variaient grandement, à la fois en quantité et en composition. Par conséquent, les dirigeants américains ont décidé de suspendre temporairement la conception de cette arme jusqu'à ce qu'une étude complète de son impact sur l'environnement et sur l'homme soit réalisée.
Vidéo: tests en URSS
Bombe du tsar - bombe thermonucléaire de l'URSS
Le gros point de la chaîne des tonnes de bombes à hydrogène a été fixé par l'URSS lorsque, le 30 octobre 1961, un essai de "tsar-bombe" de 50 mégatonnes (le plus important de l'histoire) a été réalisé sur Novaya Zemlya - résultat des travaux à long terme du groupe de recherche AD Sakharov. L'explosion a retenti à 4 km d'altitude et des ondes de choc ont été enregistrées trois fois sur des appareils dans le monde entier. Bien que le test n'ait révélé aucun échec, la bombe n'a jamais été mise en service. Mais le fait même de la possession de telles armes par les Soviétiques a laissé une impression indélébile sur le monde entier, tandis qu'aux États-Unis, ils ont cessé de gagner du tonnage d'un arsenal nucléaire. En Russie, à leur tour, ils ont décidé de renoncer à l'introduction d'ogives avec des charges d'hydrogène dans les tâches de combat.
Le principe de la bombe à hydrogène
La bombe à hydrogène est l’appareil technique le plus complexe, dont l’explosion nécessite le déroulement séquentiel de nombreux processus.
Premièrement, il y a une détonation de la charge initiatrice à l'intérieur de la coque de la WB (bombe atomique miniature), ce qui entraîne une puissante éjection de neutrons et la création d'une température élevée requise pour le début de la fusion thermonucléaire dans la charge principale. Un bombardement neutronique massif d’un revêtement de deutériure de lithium (produit en combinant le deutérium avec l’isotope lithium-6).
Sous l'action des neutrons, le lithium 6 se divise en tritium et en hélium. Dans ce cas, le fusible atomique devient une source de matériaux nécessaires à la fusion thermonucléaire dans la bombe explosée elle-même.
Un mélange de tritium et de deutérium déclenche une réaction thermonucléaire qui entraîne une augmentation rapide de la température à l'intérieur de la bombe et fait intervenir de plus en plus d'hydrogène dans le processus.
Le principe de fonctionnement de la bombe à hydrogène implique un flux ultra-rapide de ces processus (le dispositif de charge et la disposition des principaux éléments y contribuent), qui ont un aspect instantané pour l'observateur.
Superbomb: division, synthèse, division
La séquence de processus décrite ci-dessus se termine après le début de la réaction du deutérium avec le tritium. En outre, il a été décidé d’utiliser la fission nucléaire plutôt que la synthèse de plus lourdes. Après la fusion des noyaux de tritium et de deutérium, de l'hélium libre et des neutrons rapides sont libérés, lesquels disposent de suffisamment d'énergie pour initier le début de la fission de l'uranium 238. Les neutrons rapides peuvent séparer les atomes de la coquille d'uranium d'un superbomb. Le fractionnement d'une tonne d'uranium génère une énergie de l'ordre de 18 Mt. Dans ce cas, l'énergie n'est pas uniquement dépensée pour la création d'une onde de choc et la libération d'une quantité énorme de chaleur. Chaque atome d'uranium se divise en deux "fragments" radioactifs. Forme un "bouquet" complet de divers éléments chimiques (jusqu'à 36) et environ deux cents isotopes radioactifs. C’est pour cette raison que de nombreuses retombées radioactives sont générées, enregistrées à des centaines de kilomètres de l’épicentre de l’explosion.
Après la chute du «rideau de fer», on a appris que l'URSS envisageait de développer un «roi de la bombe» d'une capacité de 100 Mt. En raison du fait qu’à cette époque il n’y avait pas d’aéronef capable de porter une telle charge, l’idée fut abandonnée au profit de la bombe de 50 Mt.
Les conséquences d'une explosion de bombe à hydrogène
Onde de choc
L'explosion d'une bombe à hydrogène entraîne une destruction et des conséquences à grande échelle, et l'impact principal (explicite, direct) a un caractère triple. Le plus évident de tous les effets directs est une onde de choc de très haute intensité. Son pouvoir destructeur diminue avec l’éloignement de l’épicentre de l’explosion et dépend également de la puissance de la bombe elle-même et de la hauteur à laquelle la charge explose.
Effet de chaleur
L'effet de la chaleur d'une explosion dépend des mêmes facteurs que la puissance de l'onde de choc. Mais il en ajoute un de plus: le degré de transparence des masses d'air. Le brouillard ou même un léger voile réduit considérablement le rayon de la lésion, dans lequel un éclair de chaleur peut causer de graves brûlures et une perte de vision. L'explosion d'une bombe à hydrogène (plus de 20 Mt) génère une quantité incroyable d'énergie thermique, suffisante pour faire fondre le béton à une distance de 5 km, faire évaporer la quasi-totalité de l'eau d'un petit lac situé à une distance de 10 km, détruire à la même distance la main-d'œuvre, l'équipement et les bâtiments ennemis. . Un entonnoir d'un diamètre de 1 à 2 km et d'une profondeur de 50 m est formé au centre, recouvert d'une épaisse couche de masse vitreuse (plusieurs mètres de roches à forte teneur en sable fondent presque instantanément pour se transformer en verre).
Selon les calculs obtenus lors des tests réels, les gens ont 50% de chances de rester en vie s'ils:
- Ils sont situés dans un abri en béton (souterrain), à 8 km de l'épicentre de l'explosion (EV);
- Situé dans des bâtiments résidentiels à 15 km du véhicule électrique;
- Ils seront dans une zone dégagée à une distance de plus de 20 km du véhicule électrique par mauvaise visibilité (pour une atmosphère «propre», la distance minimale dans ce cas est de 25 km).
Avec la distance qui les sépare du VE, la probabilité de rester en vie chez les personnes se trouvant dans une zone ouverte augmente considérablement. Donc, à une distance de 32 km, ce sera 90-95%. Un rayon de 40 à 45 km est la limite d'impact primaire d'une explosion.
Boule de feu
Un autre effet évident de l’explosion de la bombe à hydrogène est la tempête de feu auto-entretenue (ouragan), qui résulte de l’immersion d’immenses masses de matières combustibles dans la boule de feu. Mais malgré cela, le plus dangereux par le degré d’impact de l’explosion sera la pollution par rayonnement de l’environnement sur des dizaines de kilomètres autour.
Retombées
La boule de feu apparue après l'explosion est rapidement remplie de particules radioactives en grande quantité (produits de décomposition de noyaux lourds). La taille des particules est si petite que, étant dans la haute atmosphère, ils peuvent y rester très longtemps. Tout ce que la boule de feu a atteint à la surface de la terre se transforme instantanément en cendres et en poussière, puis est aspiré dans une colonne de feu. Des tourbillons de flammes agitent ces particules avec des particules chargées, formant ainsi un dangereux mélange de poussières radioactives, processus de sédimentation des granules qui s'étire longtemps.
La poussière grossière se dépose assez rapidement, mais la poussière fine est transportée par l'air sur de longues distances et tombe progressivement du nuage nouvellement formé. Dans les environs immédiats du véhicule électrique, les particules les plus grosses et les plus chargées se déposent. Les particules de cendres visibles à l'œil se trouvent encore à des centaines de kilomètres de distance. Ils forment une couverture mortelle de plusieurs centimètres d'épaisseur. Toute personne proche de lui risque de recevoir une dose importante de radiation.
Des particules plus petites et indiscernables peuvent «flotter» dans l'atmosphère pendant de nombreuses années, en se pliant plusieurs fois autour de la Terre. Au moment où ils tombent à la surface, ils sont en train de perdre de la radioactivité. Le strontium 90 le plus dangereux, avec une demi-vie de 28 ans et une radiation stable tout au long de cette période. Son apparence est déterminée par des instruments du monde entier. "Atterrissant" sur l'herbe et le feuillage, il s'implique dans les chaînes alimentaires. Pour cette raison, les personnes qui se trouvent à des milliers de kilomètres des sites de test au cours de l'examen ont découvert du strontium 90 accumulé dans les os. Même si son contenu est extrêmement réduit, la perspective d’être «un site de stockage de déchets radioactifs» n’est pas de bon augure pour une personne, conduisant au développement de tumeurs malignes des os. Dans les régions de Russie (ainsi que d’autres pays) proches des sites de lancement expérimental de bombes à hydrogène, on observe toujours une augmentation du fond radioactif, ce qui prouve une nouvelle fois la capacité de ce type d’armes à laisser des conséquences importantes.
