Différence entre une bombe à hydrogène et à l'uranium

Différence principale - Bombe à hydrogène vs uranium

La théorie de la relativité restreinte a complètement changé les idées classiques de masse, d'énergie, de temps, etc. La fameuse équation d'Einstein E = mc² a révélé un secret absolu entre masse et énergie, connu sous le nom d'équivalence masse-énergie. Selon cette équation, nous devrions pouvoir convertir l’énergie en masse et inversement. 

Lorsque les neutrons et les protons se combinent ou fusionnent pour former un noyau, une quantité incroyable d’énergie est libérée. Ainsi, la masse du noyau résultant est inférieure à celle de la masse totale de ses particules mères. Cette réduction de la masse est donnée par l'équation d'Einstein. Les physiciens ont compris qu’une grande quantité d’énergie pouvait être générée soit en fusionnant de petits noyaux en noyaux lourds, soit en branchant des noyaux lourds en noyaux légers. Ils ont également compris que cette énergie pouvait être utilisée pour produire de l’électricité et fabriquer des bombes de destruction massive..

L'uranium et le plutonium sont les meilleurs carburants pour les bombes à fission, tandis que l'hydrogène est le meilleur carburant pour concevoir des bombes à fusion. Comme leur nom l'indique, les bombes à l'uranium utilisent l'uranium comme combustible fissile, tandis que les bombes à l'hydrogène utilisent l'hydrogène comme combustible.. Dans les bombes d'uranium, de l'énergie est libérée lorsque des noyaux d'uranium pénètrent dans des noyaux légers. Mais dans les bombes à hydrogène, de l’énergie est libérée lorsque de petits noyaux fusionnent en noyaux de He. le différence principale entre l'hydrogène et la bombe d'uranium est que Les bombes à uranium sont des bombes à fission nucléaire, tandis que les bombes à hydrogène sont des bombes à fusion. Cet article porte sur les différences entre les bombes à hydrogène et à uranium.

Quelle est la bombe à hydrogène

Lorsque des noyaux légers se combinent en un noyau lourd, la masse du noyau résultant est inférieure à la masse totale de ses noyaux parents. Lorsqu'ils fusionnent, la perte de masse est convertie en énergie selon l'équation d'Einstein. Cette énergie peut être utilisée pour générer de l'électricité. Malheureusement, la même idée peut être utilisée pour fabriquer une bombe à fusion, car une grande quantité d’énergie est libérée lors de la fusion..

Le meilleur élément en tant que combustible de fusion est l'hydrogène. L'hydrogène a trois isotopes, à savoir le Protium, le Deutérium et le Tritium. Mais l'hydrogène est naturellement un élément gazeux. Pour la réaction de fusion, il faut atteindre une température très élevée et une densité de carburant très élevée. Si l'hydrogène est utilisé sous forme d'hydrogène liquide, un mécanisme de refroidissement doit être associé à la bombe, ce qui ajoute un poids et un volume supplémentaires à la bombe. Ainsi, l'hydrogène est utilisé sous forme de LiD (lithium deutéride) qui est solide et élimine ainsi la nécessité d'un mécanisme de refroidissement.

Le deutérium et le tritium sont les meilleurs isotopes pour la réaction de fusion. En utilisant du deutérium comme LiD, une densité de carburant très élevée peut être atteinte. L'autre avantage du deutérium est d'être un isotope stable. L'abondance de deutérium dans les sources naturelles d'hydrogène est d'environ 0,015%. Donc, l'eau est une bonne source de deutérium.

Dans une bombe à fusion, une température très élevée est nécessaire (environ 10⁸ K) pour la réaction de fusion. Ainsi, une bombe à fission est utilisée dans les bombes à fusion pour atteindre de telles températures. Une fois que la bombe à fission a explosé, la température requise est atteinte. En d'autres termes, une bombe à fission est utilisée dans les bombes à fusion pour enflammer la bombe à fusion. Après la détonation de la bombe à fission, la réaction de fusion commence. Tout d'abord, un noyau de Li absorbe un neutron et se fissionne en un noyau d'hélium, un noyau de tritium plus de l'énergie. Ensuite, un noyau de deutérium se combine avec un noyau de tritium pour produire un noyau d’hélium, un neutron plus de l’énergie. Ainsi, la réaction globale peut être abrégée dans l'équation suivante.

D + Li → 2He + énergie

Dans la réaction de fusion ci-dessus, aucun noyau radioactif n'est produit. L'énergie libérée par nucléon dans la réaction de fusion ci-dessus est bien supérieure à celle de la réaction de fission de l'uranium.

Qu'est-ce qu'une bombe à l'uranium?

L'uranium a plusieurs isotopes tels que l'uranium 238, l'uranium 235 et l'uranium 239. Néanmoins, l'uranium 238 représente 99,7% de l'uranium naturel. L'uranium 239 est très instable et sa demi-vie est donc très courte. Donc, il se désintègre très rapidement en plutonium. L'uranium 238 est l'isotope de l'uranium le plus stable. L'uranium 235 est instable et son abondance naturelle est d'environ 0,72%..

Lorsqu'un atome d'uranium absorbe un neutron, il se décompose en deux fragments de fission (deux atomes plus petits) plus plusieurs neutrons. Dans cette réaction de fission, une énorme quantité d'énergie est libérée sous forme d'énergie cinétique de fragments de fission et d'ondes EM. Si les neutrons résultants étaient absorbés par d'autres atomes d'uranium, le processus se transforme en une réaction en chaîne freinant de plus en plus de noyaux d'uranium 235. Cependant, certains des neutrons produits au cours du processus s'échappent de l'échantillon d'uranium. Les neutrons qui s'échappent ne participent donc pas à la fission nucléaire. La fraction des neutrons qui s'échappent de l'échantillon dépend de la masse de l'échantillon. Pour une réaction en chaîne, il existe une masse seuil pour l'uranium appelée masse critique. La masse critique est la masse minimale d'un combustible fissile qui doit être présente pour maintenir la réaction en chaîne une fois qu'elle est initiée. En outre, si l'échantillon d'uranium est un échantillon naturel non enrichi, la plupart des neutrons seraient absorbés par des atomes d'uranium 238 (car son abondance est d'environ 99,7%), qui produit ensuite de l'uranium 239. Donc c'est un gaspillage. Afin de minimiser le nombre de neutrons absorbés par l'uranium 238, le pourcentage d'uranium 235 doit être amélioré. Ce processus s'appelle l'enrichissement d'uranium.

Une bombe nucléaire devrait pouvoir libérer une grande quantité d’énergie nucléaire en un instant. Il faut donc réduire autant que possible l’échappement de neutrons et le nombre de neutrons absorbés par l’uranium 238. Ces exigences sont satisfaites en utilisant des échantillons d'uranium hautement enrichi (UHE) ayant une masse supérieure à la masse critique. Dans les bombes d’uranium, l’uranium est enrichi à près de 90% en uranium 235..

Dans les armes nucléaires modernes, un tube à vide haute tension couplé à un petit accélérateur de particules est utilisé comme générateur de neutrons qui est l'initiateur de la réaction en chaîne. La figure suivante illustre la structure de base d’une bombe d’uranium..

Avant la détonation, l'échantillon d'uranium est conservé en deux parties séparées, chacune ayant une masse inférieure à la masse critique. La masse totale de ces deux échantillons dépasse la masse critique. Cette séparation nous permet de maintenir la bombe dans un état sous-critique jusqu'à son explosion. En d'autres termes, la bombe ne peut pas entretenir une réaction en chaîne avant que les deux parties ne se rejoignent car la masse de chaque échantillon est inférieure à la masse critique..

Premièrement, l'explosif conventionnel (TNT) est détoné, ce qui provoque la précipitation de la balle d'uranium et sa combinaison avec la cible d'uranium. Une fois combinés en un seul échantillon d'uranium, sa masse dépasse la masse critique, ce qui entraîne une réaction en chaîne et donc une explosion nucléaire. Cette explosion libère une grande quantité d’énergie sous forme d’énergie cinétique constituée de fragments de fission et de radiations qui brûlent les victimes. Les fragments de fission résultants sont également presque radioactifs. Donc, il y a beaucoup de problèmes médicaux associés aux retombées radioactives causées par une explosion nucléaire.

Différence entre une bombe à hydrogène et à l'uranium

Carburant:

Bombe d'uranium: La bombe à l'uranium est alimentée à l'uranium 235.

Bombe à hydrogène: La bombe à hydrogène est alimentée parLiD (Lithium Deutéride).

Initiation:

Bombe d'uranium: Une source de neutrons est utilisée comme initiateur.

Bombe à hydrogène: Les bombes à hydrogène sont enflammées par des bombes à fission.

Réactions nucléaires:

Bombe d'uranium: Il existe plusieurs chemins de fission pour. À titre d'exemple,

Bombe à hydrogène:

En combinant les première et deuxième étapes, nous obtenons la réaction de fusion globale, 

Energie libérée par nucléon:

Bombe d'uranium: L'énergie dépend du chemin de fission de l'uranium 235. Pour le chemin de fission ci-dessus de, l'énergie libérée par nucléon est d'environ 0,70 MeV

Bombe à hydrogène: L'énergie libérée par nucléon est ~ 2.8MeV (pour LD)

Exigences importantes:

Bombe d'uranium: La masse critique et une source de neutrons sont les exigences les plus importantes.

Bombe à hydrogène: Très haute température autour de 10⁸ K et haute densité de carburant sont nécessaires.

Retombées radioactives:

Bombe d'uranium: Les retombées radioactives sont élevées.

Bombe à hydrogène: Les retombées radioactives sont moins.

Courtoisie d'image:

«Ivy Mike» par The Official CTBTO Photostream - Essai nucléaire atmosphérique «Ivy Mike» - novembre 1952 (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia