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La bomba TIENE, communément llamada bomba atómica, bomba a fission o bomba nuclear, es basada en el principio de la fission nuclear y utiliza elementos fissiles como el uranio 235 o el plutonium 239. Las bombas a fission fueron las primeras armas nucleares desarrolladas y las solas utilizada contra de las poblaciones humanas. En efecto, durante la Segunda Guerra Mundial, dos bombas TIENE, bautizadas respectivamente Little Boy y Fat Man, fueron utilizadas porel ejército estadounidense para los bombardeos de las ciudades de Hiroshima y Nagasaki.
Sumario |
Principio
Masa crítica y neutrons
Criticité
Una masa de material fissile es calificada de crítico cuando deviene capaz de mantener una reacción en canal, a tenor de su tamaño, de su forma, de la pureza y de la composición isotopique del matériau. Una medida numérica de la índole crítica es el coeficiente multiplicateur de neutron k = f - l, donde f es el número de neutrons soltados mediana por cada fission de atome y l es el número mediano de neutrons perdidos, sea porque se escapan del sistema o porque son capturados por otros atomes sin producir de fission. Cuándo k = 1, la masa es dicha crítica, cuando k < 1 la masa es sub-crítica, y para k > 1 la masa es dicha súper-crítico.
La masa crítica de una bola de matériau puro (no moderado) en la ausencia de réflecteur es de aproximadamente 50 kilogramos parael uranio 235 y de 10 kilogramos para el plutonium 239[1]. Si se dispone en torno a la materia fissile un revêtement renvoyant una parte de las neutrons hacia ella (réflecteur de neutrons), se puede reducir la masa crítica.
Para evitar que la reacción no se activa no importa cuando, se da en la materia fissile una forma que facilita la évasion de las neutrons : separación en dos trozos, o bola creuse, pues además grande superficie. De este modo la masa crítica no es alcanzada y no hay pues ningún riesgo que una fission nuclear se amorce sin que se lo desea. El déclenchement de la explosión tiene lugar cuando todas las partes de la materia fissile son reunidas bruscamente, bajo una forma conveniente, y alcanzan así una masa súper-crítica.
Pasaje en ensamblaje supercritique
Para obtener una explosión atómica, hace falta activar una reacción en canal en un matériau fissile, que lo hace pasar rápidamente de una configuración subcritique (k = 0.9) a una configuración claramente supercritique (típicamente, k = 3), de manera a lo que las neutrons libres puedan multiplicarse exponentiellement. Para eso, hace falta tener una cantidad suficiente de materia fissile, es la masa crítica, y bajo la forma más compacta posible, una bola, para evitar que demasiado de neutrons no se escapan por la superficie.
El principal problema técnico a resolver para asegurar la eficacia de la explosión es de mantener el matériau fissile en una configuración supercritique suficientemente mucho tiempo para que una fracción substantielle de su masa haya padecido la fission y produzca de la energía.
No obstante, si la presencia de una masa crítica bastado a activar una reacción en canal, ésta no es necesariamente explosiva : no lo es en una central nuclear, ni durante accidente de criticité. En las bombas atómicas, la cantidad de materia fissile debe incluso ser superior a la masa crítica, del orden de tres vez general[réf. Necesario]. Se habla entonces de masa sobre-crítica.
Amorçage De la reacción
Para evitar una prédétonation, que chaufferait y disiparía el matériau fissile antes de que no haya alcanzado su configuración óptima, y asegurar una explosión eficaz, el matériau fissile tiene que ser traído en una configuración supercritique muy rápidamente. Falla pues a la vez minimizar el tiempo de puesta en configuración supercritique y minimizar el número de neutrons ambiants antes la explosión. Para esta razón, las armas nucleares comportan una fuente de neutrons.
Explosión nuclear
Una vez la masa crítica alcanzada, la reacción en canal es activada. En una reacción completa, cada núcleo de la materia fissile se divide dos noyaux más ligeros (productos de fission) y libera además de los neutrons. Estos últimos van entonces percuter otros atomes de materia fissile, que en su torre van a liberar de las neutrons y así sucesivamente. La reacción en canal es activada, y la materia dégage una energía colosal en comparación de la cantidad de materia fissile puesta en juego. No obstante, en una bomba atómica, sola una pequeña fracción (a veces muy débil) del matériau fissible es consumida efectivamente antes de ser disipada por la explosión, lo que disminuye de tanto la potencia de la explosión por informe a aquella disponible en la masa fissible.
A cantidad igual de réactifs , la energía despejada durante una reacción de fission puede ser del orden del centenar de millones de veces más grande que aquella despejada por una reacción química. Esta energía se transforma muy rápidamente en calor, por freinage de estos productos de fission en la materia avoisinante.
Importancia de la puesta en configuración crítica
Para razones evidentes de seguridad, los elementos fissiles de una bomba atómica son mantenidos en configuración bajo-crítica para evitar toda fission nuclear accidentelle. Es justo antes el déclenchement de la bomba que se levanta los diferentes seguridades puestas para evitar que la forma crítica sea alcanzada ; se dice mientras que la bomba es armada.
En una bomba atómica, es de entidad que los elementos fissiles sean reunidos el cuanto antes posible. En efecto, los elementos fissiles utilizados son por otra parte radioactifs, y dégagent naturalmente de los neutrons. De este hecho, una reacción de fission nuclear puede activarse antes de que toda la materia fissile no haya la mejor configuración. La potencia de la explosión se encuentra entonces amoindrie, porque la pequeña explosión que resultaría disiparía el resto de la materia fissible sin haberlo consumido.
Hay varios técnicos para reunir la materia fissile y así alcanzar la configuración sobre-crítica, que activa la fission nuclear. Se puede citar 2 técnicos : por inserción, y por implosion.
Técnico de la inserción
La técnica la más mera para activar una explosión es de proyectar un bloque de materia fissile contra otro bloque, constituido de la misma materia, o mejor, un bloque cylindrique adentro de un bloque hueco. Es la técnica de la inserción, también llamada la técnica de la pistola — o del cañón. Así, las condiciones críticas son alcanzadas y la reacción de fission nuclear es amorcée.
El bloque de materia fissile es proyectado en la ayuda de un explosivo muy potente, para permitir que la forma sea alcanzada rápidamente. El inconveniente de esta técnica es que aunque esta forma sea alcanzada rápidamente (del orden de una milliseconde), no lo es bastante para del plutonium 239, que contiene siempre de los isotopes, sobre todo el plutonium 240, dégageant spontanément de los neutrons, lo que amorce la explosión prématurément, justo en el momento en que las condiciones devengan críticas. Es para esta razón que la técnica de la inserción solo es utilizada para las bombas a uranio 235.
La bomba larguée sobre Hiroshima, Little Boy, utilizaba esta técnica. El hecho que esta técnica haya sido empleada sin prueba previa (contra el tipo a implosion utilizado sobre Nagasaki) reloj en qué punto este modo de funcionamiento es robuste, y relativamente fácil a maîtriser.
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Técnico por implosion
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La técnica de la implosion es más compleja a poner œuvre. Consiste en reunir la materia fissile dispuesta rueda creuse, después a comprimirla de manera a aumentar su densidad y así alcanzar una configuración supercritique, que activará la reacción de fission nuclear y pues la explosión.
Su puesta œuvre es muy delicada : la compresión de la materia fissile es realizada en la ayuda de explosivos muy potentes dispuestos todo alrededor. Pero la detonación de estos explosivos es activada por un conjunto de détonateurs que tienen que ser rigoureusement synchronisés. Además, cada explosión tiene tendencia a crear una onda de choque esférico, centrada sobre el détonateur. Ahora bien se tiene que obtener una onda de choque que desemboca simultáneamente en todos los puntos externos de la materia fissile, que se puede imaginar como una bola creuse. Estas ondas de choque tienen que se déformer para pasar de esferas centradas al exterior en una esfera de centro común. Se desemboca en este resultado utilizando de los explosivos donde la onda de choque se desplaza a velocidades diferentes, lo que trae en su deformación. El usinage de las formas de estos explosivos tiene que ser hecho con toda la precisión de lentejas ópticas.
Un problema parecido se plantea con el plutonium, que puede revêtir varios estados (fases) de características mécaniques diferentes, y que tiene pues tendencia a devenir inhomogène, lo que desembocaría en una deformación de la onda de choque. Remedia, como en la métallurgie del hierro – donde un aditivo común es el carbono – por la adición de débiles cantidades de otro elemento, a menudo el gallium.
La técnica de la implosion permite alcanzar la disposición súper-crítica bien más rápidamente que por aquella de la inserción. Por implosion, el retraso es del orden de dos a tres microsecondes, lo que es aproximadamente cien vez \
Se puede todavía mejorar el rendimiento y/o disminuir la masa crítica ubicando entre el explosivo y la materia fissile diversas cortezas que pueden esté tener un efecto mécanique por su inercia o extendiendo en el tiempo la onda de choque (prolongando así la explosión), esté ralentizar la pérdida de neutrons (réflecteur a neutrons disminuyendo la masa crítica)
La primera bomba atómica de la Historia, Artilugio, y la tercera, Fat Man, contenían del plutonium y utilizaban la técnica de la implosion.
Brevet
La bomba ha hecho el objeto de un brevet de invención que lleva sobre el Perfectionnements a los cargos explosivos. Teniendo el número 971-324 y depositado el 4 de mayo de 1939 por la Caja nacional de la investigación científica — con relación a los trabajos de Frédéric Joliot-Curie, Hans Halban y Lew Kowarski —, el brevet entre en la propiedad pública en 1959. TIENE éste se añaden cuatro demás brevets depositados de 1939 a 1940 y llevando sobre la producción de energía[2].
Estos brevets han informado poco de redevance en comparación de su importancia. Una marcha del dinero obtenido es afectado en la investigación científica vía la atribución de bolsas[2].
Artículos connexes
- Proyecto Manhattan de la primera bomba atómica de la historia (a Estados Unidos)
- Explosión atómica
- Físico nuclear
- Bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki
- Hibakusha
- Bombea H
- Bombea a neutrons
- Arma nuclear
- Misil nuclear
- Fat Man
Referencias
- ↑ () Tipos of Nuclear Bombs, and the Difficulty of Making Them - Mesa 1 - Properties of Nuclear-Explosiva Nuclides
- (fr) C. Gilguy, « La historia de las brevets de base del equipo Joliot », abril 1963, BIST. Consultado el 6 de diciembre de 2008
Fuente
- () Este artículo es parcialmente o en totalidad salida del artículo de Wikipedia inglés titulado « Nuclear weapon de diseño » (ver la lista de las autoras) (ver también la página de discusión).
Bibliographie
- Richard Rodas ; The Making of the Atomic Bomb, Touchestone / Simon & Schuster (1988), ISBN 0-684-81378-5. Escrita por un periodista, es una historia erudita que ha obtenido los precios Pulitzer, Nacional Book Award y Nacional Book Critic's Circle Award estadounidenses.
- Robert Serber ; The Los Alamos Prevalecer - The First Lecturas se How to Build año Atomic Bomb, University of California Press (1992), ISBN 0-520-07576-5. Seria cinco cursos dados 1943 a los nuevos arrivants a Los Alamos para el proyecto Manhattan. El autor, físico théoricien, era jefe de un grupo de la división de física teórica. Esta edición de un manuscrito quedado 20 años secretos defensa es annotée por la autora en la luz de los resultados modernos. Introducción de Richard Rodas.
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