Le premier test d’armes nucléaires, nommé code « Trinité«a eu lieu dans le désert du Nouveau-Mexique à 5 h 30 le 16 juillet 1945. Ce test était une preuve de concept pour la science nucléaire secrète qui se déroule à Los Alamos dans le cadre de la Projet de Manhattan pendant la Seconde Guerre mondiale et conduirait à la chute des bombes atomiques Hiroshima et NagasakiJapon, quelques semaines plus tard.
Depuis ces détonations, le développement d’armes nucléaires s’est accéléré. Les pays du monde ont construit le leur stocks nucléairesy compris plus de 5 000 ogives nucléaires détenues par les États-Unis
Pourtant, même si les composantes de base de cette technologie ne sont plus secrètes, le développement d’armes nucléaires reste un défi scientifique et ingénieur. Mais pourquoi les armes nucléaires sont-elles encore si difficiles à produire?
Une grande partie de la difficulté vient de la dérivation des éléments chimiques utilisés à l’intérieur de ces armes pour créer une explosion, Hans Kristensenle directeur du projet d’information nucléaire de la Fédération des scientifiques américains, a déclaré à Live Science dans un e-mail.
« Cette idée de base d’une explosion nucléaire est que les matériaux nucléaires (fissiles) sont stimulés pour libérer leur énorme énergie », a-t-il déclaré. « Produire un matériau fissile d’une pureté suffisante et d’une quantité suffisante est un défi (et) cette production nécessite une capacité industrielle considérable. »
L’énorme libération d’énergie est appelée un réaction de fission nucléaire. Lorsque cette réaction se produit, une réaction en chaîne commence où le atomes sont séparés pour libérer l’énergie. C’est le même genre de réaction qui fait énergie nucléaire possible.
Enrichissement en uranium et en plutonium
Le matériau fissile à l’intérieur d’une bombe nucléaire est principalement des isotopes de l’uranium et du plutonium, qui sont des éléments radioactifs, Matthew Zerphyun professeur de pratique en génie nucléaire à Penn State, a déclaré à Live Science. L’isotope le plus courant de l’uranium, l’uranium-238 (U-238), est exploité puis passe par un processus d’enrichissement pour transformer une partie en un autre isotope, l’uranium-235 (U-235), qui peut être plus facilement utilisé dans les réactions nucléaires.
« Une façon d’enrichir l’uranium est de la transformer en gaz et de la faire tourner très rapidement dans les centrifuges », a déclaré Zerphy. « En raison de la différence de masse entre U-235 et U-238, les isotopes sont divisés et vous pouvez séparer U-235. »
Pour l’uranium de qualité d’armes, 90% d’un échantillon U-238 doit être transformé en U-235, a déclaré Zerphy. La partie la plus difficile de ce processus, qui peut prendre des semaines à des mois, est la transformation chimique de l’élément lui-même, qui nécessite une énergie intensive et un équipement spécialisé. Un danger chimique Au cours de ce processus est la libération possible de l’hexafluorure d’uranium (UF₆), un substance hautement toxique Cela, s’il est inhalé, peut endommager les reins, le foie, les poumons, le cerveau, la peau et les yeux.
Le processus pour enrichir le plutonium au même degré est encore plus délicat, a-t-il dit, car cet élément ne se produit pas naturellement comme l’uranium. Au lieu de cela, le plutonium est un sous-produit des réacteurs nucléaires, ce qui signifie utiliser le plutonium, les scientifiques doivent gérer le carburant nucléaire radioactif et dépensé et traiter le matériau grâce à un dépôt chimique « intense ». Le traitement de ce matériau peut également présenter un risque de sécurité si un Masse critique est collecté accidentellement, a déclaré Zerphy, qui est la plus petite quantité de matériaux fissiles nécessaires pour maintenir une réaction de fission autosuffisante.
« Vous seriez très prudent de ne pas avoir cela se produit pendant que vous êtes en train de faire ces composants pour vous assurer que les choses ne sont pas réunies par inadvertance et entrent une sorte de criticité », a-t-il déclaré, ce qui pourrait conduire à une explosion accidentelle.
Bien que les principes scientifiques de rassembler ces composants soient bien compris, la création et le contrôle de cette réaction en une fraction de seconde peut encore être difficile.
« Les armes sont conçues de telle sorte que lorsqu’ils sont explosés, une masse » supercritique « de matériau fissile est créée très rapidement … dans un très petit espace », a déclaré Zerphy. « Cela provoque une augmentation exponentielle du nombre de fissions réparties dans le matériau presque instantanément. »
Cette propagation rapide de la fission atomique est une grande partie de ce qui rend une réaction nucléaire si destructrice, a-t-il déclaré.
Dans le cas d’armes thermonucléaires, qui ont été développées après la Seconde Guerre mondiale et utilisent une combinaison des deux nucléaires fission et fusion Pour créer une explosion encore plus forte, une réaction de fission standard doit ensuite déclencher une réaction de fusion secondaire et plus forte. Cette réaction de fusion est le même type de pouvoir trouvé au centre du soleil.
Test d’armes nucléaires
Une fois ces armes créées, les scientifiques et les ingénieurs doivent être sûrs que les armes fonctionneront au besoin, s’ils sont jamais utilisés. Lorsque les armes nucléaires ont été développées pour la première fois, les scientifiques testaient les armes elles-mêmes sur les sites d’essai (qui a dévasté l’environnement des zones «désertes» où ils ont été testés, ainsi que les gens et les animaux qui vivaient à proximité). En revanche, les tests d’armes modernes repose sur des modèles informatiques. Cela fait partie des travaux effectués par la National Nuclear Security Administration (NNSA).
« NNSA… Développer des outils pour les composants d’armes de qualification et la certification des armes, assurant leur survie et leur efficacité dans divers scénarios », a déclaré un porte-parole de la NNSA à Live Science dans un e-mail. « Cela implique des simulations avancées à l’aide de systèmes de supercomputing, de science des matériaux et d’ingénierie de précision pour garantir que les armes fonctionnent comme prévu. »
En fin de compte, la complexité et les défis de la construction de ces armes peuvent expliquer pourquoi si peu de superpuissances nucléaires existent dans le monde aujourd’hui.
