Procés Teller-Ulam

El disseny de Teller-Ulam és un disseny d'arma nuclear que s'utilisa en la gama de les armes termonuclears, i que es designa de forma familiar com “el secret de la bomba d'hidrogen". El seu nom ve dels dos principals contribuidores, el físic hongarés-nortamericà Edward Teller i del matemàtic polac-nortamericà Stanisław Ulam, que va desenrollar el disseny en 1951. L'idea bàsica és l'us d'una bomba atòmica de fissió nuclear a modo de disparador, colocada prop d'una cantitat de combustible de fusió nuclear, i l'us de la “implosió de la radiació” per a comprimir el combustible de la fusió i conseguir el seu encés.

La bomba H, també cridada bomba d'hidrogen o bomba de fusió o bomba termonuclear és una bomba nuclear en la qual l'energia lliberada prové de la fusió nuclear d'àtoms llaugers en àtoms més pesats.

Explosió d'Ivy Mike, la primera bomba H provada, el 31 d'octubre de 1952.

Història

En 1940, el hongarés-nortamericà Edward Teller estudia la possibilitat d'utilisar la cantitat enorme de calor (10⁸ °C, és dir cent millons de graus centígrats) produïda per l'explosió d'una bomba atòmica de fissió nuclear per a posar en marcha el procés de fusió nuclear. En 1941, Teller s'unix al Proyecte Manhattan, que té com a objectiu desenrollar la bomba atòmica de fissió.

Despuix de treballs preliminars en Chicago en Enrico Fermi, i en Berkeley en Robert Oppenheimer, Teller va ser als laboratoris d'Els Àlbers (Nou Mèxic, Estats Units) per a treballar en la bomba atòmica baix la direcció de Oppenheimer. Degut a que les dificultats trobades per a realisar una bomba de fissió nuclear varen ser enormes, no es va seguir la pista de la bomba H, lo que va causar una gran decepció a Teller.

En 1949, quan els soviètics varen fer explotar la seua pròpia bomba de fissió (RDS-1), els anàlisis dels servicis d'inteligència nortamericanes varen demostrar que es tractava d'una bomba que utilisava el plutoni com a combustible nuclear. El monopoli dels Estats Units en el tema nuclear deixava d'existir, i la notícia va causar un choc sicològic considerable, puix els nortamericans estimaven poder conservar el monopoli de l'arma nuclear durant una decena d'anys. Es comprometen llavors en una nova epopeya, la de la busca d'una bomba encara més poderosa que la bomba de fissió: la bomba de fusió.

El president dels Estats Units Harry Truman demana aixina al laboratori dels Àlbers desenrollar una bomba basada en la fusió d'àtoms d'hidrogen. Oppenheimer està en contra d'esta decisió, considerant que és només un atre instrument de genocidi. Teller va ser posat a càrrec del programa. No obstant, el seu model, encara que raonable, no va permetre conseguir el fi pretés.

El matemàtic polac-nortamericà Stanisław Ulam, en colaboració en C.J. Everett, va realisar càlculs detallats que mostren que el model de Teller és ineficaç. Ulam sugerix llavors un nou método que sí resultarà exitós. Colocant en un recint una bomba de fissió en una extremitat i el material termonuclear en l'atra, és possible dirigir les ones de choc produïdes per la bomba de fissió per a comprimir i encendre el combustible termonuclear (hidrogen).

En un principi Teller no va acceptar l'idea, pero després va comprendre tot el seu mèrit i va sugerir l'utilisació de radiació en lloc d'ones de choc per a comprimir el material termonuclear. La primera bomba H, Ivy Mike, esclata sobre l'atolón de Eniwetok (prop de Bikini, Oceà Pacífic) l'1 de novembre de 1952 a satisfacció de Teller, en el desacort d'una part majoritària de la comunitat científica.

La "implosió per radiació" es va convertir llavors en el método estàndar per a crear les bombes de fusió. Abdós creadors, Ulam i Teller, varen produir aixina la seua bomba H.

Bomba H tipo Teller-Ulam

Estructura

Configuració d'una bomba de fissió-fusió-fissió

A : etapa de fissió
B : etapa de fusió

1. Lents d'explosius convencionals d'alta potència destinades a desencadenar la reacció de fissió
2. Urani-238 ("tampó")
3. Buit ("levitación")
4. Gas de triti ("reforç", en blau) tancat en un núcleu buit de plutoni o urani
5. Bromera de poliestireno
6. Urani-238 ("tampó")
7. Deuteri de liti 6 (combustible de la fusió)
8. Plutoni (bugia d'encés)
9. Envoltura reflectante (reflectix els rajos X cap al dispositiu de la fusió)

Una bomba d'arquitectura Teller-Ulam és lo mateix que una bomba de fissió-fusió-fissió. Tal bomba consta de dos parts principals:

• La part primària alta: és la bomba de fissió que, en esclatar, comporta un aument molt fort de la temperatura i per això, l'encés de la fusió.

• La part secundària baixa: és el material que va a fusionar-se, en este cas deuteri, acompanyat per un núcleu de plutoni i d'una coberta d'urani 238. Esta part està rodejada d'una bromera de poliestireno que permetrà una pujada molt alta de la temperatura.

• Per últim, és possible utilisar una tercera etapa, del mateix tipo que la segona, per a produir una bomba d'hidrogen molt més poderosa. Esta etapa suplementària és molt més voluminosa (per terme mig 10 voltes més) i la seua fusió comença gràcies a l'energia produïda per la fusió de la segona etapa. És possible puix fabricar bombes H de potències molt grans simplement afegint vàries etapes.

La pròpia bomba es rodeja d'una estructura per a permetre retindre en l'interior els rajos X produïts per l'explosió de la bomba de fissió. Esta radiació es redirigix a l'interior en la finalitat de comprimir el material de fusió i conseguir que es "encenga".

Desenroll de l'explosió d'una bomba Teller-Ulam

L'explosió d'una bomba H es realisa en un interval del temps molt curt: 6.10^-8 s, o siga 6 cienmillonésimas de segon (0,06 µS). La reacció de fissió pren 5,5 cienmillonésimas parts de segon i la de fusió 0,5 cienmillonésimas.

1. Despuix de l'encés de l'explosiu químic, la bomba de fissió en el primari es posa en marcha.
2. L'explosió provoca l'aparició de rajos X, que es reflectixen sobre la coberta i ionizan el poliestireno que passa a l'estat de plasma.
3. Els rajos X irradian el tampó que comprimix el combustible de fusió deuteruro de liti (⁶ LiD) i aceba el plutoni que, baix l'efecte d'esta compressió i dels neutrons, comença a fisionarse.
4. Comprimit i dut a temperatures molt altes, el deuteruro de liti (⁶LiD) comença la reacció de fusió. Generalment s'observen este tipo de reaccions de fusió:
   D + T → ⁴He + n
   D + D → ³He + n
   D + D → T + p
   D + ³He → ⁴He + p
   T + T → ⁴He + 2n
   ⁶Li + n → T + ⁴He
   ⁷Li + n → T + ⁴He + n
   n sent un neutró i p un protón.
   Quan el material de fusió es fusiona a més de 100 millons de graus, llibera moltíssima energia. A la temperatura donada, el número de reaccions aumenta segons el quadrat de la densitat: aixina, una compressió mil voltes més elevada incrementa un milló de voltes l'energia produïda.
5. La reacció de fusió produïx un gran fluix de neutrons que va a irradiar el tampó, i si este està format per materials fisibles (com el ²³⁸ O) va a produir-se una reacció de fissió, provocant una nova lliberació d'energia del mateix orde de magnitut que la reacció de fusió.

Archiu:BombH explosion.svg

Desenroll de l'explosió d'una bomba H

A Bomba abans de l'explosió. Etapa de fissió (dalt) cridada primària, etapa de fusió (avall), cridada secundària, totalment suspeses en una bromera de poliestireno.
B Un explosiu d'alta potència detona en el primari, comprimint l'urani de forma supercrítica i escomença una reacció de fissió.
C El primari emet rajos X que són reflectits per la coberta i irradian la bromera de poliestireno.
D La bromera de poliestireno es fa plasma a causa de la radiació i comprimix el secundari, i el plutoni comença la seua fissió.
I Comprimit i calfat, el deuteruro de liti-6 comença la reacció de fusió, un fluix de neutrons encén la fusió del tampó. Comença a formar-se una bola de fòc...