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Il existe une différence foncdamentale entre les deux grands type d'armes nucléaires. Le fonctionnement des BOMBES A (armes à fission) est relativement "simple" et les principes généraux permettant leur mis au point sont passé dans le domaine public (Son procédé a été couvert par le brevet français 971-324 de 1939 à 1959). En revanche, les BOMBES H (armes à fusion) sont des engins excessivement complexes et leurs secrets de fabrication restent bien gardés. Toutes les armes nucléaires modernes sont à fusion.

L'explosion nucléaire
La première phase d'une explosion nucléaire commence par la détonation des explosifs chimiques qui entourent le coeur de matière ; celui-ci devient supercritique, un état qui permet le démarrage de la réaction de fission. Une source neutronique in injecte un flux de particules pour aider à ce démarrage et la phase nucléaire commence.

Dans le cas d'une bombe A, la réaction dure un millionième de seconde et dégage une quantité massive de rayonnement électromagnétique. La température atteint plusieurs dizaines de millions de dégrés et la pression monte à plusieurs millions de fois celle de l'atmosphère.

L'énergie de la boule de feu se convertit en rayonnements ultraviolets et électromagnétiques. Vients ensuite l'effets de souffle, qui commence par une onde de choc au coeur de la boule de feu, puis se développe à une vitesse supersonique. Le vide crée par l'explosion attire l'air, la poussière et les débris de surface : la forme de l'ensemble - comme pour toute explosion de grande empleur - ressemble à un grand champignon.

Dans le cas d'une bombe H, la phase nucléaire se poursuit. L'énergie dégagée sert d'amorce à l'étage de puissance qui contient le combustible de fusion (phase thermonucléaire). Simultanément, une seconde réaction de fission démarre. La fusion des noyaux d'atomes d'hydrogène commence. L'énergie est d'autant plus importante qu'une troisième réaction de fission est initiée au sein de l'enveloppe d'uranium qui entoure l'étage de puissance.

Pouvant dégager des énergies de plusieurs dizaines de millions de tonnes de TNT, les armes thermonucléaires sont des engins de mort très complexes. Si la fabrication de la bombe atomique est essentiellement une question d'ingénierie, celle de la bombe à hydrogène (ou thermonucléaire) repose sur un problème de physique ardu à résoudre, qui exige le recours à des calculateurs de grandes puissances. Il y a au moins deux parties distinctes dans une une telle arme : une bombe à fission dont la détonation sert d'amorce, et un étage de puissance au cœur duquel se trouve un mélange d'isotopes de l'hydrogènes (le deutérieum, par exemple), là où va se produire la fusion. Une arme thermonucléaire moderne peut contenir près de quatre mille éléments différents.