Les matières nucléaires de qualité militaire sont toutes les matières nucléaires fissiles suffisamment pures pour fabriquer une arme nucléaire ou qui ont des propriétés qui les rendent particulièrement adaptées à l'utilisation d'armes nucléaires. Le plutonium et l'uranium dans les qualités normalement utilisées dans les armes nucléaires sont les exemples les plus courants. (Ces matières nucléaires ont d'autres catégorisations en fonction de leur pureté.)
Seuls les isotopes fissiles de certains éléments peuvent être utilisés dans les armes nucléaires. Pour une telle utilisation, la concentration d'isotopes fissiles d’ et de dans l'élément utilisé doit être suffisamment élevée. L'uranium provenant de sources naturelles est enrichi par séparation isotopique et le plutonium est produit dans un réacteur nucléaire prévu à cet effet.
Des expériences ont été menées avec l'. Le et certains isotopes de l'américium pourraient être utilisables, mais il n'est pas certain qu’ils aient jamais été mis en œuvre.
Dix pays ont produit des matières nucléaires de qualité militaire :
cinq selon les termes du traité sur la non-prolifération des armes nucléaires (TNP) : les États-Unis (première arme nucléaire testée et deux bombes utilisées comme armes en 1945), la Russie (première arme testée en 1949), le Royaume-Uni (Opération Hurricane en 1952), la France (1960) et la Chine (projet 596 en 1964) ;
trois autres États nucléaires déclarés, non signataires du TNP : l'Inde (non signataire, arme testée en 1974), le Pakistan (non signataire, arme testée en 1998) et la Corée du Nord (qui s’est retiré du TNP en 2003, arme testée en 2006) ;
Israël, qui est largement connu pour avoir développé des armes nucléaires (probablement testées pour la première fois dans les ou 1970) mais n'a pas déclaré ouvertement sa capacité ;
l'Afrique du Sud, qui avait également des capacités d'enrichissement et avait développé des armes nucléaires (peut-être testées en 1979), mais détruit son arsenal et rejoint le TNP en 1991.
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Un calutron est un spectroscope de masse utilisé pour la séparation isotopique de l'uranium. Il a été mis au point par Ernest Orlando Lawrence pendant le projet Manhattan et ressemble au cyclotron qu'il avait inventé. Son nom est une abréviation de « Cal. U.-tron » (« California University -tron »), en l'honneur de l'université de Californie, où travaille Ernest Lawrence, qui supervise le Laboratoire national de Los Alamos.
Le plutonium est l'élément chimique de symbole Pu et de numéro atomique 94. C'est un métal radioactif transuranien de la famille des actinides. Il se présente sous la forme d'un solide cristallisé dont les surfaces fraîches sont gris argenté mais se couvrent en quelques minutes, en présence d'humidité, d'une couche terne de couleur grise, tirant parfois sur le vert olive, constituée d'oxydes et d'hydrures ; l'accroissement de volume qui en résulte peut atteindre 70 % d'un bloc de plutonium pur, et la substance ainsi formée tend à se désagréger en une poudre pyrophorique.
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