Bombe A
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La bombe A, communément appelée « bombe atomique » ou « bombe à fission », est basée sur le principe de la fission nucléaire et utilise des éléments fissiles comme l'uranium 235 et le plutonium 239. Les bombes à fission furent les premières armes nucléaires à être développées.
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[modifier] Principe
Le but d'une bombe atomique est de déclencher une réaction en chaîne. Pour cela, il faut avoir une quantité suffisante de matière fissile, c'est la masse critique. La masse critique est d'environ 52 kilogrammes pour l'uranium 235 et de 10 kilogrammes pour le plutonium 239. Une fois cette masse atteinte, la réaction en chaîne est déclenchée. Dans les bombes atomiques, la quantité de matière fissile doit même être supérieure à la masse critique, de l'ordre de trois fois en général. On parle alors de masse sur-critique.
Pour éviter que la réaction se déclenche n'importe quand, on sépare la matière fissile en deux. De cette manière la masse critique n'est pas atteinte et il n'y a donc aucun risque qu'une fission nucléaire s'amorce sans qu'on le désire.
Le déclenchement de l'explosion a lieu lorsque toutes les parties de la matière fissile sont brusquement réunies et atteignent une masse sur-critique. Alors, les atomes de la matière fissile se scindent et libèrent des neutrons, ces derniers vont alors percuter d'autres atomes de matière fissile, qui à leur tour vont libérer des neutrons et ainsi de suite. La réaction en chaîne est déclenchée et la matière se transforme en énergie, une énergie colossale en comparaison de la quantité de matière fissile mise en jeu.
L'important dégagement d'énergie produit lorsque la fission nucléaire a lieu s'explique par le fait qu'il y a ce que l'on appelle un défaut de masse. C'est-à-dire que les éléments qui sont le résultat de la fission ont une masse totale inférieure à celle de l'élément fissile qui les a produit. Ce défaut de masse fait que la masse perdue est transformée en énergie.
[modifier] Les techniques pour déclencher une explosion
Pour des raisons évidentes de sécurité, les éléments fissiles d'une bombe atomique sont séparés pour éviter toute fission nucléaire accidentelle. C'est juste avant le déclenchement de la bombe que les différentes sécurités pour éviter que la masse critique soit atteinte sont levées ; on dit alors que la bombe est armée.
Dans une bombe atomique, il est important que les éléments fissiles soient réunis les plus vite possible. Car les éléments fissiles utilisés dégageant naturellement des neutrons, la réaction de fission nucléaire peut donc se déclencher avant que toute la masse fissile ne soit réunie et là, la puissance de l'explosion se retrouve alors amoindrie.
Il existe plusieurs techniques pour réunir la matière fissile et ainsi atteindre la masse sur-critique, qui déclenche la fission nucléaire. On peut citer 2 techniques :
[modifier] Par insertion
La technique la plus simple pour déclencher une explosion est de projeter un bloc de matière fissile contre un autre bloc, constitué de la même matière. C'est la technique de l'insertion, aussi appelée la technique du pistolet. Ainsi, la masse critique est atteinte et la réaction de fission nucléaire est amorcée.
Le bloc de matière fissile est projeté à l'aide d'un explosif très puissant, pour permettre que la masse soit atteinte rapidement. L'inconvénient de cette technique est que bien que la masse soit atteinte rapidement (de l'ordre de une milli-seconde), elle ne l'est pas assez pour du plutonium 239. C'est pour cette raison que la technique de l'insertion n'est utilisée que pour les bombes à uranium 235.
La bombe larguée sur Hiroshima, Little Boy, utilisait cette technique.
[modifier] Architecture d'une bombe par insertion (Little Boy)
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[modifier] Par implosion
La technique de l'implosion est plus complexe à mettre en œuvre. Elle consiste à comprimer la matière fissile de manière à augmenter sa densité et ainsi atteindre une masse sur-critique, qui déclenchera la réaction de fission nucléaire et donc l'explosion.
La compression de la matière fissile est réalisée à l'aide de plusieurs ondes de chocs qui convergent vers la matière fissile. Les ondes de chocs sont produites par des explosifs très puissants.
La difficulté d'une telle technique vient du fait qu'il faut faire converger toutes les ondes de chocs en un seul point, qui est l'endroit où se trouve la matière fissile.
La technique de l'implosion permet d'atteindre la masse sur-critique bien plus rapidement que par celle de l'insertion. Par implosion, le délai est de l'ordre de deux à trois micro-secondes, ce qui est environ cent fois plus rapide que par insertion. Cette technique permet donc d'utiliser le plutonium 239 comme matière fissile.
La première bombe atomique de l'Histoire lors de l'essai de Trinity et celle de Nagasaki (Fat Man) utilisaient la technique de l'implosion.
[modifier] Voir aussi
- Physique nucléaire
- Bombardements atomiques d'Hiroshima et Nagasaki
- Hibakusha
- Bombe H
- Bombe à neutrons
[modifier] Bibliographie
- Richard Rhodes ; The Making of the Atomic Bomb, Touchestone / Simon & Schuster (1988), ISBN 0-684-81378-5. Ecrite par un journaliste, c'est une histoire érudite qui a obtenue les prix Pulitzer, National Book Award et National Book Critic's Circle Award américains.
- Robert Serber ; The Los Alamos Primer - The First Lectures on How to Build an Atomic Bomb, University of California Press (1992), ISBN 0-520-07576-5. Série de cinq cours donnés en 1943 aux nouveaux arrivants à Los Alamos pour le projet Manhattan. L'auteur, physicien théoricien, était chef d'un groupe de la division de physique théorique. Cette édition d'un manuscrit resté 20 ans secret défense est annotée par l'auteur à la lumière des résultats modernes. Introduction de Richard Rhodes.
