La Bombe Atomique d'Hiroshima

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II Qu’est - ce qu’une bombe atomique et comment fonctionne elle ?

A ) Caractéristiques  de la bombe qui est tombée sur Hiroshima

6 aôut 1945 "Little Boy" détruit Hiroshima:

Le 6 août 1945 à 2 heures 30 locale, la météo sur Hiroshima étant satisfaisante, le bombardier B 29 baptisé Enola Gay décolle de l'aéroport militaire américain de Tinian, dans les îles Mariannes. A 8 h 15 et 17 secondes, " la Bombe " pique dans le ciel. L'explosion aura lieu 43 secondes plus tard, à 600 m au-dessus du centre de la ville.

La première bombe atomique explose sur Hiroshima, le 6 août 1945

L'engin mesurait 3m50 de long et 76 cm de diamètre. Sa puissance équivalait à celle de 20.000 tonnes de TNT concentrée dans un tout petit espace. Il provoqua la mort d'environ 80.000 personnes au moment de l’explosion, et l'on dénombra 70.000 blessés, dont beaucoup moururent.

Au cours de cette explosion s’est dégagée une chaleur de 30 000° c. Au sol, l’espace d’un instant, la chaleur a été de 3000° c. Dans un rayon de 3 km  autour de l’épicentre, 10 000 immeubles ont été détruits par le souffle de l’explosion ( phénomène de surpression d’une force de 8 tonnes par mètre carré ) ,et, 50 000 immeubles ont été détruits par le feu.

Cette bombe utilise les réactions de la fission nucléaire de l’uranium 235. La mise à feu était de type revolver et sa puissance était équivalente à 20 000 tonnes de dynamite.

L’ explosion nucléaire a créée en 2 minutes un « champignon » atomique atteignant une altitude de 10 000 m ,et, visible à 500 km       ( soit environ la distance entre Arles et Pau ).

B ) fonctionnement de la bombe d’Hiroshima ( ou bombe A )

La difficulté de fabrication d’une bombe atomique de type « A » ne tient pas au savoir-faire, mais à l’obtention de la matière fissible, l’uranium enrichi ou du plutonium. Deux sortes de matières fissibles sont utilisées parce que lors de la création, les scientifiques américains ont exploré deux voies de recherches différentes. Les deux substances sont, comme nous l’avons dit plus haut, l’Uranium235 et le Plutonium. La bombe à Uranium235, d’un poids de 4 500 kg, a une forme allongée de 4,50 m et de 75 cm de diamètre et a été baptisée Little Boy, en raison de sa petite taille pour l’époque. La puissance des bombes d’origine était de 12 000 tonnes de T.N.T. (Le T.N.T. ou trinitrotoluène, est l’explosif utilisé dans la fabrication de la dynamite.)

Le moment où des noyaux d’atomes se séparent en plusieurs fragments est appelé fission.

Principe de la Fission :

La fission

Mais la fission nucléaire, qu'est ce que c'est?. Le mot fission veut dire séparation. Certain noyaux lourds, comme l'uranium-235 et le plutonium-239 peuvent, sous l'impact d'un neutron, se scinder en deux (ou plusieurs) morceaux, avec perte de masse et dégagement correspondant d'énergie (ici, l'énergie cinétique des morceaux). Ces noyaux sont dit "fissiles". L'énergie produite est énorme : la fission d'un gramme d'uranium-235 pourrait soulever de 8,20 m une masse d'un million de tonne ! Une fois démarrée, la fission produit des neutrons qui, en heurtant d'autres noyau fissiles, les cassent à leur tour. C'est la "réaction en chaîne" qui n'est possible que si les noyaux fissiles sont assez nombreux (masse critique, dépendant de ce qui entoure ces noyaux). Les neutrons émis ne sont pas tous capturés. S'il y a moins de neutrons capturés que de neutrons émis, la réaction de fission finit par s'arrêter, sinon :

ou bien il y a davantage de neutrons produits qu'initialement émis : le nombre de fissions croit exponentiellement, provoquant une explosion et c'est la "bombe".

ou bien l'on s'arrange pour qu'il y ait autant de neutrons de seconde génération que de neutrons de première génération: alors on a un débit stable d'énergie et c'est là le principe des réactions nucléaires.

La seule matière fissile présente dans la nature est l'uranium-235 (U-235) qui forme 0,7% de l'uranium naturel, l'U-238.

Informations sur l'Uranium:

La bombe atomique nécessite une concentration de plus de 90% d'uranium -235. Le grand travail des physiciens à Oak Ridge était donc, d'enrichir l'uranium, ce qui, puisque les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques, demande une séparation de nature physique, jouant sur la minime différence de masse entre l'isotope 238 et 235. Cette méthode est la diffusion gazeuse. On transforme l'uranium en un gaz extrêmement corrosif, l'hexafluorure d'uranium. Ce gaz est envoyé sous pression sur des cloisons pourvues de millions de trous minuscules, à travers lesquels les molécules les plus légères, contenant l'uranium-235, se diffusent légèrement plus vite que les molécules plus lourdes contenant l'uranium-238. Après avoir traversé des milliers de cloisons, appelées étages, le gaz devient hautement enrichi en isotopes légers. Le produit final est un uranium contenant plus de 90 % d'uranium-235.

La bombe qui a explosé à Hiroshima est une bombe de type A. Elle utilise la fission nucléaire pour exploser. C'est pourquoi vous pourriez aussi voir le terme bombe à fission.

Nous avons ici un atome d'Uranium, la petite boule bleue est un neutron. En lançant le neutron sur l'atome d'Uranium, on le brise.

En se brisant, il se sépare en 2 autres atomes. Un atome de Rubidium(Rb) et un atome de Césium(Cs). Il libère alors de l'énergie et 2 ou 3 autres neutrons.

Ces neutrons peuvent aller frapper d'autres atomes d'Uranium et provoquer d'autres fissions, qui vont rapidement conduire à une réaction en chaîne et par le fait même, une explosion nucléaire.

On ne pourrait pas briser n'importe quel atome aussi facilement, en effet, la plupart d'entre eux nécessiteraient d'être bombardées par un accélérateur de particules. Même l'isotope238 de l'uranium, ne peut pas être séparé aussi aisément. Tandis que l'atome d'Uranium235 est particulièrement instable(il peut se briser facilement) dû au fait qu'il soit particulièrement large. De plus, il contient plus de neutrons que de protons. C'est sûr que cela n'aide pas à rendre cet élément plus facile à briser, mais c'est un atout pour obtenir une réaction en chaîne(car ces neutrons supplémentaires peuvent aller frapper d'autres atomes d'uranium). Ce qui en fait un candidat idéal pour la fission nucléaire.

Une trop petite sphère de matière fissile pure, comme l'uranium-235, de la taille d'une balle de golf par exemple, ne pourrait pas entretenir une réaction en chaîne. Trop de neutrons s'échapperaient de la surface relativement grande par rapport au volume et seraient ainsi perdus pour la réaction. Dans la masse d'uranium-235 contenue dans une sphère plus grosse (comme une orange par exemple), la quantité de neutrons qui s'échappe sans avoir pu provoquer de fission est compensée par celle produite par les fissions successives. La quantité de matière (pour une forme donnée) nécessaire pour entretenir la réaction en chaîne est appelée masse critique. L'accroissement de la dimension de la sphère conduit à un système dit surcritique, dans lequel le nombre de fissions successives s'accroît très rapidement et conduit à une explosion, résultat de la libération rapide d'une très grande quantité d'énergie.

à Voir vidéo sur la fission

Dans une bombe atomique, une masse de matière fissile supérieure à la masse critique doit être réunie instantanément et maintenue en cohésion pendant environ un millionième de seconde, pour permettre à la réaction en chaîne de se propager avant que la bombe explose. Un matériau lourd appelé modérateur entoure la masse fissile et évite sa rupture prématurée. Il réduit également le nombre de neutrons qui s'échappent. Dans 0,5 kg d'uranium, si tous les atomes étaient fissionnés, l'énergie libérée serait équivalente à celle produite par 9 900 t de TNT. Dans cette hypothèse, le rendement serait de 100%. Dans les premiers essais de bombe, on était loin de cette efficacité

 à l'intérieur de la bombe en forme de tube, un projectile de matière fissile est tiré sur une cible fabriquée avec le même matériau, de manière à ce qu'ils se soudent ensemble pour constituer un assemblage surcritique. .

Intérieur de la bombe, déclenchement de l'explosion:

  Image de little boy (nom de code de la bombe atomique d'Hiroshima)

Plusieurs systèmes ont été réalisés pour mettre à feu la bombe atomique. Le plus simple est le type revolver : On l'appelle de cette manière parce qu'une petite partie d'uranium est tirée sur une autre, pour qu'il se soudent ensemble et forment un assemblage surcritique. On peut le voir sur le dessin en haut de ce texte. C'est quand ces deux parties sont unies que la réaction se produit et que la bombe explose. Même si le contact ne dure qu’une fraction de seconde, c’est assez pour déclencher une réaction en chaîne, la masse de la substance ayant dépassé la masse critique. La première bombe atomique, lancée par les États-Unis sur Hiroshima était de ce type.

L'explosion d'une bombe atomique est déclenchée par un appareil qui détermine l'altitude de la bombe. Pour causer le plus de dommages possible, une bombe atomique doit exploser à une altitude précise. Cette hauteur ne doit pas être trop petite ni trop grande. Si elle était trop élevée, l'explosion causerait moins de dommages à proximité. Tandis que si elle était trop basse, la bombe causerait énormément de dégâts à proximité. Mais elle serait moins destructive à plus grande distance. C'est pour cela que la bombe atomique est équipée de senseurs qui lui permettent d'exploser juste au bon moment.