RADIOACTIVITE
AVEC LES 1G8
Les bombes atomiques
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La bombe A, communément appelée bombe atomique, bombe à fission ou bombe nucléaire, est un engin explosif où l'énergie est obtenue par la fission nucléaire d'une masse critique d'éléments fissibles comme l'uranium 235 ou le plutonium 239. Son procédé a été couvert par le brevet français 971-324 de 1939 à 1959.
Les bombes à fission furent les premières armes nucléaires développées ; c'est également l'explosion d'une masse critique fissile qui permet l'allumage d'une bombe H dans les engins modernes.
Dans l'histoire de l'arme nucléaire, c'est à ce jour le seul type de bombe ayant servi lors d'un conflit. Durant la Seconde Guerre mondiale, deux bombes A, baptisées respectivement Little Boy (à l'uranium) et Fat Man (au plutonium), furent utilisées par l'armée américaine pour bombarder les villes d'Hiroshima et Nagasaki en août 1945.
-Schéma des bombes Little Boy et Fat Man :
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https://fr.wikipedia.org/wiki/Bombe_A#/media/File:LittleBoySchema.png https://fr.wikipedia.org/wiki/Bombe_A#/media/File:Implosion_Nuclear_weapon_fr.svg
I. Assemblage 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, ou mieux, un bloc cylindrique à l'intérieur d'un bloc creux. C'est la technique de l'insertion, aussi appelée la technique du pistolet ou du canon. Ainsi, les conditions critiques sont atteintes 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 forme soit atteinte rapidement. L'inconvénient de cette technique est que bien que cette forme soit atteinte rapidement (de l'ordre d'une milliseconde), elle ne l'est pas assez pour du plutonium 239, qui contient toujours des isotopes, notamment le plutonium 240, dégageant spontanément des neutrons, ce qui amorce l'explosion prématurément, juste au moment où les conditions deviennent critiques. 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. Le fait que cette technique ait été employée sans essai préalable (contrairement au type à implosion utilisé sur Nagasaki) montre à quel point ce mode de fonctionnement est fiable, et relativement facile à maîtriser.
-Schéma de la fission atomique pour l’uranium 235 :
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II. Assemblage par implosion :
La technique de l'implosion est plus complexe à mettre en œuvre. Elle consiste à rassembler la matière fissile disposée en boule creuse, puis à la comprimer de manière à augmenter sa densité et ainsi atteindre une configuration supercritique, qui déclenchera la réaction de fission nucléaire et donc l'explosion.
Sa mise en œuvre est très délicate : la compression de la matière fissile est réalisée à l'aide d'explosifs très puissants disposés tout autour. Mais la détonation de ces explosifs est déclenchée par un ensemble de détonateurs qui doivent être rigoureusement synchronisés. De plus, chaque explosion a tendance à créer une onde de choc sphérique, centrée sur le détonateur. Or on doit obtenir une onde de choc aboutissant simultanément à tous les points externes de la matière fissile, que l'on peut imaginer comme une boule creuse. Ces ondes de choc doivent se déformer pour passer de sphères centrées à l'extérieur à une sphère de centre commun. On aboutit à ce résultat en utilisant des explosifs dont l'onde de choc se déplace à des vitesses différentes, ce qui amène à sa déformation. L'usinage des formes de ces explosifs doit donc être fait avec précision.
III. La bombe H :
La bombe H (aussi appelée bombe à hydrogène, bombe à fusion ou bombe thermonucléaire) est une bombe nucléaire dont l'énergie principale provient de la fusion de noyaux légers.
Les bombes H classiques sont divisées en deux étages :
Le fonctionnement du premier étage est celui d'une bombe A (sphère creuse de plutonium).
Le deuxième étage est constitué des combustibles de fusion ; c'est son fonctionnement qui constitue l'explosion thermonucléaire proprement dite.
-Schéma de la bombe H :
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La première bombe H, Ivy Mike, explose sur l'atoll de Eniwetok (près de l'île de Bikini, dans l'océan Pacifique) le 1er novembre 1952 et ce, à la satisfaction de Teller, malgré le désaccord d'une majeure partie de la communauté scientifique. Cette bombe était d'une puissance de 10,4 Mt.
A: Bombe avant explosion; étage de la fission en haut (primaire), étage de la fusion en bas (secondaire), ces deux étages sont compris dans une mousse de polystyrène.
B: L'explosif haute puissance détonne dans le primaire, comprimant le plutonium et démarrant une réaction de fission.
C: Le primaire émet des rayons X qui sont réfléchis à l'intérieur de l'enveloppe et irradient la mousse de polystyrène.
D: La mousse de polystyrène devient plasma, comprimant le secondaire, et le plutonium commence une fission.
E: Comprimé et chauffé, le deutérure de lithium 6 entame une réaction de fusion et un flux de neutrons démarre la fission du tampon. Une boule de feu commence à se former.
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IV. Puissance d’une bombe A et une bombe H :
Masse de matière utilisé :
- Little Boy : D'une longueur de 3 m et d'un diamètre de 71 cm, elle avait une masse de 4 400 kg. Elle contenait un peu plus de 64 kg d’uranium 235, dont 700 g entrèrent en fission.
Avec nos propre calcul on en a déduit que la Bombe Tsar : Elle avait une masse de 27 tonnes, une longueur de 8 mètres et un diamètre de 2 mètres.
Energie atomique :
Une mégatonne, abrégée par Mt, est une unité d'énergie qui correspond approximativement à la quantité de travail libérée par l'explosion d'un million de tonnes de trinitrotoluène (TNT). Cette unité est utiliser principalement pour les bombes A et H.
Cette unité est couramment utilisée pour mesurer l'énergie dégagée lors de l'explosion d'une arme nucléaire. On exprime la masse de TNT qu'il faut réunir pour obtenir une explosion libérant une quantité d'énergie équivalente. Une mégatonne correspond alors à l'énergie dégagée par l'explosion d'un million de tonnes de TNT, ou encore 1000 kilotonnes.
L'énergie spécifique de combustion explosive du TNT est approximativement de 4,6 MJ/kg (mégajoules par kilogramme). Ainsi l'explosion d'une kilotonne de TNT libère 4,6 TJ (térajoule), ou encore, l'explosion d'une mégatonne de TNT libère 4,6 PJ (pétajoule).
Cependant, par convention, quand on mesure l’énergie dégagée lors d’une explosion, on utilise le facteur de conversion 1 kg de TNT équivaut à 10^6 calories ≈ 4,184 MJ/kg.
Une mégatonne de TNT correspond donc à 4,184×1015 joules = 4,184 PJ (pétajoules).
-Shéma de la surface de détonation et de la puissance d’une bombe nucléaire :
1). Fat Man 2). Castle Bravo
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Alain S.
Ludovic S.
