Cette seconde partie du site va introduire le fonctionnement de la bombe atomique ( A ) Little Boy. Quelques passages parlerons également de Fat Man notamment dans la troisième section nommée La bombe en chiffres.

• La fission nucléaire :

Le projet Manhattan a permis d'élaborer le fonctionnement de la bombe atomique. C'est la fission nucléaire qui est à l'origine de l'explosion. La fission est produite lorqu'un neutron entre en collision avec le noyau d'un atome fissible ( par exemple l'²³⁵U ou le ²³⁹Pu ). Cette collision libère à son tour deux neutrons ( ou plus ) qui vont à leur tour frapper d'autres noyaux : c'est la réaction en chaîne ( ici non-contrôlée ) qui libère par exemple cent millions de fois plus d'énergie qu'une molécule de carburant en moins d'un centième de seconde. Voici deux illustrations schématiques mettant en scène, pour la première, la fission nucléaire et pour la seconde, la réaction en chaîne :

Voir l'illustration n°1 /::\ Voir l'illustration n°2

Cliquer ici pour voir une animation ludique sur la fission nucléaire

Cliquer ici pour voir une animation ludique sur la réaction en chaîne

• Schémas et coupes de la bombe Little Boy :

Ci-dessus une coupe simplifiée de Little Boy

Cliquer ici pour voir une coupe complexe de Little Boy

• Le détonateur :

La bombe atomique Little Boy est dite du type revolver ou gun-type, en effet une petite partie d'uranium est propulsée sur une autre partie, plus grosse, afin que ces deux parties se soudent entres elles pour former un assemblage surcritique. C'est lorque ces deux parties sont unies que la réaction en chaîne se produit et que la bombe explose. Le rôle du détonateur est de projeter la balle ( petite partie ) d'uranium à la vitesse de 300 m/s, on utilisa de la cordite, un explosif d'artillerie à base de nitrocellulose et de nitroglycérine.

• L'altitude :

Afin de causer le plus de dommage possible, la bombe explosa à environ 500 mètres d'altitude et non pas au contact du sol pour que le diamètre du souffle donc soit le plus large possible. C'est pourquoi la bombe fut dotée d'un altimètre et d'un capteur de pression pour s'autodéclencher. A haute altitude, la pression était faible mais elle augmentait au fur et à mesure que la bombe tombait. Une fine membrane métallique se déformait selon la pression et une fois la bombe arrivée à la hauteur adéquate, elle venait toucher le contact qui lançait l'explosion de la cordite (charge explosive ).

• La masse critique ( surcritique ), explications :

Une question se pose : pourquoi séparer l'uranium en deux parties ? Il ne faut pas dépasser la masse critique. Cette masse critique de la bombe est la quantité de matière nécessaire pour entretenir une réaction en chaîne. Pour l'²³⁵U pur, cette masse est d'environ 52 kg. Mais l'uranium 235 n'est jamais pur donc il en faut toujours plus ... Ci-après un schéma explicatif du mode de fonctionnement simplifié de Little Boy :

Lorsque les deux parties se frappent, nous avons un assemblage surcritique, le nombre de fission s'accroît très rapidement pour conduire à l'explosion nucléaire ( un millionième de seconde suffit pour faire exploser l'arme ).

• Le réflecteur :

Lors d'une réaction de fission en chaîne, de nombreux neutrons s'échappent du matériau fissible et sont perdus, ce qui diminue considérablement le rendement de la réaction. C'est pourquoi il faut conserver le plus longtemps possible les neutrons pour augmenter le nombre de fissions. On utilisera donc un réflecteur et un confinant. Les deux parties d'uranium étaient protégées dans des gaines en bore ( de symbole B, de famille métalloïde ) destinées à absorber les neutrons. Lorsque le projectile atteignait la cible, la protection en bore devait sauter et être projetée dans une cavité placée dans le nez de la bombe. Le système de réflecteurs pour concentrer les neutrons était composé de tungstène et d'acier. Cette partie, nommée tamper ( tampon ) pesait au total 2,3 tonnes. La cible venait se nicher dans cette pièce. Ci-dessous un schéma explicatif sur lequel les deux blocs d'²³⁵U sont assemblés :

Voici une coupe en hauteur des deux bombes nucléaires les plus " célèbres " de l'histoire atomique. A gauche Fat Man et à droite Little Boy :

• La bombe H ( à Hydrogène ) ou bombe thermonucléaire :

Alors que la bombe A utilise le principe de la fission, qui est la séparation des atomes, la bombe H utilise la fusion, qui consiste, comme son nom l'indique, à fusionner des éléments dits fusibles. Les bombes H utilisent généralement des éléments fusibles comme le deutérium et le lithium (le tritium n'étant pas stable).

Pour réaliser une fusion thermonucléaire, il faut comprimer ces éléments en les portant à de très hautes températures. La force de compression suffisante à l'amorçage de la réaction ne peut-être produite que par l'utilisation d'une bombe A. La bombe A est donc utilisée comme un détonateur.

La bombe H classique est divisée en deux étages :

1. le premier constitué d'une simple bombe A permet de compresser le deuxième par un apport massif de rayons X.
2. le deuxième étage est constitué des combustibles de fusion et d'un cœur en Plutonium.

Sous l'effet de la compression le cœur amorce une nouvelle réaction de fission. Les combustibles de fusion soumis à une pression suffisante peuvent alors entrer en réaction thermonucléaire.

On peut aussi utiliser un troisième étage pour produire une bombe H surpuissante. Cet étage supplémentaire est plus volumineux que le deuxième et sa fusion est amorcée par l'énergie dégagée par la fusion du deuxième étage. On peut donc fabriquer des Bombes H de puissances colossales en ajoutant des étages (en moyenne l'étage supplémentaire est 10 fois plus volumineux que celui qui le précède).

Tsar Bomba fut une bombe H à trois étage d'une puissance de 50 Mt. Elle explosa en 1961 lors d'une démonstration de force effectuée par les Soviétiques.

• La bombe à neutrons ( bombe N ) :

La bombe à neutrons est une bombe atomique de puissance explosive réduite, mais conçue pour produire une forte irradiation afin de détruire les organismes vivants et de préserver dans la mesure du possible les bâtiments, matériels, et infrastructures.

Elle a été inventée par Samuel Cohen.

La bombe à neutrons, aussi appelée bombe N, détruit peu les bâtiments, car les effets de souffle, de chaleur et de radiations sont limités, quoique toujours présents. En contrepartie, l'émission de neutrons est grandement amplifiée afin de tuer les organismes vivants situés dans le rayon d'action de la bombe. Comme la zone d'explosion de la bombe n'était pas durablement contaminée, et que les infrastructures étaient préservées, les militaires la considéraient comme une bombe « propre ».

En raison de ses propriétés, la bombe à neutrons à l'origine était destinée à stopper une avancée de chars d'assaut ennemis, en tuant les hommes se trouvant à l'intérieur.

Elle a également servi à la réalisation de missiles anti-missiles (stratégiques), du fait de ses effets destructeurs sur les équipements électroniques.

À cet effet, l'armée américaine ne l'a déployée que pendant une courte période précédant la signature du traité ABM, au sein de ses missiles anti-missiles Sprint, en 1975.

Le principe de la bombe à neutron réside dans le fait qu'un neutron rapide (E>1000 eV), est capable "d'ébranler" le noyau d'un atome. Le noyau positif se mettant à osciller dans un cortège électronique négatif, va produire un effet d'ionisation au niveau de ce cortège, et donc provoquer "l'expulsion" d'un ou plusieurs électrons de leur(s) orbitale(s). L'atome devenu ainsi un cation, va déstabiliser la molécule où il se trouvait et provoquer sa rupture. Notons que les électrons contenus dans les couches profondes, après leur départ, provoqueront un réarrangement électronique important, et par la même occasion, une émission d'un ou plusieurs photons (UV, Rayons X). Cependant, l'énergie du neutron qui heurte un noyau varie selon la quantité de nucléons (donc varie en fonction du nombre de masses A). En effet plus le nombre de masses sera petit, plus l'énergie cédée par le neutron sera importante. En revenant à la bombe N, les neutrons pourront donc traverser des blindages ou des murs, composés d'atomes avec un nombre de masses important, sans perdre "trop" d'énergie, et ainsi auront un effet dévastateur au niveau des molécules d'eau, qui rappelons-le, composent à hauteur de 70% l'organisme humain (le noyau d'hydrogène étant le plus simple des noyaux, avec simplement 1 proton, pour l'isotope le plus répandu).

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