Hiroshima : la mise à feu

La masse critique

   Il est nécessaire avant de parler de la mise à feu proprement dite, d´introduire le terme de masse critique, qui est la masse de matériaux fissiles minimale pour l´entretien d´une réaction en chaîne.
   Si la masse de matériaux fissiles est inférieure à la masse critique, le nombre de réactions de fission est trop faible pour entretenir une réaction en chaîne stable. On parle de masse sub-critique.
   Si la masse de matériaux fissiles est supérieure à la masse critique, le nombre de fissions produites augmente de façon exponentielle tout comme l´énergie dégagée. On parle alors de masse super-critique. Cette situation conduit à une réaction en chaîne explosive, exploitée pour le fonctionnement des bombes atomiques.
   La réalisation d´une bombe A nécessite donc de maintenir le matériau fissile dans un état sub-critique avant la détonation, puis de porter ce matériau à un état super-critique au moment prévu de la détonation. Le processus permettant de passer de l´état sub à l´état super-critique doit être extremement rapide. Les techniques permettant l'accomplissement de ce processus sont appelées techniques d´assemblage.

Les techniques d´assemblage

   Il en existe 2 types : l´assemblage par insertion et l´assemblage par implosion. Nous n´étudierons que le premier, le second ayant été utilisé pour la bombe au plutonium "Fat man".
   La technique d´assemblage par insertion consiste à scinder le matériau fissile en 2 parties que l´on assemblera au moment voulu en projetant une partie sur une autre de manière à former une masse super-critique. Un explosif de forte puissance est utilisé pour projeter à très grande vitesse une masse sub-critique contre une autre masse sub-critique cible. Dans notre cas, le projectile pesait 25,6 kg et la cible 38,6 kg, la masse critique de l´²³⁵U étant de 52 kg. Lors de l'assemblage, la masse totale d´uranium formait donc une masse sub-critique égale à 64.1 kg.
   La réaction en chaîne dure quelques millionièmes de secondes. Ce dégagement extrêmement rapide d’énergie dans un volume réduit élève la température à des dizaines de milliers de degrés et la vaporisation rapide des matériaux de la bombe provoque une puissante explosion pouvant équivaloir à plusieurs dizaines de kt de TNT (13 kt dans le cas de "Little boy").

fig.2 - dispositif avant l´assemblage

fig.3 - dispositif lors de l´assemblage

Réflécteur/confinant

   Lors d´une réaction de fission en chaîne, de nombreux neutrons s´échappent du matériau fissile, et sont perdus, ce qui diminue considérablement le rendement de la réaction. Il est donc nécessaire de trouver un moyen de conserver le plus de neutrons possible pour augmenter le nombre de fissions. On utilise pour cela un réflécteur et un confinant.
   Le rôle du réflecteur, qui entoure la cible (fig. 2 et 3), est de réfléchir les neutrons qui s´échappent du matériau fissile pour les renvoyer vers le matériau. Ils ne sont ainsi pas perdus et peuvent provoquer de nouvelles réactions de fission. Le réflecteur est donc tres utile puisqu´il permet d´augmenter le rendement de la réaction et de diminuer la quantité minimale de matériau fissile nécessaire.
   Le rôle du confinant, matériau de densité élevée, est de contenir le plus longtemps possible le dégagement d´énergie provoqué par la fission. Une explosion plus tardive permet d´augmenter le nombre de fissions, et donc de libérer une plus grande quantité d´énergie.
   Un même matériau peut servir à la fois de réflécteur et de confinant. C´est le cas pour "Little boy" où l´on a utilisé un réflécteur/confinant en carbure de tungstène.