Comment construire une bombe atomique

De l'utilité des neutrons

Issus de la fission d'un atome d' 235U, les quelques neutrons émis se déplacent à grande vitesse. Par le fait qu'ils n'ont aucune charge électrique, ils passent à travers les nuages électroniques des autres atomes sans les perturber. Il faut vraiment qu'ils heurtent le noyau d'un nouvel atome d'uranium de plein fouet pour s'y incorporer. Or les noyaux étant des centaines de milliers de fois plus petits que les atomes eux-mêmes, les neutrons peuvent traverser une certaine masse d'uranium sans rencontrer un noyau et ils s'échappent alors hors de la matière.

Pour augmenter la probabilité d'une collision avec un nouveau noyau, il faut augmenter la concentration de l'uranium 235 [235U]. Si une concentration comprise entre 3 et 5% de 235U suffit pour faire fonctionner une centrale nucléaire, les militaires ont besoin d'une concentration beaucoup plus importante pour construire une bombe atomique.

La masse critique

Si on réussit à rassembler une masse suffisamment importante d'235U, débarrassé de son cousin 238U (enrichissement proche de 100%), il y aura alors toujours une très forte probabilité que les neutrons errants heurtent un nouveau noyau de 235U. Cela signifie que, dès qu'il y a fission spontanée d'un seul atome, les neutrons produits vont à leur tour provoquer la fission d'autres atomes voisins, qui libèrent à leur tour de nouveaux neutrons qui vont provoquer d'autres fissions. Le nombre des événements de fission se multiplie alors avec une vitesse prodigieuse, dégageant une énergie colossale dans un laps de temps très court : c'est une explosion nucléaire !  Heureusement pour nous, ces conditions ne sont jamais remplies dans les centrales nucléaires et toute explosion nucléaire y est impossible !

La masse minimum nécessaire pour qu'il y ait réaction en chaîne s'appelle la masse critique. Cette masse est de l'ordre d'une cinquantaine de kg pour l'235U et d'une dizaine de kg pour le plutonium [239Pu]. Nous avons donc en main tous les éléments pour construire une bombe atomique. Il faut de l'uranium 235 ou du plutonium 239 en quantité suffisante pour pouvoir atteindre la masse critique. Les dessins ci-dessous montrent comment confectionner une bombe atomique avec de l'uranium 235 [235U].

Fort heureusement ce n'est pas si facile

Cette recette est toute théorique et je vous déconseille de l'essayer car, en pratique, les choses sont (heureusement) beaucoup plus complexes. Tout d'abord le point [1] de la recette est difficile à réaliser, car la production de matière fissile en quantité suffisante implique une technologie sophistiquée, des usines d'enrichissement immenses, et une énorme quantité d'énergie. Personne ne peut donc produire discrètement de l'235U fortement enrichi. Le point [3] est également très difficile à réaliser car, si on ne rapproche pas suffisamment rapidement les deux demi-portions d'235U, la réaction en chaîne ne peut pas se produire. En effet, la fission commence déjà au cours du rapprochement des deux moitiés d'235U, et la chaleur dégagée est si grande qu'elle fond puis volatilise le combustible avant même que la masse critique ait pu être réunie. Mais faites confiances aux militaires, ils savent très bien comment surmonter ces détails techniques !

Le phénomène de la fission produit des déchets ! 

Le mécanisme de la fission, que ce soit dans une centrale nucléaire ou par l'usage d'une arme nucléaire, engendre des sous-produits qui sont des isotopes instables d'éléments fort connus ou des éléments inconnus jusqu'ici dans la nature dont le plus encombrant est le plutonium. Ces éléments sont radioactifs et il est donc prudent de s'en occuper. 

Ce sont les déchets nucléaires...

...ils feront l'objet de la prochaine lettre de Kasuku !