2ème partie: Le fonctionnement


      1-les dimensions et l'aspect premier.

 

  1. Aileron stabilisateur
  2. Fût en acier
  3. Détonateur
  4. Charge explosive (cordite)
  5. Projectile en uranium 235,
  6. Entrées pour les instruments de mesure et le baromètre
  7. Enveloppe de la bombe
  8. Fusible et dispositif d'armement
  9. Canon en acier d'environ 10 cm de diamètre et 2 m de long
  10. Câbles d'armement
  11. Fût de réception en acier
  12. Cible en uranium 235
  13. Réflecteur
  14. Initiateur de neutrons
  15. Antennes du radar Archie
  16. Cavité destinée à recevoir le cylindre de sécurité

 

  

 

 

Les deux principales parties de la bombes étaient celle d'uranium 235, pesant à elles deux 64 kg :  

le projectile ( n°9 ), qui avait une masse de 26 kg (environ 40% de la masse totale d'uranium 235 ), était composé de 6 anneaux d'uranium 235 protégés dans une fine boite en acier de  2 mm d'épaisseur. Le tout formant un cylindre de 16 cm de long pour 10 cm de diamètre.

La cible ( n°11 ), qui avait une masse de 38 kg ( environ 60% de la masse totale d'uranium 235 ), était un cylindre creux de 16 cm de long et 16 cm de diamètre. 

Ces parties d'uranium 235 étaient placées dans des gaines en bore, afin d'absorbé les neutrons.

A l'avant de la bombe était placé un système de réflecteur de neutrons en tungstène et en acier, pour concentré et améliorer la réaction en chaîne. Celui-ci pesait 2,3 tonnes.

 

   2-La détonation.

Le principe de la détonation était de faire rentrer en contact les deux parties d'uranium 235, pour ce, on se servit d'un explosif : la cordite. elle était composé de nitrocellulose et de nitroglycérine et assuré une vitesse de 300 km/h au projectile d'uranium. Cette cordite fut placé après le décollage du bombardier par le capitaine Parsons William, du fait de la dangerosité de la manipulation une foie que la cordite est placé.

Pour que l'efficacité de la bombe soit optimale, il fallait que l'explosion se passe à un moment précis, si elle explosait trop tôt, elle aurait fait moins de dégâts, et si elle aurait explosé trop tard, les dégâts aurait été trop localisés. Ainsi, cette bombe était munie d'un altimètre et d'un capteur de pression, le détonateur principal était relié à un altimètre radio, basé sur le principe de la réflexion des ondes au sol, et plus la pression augmentait, plus une fine membrane métallique se déformait et ainsi, touchait le contact qui lançait l'explosion de la cordite.

 

      3-L'uranium 235. 

L'uranium est un élément chimique naturel, de numero atomique 92, et de symbole U.

L'uranium 235, isotope de l'uranium, est le seul élément fissible naturel. Lors de sa fission, l'énergie libérée est plus d'un million de fois superieur à celle des conbustibles fossiles, pour une même masse.

l'uranium 235 est un métal radioactif de période très longue : 710 millions d'années; ce qui rend sont utilisation très dangereuse, à long terme.

Celui de la bombe atomique little boy provenait essentiellement de la mine de Shinkolobwe, en Congo Belge.

L'isotope 235 de l'uranium à certe des utilisation dans le domaine militaire, mais a aussi des applications civil, comme la datation de la Terre à partir de la radiation radiométrique

      4-La masse critique. 

La masse critique d'un matériau fissible est la quantité de ce matériau nécessaire au déclenchement d'une réaction nucléaire en chaîne de fission nucléaire. Pour l'uranium 235, la masse critique est atteinte à environ 48 kg.

La fission nucléaire consiste à envoyer un neutron sur le noyau d'un atome (d'habitude de l'uranium ou du plutonium) pour le couper en deux. Le neutron, qui n'est pas chargé négativement, peut en effet pénétrer à l'intérieur de l'atome, alors qu'un proton serait repoussé immédiatement (car deux charges positives se repoussent).
Le noyau d'uranium absorbe d'abord le neutron, mais cette opération le rend très instable, et il se scinde en deux noyaux plus légers, en émettant quelques neutrons libres (2,4 en moyenne). Ces derniers viendront à leur tour cogner d'autres noyaux, alimentant ainsi la réaction en chaîne et libérant une énergie énorme (l'énergie dite de liaison des noyaux, considérable en raison de l'intensité de la force nucléaire, à l'échelle du noyau, en comparaison avec les autres forces fondamentales comme la force électromagnétique par exemple).

De manière generale, la fission de l'uranium 235 donne ceci (X et Y étant deux atomes généralement radioactifs dont la somme des protons est égale au nombre de protons de l'uranium 235, soit 92 protons: on les appelle des produits de fission; k est un indice dépendant de la nature de X et Y, et n represente les neutrons): 

On peut ainsi obtenir plusieurs équations, comme les suivantes:

 U + n => Kr + Ba + 3n             Kr = Krypton 93 ( 36 protons et électrons, 57 neutrons ) ; Ba = Baryum 140 ( 56 protons et électrons, 84 neutrons )

 U + n => Sr + Xe + 2n             Sr = Strontium 90 ( 38 protons et électrons, 52 neutrons ) ; Xe = Xénon 145 ( 54 protons et électrons, 91 neutrons )

 

fission

 

      5-L'énergie libéré.

Comme il a été vu dans la première partie, en 1905, Einstein établie une formule permettant de calculer l'énérgie libérée par une réaction de fission ou de fusion nucléaire : E=mc², avec  E = énergie en joules  m = Masse en kilogrammes   c = vitesse de la lumière en mètres pas seconde (c = 3 * 10^8 m/s).

Par des moyens très précis, il est possible de connaitre la masse du noyau d'uranium 235, et des noyaux produits par la fission; on remarque que la masse du noyau d'uranium 235 est superieur à la masse des noyaux produits par la fission.

La masse "disparue" c'est en fait transformée en énergie, appelée energie de liaison qui correspond à l'energie necessaire au noyau pour qu'il soit dissocié en nucléons isolé.

Cette energie n'est pas proportionelle, elle atteint son paroxisme au fer ( Fe ), le fer est donc l'element le plus stable.

 Ainsi, toute ces transformation nuclèaire vont produire de l'energie.

Comme il a été dit, la masse du noyau d'uranium 235 est superieur al a masse des noyaux produits par la fission.

 Et d'après E=mc², si m ( qui est la differance entre la masse initiale, et la masse finale ) est possitive, E ( l'énergie libérée ) est possitive.

On peut calculer l'energie libérée de la façon suivante:

U + n => Kr + Ba + 3n   ( avec les même valeurs qu'au 4° )

Pour calculer la masse des éléments, on utilise l'unité de masse atomique notée "u", avec u = 1,660538 × 10-27 kg

on a mn = 1,0087 u ; mU = 234,9935 u = 3.90215637 x 10^-25 kg ; mKr = 93,8946 u ; mBa = 138,8882 u

soit m1 = mU + mn = 234,9935 +1,0087 = 236,0022 u

  et m2 = mKr + mBa + 3mn = 93,8946 + 138,8882 + 3 x 1,0087 = 235,8089 u

      m = m1 - m2 = 236,0022 - 235,8089 = 0,1933 u = 3,20981995 x 10^-28 kg

  Et c =  3 x 10^8 m/s

      E =  3,20981995 x 10^-28  x ( 3 x 10^8 )² = 2,88883796 x 10^-11 J

Donc pour 1 kg d'uranium: E = 7,403183486 x 10^13 J

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