Je veux tout savoir

Projet Manhattan

Pin
Send
Share
Send


Cette page concerne le projet nucléaire de la Seconde Guerre mondiale.Le projet Manhattan a conçu et créé les premières armes nucléaires et avant de les utiliser au combat, elles ne les ont testées qu'une seule fois lors du test Trinity du 16 juillet 1945, qui est illustré ici.

le Projet Manhattan était le projet entrepris pendant la Seconde Guerre mondiale par les États-Unis, le Royaume-Uni et le Canada pour développer la première arme nucléaire (bombe atomique). Désigné officiellement comme Manhattan Engineering District (MED), Projet Manhattan se réfère spécifiquement à la période du projet de 1941 à 1946 sous le contrôle du Corps des ingénieurs de l'armée américaine, sous l'administration du général Leslie Groves, avec ses recherches scientifiques dirigées par le physicien américain J.Robert Oppenheimer.

Les racines du projet résident dans les craintes des scientifiques alliés des années 1930 que l'Allemagne nazie puisse développer ses propres armes nucléaires. Né d'un petit programme de recherche en 1939, le projet Manhattan a finalement employé plus de 130 000 personnes et a coûté près de 2 milliards USD (24 milliards USD en 2008 sur la base de l'indice des prix à la consommation). Cela a entraîné la création de plusieurs sites de production et de recherche qui fonctionnaient en secret.1

Les trois principaux sites de recherche et de production du projet étaient l'installation de production de plutonium de ce qui est maintenant le site de Hanford dans l'État de Washington, les installations d'enrichissement d'uranium d'Oak Ridge, au Tennessee, et le laboratoire de recherche et de conception d'armes, maintenant connu sous le nom de Los Laboratoire national d'Alamos. La recherche du projet a eu lieu dans plus de trente sites aux États-Unis, au Canada et au Royaume-Uni. Le MED a maintenu le contrôle de la production d'armes américaines jusqu'à la formation de la Commission américaine de l'énergie atomique en janvier 1947.

Le projet Manhattan a produit deux bombes atomiques qui ont essentiellement mis fin à la guerre lorsqu'elles ont été larguées sur les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki. Après la guerre, certains scientifiques du Projet Manhattan sont devenus des croisés contre les armements nucléaires et d'autres ont soutenu de nouvelles recherches pour améliorer les armes. D'autres encore ont appliqué leur maîtrise nouvellement acquise de la fission nucléaire au développement de réacteurs nucléaires contrôlés pour produire de l'électricité à partir de petites quantités de combustible nucléaire.

Quelle que soit l'attitude des scientifiques du projet Manhattan dans l'après-guerre, leur libération du génie nucléaire a ouvert la voie à une course aux armements nucléaires entre les États-Unis et l'Union soviétique qui a conduit à une prolifération massive des armements nucléaires.

Présentation

Le principe de base de la bombe atomique est celui d'une réaction en chaîne impliquant l'absorption déstabilisatrice d'un neutron par un gros noyau atomique qui se fissionne ensuite en deux fragments plus petits avec libération de neutrons libres et d'énergie. La réaction en chaîne est soutenue car d'autres gros noyaux atomiques sont déstabilisés et se fissionnent après avoir absorbé l'un des noyaux libérés.

La théorie de la bombe a été élaborée par des physiciens mobilisés principalement sous l'autorité de l'armée américaine. Beaucoup d'entre eux étaient des réfugiés chassés d'Europe par le Troisième Reich d'Hitler. Les scientifiques hongrois Leo Szilard et Eugene Wigner ont joué un rôle important en persuadant Albert Einstein d'écrire une lettre au président Roosevelt exhortant les États-Unis à prendre l'initiative pour que les Alliés développent des armes nucléaires. Cette lettre est considérée comme ayant été un facteur majeur dans la décision de Roosevelt d'aller de l'avant avec le projet.

Il n'y a que deux noyaux atomiques dont les propriétés permettent à la fission de réaction en chaîne de se produire, et le projet Manhattan a finalement utilisé les deux. Un noyau fissile est l'isotope de l'uranium 235. Cela se trouve dans l'uranium naturel à une concentration de 1 pour cent; le reste est de l'uranium 238 qui ne se fissionnera pas. Pour fabriquer une bombe atomique, le U235 doit être hautement "enrichi" - le U238 doit être presque complètement retiré. Le projet Manhattan a utilisé la diffusion différentielle du fluorure d'uranium pour réaliser cette séparation. La technologie actuelle utilise des centrifugeuses à grande vitesse.

L'autre noyau fissile est le plutonium-239. Cela ne se trouve pas du tout dans la nature et est créé dans un réacteur nucléaire "surgénérateur". En cela, l'U235 partiellement enrichi est autorisé à se fissionner de manière contrôlée et le flux de neutrons est absorbé par une couverture d'U238. Le U239 généré subit quelques réarrangements relativement rapides et finit par devenir le noyau de plutonium 239 de longue durée. Le plutonium peut être séparé par de simples moyens chimiques de l'uranium.

Les méthodes de fabrication d'une bombe à l'uranium naturel et au plutonium manufacturé ont été développées pendant le projet Manhattan. La bombe d'Hiroshima était de l'uranium 235; la bombe de Nagasaki était du plutonium 239. Dans les deux bombes, le processus de fission par réaction en chaîne a converti environ un gramme de matière en énergie d'explosion, une preuve graphique de l'équation E = mc² d'Einstein.

Histoire

Le projet a réussi à développer et à faire exploser trois armes nucléaires en 1945: une détonation d'essai d'une bombe à implosion de plutonium le 16 juillet (le test Trinity) près d'Alamogordo, au Nouveau-Mexique; une bombe à uranium enrichi du nom de code "Little Boy" a explosé le 6 août au-dessus d'Hiroshima, au Japon; et une deuxième bombe au plutonium, nommée "Fat Man" le 9 août, au-dessus de Nagasaki, au Japon.

Au fur et à mesure que la compréhension scientifique du noyau atomique augmentait au cours des années 1930, les scientifiques opposés à la puissance croissante de l'Allemagne nazie craignaient qu'un projet allemand d'énergie nucléaire découvre comment libérer l'énergie nucléaire de manière explosive dans une arme dévastatrice. Le projet Manhattan découle d'un petit programme de recherche qui a débuté en 1939 et a fini par croître pour employer plus de 130 000 personnes. Le coût du projet a été évalué à près de 2 milliards USD, ce qui équivaudrait en 2008 à près de 24 milliards USD sur la base de l'IPC.2

Les trois principaux sites de recherche et de production du projet étaient ce qui est maintenant les installations d'enrichissement d'uranium à Oak Ridge, Tennessee, l'installation de production de plutonium sur le site de Hanford près de Richland, Washington, et le laboratoire de recherche et de conception d'armes qui est maintenant Los Laboratoire national d'Alamos au Nouveau-Mexique. Au cours du projet, des scientifiques de plus de trente sites différents aux États-Unis, au Canada et au Royaume-Uni ont collaboré en secret. Le MED a maintenu le contrôle de la production d'armes américaines jusqu'à la formation de la Commission de l'énergie atomique en janvier 1947.

La découverte de la fission nucléaire

Articles détaillés: Histoire de la physique, Histoire des armes nucléaires, Seconde Guerre mondiale.

Les racines de la théorie de la fission remontent à deux mille ans lorsque Démocrite a exposé la théorie selon laquelle la matière est composée d'atomes, de petites particules qui ne peuvent pas être divisées en parties plus petites. Au cours des premières décennies du XXe siècle, des changements dans la compréhension de la physique de l'atome se sont produits qui ont abouti à la fois à la reconnaissance de la fission nucléaire en tant que source d'énergie potentielle et à la croyance de quelques-uns qu'elle pourrait être utilisée comme une arme. Le principal parmi ces développements a été la découverte d'un modèle nucléaire de l'atome, qui en 1932 était censé se composer d'un petit noyau dense contenant la majeure partie de la masse de l'atome sous forme de protons et de neutrons, entouré d'une coquille d'électrons . Les travaux sur les phénomènes de radioactivité, découverts pour la première fois dans les minerais d'uranium par Henri Becquerel en 1896 et suivis des travaux de Pierre et Marie Curie sur le radium, semblaient promettre que les atomes, auparavant considérés comme finalement stables et indivisibles, avaient en fait le potentiel de contenir et de libérer d'immenses quantités d'énergie. En 1919, Ernest Rutherford a réalisé les premières désintégrations nucléaires artificielles en bombardant de l'azote avec des particules alpha émises par une source radioactive, devenant ainsi la première personne de l'histoire à "scinder l'atome" intentionnellement. Il était devenu clair d'après le travail des Curies qu'il y avait une énorme quantité d'énergie enfermée dans la désintégration radioactive - bien plus que la chimie ne pouvait en rendre compte. Mais même au début des années 1930, des physiciens aussi illustres que Rutherford et Einstein ne voyaient aucun moyen de libérer artificiellement cette énergie plus rapidement que la nature ne lui permettait naturellement de partir. Les «moteurs au radium» dans les années 30 étaient de la science-fiction, comme l'écrivait à l'époque Edgar Rice Burroughs. Fait intéressant, H.G. Wells a inclus dans l'une de ces histoires l'idée que des "bombes atomiques" pourraient être développées si cette énergie pouvait être contrôlée, et Leó Szilárd a plus tard commenté que cette histoire avait influencé ses recherches ultérieures sur ce sujet.

Les progrès vers la fission nucléaire se sont accélérés dans les années 1930 lorsque de nouvelles manipulations des noyaux d'atomes sont devenues possibles. En 1932, Sir John Cockcroft et Ernest Walton ont été les premiers à "diviser l'atome" (provoquer une réaction nucléaire) en utilisant des particules accélérées artificiellement. En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie ont découvert que la radioactivité artificielle pouvait être induite dans des éléments stables en les bombardant de particules alpha. La même année, Enrico Fermi a rapporté des résultats similaires lors du bombardement d'uranium avec des neutrons (découvert en 1932), mais n'a pas immédiatement apprécié les conséquences de ses résultats.

En décembre 1938, les Allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann ont publié des résultats expérimentaux sur le bombardement d'uranium avec des neutrons, montrant qu'il produisait un isotope du baryum. Peu de temps après, leur collègue autrichienne Lise Meitner (réfugiée politique en Suède à l'époque) et son neveu Otto Robert Frisch ont correctement interprété les résultats comme la division du noyau d'uranium après l'absorption d'une fission nucléaire à neutrons-qui a libéré un grande quantité d'énergie et neutrons supplémentaires.

En 1933, le physicien hongrois Leó Szilárd avait proposé que si tout un processus axé sur les neutrons a libéré plus de neutrons que ceux nécessaires pour le démarrer, une réaction en chaîne nucléaire en expansion pourrait en résulter. Les réactions en chaîne étaient connues comme un phénomène chimie alors (où ils ont généralement provoqué des explosions et d'autres réactions de fuite), mais Szilárd les proposait pour une nucléaire réaction, pour la première fois. Cependant, Szilárd avait proposé de rechercher de telles réactions dans les atomes plus légers, et rien de tel n'a été trouvé. Après expérimentation peu de temps après la découverte de la fission de l'uranium, Szilárd a constaté que la fission de l'uranium libérait en moyenne deux neutrons ou plus, et a immédiatement réalisé qu'une réaction nucléaire en chaîne par ce mécanisme était possible en théorie. Bien que Szilárd ait gardé ce secret pour le moment, craignant son utilisation comme arme par les gouvernements fascistes, et en persuadant d'autres de le faire également, des résultats identiques furent bientôt publiés par le groupe Joliot-Curie, à sa grande consternation.

Le fait que de tels mécanismes pourraient avoir des implications pour le pouvoir civil ou les armes militaires a été perçu par un certain nombre de scientifiques dans de nombreux pays à la même époque. Tandis que ces développements scientifiques se produisent, de nombreux changements politiques se produisent en Europe. Adolf Hitler a été nommé chancelier de l'Allemagne en janvier 1933. Son idéologie antisémite a provoqué le licenciement de tous les fonctionnaires juifs, y compris de nombreux physiciens des universités. En conséquence, de nombreux physiciens européens qui feront plus tard des découvertes clés se sont exilés au Royaume-Uni et aux États-Unis. Après que l'Allemagne nazie ait envahi la Pologne en 1939, la Seconde Guerre mondiale a commencé et de nombreux scientifiques aux États-Unis et au Royaume-Uni se sont inquiétés de ce que l'Allemagne pourrait faire de la technologie nucléaire.

Premières recherches aux États-Unis et au Royaume-Uni

Articles principaux: Comité S-1 sur l'uranium, Comité MAUD, Comité de recherche sur la défense nationale

L'idée que la fission nucléaire pouvait être utilisée à la fois pour la production d'énergie commerciale et potentiellement à des fins militaires est venue à de nombreux scientifiques du monde entier presque simultanément. En raison de l'escalade du conflit militaire en Europe, de nombreux scientifiques ont interrompu la publication sur le sujet par crainte d'aider les scientifiques ennemis dans leurs recherches. La principale difficulté, a été rapidement déterminée par Niels Bohr et John Wheeler, était qu'un seul isotope de l'uranium, l'uranium-235, a subi une fission et que seulement 0,7% de tout l'uranium trouvé dans la nature est l'uranium-235. La majorité de l'uranium est l'uranium-238, dont la présence tendrait en fait à inhiber une réaction de fission en chaîne, en absorbant les neutrons mais pas en le fissionnant. Pour fabriquer une bombe à fission d'uranium, il faudrait séparer les deux isotopes d'uranium presque identiques avec un degré de précision relativement élevé - un effort considérable, selon la quantité d'uranium 235 (uranium hautement enrichi) nécessaire pour une bombe, qui n'avait pas encore été déterminé.

Aux États-Unis, un groupe de trois physiciens hongrois juifs réfugiés, Leó Szilárd, Edward Teller et Eugene Wigner, pensaient que l'énergie libérée dans la fission nucléaire pourrait être utilisée dans les bombes par les Allemands. L'Allemagne avait fait de nombreuses découvertes au début dans la physique de la fission et avait encore un certain nombre de physiciens formidables, y compris Werner Heisenberg, malgré l'expulsion des universitaires juifs. Ces scientifiques réfugiés cherchaient désespérément à encourager de nouvelles recherches aux États-Unis. Politiquement marginalisés, ils ont cependant demandé l'aide d'Albert Einstein, facilement le physicien le plus célèbre du monde à l'époque et un réfugié juif lui-même, pour rédiger une lettre qu'ils tenteraient de remettre au président Franklin D.Roosevelt. La lettre Einstein-Szilárd a été écrite le 2 août 1939, principalement par Szilárd, avertissant que "des bombes extrêmement puissantes d'un nouveau type peuvent ainsi être construites" au moyen de la fission nucléaire, et exhortant le président à établir des fonds pour de nouvelles recherches dans le États-Unis pour déterminer sa faisabilité.

La lettre a finalement été envoyée à Roosevelt plus d'un mois plus tard, qui a autorisé la création d'un comité ad hoc sur l'uranium sous la présidence du chef du Bureau national des normes, Lyman Briggs. Il a commencé de petits programmes de recherche en 1939 au Naval Research Laboratory de Washington, où le physicien Philip Abelson a exploré la séparation des isotopes de l'uranium. À l'Université de Columbia, Enrico Fermi, qui avait émigré parce que sa femme était juive, a construit des réacteurs nucléaires prototypes en utilisant diverses configurations d'uranium métal naturel et de graphite hautement purifié (dont Szilárd avait réalisé qu'il pouvait être utilisé pour ralentir et préparer les neutrons de l'uranium pour se séparer davantage) uranium). Cependant, les travaux se sont déroulés à un rythme relativement lent et non coordonné, en partie parce que les États-Unis n'étaient pas encore officiellement impliqués dans la Seconde Guerre mondiale et parce que Briggs était quelque peu mal à l'aise de poursuivre les recherches. En 1940, le Comité de l'uranium est devenu une section du Comité de recherche sur la défense nationale (NDRC) nouvellement créé, dirigé par le scientifique-administrateur Vannevar Bush, mais il s'agissait encore d'un effort relativement modeste. La nécessité du secret a provoqué une compartimentation élevée des informations, et parce que Bush n'était donc pas au courant de la lettre d'Einstein ni de la façon dont le projet avait vu le jour, aucun effort supplémentaire n'a été fait sous le commandement de Bush pour inclure Einstein dans le projet qu'Einstein lui-même avait lancé. Les convictions politiques de gauche d'Einstein et la nécessité du secret et de la méfiance à l'égard des gauchistes ont suffi à empêcher l'un des responsables du projet de suggérer qu'Einstein soit approché selon ses propres mérites, en tant que physicien.

L'une des premières sections d'un accélérateur de particules responsable du développement de la bombe atomique et utilisée pour aider à la recherche liée au projet Manhattan.

Alors que les recherches aux États-Unis se poursuivaient à un rythme tranquille, des travaux étaient également en cours au Royaume-Uni. En mars 1940, à l'Université de Birmingham au Royaume-Uni, l'Autrichien Otto Frisch et l'Allemand Rudolf Peierls ont calculé qu'une arme atomique n'avait besoin que de 1 kilogramme (2,2 livres) d'uranium 235, une quantité beaucoup plus petite que la plupart des scientifiques ne l'avaient prévu à l'origine, ce qui en a fait Il semble hautement possible qu'une arme puisse être produite en peu de temps. Ils ont envoyé leur rapport, le mémorandum de Frisch-Peierls, à Henry Tizard, président du Comité pour l'étude scientifique de la guerre aérienne, le comité scientifique le plus important de l'effort de guerre britannique. Tizard a mis en place un sous-comité, le comité MAUD, pour étudier la faisabilité de manière plus approfondie, et après avoir commandé d'autres recherches, le comité MAUD a produit son premier rapport en mars 1941. Le comité a confirmé qu'une bombe à l'uranium pouvait être produite en utilisant 25 livres d'uranium 235, et produirait une explosion équivalente à celle de 1 800 tonnes de TNT. La recherche avait également montré que la séparation isotopique de la quantité requise d'uranium 235 était techniquement réalisable. En revanche, le physicien allemand Werner Heisenberg avait opéré en supposant que chaque neutron devait diviser un autre atome pour maintenir la réaction en chaîne, ce qui a entraîné une grave erreur de calcul de la masse d'uranium 235 qui était nécessaire pour démarrer la réaction en chaîne et la maintenir. (Il a calculé qu'il faudrait 130 tonnes d'uranium pour faire exactement cela). Heisenberg ignorait également les propriétés du graphite pur et ne connaissait aucun moyen facile de préparer des neutrons lents pour une "machine" de fractionnement de l'uranium (appelée plus tard réacteur nucléaire).

Pendant ce temps, aux États-Unis, le Comité de l'uranium n'avait pas fait de progrès comparables. Le premier rapport MAUD a été envoyé de Grande-Bretagne aux États-Unis en mars 1941, mais aucun commentaire n'a été reçu des États-Unis. Un membre du comité MAUD et le professeur de Frisch et Peierl, Mark Oliphant, se sont rendus aux États-Unis en août 1941 dans un kamikaze pour le découvrir. ce qui était fait avec les rapports du MAUD, et a été horrifié de découvrir que Lyman Briggs les avait simplement enfermés dans son coffre-fort, sans en parler à personne, pas même aux autres membres du Comité de l'uranium, qui faisait depuis partie du Bureau de la recherche scientifique et Développement à l'été 1941, car les États-Unis n'étaient «pas en guerre». Il ne s'est pas passé grand-chose jusqu'à ce qu'Oliphant rende visite à Ernest Lawrence, James Conant, président de la NDRC et Enrico Fermi et leur fasse part du rapport MAUD. Lawrence a également contacté Conant et Arthur Compton, physicien et lauréat du prix Nobel à l'Université de Chicago, pour les convaincre qu'ils devraient prendre le travail de Frisch et Peierl très au sérieux, et collectivement, avec Vannevar Bush, une campagne agressive a été menée pour arracher la recherche sur les armes. Briggs et d’encourager un programme complet.

L'Académie nationale des sciences a ensuite proposé un effort tous azimuts pour fabriquer des armes nucléaires. Le 9 octobre 1941, Bush a fait comprendre à Roosevelt lors d'une réunion la nécessité d'un programme accéléré et, en novembre, Roosevelt avait autorisé un effort «tous azimuts». Un nouveau comité d'orientation, le Top Policy Group, a été créé pour informer Roosevelt du développement de la bombe et permettre à Bush et à ses collègues de guider le projet. La première réunion du groupe, qui a discuté de la réorganisation de la recherche du comité S-1, a eu lieu le 6 décembre 1941, la veille de l'attaque japonaise sur Pearl Harbor et de l'entrée des États-Unis dans la Seconde Guerre mondiale.

Le programme accélère

Quelques mois après avoir été chargé de la recherche sur les neutrons rapides, le physicien de Berkeley, Robert Oppenheimer, a convoqué une conférence sur le thème de la conception d'armes nucléaires.

Ayant commencé à arracher le contrôle de la recherche sur l'uranium du National Bureau of Standards, les chefs de projet ont commencé à accélérer le projet de bombe sous l'OSRD. Arthur Compton a organisé le Laboratoire métallurgique de l'Université de Chicago au début de 1942 pour étudier les piles de plutonium et de fission (réacteurs nucléaires primitifs), et a demandé au physicien théoricien Robert Oppenheimer de l'Université de Californie à Berkeley de reprendre la recherche sur les calculs de neutrons rapides, clé des calculs sur masse critique et détonation d'armes, de Gregory Breit. John Manley, physicien au Laboratoire métallurgique, a été chargé d'aider Oppenheimer à trouver des réponses en coordonnant et en contactant plusieurs groupes de physique expérimentale disséminés à travers le pays.

Au printemps 1942, Oppenheimer et Robert Serber de l'Université de l'Illinois ont travaillé sur les problèmes de diffusion des neutrons (comment les neutrons se déplaçaient dans la réaction en chaîne) et l'hydrodynamique (comment pourrait se comporter l'explosion produite par la réaction en chaîne). Pour revoir ce travail et la théorie générale des réactions de fission, Oppenheimer a organisé une étude d'été à l'Université de Californie, Berkeley en juin 1942. Les théoriciens Hans Bethe, John Van Vleck, Edward Teller, Felix Bloch, Emil Konopinski, Robert Serber, Stanley S Frankel et Eldred C. Nelson (les trois derniers tous anciens élèves d'Oppenheimer) ont rapidement confirmé qu'une bombe à fission était faisable. Il reste cependant de nombreux facteurs inconnus dans le développement d'une bombe nucléaire, même si elle est considérée comme théoriquement possible. Les propriétés de l'uranium 235 pur étaient encore relativement inconnues, tout comme les propriétés du plutonium, un nouvel élément qui n'avait été découvert qu'en février 1941 par Glenn Seaborg et son équipe. Le plutonium était le produit de l'uranium-238 absorbant un neutron qui avait été émis par un atome d'uranium-235 de fissioning, et a donc pu être créé dans un réacteur nucléaire. Mais à ce stade, aucun réacteur n'avait encore été construit, si bien que le plutonium était recherché comme substance fissile supplémentaire, il n'était pas encore utilisé. À l'époque, il n'existait que des microgrammes de plutonium (produits à partir de neutrons issus d'une réaction déclenchée dans un cyclotron) et les propriétés du plutonium étaient encore largement inconnues.

Un certain nombre de différentes méthodes d'assemblage de bombes à fission explorées lors de la conférence de l'été 1942, reproduites plus tard sous forme de dessins dans Le Los Alamos Primer. En fin de compte, seule la méthode du «pistolet» (en haut) et une variante plus compliquée de la conception «d'implosion» seraient utilisées. En bas se trouvent des conceptions de "méthode autocatalytique".

Les scientifiques de la conférence de Berkeley ont déterminé qu'il y avait de nombreuses manières possibles de disposer la matière fissile en une masse critique, la plus simple étant de tirer un "bouchon cylindrique" dans une sphère de "matière active" avec une matière dense "inviolable" qui concentrerait les neutrons vers l'intérieur et garderait la masse réactive ensemble pour augmenter son efficacité (ce modèle "évite les formes fantaisistes", écrit plus tard Serber).3 Ils ont également exploré des conceptions impliquant des sphéroïdes, une forme primitive d '"implosion" (suggérée par Richard C. Tolman), et ont exploré la possibilité spéculative de "méthodes autocatalytiques" qui augmenteraient l'efficacité de la bombe lors de son explosion.

Considérant l'idée de la bombe à fission réglée théoriquement jusqu'à ce que davantage de données expérimentales soient disponibles, la conférence a alors pris une direction différente. Le physicien hongrois Edward Teller a poussé à la discussion sur une bombe encore plus puissante: la "Super", qui utiliserait la force explosive d'une bombe à fission détonante pour déclencher une réaction de fusion dans le deutérium et le tritium. Ce concept était basé sur des études de production d'énergie dans les étoiles faites par Hans Bethe avant la guerre, et a suggéré comme possibilité à Teller par Enrico Fermi peu de temps avant la conférence. Lorsque l'onde de détonation de la bombe à fission traversait le mélange de noyaux de deutérium et de tritium, ceux-ci fusionnaient pour produire beaucoup plus d'énergie que la fission. Mais Bethe était sceptique. Alors que Teller poussait fort pour sa "superbe bombe" - maintenant appelée habituellement "bombe à hydrogène" - proposant schéma après schéma, Bethe a réfuté chacun. L'idée de fusion a dû être mise de côté afin de se concentrer sur la production effective de bombes à fission.

Teller a également évoqué la possibilité spéculative qu'une bombe atomique pourrait "enflammer" l'atmosphère, en raison d'une réaction de fusion hypothétique des noyaux d'azote. Bethe a calculé, selon Serber, que cela ne pouvait pas arriver. Dans son livre La route de Los Alamos, Bethe dit qu'une réfutation a été écrite par Konopinski, C. Marvin et Teller dans le rapport LA-602, montrant que l'inflammation de l'atmosphère était impossible, pas seulement improbable.4 Dans le récit de Serber, Oppenheimer l'a malheureusement mentionné à Arthur Compton, qui "n'avait pas assez de sens pour se taire à ce sujet. Il est entré d'une manière ou d'une autre dans un document qui est allé à Washington", ce qui a conduit à la question "de ne jamais se reposer".

Les conférences de l'été 1942 ont fourni la base théorique détaillée de la conception de la bombe atomique et ont convaincu Oppenheimer des avantages d'avoir un seul laboratoire centralisé pour gérer la recherche pour le projet de la bombe, plutôt que d'avoir des spécialistes répartis sur différents sites aux États-Unis.

Sites de projet

Le projet était à l'origine basé dans un bureau du bâtiment fédéral au 90 Church Street à Manhattan. C'est ainsi qu'il est devenu connu sous le nom de Manhattan Project, même si le projet n'était basé que brièvement sur l'île de Manhattan.5 Bien qu'il ait impliqué plus de trente sites de recherche et de production différents, le projet Manhattan a été en grande partie réalisé dans trois villes scientifiques secrètes et un site public qui ont été créés par la puissance d'un domaine éminent: Los Alamos, Nouveau-Mexique; Oak Ridge, Tennessee; et Hanford, Washington. Le site du Tennessee a été choisi pour les grandes quantités d'énergie hydroélectrique bon marché déjà disponibles là-bas (voir Tennessee Valley Authority) nécessaires pour produire de l'uranium 235 dans des aimants de séparation d'ions géants. Hanford a en outre été choisi pour être à proximité d'une rivière pour le refroidissement des réacteurs qui produiraient le plutonium. Tous les sites étaient suffisamment éloignés des côtes et d'une éventuelle attaque ennemie de l'Allemagne ou du Japon.

Le Los Alamos National Laboratory a été construit sur une mesa qui abritait auparavant la Los Alamos Ranch School, une école privée pour adolescents. Le site a été choisi principalement pour son éloignement. Oppenheimer en avait eu connaissance grâce à sa balade à cheval près de son ranch au Nouveau-Mexique, et l'a montré comme un site possible, aux représentants du gouvernement, qui l'ont rapidement acheté. En plus d'être le principal "groupe de réflexion", Los Alamos était responsable de l'assemblage final des bombes, principalement à partir de matériaux et de composants produits par d'autres sites. La fabrication à Los Alamos comprenait des enveloppes, des lentilles explosives et la fabrication de matières fissiles en noyaux de bombes.

Les installations d'Oak Ridge couvraient plus de 60 000 acres (243 km²) de plusieurs anciennes communautés agricoles de la région de la vallée du Tennessee. Certaines familles du Tennessee ont reçu un préavis de deux semaines pour quitter les fermes familiales qui étaient leur maison depuis des générations. Le site était si secret pendant la Seconde Guerre mondiale que le gouverneur de l'État ignorait que Oak Ridge (qui allait devenir la cinquième plus grande ville de l'État) était en cours de construction. À un moment donné, les usines d'Oak Ridge consommaient 1/6 de l'énergie électrique produite aux États-Unis, plus qu'à New York. Oak Ridge produisait principalement de l'uranium 235.

Le site de Hanford, qui a atteint près de 1000 miles carrés (2600 km²), a repris des terres agricoles irriguées, des vergers fruitiers, un chemin de fer et deux communautés agricoles, Hanford et White Bluffs, dans une zone peu peuplée adjacente au fleuve Columbia. Hanford a accueilli des réacteurs nucléaires refroidis par la rivière et était le centre de production de plutonium.

L'existence de ces sites et des villes secrètes de Los Alamos, Oak Ridge et Hanford n'a pas été rendue publique avant l'annonce de l'explosion d'Hiroshima et est restée secrète jusqu'à la fin de la Seconde Guerre mondiale.

Chicago pile-1 Alors que le projet de Manhattan progressait, Fermi et son équipe ont travaillé sur ce qui allait être la première réaction en chaîne nucléaire. Le réacteur s'appelait CP-1 ou Chicago Pile-1. Le premier réacteur atomique au monde avait 8 mètres de diamètre et 6 mètres de hauteur. Il a été construit - sous les tribunes d'un stade de tennis - de 385 tonnes métriques de graphite avec 46 tonnes métriques d'uranium en blocs de 2 kilogrammes répartis en treillis partout.

Le mercredi 2 décembre 1942, à 15 h 25, l'expérience s'est déroulée avec succès, ils ont pu contrôler la fission de l'uranium. La puissance générée par ce tout premier réacteur nucléaire n'était que de 40 watts, équivalente à une ampoule faible ou à une allumette allumée, et après seulement 28 minutes de fonctionnement, la réaction a été arrêtée en insérant des bandes de cadmium pour éponger tous les neutrons et éteindre la chaîne réaction.

Une sélection de sites américains importants pour le projet Manhattan.

Les principaux sites et lotissements du projet Manhattan comprennent:

  • Site W (Hanford, Washington): une installation de production de plutonium (maintenant Hanford Site)
  • Site X (Oak Ridge, Tennessee): recherche sur la production enrichie d'uranium et de plutonium (maintenant Oak Ridge National Laboratory) Le site X comprenait également:
    • X-10 Graphite Reactor: Usine pilote de recherche sur les réacteurs en graphite
    • Y-12: Usine d'enrichissement d'uranium à séparation électromagnétique
    • K-25: Usine d'enrichissement d'uranium à diffusion gazeuse
    • S-50: Usine d'enrichissement d'uranium à diffusion thermique (voir K-25)
  • Site Y (Los Alamos, Nouveau-Mexique): un laboratoire de recherche sur les bombes (maintenant Los Alamos National Laboratory)
  • Laboratoire métallurgique (Chicago, Illinois): Développement du réacteur (maintenant Argonne National Laboratory)
  • Projet Alberta (Wendover, Utah et Tinian): préparatifs pour la livraison au combat des bombes
  • Projet Ames (Ames, Iowa): Production d'uranium métal brut (aujourd'hui Laboratoire Ames)
  • Projet Dayton (Dayton, Ohio): Recherche et développement du raffinage du polonium et de la production industrielle de polonium pour les déclencheurs de bombes atomiques
  • Projet Camel (Inyokern, Californie): recherche sur les explosifs puissants et ingénierie non nucléaire pour la bombe Fat Man
  • Projet Trinity (Alamogordo, Nouveau-Mexique): préparatifs pour les essais de la première bombe atomique
  • Laboratoire de rayonnement (Berkeley, Californie): recherche sur l'enrichissement par séparation électromagnétique (maintenant Lawrence Berkeley National Laboratory)

Besoin de coordination

Les mesures des interactions des neutrons rapides avec les matériaux d'une bombe étaient essentielles car le nombre de neutrons produits dans la fission de l'uranium et du plutonium doit être connu, et parce que la substance entourant le matériau nucléaire doit avoir la capacité de réfléchir ou de se disperser , les neutrons réintègrent la réaction en chaîne avant d'être séparés pour augmenter l'énergie produite. Par conséquent, les propriétés de diffusion des neutrons des matériaux ont dû être mesurées pour trouver les meilleurs réflecteurs.

L'estimation de la puissance explosive nécessitait la connaissance de nombreuses autres propriétés nucléaires, y compris la section efficace (une mesure de la probabilité d'une rencontre entre des particules entraînant un effet spécifié) pour les processus nucléaires de neutrons dans l'uranium et d'autres éléments. Les neutrons rapides ne pouvaient être produits que dans les accélérateurs de particules, qui étaient encore des instruments relativement rares en 1942.

La nécessité d'une meilleure coordination était claire. En septembre 1942, les difficultés rencontrées pour mener des études sur les armes nucléaires dans des universités disséminées dans tout le pays indiquaient la nécessité d'un laboratoire dédié uniquement à cette fin. Un besoin accru était la construction d'installations industrielles pour produire de l'uranium 235 et du plutonium, les matières fissiles devant être utilisées dans les armes.

Vannevar Bush, chef du Bureau civil de la recherche scientifique et du développement (OSRD), a demandé au président Roosevelt de confier les opérations liées au projet d'armes nucléaires en pleine croissance aux militaires. Roosevelt a choisi l'armée pour travailler avec l'OSRD dans la construction d'usines de production. The Army Corps of Engineers selected Col. James Marshall to oversee the construction of factories to separate uranium isotopes and manufacture plutonium for the bomb.

Marshall and his deputy, Col. Kenneth Nichols, struggled to understand the proposed processes and the scientists with whom they had to work. Thrust into the new field of nuclear physics, they felt unable to distinguish between technical and personal p

Voir la vidéo: Documentaire Histoire: L'histoire de la bombe (Mai 2020).

Pin
Send
Share
Send