Il existe deux types d'explosions atomiques qui peuvent être facilitées par l'uranium 235: la fission et la fusion. La fission, tout simplement, est une réaction nucléaire dans laquelle un noyau atomique se divise en fragments (généralement deux fragments de masse comparable) tout en émettant de 100 millions à plusieurs centaines de millions de volts de énergie. Cette énergie est expulsée de manière explosive et violente dans le bombe atomique. En revanche, une réaction de fusion est généralement déclenchée par une réaction de fission. Mais contrairement à la bombe à fission (atomique), la bombe à fusion (hydrogène) tire sa puissance de la fusion de noyaux de divers isotopes d'hydrogène en noyaux d'hélium.
Bombes atomiques
Cet article traite de la Une bombe ou bombe atomique. La puissance massive derrière la réaction dans une bombe atomique provient des forces qui maintiennent l'atome ensemble. Ces forces s'apparentent, mais pas tout à fait au magnétisme.
À propos des atomes
Atomes sont composés de divers nombres et combinaisons des trois particules subatomiques: protons,
neutronset les électrons. Les protons et les neutrons se regroupent pour former le noyau (masse centrale) de l'atome tandis que les électrons tournent autour du noyau, un peu comme les planètes autour d'un soleil. Ce sont l'équilibre et la disposition de ces particules qui déterminent la stabilité de l'atome.Divisibilité
La plupart des éléments ont des atomes très stables qui sont impossibles à diviser, sauf par bombardement dans des accélérateurs de particules. À toutes fins pratiques, le seul élément naturel dont les atomes peuvent être facilement séparés est l'uranium, un métal lourd avec le plus grand atome de tous les éléments naturels et un neutron à proton anormalement élevé rapport. Ce ratio plus élevé n'améliore pas sa "divisibilité", mais il a une incidence importante sur sa capacité à faciliter une explosion, faisant de l'uranium 235 un candidat exceptionnel pour la fission nucléaire.
Isotopes de l'uranium
Il existe deux isotopes naturels de uranium. L'uranium naturel se compose principalement d'isotopes U-238, avec 92 protons et 146 neutrons (92 + 146 = 238) contenus dans chaque atome. À cela s'ajoute une accumulation de 0,6% d'U-235, avec seulement 143 neutrons par atome. Les atomes de cet isotope plus léger peuvent être divisés, il est donc "fissile" et utile pour fabriquer des bombes atomiques.
Le U-238 lourd en neutrons a également un rôle à jouer dans la bombe atomique car ses atomes lourds en neutrons peuvent dévier les parasites neutrons, empêchant une réaction en chaîne accidentelle dans une bombe à uranium et gardant les neutrons contenus dans un plutonium bombe. L'U-238 peut également être «saturé» pour produire du plutonium (Pu-239), un élément radioactif artificiel également utilisé dans les bombes atomiques.
Les deux isotopes de l'uranium sont naturellement radioactifs; leurs atomes volumineux se désintègrent avec le temps. Avec suffisamment de temps (des centaines de milliers d'années), l'uranium finira par perdre tellement de particules qu'il se transformera en plomb. Ce processus de désintégration peut être considérablement accéléré dans ce que l'on appelle une réaction en chaîne. Au lieu de se désintégrer naturellement et lentement, les atomes sont divisés de force par bombardement avec des neutrons.
Réactions en chaîne
Un coup d'un seul neutron suffit pour diviser l'atome U-235 moins stable, créant des atomes d'éléments plus petits (souvent du baryum et du krypton) et libérant de la chaleur et des rayons gamma (la forme la plus puissante et radioactivité). Cette réaction en chaîne se produit lorsque les neutrons "de rechange" de cet atome s'envolent avec une force suffisante pour diviser les autres atomes U-235 avec lesquels ils entrent en contact. En théorie, il est nécessaire de diviser un seul atome U-235, ce qui libérera des neutrons qui diviseront d'autres atomes, ce qui libérera des neutrons... etc. Cette progression n'est pas arithmétique; il est géométrique et se déroule en un millionième de seconde.
La quantité minimale pour démarrer une réaction en chaîne comme décrit ci-dessus est connue sous le nom de masse supercritique. Pour l'U-235 pur, c'est 110 livres (50 kilogrammes). Aucun uranium n'est jamais assez pur, cependant, en réalité, il en faudra plus, comme l'U-235, l'U-238 et le plutonium.
À propos du plutonium
L'uranium n'est pas le seul matériau utilisé pour fabriquer des bombes atomiques. Un autre matériau est l'isotope Pu-239 de l'élément synthétique plutonium. Le plutonium ne se trouve que naturellement en infimes traces, il faut donc produire des quantités utilisables à partir d'uranium. Dans un réacteur nucléaire, l'isotope U-238 plus lourd de l'uranium peut être contraint d'acquérir des particules supplémentaires, devenant éventuellement du plutonium.
Le plutonium ne déclenchera pas une réaction en chaîne rapide par lui-même, mais ce problème est surmonté en source de neutrons ou matière hautement radioactive qui dégage des neutrons plus rapidement que le plutonium lui-même. Dans certains types de bombes, un mélange des éléments Béryllium et Polonium est utilisé pour provoquer cette réaction. Seul un petit morceau est nécessaire (la masse supercritique est d'environ 32 livres, même si seulement 22 peuvent être utilisées). Le matériau n'est pas fissile en soi mais agit simplement comme un catalyseur pour la plus grande réaction.