La théorie de la réaction en chaîne et la pile atomique.

Le rapport MAUD

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Le premier objectif est rapidement atteint, le 2 juillet 1941, la commission MAUD (commission anglaise installée à Cambridge qui étudie le « problème de l’uranium » et qui, à cette époque la, est plus avancé dans le domaine nucléaire que les américains et les allemands et qui, le 19 aout 1943 s’allie au projet Manhattan avec l’accord de Quebec suite à un manque de financement de la Grande-bretagne, alors occupée à résister au blitz allemand) concluent que la bombe est faisable. Cette théorie de la réaction en chaine sera appuyée par 3 académies nationales américaines.
La théorie de la réaction en chaine ayant étée approuvée, il faut dès lors faire une expérience lors de laquelle l’énergie libérée par l’uranium sera contrôlée.
Enrico Fermi et son equipe seront ceux qui parviendront les premiers à contrôler la réaction en chaine de la fission nucléaire avec leur pile atomique.
Dès l’automne 1942, Fermi commence la construction d’une énorme structure dans une salle de squash sous l’université de Chicago : la future pile atomique. Cette dernière est constituée d’un réseau de morceaux d’uranium distribués dans des blocs de graphite pèse 350 tonnes.
Ce graphite est un élément essentiel à la pile car c’est un modérateur neutronique, c’est à dire que c’est un noyau léger ( proche du poids d’un neutron ) qui, lorsqu’il percute un neutron émis, le ralentis à sa vitesse, qui est définie par sa température . Ce ralentissement est nécessaire car les neutrons thermiques ( ralentis ) présentent une plus forte probabilité ( environ 250 fois plus ) de produire une fission qu’un neutron rapide. De plus, afin d’assurer au maximum la propagation de la réaction en chaine, il faut purifier le plus possible l’uranium et le graphite, afin d’éviter toute absorption non voulue de neutrons par des éléments.
Le 2 décembre 1942, la masse critique de l’uranium est atteinte et la pile devient opérationnelle ! cette masse critique équivaut à la quantité d’uranium nécessaire pour obtenir une réaction nucléaire en chaine de fission nucléaire.
La masse critique est atteinte lorsque K = 1 en sachant que K = R (nombre de neutrons relachés par fission) – P (nombre moyen de neutrons perdus )
Lorsque K 1, la masse est super-critique.
La masse de matériel fissile critique varie selon la taille, la forme, la pureté et la composition isotopique du matériau.
Ainsi, sachant que l’uranium 235 libère 2,08 neutrons en moyenne, la masse critique de l’uranium est de 48 kg.
Dessin d’architecte de la pile atomique de Fermi

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La pile fonctionna pendant 28 minutes et produisit 200 watt (le peu d’énergie produit est principalement due au manque de refroidissement de la pile ).Prouvant qu’une réaction nucléaire était possible et relativement facile à contrôler.
Des lors, les recherches visant à produire des bombes nucléaires peuvent réellement commencer. Los Alamos, dans le Nouveau Mexique, devient le laboratoire principal pour les recherches sur la bombe atomique dont le nom de code est « Projet Y ».

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