Post on 08-Apr-2020
UNIVERSITÉ DESHERBROOKE
De la guerre chaude à la guerre froide: la course à l'arme nucléaire
David Sénéchal Département de physique
Faculté des sciences Université de Sherbrooke
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Un roman prophé@que
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H.G. Wells (1866/1946)
Certainly it seems now that nothing could have been more obvious to the people of the earlier twentieth century than the rapidity with which war was becoming impossible. And as certainly they did not see it. They did not see it until the atomic bombs burst in their fumbling hands [...] All through the nineteenth and twentieth centuries the amount of energy that men were able to command was continually increasing. Applied to warfare that meant that the power to inflict a blow, the power to destroy, was continually increasing [...]Destruction was becoming so facile that any little body of malcontents could use it [...]Before the last war began it was a matter of common knowledge that a man could carry about in a handbag an amount of latent energy sufficient to wreck half a city.
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Il faut se tourner la langue 7 fois…
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The energy produced by the atom is a very poor kind of thing. Anyone who expects a source of power from the transformation of these atoms is talking moonshine… – E. Rutherford, 1933
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Nota@on
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SyAZ
nombre de masse(A=N+Z)
numéro atomiquenombre de protons
symbole chimique
nombre de neutrons
23892U
23592U
23994Pu
42He
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Parenthèse: les unités de base
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Longueur: 1 fermi = 1 femtomètre = 10-‐15 m Énergie: 1 MeV = 106 eV = 1.6 × 10-‐13 Joule
1 kWh = 2.246 × 1025 eV combus@on: 1 molécule de méthane = 8.4 eV
Masse: énergie/c2 car E = mc2
électron = 0,511 MeV = 511 keV proton: 938 MeV = 1 840 électrons
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Carte des nucléides
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Puiser l’énergie du noyau
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Leo Szilard (1898/1964)
� =Zmp + (A� Z)mn �M
A
Masse du noyau
Masse du proton Masse du neutron
défaut de masse
E = mc2
0123456789
0 50 100 150 200
56Fe206Pb
16O12C4He
�(M
eV)
A
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La fission nucléaire
Certains nucléides peuvent fissionner après avoir absorbé un neutron
Ils sont qualifiés de fissiles: 235U, 239Pu, 233U
Découvert par Hahn & Strassmann à Berlin (1938)
Expliqué par Lise Meitner et Ogo Frisch (1939)
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Otto Hahn Fritz Strassmann
Lise Meitner Otto Frisch
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La fission vue par le modèle de la gouge liquide
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La réac@on en chaîne
Émission de neutrons secondaires (Joliot, Halban et Kowarski, 1939)
Possibilité donc de réac*on en chaîne
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von Halban
Kowarski
Frédéric Joliot
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Les produits de la fission
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U-235
U-233 Pu-239
65%U35%Pu
80 90
90 100
110120
130140
150160
6%
4%
2%
7%
5%
3%
1%
SrZr Tc
Pd
Sn
129I
CsCs
Sm
nombre de masse A
abon
danc
e en
tant
que
pro
duit
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Équipe allemande: Das Uranprojekt
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Walther Gerlach
Kurt Diebner Werner Heisenberg Otto Hahn
Walther Bothe Carl Friedrich von Weizsäcker
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une legre célèbre...
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Le premier réacteur nucléaire
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Enrico Fermi (1901/1954)
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Le projet Manhagan
1943-‐1945
130,000 personnes
coût : 2 G$ (= 26 G$ de 2013)15
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Sépara@on isotopique
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Usine d’Oak Ridge TN diffusion gazeuse centrifugeuses
généra@on 1 : spectromètre de masse (calutron) généra@on 2 : diffusion gazeuse généra@on 3 : centrifugeuses généra@on 4 : par laser infrarouge
Comment extraire le 235U (fissile, 0,7% de l’U naturel) ?
taux d’e↵usion / 1pm
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La filière au plutonium
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23892U+ n �! 239
92U+ �
23992U
34m�! 23993Np + e� + ⌫̄e
23993Np
81j�! 23994Pu + e� + ⌫̄e
Le plutonium 239 est un nucléide fissile, couramment u@lisé dans l’armement nucléaire
Il est naturellement produit par bombardement de l’uranium par des neutrons
Un réacteur à l’uranium naturel peut produire du plutonium en abondance
Plus facilement séparable (chimiquement)
réacteur de Hanford WA
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Brochege de physiciens célèbres à Los Alamos
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J.R.Oppenheimer H. Bethe E. Fermi R.P. Feynman R. Wilson
I. Rabi R. Peierls V. Weisskopf E. Teller E. Segrè
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Ligle Boy
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1. Aileron stabilisateur2. Fût en acier3. Détonateur4. Charge explosive (cordite)5. Projectile en uranium 235, six anneaux dans une
fine boîte en acier (poids total : 26 kg)6. Entrées pour les instruments de mesure et le
baromètre7. Enveloppe de la bombe8. Fusible et dispositif d'armement9. Canon en acier d'environ 10 cm de diamètre et 2 m
de long10.Câbles d'armement11.Fût de réception en acier12.Cible en uranium 235, deux anneaux d'un total de
38 kg13.Réflecteur en carbure de tungstène14.Initiateur de neutrons15.Antennes du radar Archie16.Cavité destinée à recevoir le cylindre de sécurité en
bore
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Fat Man
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lentilles explosivesunité demise à feu
plaque d’instrumentation
enveloppe sphérique
radar
fusibles d’autodestruction
matièrefissile
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Trinity : 16 juillet 1945
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Bombe à implosion21 kilotonnes
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Hiroshima : 6 août 1945
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15 kilotonnesnombre de morts : de 75 000 à 166 00069% de la ville détruiteThe atomic bomb was more than a weapon of terrible destruction; it was a psychological weapon.
— Henry L. Stimson, 1947
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Nagasaki : 9 août 1945
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21 kilotonnesde 39,000 à 80,000 mortsDestruction confinée par le relief au sol
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Robert J. Oppenheimer
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Professeur de physique théorique à Berkeley
Directeur scien@fique du projet Manhagan
Directeur de l’IAS (Princeton)
sympathies communistes (années 1930)
Audit de sécurité 1954 : RJO est déclaré risque pour la sécurité na8onale
(1904/1967)
documentaire The Day after Trinity : https://www.youtube.com/watch?v=P1DhWglFeLU
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opera@on CrossRoads: atoll de Bikini
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Le gâteau de la fête
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Le rêve de l’ar@lleur fou...
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...ou comment faire des ronds dans l’eau.
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Le programme sovié@que
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Démarre en 1943, avec des moyens réduits
Accélère à par@r de 1945
Deux voies: recherche originale + espionage
Première bombe A : 29 août 1949 22 kilotonnescopie de “Fat Man”
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protagonistes
30Igor Kourtchatov
(1903/1960)Iouli Khariton(1904/1996)
Klaus Fuchs(1911/1988)
Lavrenti Beria(1899/1953)
Staline(1878/1953)
Le monastère de Sarov
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L’énergie des étoiles
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1939 : Hans Bethe propose le cycle de réac@ons nucléaires expliquant la produc@on d’énergie dans les étoiles lourdes (cycle du carbone) et les étoiles comme le soleil (proton-‐proton)
Hans Bethe (1906/2005)
p + p ! d + e+ + ⌫e + 0.42 MeV (a)p + d ! 3
2He + � + 5.49 MeV (b)32He + 3
2He ! p + p + ↵ + 12.86 MeV (c)e+ + e� ! 2� + 1.02 MeV (d)
4p + 2e� ! ↵ + 2⌫̄e + 26.7 MeV
interaction faible Nob
el 1
967
Ce processus est très lent en raison de lapremière réaction qui a une très faibleprobabilité. Ne peut être utilisé sur Terre
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La fusion nuclaire sur Terre
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d+ d ! 32He + n+ 3.27MeV
d+ d ! t+ p+ 4.03MeV
d+ t ! 42He + n+ 17.6MeV
t+ t ! 42He + n+ n+ 11.27MeV
63Li + n ! 4
2He + t+ 4.79MeV
d+ 32He !
42He + p+ 18.35MeV
deutéron
triton
2H
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la superbombe (ou bombe H)
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Edward Teller (1908/2003)
Stanislas Ulam(1909/1984)
Le test “Castle-Bravo”, 1er mars 195415 mégatonnes (1000 x Hiroshima)
Champignon de 30 km de hautRetombées nocives sur les îles Marshall
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Bombe H : schéma Teller-‐Ulam
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Edward Teller
Contribu@ons importantes à la science effet Jahn-‐Teller, désintégra@on bêta
Le père de la bombe H
Farouchement an@communiste
Pousse pour le développement de la bombe H
Témoigne contre Oppenheimer en 1954
Directeur du labo Lawrence Livermore
Par@san de l’ini@a@ve stratégique (star wars) de Reagan
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(1908/2003)
It would have been a better world without Teller– I. Rabi ou H. Bethe ?
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On commence à exagérer...
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Castle Bravo : 15 Mt = 1200 x Hiroshima
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Andrei Sakharov
Se joint à l’effort de développement sovié@que de l’arme nucléaire en 1948
Auteur du premier modèle sovié@que d’une bombe H (layer cake, 1953)
Théorie sur le déséquilibre entre ma@ère et an@ma@ère (1967)
Auteur du pamphlet clandes@ng Réflexions sur le progrès, la coexistence et la liberté intellectuelle (1968)
Prix Nobel de la Paix (1975)
Assigné à résidence (1980-‐1986)
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(1921/1989)
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...et les Russes ne sont pas en reste.
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Tsar Bomba: 50 Mt = 4000 x Hiroshima
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Le programme français
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Francis Perrin(1901/1992) Gerboise bleue (1960)
65 kt
Canopus (1968)2.6 Mt
Frédéric Joliot(1900/1958)
Saclay à la fin des années 1950
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Le test Licorne
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1970, atoll de Fangataufa. 914 kt
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le manifeste Russell -‐ Einstein (1955)
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I am bringing the warning pronounced by the signatories to the notice of all the powerful Governments of the world in the earnest hope that they may agree to allow their citizens to survive
Bertrand Russell Albert Einstein
Max BornPercy Williams Bridgman
Léopold InfeldFrédéric Joliot-Curie
Herman J. MullerLinus PaulingCecil F. PowellJoseph RotblatHideki YukawaBertrand Russell
(1921/1989)Joseph Rotblat(1908/2005)
Fonda@on du mouvement Pugwash
Conférences annuelles pour le désarmement
Prix Nobel de la Paix 1995
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La course aux armements
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Le coût des armes nucléaires
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Estimated Minimum Incurred Costs of U.S. Nuclear Weapons Programs, 1940-1996*
36531
937
831
3,241
409
Building the Bomb (7%)Deploying the Bomb (55.7%)Targeting and Controlling the Bomb (14.3%)Defending Against the Bomb (16.1%)Dismantling the Bomb (0.5%)Nuclear Waste Management and Environmental Restoration (6.3%)Victims of Nuclear Weapons ($2.1 billion, 0.04%, not shown)Nuclear Secrecy $3.1 billion, (0.05%, not shown)Congressional Oversight of Nuclear Weapons ($0.9 billion, 0.02%, not shown)
in billions of constant 1996 dollars
Total - $5,821.0 billion
* Includes average projected future-year costs for nuclear weapons dismantlement and fissile materials disposition and environmental remediation and waste management. Total actual and estimated expenditures through 1996 were $5,481.1 billion.
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Les stocks actuels
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Laboratoires na@onaux américains
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Albuquerque NM – Lockheed-Martindévelopper, réaliser et tester les composants non
nucléaires des armes nucléaires américainesbudget: 2.4 G$, ~ 8400 employés
Livermore CA – University of Californiadésign des armes nucléaires + énergétique,
biologie, environnementbudget: 1.5 G$, ~ 5800 employés
Los Alamos NM – University of California + Bechtelarmes nucléaires + plusieurs sujets scientifiques et
techniquesbudget: 2.2 G$, ~ 9000 employés
Oak Ridge TN– University of California + Bechtelmatériaux, neutronique, énergie, sécurité nationale,
etc.budget: 1.65 G$, ~ 4400 employés
Chicago Il– University of Chicago + Jacobs Eng. Inc.énergie, sécurité nationale, etc.
budget: 0.722 G$, ~ 3350 employés
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En guise de conclusion…
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Si nous gagnons une guerre en utilisant l’arme nucléaire, l’histoire ne se souviendra pas des idéaux que nous défendions, mais des moyens utilisés pour les imposer. Ces moyens seront comparés à ceux de Genghis Khan, qui a massacrés les habitants de la Perse jusqu’aux derniers…
Hans A. Bethe
Je ne sais quelles armes seront utilisées lors de la 3e guerre mondiale, mais la quatrième sera livrée avec des pierres et des bâtons.
Albert Einstein
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Finis
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