Los Alamos: Little Boy

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Little Boy

La réalisation d’une bombe-canon à l’uranium 235 ne posait pas de problème technique majeur, à condition bien sûr que l’uranium soit disponible en quantité suffisante. Le fonctionnement en paraissait d’ailleurs tellement certain que la bombe ne fut pas testée avant son (unique) utilisation à Hiroshima : l’uranium était trop précieux pour le « gâcher » dans un essai préalable.

Albert Francis Birch (1903-1992)
Albert Francis Birch (1903-1992)

Albert Francis Birch (1903-1992) était un géophysicien américain, élève de Percy Bridgman et professeur à Harvard. En 1942, il rejoignit le Rad Lab du MIT pour travailler sur les fusées de proximité, puis en 1943 le Bureau of Ships de l’US Navy, avec le grade de Lieutenant-Commander, avant d’être muté à Los Alamos fin 1943. Promu Commander, Francis Birch fut affecté au développement de Little Boy sous la direction de Parsons, avec comme objectif le développement d’un canon de 2 m de long, capable d’expédier un obus de 100 kg à 1000 m/s tout en pesant moins d’une tonne. En juillet 1945, Birch accompagna une partie de la cible d’uranium à Tinian, où il supervisa le montage de la bombe avec Ramsay. Après la guerre, il retourna à Harvard où il reprit ses travaux pionniers sur la constitution interne de la Terre, démontrant que le manteau était formé de silicates (SiMa) et le noyau de fer et de nickel fondus (NiFe).

Les calculs de diffusion des neutrons pour le projectile, pour la cible et pour l’assemblage des deux se révéla à la limite des possibilités de calcul du groupe T-5 utilisant des calculatrices électromécaniques, justifiant l’acquisition de machines IBM à cartes perforées. En attendant leur arrivée, une première estimation des dimensions probables de la cible et du projectile fut effectuée en utilisant la théorie de la diffusion. Oppenheimer pressa pour qu’elles arrivent le rapidement possible, car du résultat des calculs dépendaient des commandes de matériaux spéciaux, d’instruments et d’outils qui mettraient plusieurs mois à être fournis, mais elles n’arrivèrent qu’au printemps 1944 et les calculs du groupe T-2 n’aboutirent qu’au cours de l’été. Plusieurs méthodes différentes d’estimation de la masse critique pour des cylindres pleins ou creux furent développées par Bethe, Frankel, Nelson, Marshak et d’autres, et leurs résultats convergèrent à l’été 1944. Parallèlement, Bethe et Feynman mirent au point une formule approchée de l’efficacité de l’explosion.

La conception de la partie balistique avait commencé à Los Alamos dès l’été 1943, mais les efforts se focalisèrent rapidement sur la version au plutonium, Thin Man, à priori plus difficile à mettre au point à cause de son canon plus long (et beaucoup plus lourd) à grande vitesse d’assemblage. En février 1944, Francis Birch prit en charge la version plus simple Little Boy avec comme objectif une mise au point rapide (pour libérer des forces pour le très difficile programme d’implosion). Une grande attention fut cependant accordée aux détails pour garantir une absolue certitude de bon fonctionnement. Commandés en mars 1944, les canons ne furent livrés qu’en octobre. C’était des tubes de calibre 165, de 51 mm d’épaisseur, de 1.8 m de long (donc un canon relativement court de 28 calibres seulement) et pesant 450 kg. OK avec densité de l’acier de 7.9 Les essais du canon, en décembre 1944, furent très satisfaisants, levant tous les doutes sur le bon fonctionnement de la bombe avant la date limite du 1° août 1945 fixée par Groves, si l’uranium 235 arrivait bien sûr…

La conception de la bombe fut définitivement figée en février 1945 et la bombe elle-même terminée à la mi- mai (à l’exception bien sûr de l’uranium toujours indisponible). Le projectile était formé d’un cylindre creux de 38.5 kg d’uranium, de 18 cm de long, 16 cm de diamètre extérieur et 10 cm de diamètre intérieur, fixé au bout d’un bloc de 90 kg d’acier et de carbure de tungstène servant de réflecteur de neutrons une fois l’assemblage complété. À l’autre extrémité du canon de 1.8 m était fixée la cible, un cylindre plein d’uranium de 25.6 kg, de 10 cm de diamètre et 18 cm de long, placé à l’intérieur d’un bloc de 310 kg de carbure de tungstène, servant de réflecteur de neutrons et diminuant la masse critique requise (tamper). L’uranium avait été rejeté pour cet usage car les 200 kg nécessaires auraient engendré 3 400 neutrons par seconde, d’où un risque trop important de prédétonation.

Bombe-canonLe taux d’enrichissement de l’uranium variait selon la date de fabrication : le projectile était enrichi à 82% et la cible à 86%. Il y avait en tout 64 kg d’uranium, ce qui représentait 2.5 masses critiques dit Wikipedia, cela semble beaucoup vu la configuration cylindrique, même en tenant compte du tamper (qui joue aussi dans le calcul de la masse critique de la cible et du projectile séparés, chacun devant rester inférieurs à une masse critique, sans doute 2/3 ou ? par sécurité). La bombe Little Boy complète avait une longueur de 3.2 m et un diamètre de 71 cm, et elle pesait 4 000 kg.

Schéma de Little Boy
Schéma de Little Boy
Détails de Little Boy
Détails de Little Boy

Le taux de fissions spontanées, de 80 par seconde, aurait permis de se passer d’allumage, mais Oppenheimer décida le 15 mars d’ajouter un allumage alpha-béryllium, version simplifiée de celui en cours de mise au point pour la bombe à implosion. Les alphas provenaient du polonium et frappaient une cible de béryllium 9 (donnant des neutrons, du béryllium 8 et des alphas). Mais il fallait une source intense de polonium (10 curies !), qui a une courte durée de vie (d’où difficulté de stockage de la bombe). L’allumage de la bombe était déclenché par un radio-altimètre, avec un déclencheur barométrique de secours. L’énergie libérée fut de 16 kT.

La bombe Little Boy prête à l’emploi. Les tiges métalliques de couleur claire à l’avant sont les antennes du radio- altimètre déclenchant l’explosion à l’altitude préréglée
La bombe Little Boy prête à l’emploi. Les tiges métalliques de couleur claire à l’avant sont les antennes du radio- altimètre déclenchant l’explosion à l’altitude préréglée

Six bombes de type Little Boy seulement furent construites (dont celle d’Hiroshima) car elles étaient intrinsèquement dangereuses. Dès que le canon était chargé (une charge de cordite), une explosion était possible. Lors de la mission vers Hiroshima, Deke Parsons inséra lui-même la charge quand le B-29 approcha du Japon. Une explosion nucléaire pouvait également se déclencher à la suite d’un accident, si le bombardier s’écrasait au sol, si la bombe tombait d’une hauteur de 5 000 m, ou si la bombe tombait dans l’eau (servant de modérateur). De plus, ces bombes utilisaient l’uranium 235 de façon très peu efficace.

Une des rares photos montrant l’intérieur de Little Boy, lors de son montage le 5 août 1945. Francis Birch est à gauche et Norman Ramsay à droite ©Wikipedia
Une des rares photos montrant l’intérieur de Little Boy, lors de son montage le 5 août 1945. Francis Birch est à gauche et Norman Ramsay à droite ©Wikipedia

 

 


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