Los Alamos: Trinity, la première explosion nucléaire

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Réticences des scientifiques avec Trinity

 La motivation initiale du programme Manhattan était de ne pas laisser à Hitler le monopole d’une bombe nucléaire, justifiant à partir de 1942 un immense effort scientifique, technique et industriel. Quand il apparut progressivement que l’Allemagne était en réalité très en retard sur les États-Unis, les scientifiques se divisèrent sur l’opportunité de poursuivre le programme et surtout sur la nécessité d’utiliser la bombe : Oppenheimer, Lawrence, Fermi d’un côté, Bohr, Szilárd, Frank de l’autre (plus complexe que cela en réalité).

Nécessité d’utiliser les armes nucléaires?

Sir Joseph Rotblat (1908-2005)
Sir Joseph Rotblat (1908-2005)

Rôle essentiel des réfugiés : Bethe, Szilárd, Teller, Wigner, Weisskopf, Bohr, Segrè, Fermi, Franck dans les réticences des scientifiques envers l’emploi des bombes

Méfiance des militaires, pour qui la bombe appartient aux États-Unis, envers les scientifiques Indications de la mission Alsos sur le peu de progès allemands, supprimant aux yeux (d’une minorité) des scientifiques la principale raison de réaliser la bombe. À l’automne 1944, Joseph Rotblat quitta le programme Manhattan.

Au cours de l’hiver 1944-1945, la fin de la guerre est en vue, l’économie allemande et bientôt japonaise s’effondrent, les projets se précisent pour l’après guerre.

Démarches des scientifiques pour un contrôle international du nucléaire

Démarches de Bohr auprès de Churchill le 16 mai 1944 et de Roosevelt le 26 août 1944,

Mémorandum Bush-Conant à Stimson le 30 septembre 1944, après entrevue le 22 de Bush avec Roosevelt, qui lui a fait part des accords USA-GB pour conserver le monopole de l’arme nucléaire. Bush et Conant disent qu’en cas de course aux armements, l’URSS pourrait disposer d’une bombe nucléaire dans un délai de quelques années, et qu’un accord international est indispensable pour éviter cela

Quand Compton revint à Chicago, après la réunion du 31 mai 1945 du Target Committee, son compte-rendu suscita un tollé de la part des scientifiques. Les discussions menèrent au « rapport Frank » le 11 juin 1945, qui expliquait qu’une attaque nucléaire sans avertissement serait désastreuse pour des raisons morales, politiques et diplomatiques et conduirait à une dangereuse course aux armements. Oppenheimer réagit en réunissant à nouveau Fermi, Lawrence et Compton, qui réaffirmèrent le 16 juin qu’il n’y avait pas d’alternative sérieuse à l’emploi sans préavis de bombes nucléaires sur les villes japonaises, et que de toute manière les scientifiques n’avaient ni légitimité ni compétence pour traiter de questions politiques, militaires ou sociales.

Pétition Szilárd : première version le 3 juillet, version finale (adoucie) le 17 juillet. Teller dit qu’il l’aurait signée mais qu’Oppenheimer l’en dissuada (car ce n’était pas le rôle des scientifiques de conseiller les politiques sur des questions politiques). Pourtant, Teller note qu’Oppenheimer venait juste de conseiller l’emploi des bombes sans avertissement ! Mais, dans une lettre du 2 juillet à Szilard, Teller lui exprime son désaccord quant à la pétition, disant même que l’usage opérationnel de la bombe était la seule façon de convaincre le monde de ses dangers et d’empêcher une nouvelle guerre.

Souci (prémonitoire) des scientifiques d’une identification dangereuse dans l’esprit du public science=bombe=mal

Anderson et Fermi à Los Alamos
Anderson et Fermi à Los Alamos

Target Committee

Roosevelt mourut le 12 avril 1945 et Truman devint Président. Le Secrétaire à la Guerre Stimson le mit au courant le 13 avril du programme Manhattan. Il était alors clair que la méthode d’implosion avait de bonnes chances de fonctionner correctement, même si un essai préliminaire semblait prudent. À cette date, 25 kg d’uranium 235 et 6 kg de plutonium 239 étaient disponibles, mais il n’y avait plus guère de doute sur le fait que des quantités suffisantes pour une Little Boy et deux Fat Man (sans compter celle de l’essai Trinity) seraient disponibles fin juillet. Cette disponibilité imminente des bombes signifiait que la décision politique de son emploi se posait désormais très concrètement, et par suite le choix des cibles potentielles.

Un Target Committee fut établi pour choisir le mode d’emploi des bombes (avertissement sur les effets d’une bombe, démonstration sur une cible non habitée, ou bombardement d’une ville), puis à sélectionner les villes qui serviraient de cibles. Le 27 avril (la guerre était pratiquement terminée en Europe), le Target Committee sélectionna une première liste de 17 cibles au Japon. Les critères de sélection étaient :

  • que la cible soit un objectif important en zone urbaine
  • qu’elle ne soit pas gravement endommagée avant le bombardement prévu au mois d’août
  • qu’elle mesure plus de 5 km de diamètre pour qu’un largage approximatif ne réduise pas l’effet de l’explosion
  • que le souffle puisse provoquer des dommages importants (donc pas trop de reliefs protégeant certains quartiers)

Les délibérations du comité montrent que la présence d’objectifs militaires n’était pas jugée importante (quoiqu’on ait dit ensuite) car le but du bombardement était uniquement d’ordre psychologique et politique. Il ne semble pas y avoir eu alors de réflexion profonde sur la guerre nucléaire, sans doute en raison du très petit nombre de bombes qui seraient disponibles dans les mois suivants.

La sélection se réduisit ensuite à la baie de Tokyo, pour une démonstration sans victimes, et aux villes de Yokohama, Nagoya, Osaka, Kobe, Hiroshima, Kokura, Fukuoka, Nagasaki et Sasebo. Plusieurs de ces villes furent rapidement retirées de la liste car elles avaient déjà subi de très gros dégâts à la suite des bombardements incendiaires.

Une nouvelle réunion eut lieu les 10 et 11 mai, à laquelle furent également conviés von Neumann, Parsons et Bethe. Les spécificités du bombardement y furent discutées (hauteur d’explosion par exemple) et la liste des cibles fut réduite à Kyoto, Hiroshima, Yokohama et Kokura, avec Niigata comme cible secondaire. La réunion suivante, le 28 mai, se tint en présence du Lt-Colonel Tibbets, elle fit le point des bombardements incendiaires, et elle réduisit la liste des cibles pour un bombardement nucléaire à Kyoto, Hiroshima et Niigata. Le 30 mai, Stimson raya de la liste Kyoto qu’il connaissait et dont il appréciait l’importance comme capitale artistique et culturelle du Japon. Hiroshima parut alors la cible idéale car elle n’avait pas été bombardée (les nombreux bras du delta de l’Ota rendaient peu efficace un bombardement incendaire), et les collines dominant la ville pourraient focaliser et renvoyer l’onde de choc vers la ville.

Le 31 mai, se réunit le comité censé conseiller Truman. En dehors des principaux membres du cabinet et des responsables militaires, quatre scientifiques en faisaient partie : Compton, Lawrence, Fermi et Oppenheimer. Seuls Fermi et Oppenheimer avaient alors une idée à peu près précise des effets attendus de la bombe. Compton et Lawrence soutinrent l’idée d’une démonstration devant les Japonais, Fermi était d’autant plus prudent en matière politique qu’il n’était pas Américain, et Oppenheimer prit parti pour un bombardement sans avertissement. Le risque qu’une démonstration tourne au fiasco finit par rallier très vite le comité à l’idée d’un bombardement sans avertissement. Oppenheimer et Marshall proposèrent de prendre contact avec les Soviétiques, mais le Secrétaire d’État Byrnes fut horrifié à l’idée de partager avec eux le secret de l’arme nucléaire.

Teller proposa de faire exploser la bombe de nuit, sans avertissements, au-dessus de la baie de Tokyo pour éviter les pertes humaines et choquer l’opinion. Oppenheimer suggéra d’attaquer avec plusieurs bombes le même jour pour définitivement stopper la guerre. Le général Groves s’y opposa car les cibles avaient déjà fait l’objet de bombardements conventionnels et que les effets des bombes ne seraient pas assez significatifs sur ces terrains déjà dévastés. De plus, les estimations à cette date sur la puissance d’une explosion nucléaire (aucun test n’ayant été effectué) ne correspondaient au mieux qu’à la moitié, au pire à un dixième de ce qui allait être réellement le cas. Les effets n’étaient pas encore précisément connus. Ce n’est donc qu’après le test de Trinity que la nature de la mission put être scellée selon Wikipedia

Oppenheimer, Fermi et Lawrence à Berkeley en 1940. ©LBL
Oppenheimer, Fermi et Lawrence à Berkeley en 1940. ©LBL

À la conférence de Postsdam, Stimson et Truman reçurent le 16 juillet la nouvelle du succès de l’essai Trinity, ainsi que le programme de livraison des bombes : Little Boy devrait être disponible le 1° août, la première Fat Man le 6 août et la seconde le 24 août, 3 autres devaient être disponibles en septembre, et une ensuite chaque mois, ce rythme étant fixé par la disponibilité du plutonium (la production d’uranium ne permettant guère qu’une Little Boy tous les six (?) mois, plus en utilisant l’uranium pour « améliorer » Fat Man). La liste finale des cibles, communiquée le 23 juillet à Stimson (alors à Postdam avec Truman) était Hiroshima, Kokura, Nagasaki et Niigata. Le 25 juillet, Spaatz donnait l’ordre de bombardement (avant même que l’ultimatum au Japon soit rendu public le 26 juillet à Potsdam).

Préparatifs de Trinity

Kenneth Bainbridge en 1945
Kenneth Bainbridge en 1945

Un test préalable de la bombe avait été décidé dès janvier 1944.

Kenneth Bainbridge fut chargé de préparer ce test.

Nom de code Trinity, d’après un poème de John Donne « Batter my heart, three person’d God » qui fut l’inspiration d’Oppenheimer

Instrumentation: Bruno Rossi (1905-1993) co-directeur du groupe Détecteurs

Le 7 mai, un test avec 100 tonnes d’explosifs, mêlés à 100 curies de produits de fission radioactifs, permit de calibrer les instruments sur le site de Trinity. Premier (et dernier) essai d’un mécanisme d’implosion complet (sans le cœur!). Les premiers résultats semblaient indiquer une implosion sous-optimale, mais Bethe corrigea une erreur de calcul et indiqua une performance optimale (Rhodes p.571)

Gadget
Gadget

11 juillet: début de l’assemblage de Gadget (il faut plusieurs jours pour assembler les éléments de la bombe)

12 juillet: le cœur de plutonium part de Los Alamos pour Alamogordo au Nouveau-Mexique dans le désert Jornada del Muerto

13 juillet: début vers 13h de l’assemblage final du cœur de plutonium, du réflecteur (tamper) d’uranium et des lentilles explosives, assemblage terminé à 17h45

Gadget est hissé en haut de sa tour
Gadget est hissé en haut de sa tour

14 juillet: Gadget hissé en haut de sa tour et préparatifs finals. Gadget était une version simplifiée de la bombe Fat Man, sans la coque aérodynamique, ni bien sûr le déclencheur radio-altimétrique. Elle fut assemblée au sol puis hissée au sommet d’une tour métallique de 30 m de haut

La tour où fut hissé Gadget
La tour où fut hissé Gadget

L’explosion

L’explosion eut lieu le 16 juillet 1945 à 5h30. Selon les estimations de la division de théorie, la puissance attendue devait se situer entre 5 et 10 kt (des paris furent pris entre scientifiques sur la valeur exacte), mais l’explosion atteignit en fait 20 à 22 kt. Par conséquent, une bonne partie des équipements de mesure fut détruite ou rendue inutilisable, et il y eut beaucoup plus de retombées que prévu (jusqu’à 160 km du point d’explosion). Personne ne se trouvait à moins de 9 kilomètres de l’explosion, mais il y avait environ 260 personnes sur le site à ce moment.

Trinity: l'explosion
Trinity: l’explosion

L’onde de choc fut ressentie à plus de 160 kilomètres et le champignon atomique grimpa jusqu’à une altitude de 12 kilomètres. La presse annonça l’explosion accidentelle d’un dépôt de munitions.

Trinity: l'explosion
Trinity: l’explosion
Trinity: le champignon commence à monter
Trinity: le champignon commence à monter

Le directeur de Los Alamos, Robert Oppenheimer, était l’un des spectateurs. Il dira (bien plus tard) qu’une citation d’un texte sacré hindou, la Bhagavad Gita, lui vint à l’esprit :

Maintenant je suis Shiva, le destructeur des mondes.

Oppenheimer et Groves sur le site de Trinity après l’explosion
Oppenheimer et Groves sur le site de Trinity après l’explosion

« Maintenant nous sommes tous des fils de pute » (Bainbridge, selon Rhodes p.675)

Les suites

Dès le 19 juillet, Oppenheimer suggéra à Groves de récupérer l’uranium de Little Boy pour le réutiliser dans un cœur composite uranium/plutonium permettant de réaliser 4 bombes Fat Man améliorées. Groves rejeta la suggestion pour ne pas retarder l’utilisation en combat.

Groves et Oppenheimer, 1° août 1945 ©Life
Groves et Oppenheimer, 1° août 1945 ©Life

On July 12 the plutonium core was taken to the test area in an army sedan. The non-nuclear components left for the test site at 12:01 a.m., Friday the 13th. During the day on the 13th, final assembly of the gadget took place in the McDonald ranch house. By 5:00 p.m. on the 15th, the device had been assembled and hoisted atop the one-hundred foot firing tower. Groves, Bush, Conant, Lawrence, Farrell, Chadwick (head of the British contingent at Los Alamos and discoverer of the neutron), and others arrived in the test area, where it was pouring rain. Groves and Oppenheimer, standing at the S-10 000 control bunker, discussed what to do if the weather did not break in time for the scheduled 4:00 a.m. test. At 3:30 they pushed the time back to 5:30; at 4:00 the rain stopped. Kistiakowsky and his team armed the device shortly after 5:00 a.m. and retreated to S-10 000. In accordance with his policy that each observe from different locations in case of an accident, Groves left Oppenheimer and joined Bush and Conant at base camp. Those in shelters heard the countdown over the public address system, while observers at base camp picked it up on an FM radio signal. Trinity Test (Alamagordo, NM) cattle receive beta burns. 19 KT yield. First atomic bomb. Meanwhile, the test of the plutonium weapon, named Trinity by Oppenheimer (a name inspired by the poems of John Donne), was scheduled for July 16 at a barren site on the Alamogordo Bombing Range known as the Jomada del Muerto, or Journey of Death, 210 miles south of Los Alamos. A test explosion had been conducted on May 7 with a small amount of fissionable material to check procedures and fine-tune equipment. Preparations continued through May and June and were complete by the beginning of July. Three observation bunkers located 10,000 yards north, west, and south of the firing tower at ground zero would attempt to measure critical aspects of the reaction. Specifically, scientists would try to determine the symmetry of the implosion and the amount of energy released. Additional measurements would be taken to determine damage estimates, and equipment would record the behavior of the fireball. The biggest concern was control of the radioactivity the test device would release. Not entirely content to trust favorable meteorological conditions to carry the radioactivity into the upper atmosphere, the Army stood ready to evacuate the people in surrounding areas. Trinity At precisely 5:30 a.m. on Monday, July 16, 1945, the atomic age began. While Manhattan staff members watched anxiously, the device exploded over the New Mexico desert, vaporizing the tower and turning asphalt around the base of the tower to green sand. The bomb released approximately 18.6 kilotons of power, and the New Mexico sky was suddenly brighter than many suns. Some observers suffered temporary blindness even though they looked at the brilliant light through smoked glass. Seconds after the explosion came a huge blast, sending searing heat across the desert and knocking some observers to the ground. A steel container weighing over 200 tons, standing a half-mile from ground zero, was knocked ajar. (Nicknamed Jumbo, the huge container had been ordered for the plutonium test and transported to the test site but eliminated during final planning). As the orange and yellow fireball stretched up and spread, a second column, narrower than the first, rose and flattened into a mushroom shape, thus providing the atomic age with a visual image that has become imprinted on the human consciousness as a symbol of power and awesome destruction. At base camp, Bush, Conant, and Groves shook hands. Oppenheimer reported later that the experience called to his mind the legend of Prometheus, punished by Zeus for giving man fire. He also thought fleetingly of Alfred Nobel’s vain hope that dynamite would end wars.

Chronologie du programme Manhattan

Chronologie du programme

 


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