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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
réaction de fission. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes En 1938, I. Joliot-Curie et P. Savich ont remarqué que dans l'uranium activé par la méthode Fermi, il existe un élément similaire au lanthane. Ces expériences furent répétées la même année par O. Hahn et F. Strassman, qui confirmèrent les résultats de leurs collègues français et établirent que le nouvel élément qu'ils remarquèrent était précisément le lanthane. Avec Hahn et Strassmann, Lise Meitner, diplômée de l'Université de Vienne, théoricienne talentueuse et spécialiste dans le domaine de la physique atomique, a travaillé à l'Institut Kaiser Wilhelm de Berlin. Mais, étant juive d'origine allemande, elle fut contrainte de fuir au Danemark, à Copenhague, chez Niels Bohr et Otto Frisch, un autre physicien allemand. Et puis les événements sont décrits en détail dans le livre "Le monde de l'atome": "Dans l'atmosphère calme et créative de l'Institut de physique théorique, elle a vite oublié les angoisses et les peurs des jours passés. Maintenant, le problème de l'atome le noyau est redevenu l'essentiel pour elle. Deux jours avant son départ, Lise Meitner reçoit une lettre d'Otto Hahn, dans laquelle il parle de recherches sur le baryum radioactif. Après avoir lu la lettre, elle serra instinctivement les poings. Elle voulait l'écraser et le jeter. A l'intérieur, tout bouillait : "Bêtises ! Quelles bêtises !" Une fois passée la première excitation, elle pensa : "Si Hahn prétend que l'uranium se transforme en baryum, c'est peut-être vrai. Il ne peut pas se tromper. Irène Curie avait probablement raison..." Meitner pouvait douter du travail des autres, mais les résultats du Ghana - Non. Cela signifie que les neutrons provoquent un nouveau type de transformation du noyau d'uranium. Elle prit un crayon et commença à écrire rapidement. Les symboles mathématiques avec lesquels elle a rempli la feuille auraient semblé incompréhensibles à une personne ordinaire. Le noyau de l’atome d’uranium s’est divisé en deux parties environ. Dans la lettre, Hahn a utilisé le mot « scindé ». Ce n’est pas si important, le fait lui-même est important. Est-il possible de comprendre, sur la base des lois connues de la physique, la possibilité d’une telle division ? Les premiers calculs qu'elle fit donnèrent une réponse positive. Meitner n'était pas sûre : et si elle avait tort ? Lisa demande à vérifier les calculs d'Otto Frisch. Il feuilleta les feuilles froissées, puis sortit un crayon, s'accroupit et se mit à faire rapidement des calculs. - Mais c'est merveilleux et incroyable. Vous avez vraiment raison ! Frisch glissa la feuille dans sa poche. - Nous revenons. Nous devons tout vérifier immédiatement. Ainsi, leurs vacances se sont terminées avant même d'avoir commencé. Les festivités promettaient d'être extrêmement joyeuses, mais maintenant elles n'étaient plus intéressées. Ils s'enfermèrent dans une pièce où commença l'une des études théoriques les plus remarquables. D'énormes difficultés les attendaient. Calculs sans fin, conclusions complexes et chronophages, vérification des résultats obtenus, comparaison avec les formules et modèles dérivés... Ils n'ont pas remarqué comment sept jours s'étaient écoulés et comment l'année 1939 était venue. La nouvelle année a apporté une nouvelle théorie. Meitner et Frisch ont été les premiers à donner une explication théorique des résultats obtenus par Hahn et Strassmann. Si leurs conclusions sont confirmées et que tout s'avère correct, l'humanité suivra une nouvelle voie, aura une nouvelle source d'énergie. Ils étaient pleinement conscients qu'ils avaient fait une découverte historique, alors ils se sont dépêchés de préparer des articles. L'article de Lise Meitner et Otto Frisch, intitulé « Fission de l'uranium par les neutrons : un nouveau type de réaction nucléaire », fut mis sous presse le 16 janvier 1939 et parut dans la revue Nature un mois plus tard. Ici, un autre de leurs articles fut bientôt publié - «Produits de fission du noyau d'uranium», puis les travaux de Frisch sur les résultats d'expériences menées au Danemark. En fait, ce phénomène a été expliqué presque simultanément fin 1938 - début 1939 par plusieurs physiciens. En moins d'un mois dans quatre laboratoires à travers le monde – à Copenhague, New York, Washington et Paris. Hahn et Strassmann, Meitner et Frisch ont déjà été mentionnés. Dans le donjon de l'université de Columbia, John Dunning et deux assistants réalisent également la fission du noyau d'uranium. A côté d'eux, dans le laboratoire du Collège de France à Paris, le couple Irène et Frédéric Joliot-Curie, ainsi que leurs collaborateurs Pavle Savich, Hans Halban et Lev Kovarsky, ont fait la même découverte. Selon cette explication, un atome d'uranium bombardé par des neutrons subit un nouveau type de fission, l'atome touché par le neutron se séparant en deux parties plus ou moins égales. Ce phénomène reçut bientôt le nom de fission. Joliot-Curie s'est immédiatement rendu compte de l'extrême importance de ce nouveau type de désintégration atomique. Dans les noyaux d'éléments légers, le nombre de protons et de neutrons est approximativement le même, et avec une augmentation du numéro atomique, le nombre relatif de neutrons augmente. Si dans le noyau de l'uranium le rapport du nombre de neutrons au nombre de protons est de 1,59, alors pour les éléments du milieu du système périodique il fluctue entre 1,2 et 1,4. Cela signifie que si un atome d'uranium se désintègre en deux parties, le nombre total de neutrons dans les fragments de fission doit, pour atteindre la stabilité des fragments de fission eux-mêmes, devenir inférieur au nombre de neutrons contenus dans le noyau d'origine. La fission d'un atome d'uranium libère des neutrons, qui peuvent à leur tour provoquer la fission d'autres atomes. Ainsi, il existe une possibilité de réaction en chaîne similaire aux réactions chimiques en chaîne lors d'une explosion. F. Perrin dans le même 1939 a fait et publié le premier calcul de la "masse critique" nécessaire pour démarrer une réaction en chaîne. Certes, ce n'était qu'une évaluation préliminaire. Aujourd'hui, on sait qu'aucune quantité d'uranium ordinaire ne peut déclencher une réaction en chaîne. Les neutrons produits par la fission des atomes d'uranium 235 sont absorbés par ce que l'on appelle la "capture par résonance" des atomes d'uranium 238 pour former l'uranium 239. Ce dernier, à la suite de deux désintégrations successives, passe en neptunium et en plutonium. Ce n'est que pour des substances fissiles telles que l'uranium 235 et le plutonium qu'il existe une masse critique. Le calcul de la perte de masse lors de la fission de l'atome d'uranium permettait en outre de prévoir que le processus de fission devait s'accompagner du dégagement d'une énorme énergie de 165 MeV. Les idées de Joliot-Curie furent bientôt confirmées expérimentalement. Il a été prouvé que le noyau d'uranium capte des neutrons lents puis des fissions. Niels Bohr après réflexion théorique, il arrive à la conclusion que ce n'est pas l'uranium ordinaire de masse 238 qui subit la fission, mais son isotope de masse 235. En 1940, A.O. Nier a confirmé expérimentalement la prédiction de Bohr, trouvant également qu'un autre atome facilement fissile était l'atome de plutonium. L'idée d'utiliser l'énergie atomique à des fins militaires a été avancée par un groupe de scientifiques étrangers qui ont fui le fascisme aux États-Unis, dont L. Szilard, E. Wigner, E. Teller, W. R. Weisskopf, E. Fermi sont nommés dans le rapport. Ce groupe a réussi à intéresser le président Roosevelt des États-Unis. Ces scientifiques ont utilisé Einsteinqui a écrit une lettre au président. En conséquence, Roosevelt a décidé de fournir un soutien de l'État à ces études, et elles ont été immédiatement classées. "Les efforts pour produire de l'énergie atomique en grande quantité avaient deux objectifs différents : la libération lente et contrôlée de l'énergie pour les besoins industriels et la création d'un super explosif", écrit Gliozzi. "Le deuxième objectif était tout à fait urgent dans cette période tragique de crise mondiale. Cependant, très vite, les scientifiques se sont rendu compte que le moyen le plus rapide d'atteindre le deuxième objectif était d'atteindre le premier. .La bombe atomique a nécessité d'énormes quantités d'uranium 235, qui est très difficile à séparer. La production d'énergie lente ne nécessite aucune séparation préalable, seules de grandes quantités d'uranium sont nécessaires et le plutonium est produit comme sous-produit. D'où l'idée de la « pile atomique », ainsi nommée, peut-être en raison de la simplicité de sa conception. Ce nom n'a plus qu'un intérêt historique, car il a été supplanté par le nom plus approprié de « nucléaire tor". Le but initial de la pile atomique n'était pas d'obtenir de l'énergie, mais de produire du plutonium dans les quantités nécessaires pour créer une bombe atomique. Un problème important était de réduire le nombre de neutrons capturés par l'uranium 238 en raison de la résonance ; ils sortent de la réaction en chaîne, bien qu'ils soient utiles comme agents d'enrichissement, c'est-à-dire dans la production d'uranium 239, qui se transforme ensuite en neptunium et en plutonium. Il était donc nécessaire d'éliminer au plus vite les neutrons rapides de la masse d'uranium, de leur enlever leur énergie cinétique et de les diriger à nouveau dans l'uranium sous forme de neutrons thermiques afin de provoquer la fission de l'uranium-235. Cette fonction de modérateurs pourrait être assurée par des atomes de ces éléments légers en collision avec lesquels les neutrons perdent une part importante de leur énergie, sans pour autant provoquer des modifications de ces atomes. Jusqu'à présent, seules deux substances adaptées à ces fins ont été trouvées : l'hydrogène lourd (sous forme d'eau lourde) et le carbone. L'eau lourde étant très chère, nous avons opté pour le carbone sous forme de graphite. La première chaudière atomique, ou réacteur nucléaire, à couches alternées d'uranium et de graphite, conçue et construite par Fermi en collaboration avec Anderson, Zinn, L. Woods et G. Weil, a été mise en service le 2 décembre 1942 sur le court de tennis de l'Université de Chicago. Sa puissance était de 0,5 watts. Dix jours plus tard, il a été porté à 200 watts. C'était la première installation de l'énergie nucléaire, qui est maintenant devenue l'une des branches les plus développées de l'industrie moderne." Il y a une plaque commémorative sur le mur extérieur du court de tennis de l'Université de Chicago. L'inscription sur le tableau indique : "Ici, le 2 décembre 1942, un homme réalisa pour la première fois une réaction en chaîne et cela marqua le début de la maîtrise de l'énergie nucléaire libérée." La première usine pilote a permis de mener une étude expérimentale précise du procédé de production du plutonium. Elle a conduit à la conclusion que cette méthode donne une possibilité réelle de fabriquer du plutonium en quantités suffisantes pour fabriquer une bombe atomique. À la fin de 1943, le projet de bombe atomique est entré dans la phase de mise en œuvre. La première explosion expérimentale a été réalisée avec succès à 17h30 le 16 juillet 1945, à la base aérienne d'Alamogordo, à environ 200 kilomètres d'Albuquerque, dans la nature sauvage du Nouveau-Mexique. Auteur : Samin D.K.
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