Qu'est-ce que la masse critique?
La masse critique est un concept que l’on rencontre lorsque l’on discute de matières nucléaires. En bref, la masse critique d'un matériau est la quantité nécessaire pour qu'il puisse poursuivre une réaction nucléaire une fois qu'elle a commencé.
Il existe différents types de matières nucléaires, dont l'une est connue sous le nom de matière fissile. Les matières fissiles peuvent entretenir une réaction une fois qu'elle a commencé. Étant donné que la réaction peut être maintenue, le matériau peut être utilisé à certaines fins. Ces objectifs incluent la fabrication d’armes nucléaires et la création de réacteurs pour générer de l’énergie. Les matières fissiles les plus utilisées sont l'uranium 233, l'uranium 235 et le plutonium 239. Ces trois matériaux répondent aux critères d'un matériau fissile, restent assez longtemps et peuvent être trouvés en quantités suffisantes pour permettre de les utiliser comme combustible.
Le processus de réaction nucléaire est assez complexe, mais on peut le considérer simplement comme une réaction qui croît de manière exponentielle. Dans une réaction, un atome de matière fissile - disons de l'uranium 235 - capture un neutron au passage. Cela provoque la scission de l'atome en deux atomes plus petits, ce qui provoque le lancement de deux ou trois neutrons supplémentaires. Ces neutrons s'envolent et sont capturés par d'autres atomes d'uranium 235, qui se séparent à leur tour et émettent deux ou trois neutrons supplémentaires. Tout cela se produit en très très peu de temps et libère d'énormes quantités d'énergie.
Le concept de masse critique est important car, pour que cette réaction se poursuive et libère d’énormes quantités d’énergie, elle doit contenir suffisamment de matière fissile pour pouvoir continuer. Si la masse critique n’est pas atteinte, les neutrons présents diminueront en heures supplémentaires, rendant la réaction nucléaire de moins en moins probable. Strictement parlant, le terme masse critique est utilisé pour décrire l'état d'équilibre dans lequel il y a suffisamment de matière fissile présente pour maintenir à peu près la même quantité de neutrons, mais la réaction n'en génère pas davantage. Cependant, souvent, la masse critique est utilisée pour décrire ce que l'on appelle plus précisément la masse supercritique, lorsque suffisamment de matériau est présent pour que les neutrons continuent à entrer en collision avec des atomes fissiles et libèrent plus de neutrons, générant de l'énergie et de la chaleur.
Pour utiliser des matières fissiles dans une arme nucléaire, il est évidemment important que ces matières restent en dessous de la masse critique, faute de quoi la bombe exploserait immédiatement. Habituellement, deux pièces de matériel sont séparées l'une de l'autre par une masse sous-critique et, lorsqu'il est temps de faire exploser la bombe, elles sont jetées ensemble très fort et très rapidement. Ils créent alors une masse supercritique et la bombe explose. S'ils ne sont pas assemblés assez rapidement, une explosion plus petite se produit en premier lieu et sépare les deux pièces plus loin l'une de l'autre, de sorte que la grande explosion ne se produise jamais - on parle souvent de pétillement.
La masse critique est différente selon le matériau utilisé. Dans le cas de l'uranium 233, la masse critique est d'environ 15 kg. Dans le cas de l'uranium 235, la masse critique est d'environ 52 kg. Et dans le cas du plutonium 239, la masse critique est d'environ 10 kg. Cela peut sembler assez long, mais gardez à l'esprit que ces matériaux sont extrêmement denses. Avec la plupart des matières nucléaires, une sphère pas plus grosse qu'une balle de baseball atteindra une masse critique et provoquera une énorme explosion.