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Pourquoi les nazis ont-ils utilisé de l'eau lourde (oxyde de deutérium) pour tenter d'inventer des armes atomiques ? Dans le processus , à quoi sert l' eau lourde ? Pourquoi est-ce nécessaire, et pourquoi s'y sont-ils autant intéressés ? S'il vous plaît, expliquez-moi comme si j'avais cinq ans.
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D'abord, ils essayaient de construire un réacteur nucléaire, pas une bombe nucléaire. Même ceux qui pensent qu'ils essayaient de construire une bombe le reconnaissent - c'est parce que la construction de grands réacteurs est l'une des voies pour créer le carburant d'une bombe. Dans un réacteur nucléaire , vous essayez de faire en sorte que les atomes d' uranium 235 absorbent les neutrons afin qu'ils se divisent , libérant plus de neutrons . Le combustible d'un réacteur, cependant, contient très peu d'U-235. Le carburant non enrichi, que tout le monde utilisait pendant la Seconde Guerre mondiale, contient moins de 1 % d'U-235. Le reste du combustible est de l'U-238, qui ne se fissera pas facilement. Ainsi, les chances qu'un neutron individuel frappe un atome d'U-235 sont faibles, et les chances que les neutrons produits par la réaction de fission ultérieure trouvent un autre atome d'U-235 sont également faibles. C'est pourquoi vous pouvez placer autant d'uranium non enrichi que vous le souhaitez et normalement rien ne se passera. Pour augmenter les chances, il y a deux choses que vous pouvez faire. L'une consiste à augmenter la quantité relative d'U-235 dans le combustible — enrichissement . C'est ainsi qu'une bombe fonctionne, et de nombreux réacteurs fonctionnent aujourd'hui également de cette façon (le combustible standard d'un réacteur de puissance civil est enrichi à 3-4% en 235U, une bombe nucléaire est à 80-90% en 235U). L'autre consiste à ajouter ce qu'on appelle un « modérateur ». Un modérateur est un élément léger sur lequel les neutrons créés par les réactions de fission peuvent rebondir. Ce rebond diminue leur énergie/vitesse/température (tout de même à cette échelle). Les neutrons de basse énergie ont une plus grande probabilité d'être absorbés par les atomes d'U-235 que les neutrons de haute énergie. La raison tient au fait qu'à ces tailles, la relation entre la vitesse d'une particule et la taille d'une particule est inverse ; du point de vue des neutrons, les atomes d'U-235 grossissent lorsqu'ils ralentissent. Plus ou moins . Donc si vous prenez de l'uranium non enrichi et que vous le mélangez avec un bon modérateur, les atomes de la fission seront ralentis, et cela augmente les chances qu'ils trouvent et frappent un autre atome U-235, et la réaction continuera. Les deux candidats pour les modérateurs qui ont été explorés pendant la Seconde Guerre mondiale étaient le graphite (essentiellement des atomes de carbone) et l'eau lourde. (L'eau ordinaire peut fonctionner avec de l'uranium légèrement enrichi, mais pas avec de l'uranium non enrichi ; il y a des raisons obscures de physique nucléaire à cela.) Aux États-Unis, ils ont utilisé du graphite. Au début, ils ont découvert que le graphite ne fonctionnait pas très bien. Ils ont découvert que ce n'était pas un problème avec le graphite en soi, mais parce que les méthodes de production du graphite introduisaient des impuretés comme le bore, qui est un absorbeur de neutrons. Ils ont donc travaillé avec les producteurs de graphite pour fabriquer du graphite extrêmement pur, qui fonctionnait très bien. Les États-Unis ont également construit plusieurs usines d'eau lourde, au cas où le graphite ne fonctionnerait pas. Ils ont produit un réacteur à eau lourde ( CP-3 ) qui a été mis en service en 1944 , mais leurs principaux réacteurs utilisaient du graphite . En Allemagne , ils ont exploré le graphite , mais ont également constaté qu'il ne fonctionnait pas bien . Ils n'ont pas réalisé que c'était à cause des impuretés. Ils n'ont donc poursuivi que la voie de l'eau lourde, car ils avaient sous leur contrôle des installations de production d'eau lourde. Cependant , ils n'ont jamais acquis assez d' eau lourde pour fabriquer un réacteur nucléaire ( et cela n'a rien à voir avec le sabotage de l' usine d' eau lourde par les Alliés , en passant ) , et même s'ils en avaient acquis assez , cela aurait , tout au plus , , leur a permis de fabriquer un petit réacteur nucléaire expérimental , sans générer suffisamment de plutonium pour fabriquer une bombe nucléaire . L'idée que les Allemands étaient sur le point d'obtenir une bombe est un mythe complet - ils en étaient très loin à la fin de la guerre. Donc , pour conclure : l' eau lourde a été choisie comme modérateur pour les expériences sur les réacteurs allemands . [ Voici un graphique ] ( URL_0 ) qui compare les stocks d' eau lourde américains et allemands , et même s'il est un peu trompeur car une grande partie de l' eau lourde allemande a été diluée . CP-3 est montré pour vous donner une idée de la quantité d'eau lourde dont vous avez besoin pour un petit réacteur nucléaire. Pour fabriquer une bombe, il faut des réacteurs bien plus gros que ça.