Demon core

Demon core(litt.« cœur de démon ») est lesurnomdonné à unemasse subcritiquedeplutoniumde 6,2kgmesurant 8,5cmde diamètre, qui fut source de deux brefs accidents de criticité auLaboratoire national de Los Alamos, en 1945 et en 1946. Son usage était prévu dans le cadre d'une troisièmebombe pendant la Seconde Guerre mondiale, mais à la suite de lacapitulation du Japon, elle fut utilisée pour des tests decriticité.
Bien que conçu pour avoir une petite marge de sécurité afin d'éviter son explosion, l'appareil devint brièvement supercritique lors de deux expériences différentes visant à s'assurer que le cœur était près du point critique. Chaque fois, il en résulta un gravesyndrome d'irradiation aiguëqui entraîna la mort des scientifiquesHarry DaghlianetLouis Slotin. Après ces accidents, on fit référence à cette sphère de plutonium en la surnommant«Demon core».
En 1941, desphysiciensaméricains parviennent à synthétiser duplutoniumà partir d'uranium. LesÉtats-Unisdécident de mettre en place leprojetManhattan, qui débouchera sur la conception de la bombe atomique. Le16 juillet 1945, explose ainsiGadgetàAlamogordoauNouveau-Mexique, la premièrebombe atomiquede l'histoire, d'une puissance de 21kt.
Les États-Unis décident alors delarguer deux bombes atomiques sur le Japon, le6 août 1945surHiroshimaet le9 aoûtsurNagasaki. Ces deux largages aboutissent à la capitulation du pays.
En sedésintégrant, leplutoniumémet desneutrons, qui s'échappent et se dispersent dans l'espace. Mais si suffisamment de plutonium est réuni au même endroit, les neutrons percutent d'autres atomes de plutonium, lesquels à leur tour libèrent des neutrons, et ainsi de suite. Ces réactions autoentretenues forment uneréaction en chaîne. Si la réaction en chaîne se déroule sur un temps très court, il se produit uneexplosion nucléaire.
Le plutonium est synthétisé à partir d'un mélange d'uranium 235et238. Il n'est pas présent dans la nature, mais permet d'obtenir des réactions en chaîne en regroupant de plus petites quantités de matériau qu'en recourant à l'uranium.
LeDemon core(comme le deuxième cœur utilisé dans le bombardement deNagasaki) était une sphère de 6,2kgmesurant 8,9cmde diamètre. Elle consistait en trois parties : deux hémisphères deplutonium-galliumet un anneau conçu pour éviter que le flux de neutron ne « gicle » hors de la jointure entre les deux hémisphères. Le cœur de l'appareil utilisé lors de l'essai nucléaireTrinityauchamp de tir d'Alamogordoenjuillet 1945n'avait pas d'anneau.
Le plutonium affiné était expédié ducomplexe nucléaire de Hanford, dans l'État de Washington, au laboratoire de Los Alamos ; un inventaire daté du30 août 1945montre que Los Alamos avait transféré « HS-1,2, 3, 4; R-1 » (les composants des bombes de Trinity etFat Man) et avait en sa possession « HS-5, 6; R-2 » achevées et dans les mains du contrôle qualité. Les matériaux pour « HS-7, R-3 » étaient dans la section métallurgique et seraient prêts le5 septembre. Les métallurgistes utilisèrent un alliage de plutonium et de gallium, ce qui stabilisa l'allotrope δ du plutonium pour qu'il puisse être pressé à chaud dans la forme désirée. Considérant que le plutonium s'oxyde rapidement, la sphère fut enrobée de nickel.
Le 10 août, le major général Leslie R. Groves écrivit au général de l'Armée, George C. Marshall, le Chef d'état-major, pour lui annoncer que :
Marshall ajouta en annotation« Elle ne doit pas être larguée sur le Japon sans l'autorisation expresse du président », car le président Harry S. Truman attendait de voir les effets des deux premières attaques. Le13 août, il fut prévu que la troisième bombe soit prête le16 aoûtpour être larguée le 19. Le plan fut annulé à la suite de la capitulation du Japon le15 août, alors que les préparatifs étaient en cours pour qu'elle soit transportée à Kirtland Field. Le troisième cœur demeura à Los Alamos.
Le cœur était conçu pour être à « -5 cents », autrement dit, 5 % en dessous de lamasse critique. Dans cet état, seule une petite marge de sécurité amortissait les effets de facteurs extérieurs pouvant augmenter la criticité. Celle-ci ne fut pas suffisante, et le cœur devint supercritique, puis«prompt critical», un bref état d'augmentation rapide d'énergie. Ces facteurs ne sont pas communs dans l'environnement, ce sont des circonstances, telles que la compression du cœur — ce qui sera plus tard utilisé comme méthode pour faire détoner la bombe —, l'ajout de matériau nucléaire, ou un réflecteur externe qui renverrait les neutrons émis au cœur. Les expériences menées à Los Alamos conduisant aux deux accidents fatals étaient conçues pour garantir que le cœur soit près du point critique, en disposant des réflecteurs et en enregistrant combien de neutrons réfléchis étaient nécessaires pour approcher de l'état supercritique.
Le21 août 1945, le cœur de plutonium produisit une salve de neutrons qui atteignit le physicienHarry Daghlian. Daghlian fit une erreur alors qu’il travaillait seul à réaliser des expériences avec desréflecteurs de neutronsautour du cœur de plutonium. Le cœur était placé à l’intérieur d’une pile de briques réflectrices de neutrons encarbure de tungstèneet chaque brique supplémentaire rapprochait l'assemblage du point critique. Alors qu’il essayait d’empiler une autre brique autour de l’assemblage, Daghlian la lâcha accidentellement sur le cœur et de ce fait mit celui-ci en état critique. Malgré le retrait rapide de cette brique de l’assemblage, Daghlian reçut une dose mortelle de radiations. Il mourut25 joursplus tard d’unsyndrome d'irradiation aiguë.
Robert Hemmerly, un garde qui était dans le laboratoire au moment de cet accident, à trois ou quatre mètres du cœur, fut exposé à environ 31röntgens(0,31Gy) de rayons X doux (équivalents à80 kV) et à moins de 1 röntgen (0,01Gy) de rayons gamma. Hemmerly mourut d’uneleucémie aigüe myéloïde33 ansaprès ces faits à l’âge de62 ans.
Le 21 mai 1946, dans un laboratoire de Los Alamos, le physicienLouis Slotinet sept autres scientifiques faisaient une expérience pour vérifier le point exact auquel une masse sous-critique de matières fissiles, ici le cœur de plutonium, pourrait devenir critique du fait de la position deréflecteurs de neutrons. Slotin devant quitter Los Alamos sous peu, il montrait la technique àAlvin C. Graves, qui l'utilisa dans un test final avant les tests de l'opération Crossroads prévus un mois plus tard.
L’expérimentateur devait placer deux hémisphères debéryllium(unréflecteur de neutrons) autour du cœur à tester, puis abaisser à la main le réflecteur supérieur en le tenant par un trou avec le pouce. Pendant qu’on éloignait ou rapprochait les réflecteurs à la main, desdétecteurs à scintillationmesuraient les variations d’activité du cœur. Laisser les deux hémisphères se refermer complètement aurait provoqué la formation instantanée d’unemasse critiqueet une situation potentiellement mortelle. Avec le protocole non approuvé de Slotin, la seule chose qui évitait cela était l’extrémité d’un tournevis plat que le scientifique tenait de l’autre main. Slotin, qui donnait dans la bravade, en devint l’expert, réalisant cette expérience en une douzaine d’occasions différentes, souvent en blue-jeans de marque avec des bottes de cowboy, devant une salle pleine d’observateurs.Enrico Fermiaurait dit à Slotin et aux autres qu’ils seraient« morts dans l’année »s’ils continuaient à faire cela. Les scientifiques se référèrent à cette méthode impliquant de jouer avec la possibilité d'une réaction nucléaire en chaîne par l'expression« titiller la queue du dragon », issue d'une remarque du physicienRichard Feynman, pour qui cette expérience équivalait à « titiller la queue d'un dragon endormi ».
Le jour de l'accident, pendant qu’il abaissait le réflecteur du dessus, le tournevis de Slotin glissa de quelques millimètres et le réflecteur entoura totalement le cœur. Instantanément, cela provoqua un flash de lumière bleue et une vague de chaleur qui traversèrent la peau de Slotin ; le cœur était devenusupercritiqueet avait provoqué une soudaine émission de neutrons. Il éloigna immédiatement les deux hémisphères, arrêtant ainsi la réaction en chaîne, ce qui sauva probablement la vie des autres hommes présents dans le laboratoire. Le corps de Slotin, par sa position au-dessus du dispositif, protégea aussi les autres personnes d’une bonne partie du flux de neutrons. Lui-même reçut une dose mortelle —1 000rad(10Gy) de neutrons et114rad(1,14Gy) de rayons gamma — en moins d’une seconde et mourut neuf jours plus tard d’unsyndrome d'irradiation aiguë. Le physicien le plus proche de Slotin, Alvin C. Graves, regardait par-dessus l’épaule de Slotin, ce qui le protégea partiellement. Atteint par une forte dose de radiations, Graves fut hospitalisé pendant plusieurs semaines pour cette irradiation sévère. Il développa des problèmes neurologiques et oculaires chroniques. Il mourut20 ansplus tard d’une crise cardiaque. Celle-ci fut peut-être la conséquence de complications cachées de son exposition aux radiations, mais pouvait aussi être de cause génétique, étant donné que son père était mort de la même manière.
Les six autres personnes présentes dans la pièce étaient assez éloignées du dispositif pour éviter des dommages mortels, mais elles souffrirent toutes d’autres complications à la suite de l’accident. Deux d'entre elles connurent une vie sérieusement abrégée et moururent plus tard de complications induites par les irradiations :leucémie(à l’âge de42 ans,18 ansaprès l’accident) etanémie aplasiqueclinique.
L'accident fut rapporté par l'Associated Pressle26 mai 1946: « Quatre hommes blessés par exposition accidentelle à des radiations ici [Los Alamos] dans un laboratoire atomique du gouvernement sont sortis de l'hôpital et la « condition immédiate » de quatre autres est satisfaisante, a rapporté aujourd'hui l'armée. LeDNorris E. Bradbury, directeur du projet, raconta que les hommes ont été blessés mardi dernier, lors de ce qu'il a décrit comme une expérience avec des matériaux fissiles ».
Après l’accident de Slotin, les expériences de criticité faites à la main furent arrêtées et on fabriqua des machines contrôlées à distance pour réaliser de telles manipulations, le personnel restant en sécurité.
Il était prévu que leDemon corefût utilisé pendant les tests nucléaires de l'opération Crossroads, mais après l'accident de criticité, il fallut allonger les délais pour que sa radioactivité diminue. Les deux cœurs suivants furent expédiés et utilisés lors des essaisAbleetBaker, et il fut programmé que leDemon corefût utilisé lors du troisième test de la série, nomméCharlie. Toutefois, le test fut annulé du fait de niveaux inattendus de radioactivité résultant du test sous-marinBakeret de l'incapacité à décontaminer les navires cibles. Le cœur fut plus tard fondu et le matériau recyclé pour d'autres cœurs.
Charles Strossfait référence à l’accident de Daghlian dans son recueilThe Atrocity Archives, particulièrement dans la nouvelle éponyme.
Le film de1989Les Maîtres de l'ombre(titre originalFat Man and Little Boy) évoque à travers le personnage nommé Michael Merriman (joué parJohn Cusack) un mélange de Harry Daghlian et de Louis Slotin. Ce personnage meurt d’un syndrome d'irradiation aiguë après que deux hémisphères réflecteurs de neutrons, séparés par un tournevis, se sont touchés accidentellement.
Joseph Kanon relate les évènements entourant le premier accident de criticité (« Chatouiller la queue du dragon endormi […] Tester jusqu’à quel point nous pouvons aller »), dans son roman de 1997Los Alamos.
L’histoire du second accident est l’objet d’un épisode deDark Matters: Twisted But Trueintitulé«Risky radiation», le premier accident n’y étant que mentionné.