Avertissement préalable : la plupart des connaissances mobilisées dans ce chapitre proviennent de documents publics du site de l'Institut chinois de physique de l'ingénierie.
lut, son regard balayant les pages.
« La première méthode de purification de l'uranium 235 est la séparation électromagnétique, qui utilise le principe de la spectrométrie de masse pour la séparation isotopique.
Le spectromètre de masse est un instrument utilisé en laboratoire pour analyser la masse de particules chargées, permettant à des particules de masses différentes mais de charge identique d'être déviées selon des rayons distincts dans un champ magnétique, réalisant ainsi la séparation.
En détail, lorsque les particules pénètrent dans le champ magnétique à la vitesse v (en supposant la direction vers le haut), les lignes de champ magnétique créées par le mouvement des particules chargées positivement sont dirigées vers le haut à gauche et vers le bas à droite. Par conséquent, le champ magnétique du côté gauche de la particule chargée en mouvement se renforce, tandis que le côté droit s'affaiblit, formant un gradient de champ magnétique qui crée une pression magnétique poussant de gauche vers droite.
Cette force est perpendiculaire à la direction de la vitesse et, bien qu'elle ne puisse pas modifier la magnitude de la vitesse de la particule chargée en mouvement, elle peut en changer la direction, formant une force centripète.
De plus, comme le champ magnétique est uniforme, la pression magnétique exercée sur les particules chargées en mouvement est égale partout, ce qui fait que celles-ci se meuvent en un mouvement circulaire uniforme dans le champ magnétique.
Selon les formules de l'électromagnétisme, la force exercée par le champ magnétique est égale à qBv, et l'accélération centripète est égale à v2/R.
On peut donc déduire : qBv = Mv2/R → qBR = Mv.
Dans la formule, q est la charge de la particule, v sa vitesse, M sa masse, B l'induction magnétique, et R le rayon de déviation du mouvement circulaire de la particule.
Également, puisque la charge q de la particule et l'induction magnétique B sont déterminées, l'impulsion des particules en mouvement est proportionnelle au rayon de déviation.
Des ions de même charge q mais de masses différentes, accélérés sous la même tension U, acquièrent une énergie potentielle égale à l'énergie cinétique en entrant dans le champ magnétique : qU = (1/2)Mv2.
L'impulsion des particules Mv = qBR, connue précédemment, permet d'éliminer v des équations, ce qui donne M = qB2R2/2U.
Pour des particules de masse (M+ΔM), (M+ΔM) = qB2(R+ΔR)2/2U.
On obtient ΔM/M = 2ΔR/R, ce qui signifie que l'écart de masse relatif est le double de l'écart de rayon relatif.
En raison de masses différentes, elles gagnent une énergie égale après accélération sous la même tension, mais leurs impulsions diffèrent. En entrant dans le champ magnétique, les particules d'impulsion plus grande ont un rayon de courbure plus grand ; celles d'impulsion plus petite, un rayon plus petit.
Si des ions de même impulsion entrent dans le champ magnétique sous un angle incliné, les faisant se focaliser dans une plage D, la relation de la plage D avec l'angle d'incidence peut être calculée par la formule : ΔR/R ≈ 0,5q2.
Lorsque q est inférieur à 50, l'erreur relative de R est de 4/1000, ce qui peut causer un écart de masse de 8/1000. Or, la différence de masse relative entre l'uranium 235 et l'uranium 238 est de 13/1000, ce qui rend l'usage de la spectrométrie de masse dans les applications pratiques... »
acheva sa lecture et haussa un sourcil.
C'est manifestement une méthode très directe et compréhensible. Le principe est le suivant : des particules de masses différentes mais de même charge ont des impulsions différentes après avoir été accélérées par la même tension, ce qui entraîne des rayons de déviation différents à l'entrée dans un champ magnétique.
Un exemple simple est un train circulant sur des rails. Dans un virage, un train à vitesse adaptée passe normalement. Un train trop rapide serait déséquilibré par les forces en jeu, ce qui le ferait dérailler.
Avec cette méthode, l'uranium 235 est comme le train à vitesse adaptée, l'uranium 238 comme le train trop rapide, ce qui permet de séparer les deux et d'obtenir de l'uranium 235 hautement purifié.
Cette méthode a une teneur technique relativement faible, c'est pourquoi sur Terre, en 1938, les chimistes allemands Hahn et Strassmann découvrirent la fission nucléaire, et Meitner et Frisch proposèrent une explication théorique. À peine deux ans plus tard, en avril 1940, Neil de l'université du Minnesota produisit des quantités infimes d'uranium 235 enrichi à l'aide d'un spectromètre de masse.
Par la suite, en 1942, le projet Manhattan sur Terre débuta, visant à fabriquer des armes nucléaires pour la première fois. Lawrence et d'autres commencèrent à utiliser des séparateurs isotopiques électromagnétiques pour purifier l'uranium 235.
C'est une méthode prouvée et parfaitement réalisable.
Cependant, elle a un petit problème.
L'investissement est trop massif.
Dans le projet Manhattan sur Terre, pour purifier l'uranium 235 par cette méthode, une installation électromagnétique massive fut spécialement construite à Oak Ridge. Près de 25 000 personnes y participèrent, avec plus de 1 100 séparateurs, et 15 000 tonnes d'argent furent utilisées rien que pour bobiner les coils.
Et le résultat fut que seuls quelques grammes d'uranium 235 étaient produits chaque jour. Il fallut plusieurs années pour obtenir juste assez d'uranium 235 pour fabriquer à peine une bombe atomique.
pinça les lèvres.
Il n'a pas des dizaines de milliers de subordonnés, ni 15 000 tonnes d'argent. S'il veut vraiment produire par cette méthode, il doit d'abord résoudre les prérequis.
Si c'était la seule méthode, il devrait sérieusement envisager de créer une force privée à l'avance, mais heureusement, ce n'est pas la seule, il a d'autres options.
Il continua sa lecture.
« La deuxième méthode de purification de l'uranium 235 est la méthode de diffusion gazeuse.
Comme son nom l'indique, le principe appliqué est la diffusion gazeuse commune.
Par exemple, une goutte de parfum renversée dans un coin de chambre se diffusera rapidement, et bientôt toute la pièce sentira le parfum.
Si l'on remplace la goutte de parfum par une goutte de vinaigre, dans les mêmes conditions, renversée dans le même coin, il faudra plus de temps pour que l'odeur de vinaigre se répande dans toute la pièce.
C'est parce que les molécules de vinaigre sont plus lourdes que celles de parfum, donc leur vitesse de diffusion est plus lente.
De même, en remplissant un ballon d'hydrogène (masse moléculaire relative 2) et d'azote (masse moléculaire relative 28, 14 fois celle de l'hydrogène), quand le ballon fuit, l'hydrogène s'échappera bien plus vite que l'azote car ses molécules sont plus petites et plus légères.
Appliquant la méthode de diffusion gazeuse aux éléments d'uranium, on peut séparer l'uranium 235 de l'uranium 238 selon le même principe.
L'opération spécifique peut se faire ainsi : placer de l'hexafluorure d'uranium dans un environnement au-dessus de 64,8 °C (338,0 K), où il sublimera en gaz. Puis, presser l'hexafluorure d'uranium gazeux contre une membrane poreuse. Selon le principe de diffusion gazeuse, les molécules de gaz d'hexafluorure d'uranium contenant de l'uranium 235 traverseront la membrane plus vite que celles contenant de l'uranium 238. Leur taux de diffusion sera inversement proportionnel à la racine carrée de leur masse moléculaire gazeuse.
En réglant la taille des pores de la membrane poreuse pour qu'elle soit inférieure à la distance moyenne parcourue entre deux collisions d'une molécule de gaz avec d'autres molécules, on obtient la condition optimale pour la diffusion gazeuse. Les molécules plus légères se déplacent plus vite que les plus lourdes, traversant plus facilement les pores de la membrane.
La collecte de données permet de déterminer qu'avec une alimentation continue en gaz, en contrôlant la taille des pores de la membrane poreuse en dessous de 0,02 micron et en maintenant l'hexafluorure d'uranium à 85 °C, le gaz diffusé (flux enrichi) a une concentration en uranium 235 environ 0,2 % plus élevée que le gaz d'alimentation (flux entrant)... »
Après avoir lu la deuxième méthode, réfléchit.
Le principe de cette deuxième méthode est lui aussi simple et facile à comprendre ; il ne fait qu'exploiter les différences de vitesse de mouvement moléculaire dans la diffusion gazeuse. En saisissant ce point, la teneur en uranium 235 peut être augmentée continuellement.
Le seul problème est que les données montrent qu'à chaque passage à travers une membrane poreuse, l'augmentation de la concentration en uranium 235 n'est que d'environ 0,2 %.
Pour porter la teneur en uranium 235 à une hauteur significative et atteindre des niveaux suffisants pour fabriquer réellement des armes nucléaires, il faut chaîner en série de multiples étages de séparation.
De plus, chaîner un ou deux étages seulement a peu d'effet ; des milliers d'étages sont nécessaires.
En fait, sur Terre, le projet Manhattan adopta aussi cette méthode. Pour cela, une usine colossale fut construite à Oak Ridge, assemblant des milliers de dispositifs de séparation en série.
Cela donna une échelle énorme, comparable à la première méthode, et une puissance énorme fut nécessaire pour assurer la diffusion continue du gaz dans la même direction.
Pour cela, l'électricité de tout le pays aurait dû être orientée vers l'usine de diffusion gazeuse.
On peut dire que, qu'il s'agisse de la première ou de la deuxième méthode, les mettre réellement en œuvre exige le soutien de la majeure partie de la puissance nationale d'un État moderne extraordinaire.
C'est pourquoi les pays capables de développer et produire indépendamment des armes nucléaires sont considérés comme les forces représentatives les plus fortes sur Terre, un symbole de puissance absolue. Par conséquent, de tels pays sont respectés et ne peuvent être ignorés.
Et pour maintenant, c'est un peu difficile à réaliser.
Il pinça les lèvres et continua de lire.
« La troisième méthode de purification de l'uranium 235 est la méthode de séparation par centrifugation... »
« La quatrième méthode de purification de l'uranium 235 est la méthode de séparation par tuyère... »
« La cinquième méthode de purification de l'uranium 235 est... »
Après avoir parcouru rapidement la majeure partie du contenu, secoua la tête.
Il existe en effet pas mal de méthodes pour purifier l'uranium 235, presque toutes basées sur la légère différence de masse entre l'uranium 235 et l'uranium 238. Comparées aux première et deuxième méthodes, ces méthodes se ressemblent, exigeant toutes de forts investissements en main-d'œuvre et en ressources.
S'il veut utiliser cette méthode, il doit d'abord créer une grande force privée.
Mais au fond de lui, ce n'est pas encore le moment d'établir une force privée.
Avec un léger froncement de sourcil, continua de lire patiemment et s'arrêta enfin sur une page du livre.
« La neuvième méthode de purification de l'uranium 235 est la méthode de séparation par laser.
C'est une méthode relativement avancée. Le principe part du fait que les isotopes ont des niveaux d'énergie différents du fait de leurs masses différentes, ce qui cause certaines différences dans le spectre d'absorption quand ils sont excités d'un niveau d'énergie bas vers un niveau haut.
Ainsi, en choisissant des lasers de longueurs d'onde différentes, en excitant un seul isotope, et en utilisant les différences de propriétés physiques et chimiques entre les isotopes excités et non excités, on peut les séparer par des méthodes appropriées.
Les atomes d'uranium 235 et d'uranium 238 et leurs molécules composées ont été confirmés par expériences comme compatibles avec cette méthode. Dans l'expérience, l'utilisation d'un laser pour exciter des molécules gazeuses d'hexafluorure d'uranium contenant de l'uranium 235 peut altérer les molécules contenant de l'uranium 235 sans affecter celles contenant de l'uranium 238. Ensuite, un second laser décompose les molécules excitées en pentafluorure d'uranium, qu'on récupère sous forme de poudre blanche...
En fait, en utilisant les techniques de séparation isotopique par laser de vapeur atomique, on peut aussi opérer directement sur le métal d'uranium. La situation spécifique implique l'utilisation d'un faisceau d'électrons focalisé dans un environnement sous vide pour chauffer localement un lingot de métal d'uranium à 3000 °C, vaporisant le métal d'uranium en états atomiques d'uranium 238 et d'uranium 235.
Puis, utilisant un laser, les atomes d'uranium 235 dans la vapeur d'uranium sont ionisés par le laser, tandis que les atomes d'uranium 238 restent inchangés. Par des méthodes électromagnétiques, l'uranium 235 est collecté, augmentant considérablement la pureté... »
Après avoir lu cette méthode, les yeux de s'illuminèrent légèrement.
Il voyait que la méthode de séparation par laser avait des avantages marquants par rapport aux précédentes.
Le premier point est que le coefficient de séparation est grand et la méthode simple.
Le second point est qu'elle consomme moins d'électricité. Selon certaines estimations de données dans la méthode, l'électricité requise pour la séparation par laser pourrait être inférieure à un dixième de la méthode de diffusion.
Sachant que sur Terre, le projet Manhattan consommait environ 1700 mégawatts d'électricité pour utiliser la méthode de diffusion gazeuse, ce qui était extrêmement difficile. La réduire à un dixième resterait à peine envisageable.
Le troisième point est que la taille de l'appareil est relativement petite, et les investissements en main-d'œuvre et en ressources n'ont pas besoin d'être trop importants. À l'époque, le projet Manhattan utilisait la méthode de diffusion gazeuse avec des étages de séparation par milliers, et l'usine occupait 240 000 mètres carrés. Alors que pour la méthode de séparation par laser, un simple Niveau Un suffit, réduisant considérablement la surface nécessaire pour l'équipement.
Dans l'ensemble, la méthode de séparation par laser est actuellement la meilleure option.
Cependant, ne tira pas de conclusion prématurée. Il continua de lire jusqu'à finir le livre entier. Puis il hocha la tête et marmonna : « La méthode de séparation par laser est indeed plus facile à mettre en œuvre, dans ce cas... essayons. »
Ayant dit cela, se leva avec le livre et quitta la pièce.
La sculpture de tortue en pierre sur laquelle était assis reprit vie à cet instant. Rampant, elle suivit , traversa plusieurs portes en chêne et revint à sa place d'origine, se tenant immobile.
allait sortir de la bibliothèque avec le livre quand il jeta un coup d'œil vers la sculpture de tortue en pierre, la voyant juste à temps lui rendre son regard.
cligna des yeux et dit : « Soma, le problème que j'ai rencontré est résolu, maintenant je pars. »
« Je suis ravi de l'entendre, mon Créateur », dit la sculpture de tortue en pierre, sa tête bougeant légèrement, « En même temps, j'ai hâte de te revoir la prochaine fois. »
« Ce sera fait », sourit , et quitta la bibliothèque avec le livre.
À l'intérieur de la bibliothèque, la tête légèrement mobile de la sculpture de tortue en pierre s'immobilisa, tout son corps gela, retrouvant son état d'origine, redevenant une véritable sculpture de pierre.
Dehors, marcha sur le chemin de pierres bleues, appréciant le paysage. Au bout d'un moment, il effleura doucement le sol et tout son corps s'envola à grande vitesse, s'élançant vers le ciel.
Bientôt, traversa l'atmosphère, quitta la planète et arriva dans l'espace vide.
Surveillant les environs, eut l'impression de passer des troupes en revue, examinant des amas d'étoiles, effectuant quelques ajustements.
Voyant qu'en certains endroits les étoiles étaient trop denses, il agita la main pour les disperser, et là où elles étaient trop clairsemées, il agita la main pour y déplacer des étoiles d'autres zones.
Puis remarqua une étoile proche s'assombrir et luire en rouge dans son ensemble, sa taille s'agrandissant continuellement, se préparant à dévorer plusieurs planètes en orbite autour d'elle. Cela signifie que la durée de vie de l'étoile touche à sa fin, qu'elle a quitté la catégorie des étoiles de la séquence principale pour passer au stade de géante rouge.
Portant son regard dessus, comprit rapidement le système de l'étoile, notant toutes les informations sensibles au temps. Pour lui, c'est complètement dépourvu de sens, quelque chose à éliminer pour faire de la place à d'autres connaissances.
Sans hésiter, agita la main et comprima tout le système stellaire en une boule, puis la lança vers un trou noir lointain — qui sert de corbeille dans le palais de la mémoire.
Regardant le système stellaire dévoré par le trou noir, émettant un rayonnement intense, se tourna et recommença à ajuster d'autres zones.
Après s'être enfin assuré que tout l'univers de la mémoire n'avait pas de problèmes significatifs, capable de maintenir une mobilité à long terme, hocha la tête avec satisfaction et partit, le livre en main.
prononça des mots, faisant s'effondrer tout l'univers vers lui, se compressant en une singularité, puis libérant explosivement une lumière incomparablement brillante.
Cette lumière est l'illumination dans la réalité.
Dans le monde réel, sur le petit lit du laboratoire principal d'Eden, ouvrit lentement les yeux.
À cet instant, ses mains étaient vides, il n'avait rapporté aucun livre, mais les connaissances pertinentes avaient déjà migré vers les souvenirs superficiels de son cerveau.
« Méthode de séparation par laser, alors, commençons. »
dit cela, cligna des yeux, se leva et sortit.