Le début de la recherche nucléaire au Canada

par George C. Laurence

Publié par EACL Recherche, 1991
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George C. Laurence Portrait de l'auteur

La première réaction nucléaire en chaîne du monde aurait pu être réalisée au Canada avec plus de temps, d'aide, et de fonds, et avec des matières plus pures.   En effet, c'est entre 1940 et 1942 que George C. Laurence a fait la première tentative expérimentale canadienne.

Né en 1905 à Charlottetown, M. Laurence fait ses études supérieures jusqu'au doctorat à l'Université Dalhousie (Halifax) et a l'Université de Cambridge (Angleterre).   En 1930, il entre au Conseil national de recherches où il va améliorer la mesure des doses de rayonnement destinées au traitement du cancer et promouvoir des mesures de protection à prendre en cas d'exposition aux rayonnements ionisants.

Il participe aux premières étapes du développement de l'énergie nucléaire au Canada.   Cette participation se poursuit au laboratoire d'énergie nucléaire de Montréal en 1943-1944 puis aux Laboratoires de Chalk River, où il va diriger l'équipe chargée des recherches et développements préparatoires et de l'étude conceptuelle du réacteur NRU.

En 1946-47, M. Laurence occupe le poste de conseiller scientifique de la délégation canadienne auprès de la Commission de l'énergie atomique des Nations Unies à New York.   En 1956, il est nommé président du Comité consultatif sur la sûreté des réacteurs établi par la Commission de contrôle de l'énergie atomique pour faire des recommandations touchant la santé du personnel et la sécurité des systèmes dans les réacteurs et les centrales nucléaires.   En 1961, M. Laurence quitte l'EACL pour devenir président de la Commission de contrôle de l'énergie atomique.   En 1970 il prend sa retrait.

M. Laurence détient: un MBS (Membre de l'Ordre de l'Empire britannique) obtenu pour ses travaux scientifiques durant la deuxième guerre mondiale; une médaille de l'Association canadienne des physiciens décernée en 1966 pour ses réalisations en physique; la médaille W.B. Lewis, accordée par l'Association nucléaire canadienne en 1975; et plusieurs diplômes honoris causa.


Introduction

Il y a quarante ans, on n'aurait pas pu imaginer le rôle que le Canada devait être appelé a jouer dans le domaine des recherches et développements nucléaires.   Le public n'avait alors guère confiance en nos scientifiques ni en nos ingénieurs de développement.   La technologie devait être importée.

Les recherches effectuées dans les laboratoires nationaux ont toujours été orientées vers un but précis afin d'aider l'industrie ainsi que les ministères et autres organismes gouvemementaux.   Les études visant à des applications claires et immediates n'ont guere laisse de temps pour faire de la recherche purement inspirée par la curiosité.   En 1940, l'attention des laboratoires s'est portée presque entièrement sur des problèmes de guerre.

Ne faisant pas de recherche fondamentale, nous avons eu de la difficulté à nous tenir au courant des progrès touchant nos travaux.   Pourtant, les revues spécialisées nous ont appris qu'on avait découvert la fission nucléaire, qui se produit parfois lorsque des atomes d'uranium sont frappés par des neutrons et qui libère plus de neutrons que ceux capturés pour la produire.   On pourrait donc obtenir une réaction dans laquelle la réserve de neutrons libres serait constamment réapprovisionnée ou même fortement accrue.   Si de très nombreuses fissions étaient produites dans une telle réaction on pourrait engendrer de grandes quantités d'énergie.   On avait la preuve qu'il serait plus facile de multiplier les fissions si les neutrons se déplaçaient lentement.   On savait que les neutrons se déplaceraient plus lentement en rencontrant de nombreux atomes très légers comme les atomes d'hydrogène.   Il serait, par conséquent, avantageux, d'associer à l'uranium une quantité appropriée de substance contenant de l'hydrogène comme l'eau ordinaire.

Un rapport nous apprit que Joliot, Halban et Kowarski avaient essayé à Paris de prouver qu'il serait possible d'engendrer beaucoup d'énergie grace à la fission en employant une solution de composé d'uranium (comme le nitrate d'uranyle) dans l'eau.   Leur tentative échoua parce que les atomes d'hydrogène ordinaire, tout en ralentissant les neutrons, en capturaient tant qu'il n'en restait pas assez pour produire davantage de fissions.

C'est alors qu'ils décidèrent d'essayer l'eau lourde comme "modérateur" au lieu de l'eau ordinaire, car l'hydrogène lourd (deutérium) capturerait moins de neutrons que l'hydrogène ordinaire.   Cependant, leur projet fut contrarié par l'arrivée des divisions blindées allemandes qui eurent tôt fait de franchir la ligne Maginot et de pénétrer en France.   Halban et Kowarski gagnèrent l'Angleterre avec leur eau lourde et réalisèrent leur experience a Cambridge.

Les atomistes oeuvrant en Angleterre et aux Etats-Unis avaient alors cessé de publier les résultats de leurs recherches et poursuivaient leurs travaux secrètement.   Nous pensions que les atomistes allemands travaillaient également très forts et nous étions convaincus que si l'Allemagne produisait avant nous une arme atomique, elle gagnerait la guerre.


Expériences à Ottawa de 1940 à 1942

L'eau lourde était rare et sa fabrication très coûteuse.   Les 185 kilogrammes de D2O, que des scientifiques français avaient obtenus en Norvège dans une centrale hydroélectrique et emmenés en Angleterre, constituaient l'essentiel des approvisionnements en eau lourde du monde à cette époque.   De grossiers calculs, effectués avec les données imprécises dont on disposait alors, nous incitèrent à penser que l'on pourrait obtenir beaucoup d'énergie en employant du carbone au lieu de l'eau lourde comme modérateur.   Le carbone serait moins efficace que l'eau lourde mais il coûterait moins cher et il serait plus facile à obtenir.   J'ai décidé d'expérimenter avec du carbone et de l'oxyde d'uranium.   Mon étude devait se faire en heures supplémentaires car ma petite section travaillait fort pour aider l'industrie canadienne à se familiariser avec l'art d'inspecter radiographiquement les pièces destinées aux avions militaires et autres équipements.   Quelques mois plus tard j'appris sans surprise que des expériences faites avec du carbone et de l'uranium avaient également été entreprises en Angleterre et aux Etats-Unis.

Le but de mon étude était de déterminer si l'on pouvait obtenir beaucoup d'énergie nucléaire avec la grande quantité d'uranium et de carbone que j'avais.   Cela serait possible même si le nombre des neutrons libérés par la fission était égal au nombre des neutrons capturés.   Cela laissait supposer que si une source indépendante de neutrons était entourée d'une bonne quantité (c'est-à-dire quelques tonnes) d'uranium et de carbone, davantage de neutrons atteindraient les parois de l'enceinte que dans le cas où ces éléments ne seraient pas présents.

L'assemblage sous-critique d'Ottawa 1941-42
Vue écorchée de l'assemblage sous-critique d'Ottawa 1941-42


Lors des expériences que nous avons effectuées à Ottawa pour mettre cette théorie à l'épreuve, nous avons employé comme source de neutrons du béryllium mélangé à un composé de radium, le tout étant placé dans un tube métallique mesurant environ 2,5 cm de long.   Des particules alpha engendrées spontanément par le radium, bombardaient les atomes de béryllium ce qui libérait des neutrons.   Le carbone se présentait sous la forme de coke de pétrole calciné.   C'était une poudre noire très fine qui se répandait facilement sur le sol, sur les meubles et sur nous-mêmes.   L'enceinte comprenait 10 tonnes de cette poudre.   Il y avait 450 kg d'uranium sous forme d'oxyde noir emprunté à Eldorado Gold mines limited.   Cet oxyde était placé dans de petits sacs en papier répartis dans l'enceinte entre de gros sacs en papier contenant la poudre de coke de pétrole.

L'enceinte contenant les sacs d'uranium et de coke était une sorte de cuve en bois ayant 2,7 m de diamètre.   Cette cuve était gamie à l'intérieur de blocs de paraffine ayant environ 5 cm d'épaisseur dont le but était d'empêcher les neutrons de s'échapper.   On peut voir sur cette page une vue écorchée de la cuve et de son contenu.

Un tube métallique à paroi peu épaisse traversait la cuve et servait de support à la source de neutrons qui pouvait ainsi se trouver au centre de l'enceinte.   Le tube transversal permettait également d'insérer un détecteur de neutrons en le rapprochant plus ou moins de la source.   Au cours des premiers essais, le détecteur de neutrons était une pièce de monnaie en argent, mais par la suite on s'est surtout servi d'un disque en aluminium sur lequel était placée une couche d'oxyde de dysprosium.

Notre routine expérimentale consistait à exposer le détecteur aux neutrons durant une période appropriée, puis à le retirer rapidement de l'assemblage pour le placer devant un compteur Geiger afin de mesurer la radioactivité lui ayant été transmise par les neutrons.   Les tubes-compteurs Geiger et les accessoires électriques étaient des instruments conçus et réalisés par nous car nous avions très peu d'argent pour nous procurer de l'équipement.

Les taux relatifs de capture des neutrons et de libération des neutrons par la fission étaient calculés à partir des données recueillies.   Lorsque la libération des neutrons était plus importante que leur capture, on pouvait estimer la "quantité critique" d'uranium et de carbone, c'est-à- dire la quantité minimale nécessaire pour avoir une réaction auto-entretenue susceptible d'engendrer de grandes quantités d'énergie nucléaire.

Le professeur B.W. Sargent de l'Université Queen m'aida à faire ces expériences au cours de ses vacances d'été en 1941 et 1942.   Les progrès étaient lents car le travail était souvent interrompu à cause d'autres tâches et nous n'avions pas les instruments perfectionnés disponibles aujourd'hui.

A la fin de l'été 1942, nos mesures avaient montré qu'avec notre combinaison de matériaux la libération des neutrons par la fission était légèrement inférieure à la capture.   Il ne serait done pas possible d'obtenir de grandes quantites d'énergie nucléaire avec cette combinaison, meme à plus grande eéchelle.   Il y avait trop de neutrons capturés dans les impuretés du coke et de l'oxyde d'uranium ainsi que dans les petites quantités de papier et de laiton présentes dans l'enceinte.   Nous ne savions pas alors qu'une petite impureté pouvait être un facteur d'échec.

Aux Etats-Unis, cependant, E. Fermi, H.L. Anderson, B. Field, G. Weil et W. Zinn, après une première tentative également infructueuse, réussirent à montrer que de grandes quantités d'énergie pourraient être obtenues en employant de l'uranium plus pur et du carbone extrêmement pur sous forme de graphite.   Les Américains construisirent alors le premier réacteur nucléaire qu'ils appèlerent "pile atomique".   Ce réacteur fut mis en marche le 2 décembre 1942.

Au cours de l'été 1940, R.H. Fowler et J.D. Cockroft passèrent à Ottawa.   Ils revenaient des Etats-Unis où ils avaient incité nos voisins du sud a porter plus d'attention aux recherches d'importance militaire.   Ils me parlèrent des recherches nucléaires faites en Angleterre et aux Etats-Unis d'où ils arrivaient.

Grâce au professeur Fowler, je pus rendre visite à L.J. Briggs, président du comité chargé à l'époque de coordonner la recherche nucléaire américaine.   J'ai pu contacter également J.B. Conant, E. Fermi, H.C. Urey et P.H. Abelson qui me parlèrent de leurs travaux.   Après cette visite, nous reçumes pendant deux ans, à Ottawa, des copies de rapports touchant la recherche nucléaire américaine. L'un de ces rapports nous fut particulièrement utile.   Daté du 17 septembre 1940 et rédigé par J.B. Fisk et W. Schockly il s'intitulait "Etude concemant l'uranium comme source d'énergie".   Ce rapport remarquable était l'un des premiers documents théoriques concernant la faisabilité des réacteurs nucléaires.

Suite à la recommandation faite par Cockcroft, une fois rentré en Angleterre, nous reçumes pour nos expériences un don de 5 000 $ de Imperial Chemical Industries, organisme engagé dans la recherche nucléaire en Angleterre.   Ce don renfloua notre maigre budget mais je le considérais surtout comme une marque de confiance des Britanniques à l'endroit du Dr Mackenzie et de nos travaux.


Etablissement à Montréal d'un laboratoire mixte britanno-canadien

Au début, on progressait davantage en Grande-Bretagne qu'en Amérique.   On prédisait que si l'uranium-235 pouvait être séparé de l'uranium naturel où il se trouve, il pourrait être employé comme explosif très puissant à des fins militaires.   Les Britanniques estimèrentia quantité requise pour faire une bombe et ils proposèrent des méthodes pour séparer l'uranium-235.   On demontra théoriquement et expérimentalement que la production d'énergie à partir de l'uranium naturel engendrerait du plutonium, comme l'uranium-235 était fissile.   Les Britanniques estimèrent également la quantité de plutonium requise pour une bombe atomique.

Halban et Kowarski, alors en Angleterre, effectuèrent les expériences qu'ils avaient été empêchés de faire en France en se servant d'un composé d'uranium dissous dans de l'eau lourde et ils en vinrent à la conclusion qu'une importante production d'énergie nucléaire serait possible avec de grandes quantités de cette dissolution.   Pour commencer, on avait songé a une "chaudière nucléaire" employant de l'uranium et de l'eau lourde ou du carbone comme source d'énergie pour des fins industrielles.   En découvrant que le plutonium était fissile on avait donné à cette chaudière une importance nouvelle: on pourrait l'employer afin de produire le plutonium nécessaire pour la fabrication d'une bombe atomique.

On suggéra d'installer aux Etats-Unis les equipes de recherche nucléaire oeuvrant en Grande-Bretagne.   Pour commencer l'idée était plus acceptable pour les scientifiques américains que pour certains chercheurs britanniques.   Au cours du printemps de 1942 les avantages du transfert en Amérique se précisèrent pour la Grande-Bretagne qui se voyait obligée de consacrer la plupart de ses ressources industrielles et de ses efforts à d'autres fins militaires que la recherche nucléaire.   Aux Etats-Unis, cependant, les travaux avaient fait de grands progreès et l'aide de l'Angleterre ne semblait pas aussi nécessaire.   De fait, les Américains estimaient que le transfert constituerait un risque en matière de securité du fait que parmi le groupe de chercheurs qualifiés oeuvrant en Angleterre se trouvaient des réfugiés de pays occupés par les Allemands qui pourraient être influencés au moyen de pressions exercées sur leurs parents en Europe.

C'est alors que les Britanniques suggérèrent d'établir un laboratoire britanno-canadien au Canada où l'on ferait des recherches nucléaires en vue de construire une usine pilote pour produire du plutonium.   Le personnel de ce laboratoire comprendrait quelques scientifiques venant d'Angleterre que dirigerait H.H. Halban et des scientifiques canadiens.   Vannevar Bush, président du Comité de recherche pour la défense nationale aux Etats-Unis informa Sir John Anderson, ministre anglais de l'Intérieur que les Américains accepteraient cette solution et seraient prets à échanger des informations sur les travaux de recherche touchant la conception de l'usine pilote.

Le 19 février 1942, Malcolm Macdonald, Haut-Commissaire britannique au Canada ainsi que Sir George Thomson et W.A. Akers discutèrent avec le Dr Mackenzie au sujet de la proposition.   Le même jour, Dr Mackenzie présenta ses visiteurs à l'Hon. C.D. Howe qu'il mit au courant de la proposition. D'autres entretiens eurentlieu le 15juin 1942 entre Sir George Thomson, Malcolm Macdonald, le professeur R.E. Peierls du côté anglais et Dr Mackenzie, C.D. Howe et Mackenzie King du côté canadien.   Dr Mackenzie rendit visite à Vannevar Bush à Washington pour passer en revue les possibilités de la coopération américaine à l'égard du projet de laboratoire britanno-canadien.   Les Britanniques soulèverent à nouveau la question le 17 août et le 2 septembre 1942.

L'objectif était spéculatif.   On se demandait si l'on pourrait l'atteindre avant la fin de la guerre.   Ce laboratoire mobiliserait des scientifiques, des équipements et des matériaux qu'on ne pourrait pas employer à d'autres tâches de guerre, il entraînerait des dépenses considérables pour le Canada et il serait difficile de se procurer les matières requises, y compris des tonnes d'eau lourde.

Dr Mackenzie devait déclarer plus tard que la considération décisive avait été qu'après la guerre l'énergie atomique aurait sûrement des applications dont les effets économiques et sociaux dépasseraient toutes les visions et prédictions possibles.   Il était vrai, aussi, que ce projet de coopération scientifique entre le Royaume-Uni et le Canada permettrait de former des scientifiques canadiens dans le domaine nucléaire.   C'est pourquoi M. Howe accepta le 2 septembre 1942 que le Canada reçoive les scientifiques envoyés d'Angleterre, fournisse les locaux et le matériel nécessaires et administre le laboratoire installé à Montréal comme division des Laboratoires nationaux de recherche.

Le premier groupe en provenance d'Angleterre arriva au Canada à la fin de 1942.   Il comprenait P. Auger et B. Goldschmidt de France, G. Placzek de Tchécoslovaquie, S.G. Bauer de Suisse, H. Paneth et H.H. Halban d'Autriche ainsi que R.E. Newell et R.F. Jackson de Grande-Bretagne. Nous nous installâmes temporairement dans une vieille résidence sise 3470, rue Simpson et appartenant à é'Université McGill.   Trois mois plus tard nous occupions un local ayant une superficie de 200 m2 dans le grand bâtiment nouvellement construit de l'Université de Montréal.   D'autres scientifiques et des techniciens d'Angleterre sejoignirent alors à nous.   Une partie de mes fonctions consistait à recruter du personnel canadien.   Le professeur David Keys (C)* qui représentait le Bureau du personnel technique en temps de guerre nous fut d'un grand secours pour trouver les spécialistes que nous cherchions et pour obtenir les autorisations voulues afin que ces spécialistes puissent être mutés.   Nos effectifs grossirent rapidement et sur les 300 personnes finalement employées au laboratoire, environ 150 étaient des citoyens canadiens.

Les travaux commencèrent dans une ambiance pleine d'enthousiasme et d'espoir de grande aventure scientifique.   C'était la première fois au Canada qu'un groupe aussi talentueux de scientifiques était réuni dans un but aussi précis.

Des premiers chercheurs en Montréal

Quelques-uns des premiers chercheurs du Laboratoire de Montréal en 1943.


Debout: A.M. Munn (C), B.L. Goldschmidt, J.W. Ozeroff (C), B.W. Sargent (C), G.A. Graham (C), J. Guéron, H.F. Freundlich, H.H. Halban, R.E. Newell, F.R. Jackson, J.D. Cockroft (en visile au Laboratoire), P. Auger, S.G. Bauer, N.Q. Laurence, A. Nunn May.
Assis: W.J. Knowles (C), P. Demers (C), J.R. Leicester, H. Seligman, E.D. Courant, E.P. Hincks (C), F.W. Fenning, G.C. Laurence (C), B. Pontecorvo, G.M. Volkoff (C), A. Weinberg (Agent de Liaison des USA), G. Placzek.

* Le nom de chaque Canadien nommément mentionné à partir de maintenant dans le texte sera suivi d'un (C).


Néanmoins, une certaine impatience s'empara de nous, car l'étroite collaboration prévue avec les scientifiques américains ne se matérialisait pas.   Les Américains se méfiaierit des origines multiples de l'équipe de Montréal et c'est pourquoi la sécurité des informations échangées les préoccupait de plus en plus.   En fait, ils demandèrent que ces échanges soient restreints et ils décidèrent de ne plus nous envoyer les copies de leurs rapports scientifiques, ce qui offensa les Britanniques.   L'admimstration des mesures de sécurité prises par les Etats-Unis devint très sévère lorsque l'Armée américaine eut pris en main le contrôle du programme nucléaire américain en juin 1942.   Pourtant, ce furent deux scientifiques américains de haute volée, à savoir Vannevar Bush et J.S. Conant, qui s'opposèrent le plus farouchement à toute collaboration étroite avec les scientifiques de Montréal.

Le choix d'Halban comme directeur du laboratoire avait semblé logique au départ, mais il s'avèra malheureux.   Il était mêlé aux malencontreuses circonstances qui suscitèrent de l'amertume et de la méfiance dans les relations nucléaires franco-américaines.   Halban détenait avec Joliot, Kowarski et Perrin des brevets révendiquant l'emploi des réacteurs nucléaires dans certaines de leurs applications les plus importantes.   L'intérêt porté à ces brevets par Imperial Chemical Industries provoqua chez les Américains une méfiance sans borne à l'endroit des cartels internationaux.   Une malencontreuse visite d'Halban à Joliot en France, pour discuter de la question des brevets, aggrava les inquiétudes des Américains au sujet de la sécurité car Joliot était membre du Parti communiste français.

Les relations d'Halban avec le Conseil national de recherches ne marchaient pas toujours comme sur des roulettes.   Il était impétueux, irrésolu quand il avait des décisions à prendre et ses demandes de personnel administratif a Ottawa étaient déraisonnables, sans compter qu'il jugeait ce personnel beaucoup trop sévèrement.   Par ailleurs, Halban négligeait d'informer Dr Mackenzie ou tout autre Canadien au sujet des décisions importantes relatives au programme de recherche du laboratoire.   En fin de compte E.W.R. Steacie (C) alors directeur de la division de chimie des Laboratoires nationaux de recherches joua un rôle d'adjoint à temps partiel auprès d'Halban.   Malheureusement, l'influence de Steacie arriva trop tard pour résoudre les problèmes administratifs qui se posaient à Montréal.

A la conférence de Québec, le 17 août 1943, le Premier ministre Churchill s'entretint avec le président Roosevelt de l'état très insatisfaisant de la collaboration britanno-américaine dans le domaine de la recherche atomique, y compris les travaux du Laboratoire de Montréal.   Churchill et Roosevelt se mirent d'accord pour que des mesures soient prises afin "d'assurer une collaboration entière et efficace entre les deux pays pour que le projet soit mené à bonne fin."   Un "Comité de politiques combinées" dirigé par H.L. Stimson, secrétaire d'Etat pour la guerre aux Etats-Unis fut formé pour élaborer les modalités de l'application de cette entente.   Ce comité, cependant, n'eut guère l'occasion de se réunir.   On ne s'achemina pas vers une collaboration efficace, à l'exception de quelques discussions scientifiques sur des questions très limitées.   Une ambiance démoralisante en vint à régner au Laboratoire de Montréal.   Les scientifiques estimaient qu'ils feraient du meilleur travail ailleurs.


De bonnes recherches au Canada, de 1943 à 1946, en dépit des difficultés

En dépit du découragement et des incertitudes qui durèrent jusqu'à la fin de 1944, beaucoup de bonnes recherches ont été effectuées au Laboratoire de Montréal durant cette période ainsi qu'au cours des mois plus heureux qui suivirent.   Ces recherches permirent d'obtenir les données scientifiques requises pour concevoir un réacteur à fission et des installations chimiques pour extraire le plutonium et l'uranium-233 produits dans le réacteur et elles contribuèrent à enrichir nos connaissances relatives à la structure et au comportement des noyaux atomiques.

Une partie des travaux consistait à étudier la pénétration des neutrons dans le genre de matières que l'on pourrait trouver dans le coeur du réacteur, comme l'eau lourde, l'eau ordinaire et le graphite et leur combinaison avec l'uranium et d'autres substances.   Cette information était essentielle pour concevoir un réacteur car l'obtention de grandes quantités d'énergie nucléaire ne serait possible que si un nombre suffisant de neutrons libérés par la fission pouvaient conserver leur liberté en évitant d'être captures par des atomes peu appropriés jusqu'à ce qu'ils soient recapturés dans des atomes fissiles pour produire davantage de fissions.

Processus de la fission


Nous nous intéressions particulièrement à la possibilité d'un réacteur qui emploierait de l'uranium naturel comme combustible et de l'eau lourde comme modérateur.   Les Américains mettaient en doute la conclusion de l'expérience faite par Halban et Kowarski a l'Université de Cambridge, à savoir qu'il serait possible de réaliser un réacteur utilisant une solution de nitrate d'uranyle dans l’eau lourde, car cela semblait improbable théoriquement et il était difficile de faire l’expérience avec précision.   L'eau lourde avait été amenée à Montréal et F. Penning refit l’expérience et aboutit à peu pros aux mêmes conclusions.   Pour confirmer les résultats, il mesura en particulier la proportion des neutrons lents (thermiques) capturés dans la solution ayant permis la fission et B. Pontecorvo mesura la proportion des neutrons rapides ayant été capturés avant que lew vitesse ne soit réduite suffisamment pour engendrer la plupart des fissions.   Halban fit remarquer que les objections théoriques relatives aux résultats expérimentaux étaient probablement trop pessimistes car elles ne tenaient pas compte de la possibilité d'un "effet n-2n" qui pourrait accroître la formation des neutrons, c'est-à-dire que l’on pourrait avoir une réaction dans laquelle la capture d'un neutron dans un atome de deutérium de l’eau lourde libérerait deux neutrons.   A. Nunn May, L.G. Elliot (C) et E.P. Hincks (C), cependant, montrèrent que tout effet n-2n serait trop rare pour expliquer le désaccord.   Cet effet restait mystérieux.

En tout cas, il était évident que la faisabilité d'une réaction nucléaire auto-entretenue dans un mélange "homogène" d'uranium dans l’eau lourde serait plus grande si la concentration de ruranium était considérablement accrue.   Malheureusement, nous ne connaissions aucun composé d'uranium pouvant être dissous en concentration suffisante dans l’eau lourde.   C'est pourquoi nous nous toumâmes vers un mélange plus concentré; un "schlamm" comprenant une suspension de composé d'uranium très fin dans de l’eau lourde que nous appelâmes "mayonnaise" à cause de son apparence.   Il était question de faire circuler cette mayonnaise dans la cuve du réacteur et dans un échangeur thermique où la chaleur produite par la fission nucléaire serait extraite.   On pourrait alors la pomper directement du réacteur jusqu'à des installations chimiques où l’uranium irradié pourrait être remplacé, les produits de fission enlevés et le plutonium récupéré.   H. Paneth, B.L. Goldschmidt, H.G. Heal et F. Morgan étudièrent la préparation de la suspension, sa stabilité aux hautes températures, son comportement physique et les effets qu'auraient sur elle les rayonnements intenses auxquels elle serait exposée dans un réacteur.   D.W. Ginns s'occupa de l’ingénierie du réacteur.   S.G. Bauer et W.J. Knowles (C) étudièrent les problèmes que poserait l’enlèvement de la chaleur accumulée dans le schlamm.   G.S. Anderson et J.H.L. Matheson (C) furent chargés de concevoir des échangeurs thermiques adéquats.   On considéra également la possibilité d'ajouter l'uranium-235 extrait pour accrottre la réactivité.

Notre intérêt passa graduellement des réacteurs "homogènes", employant un schlamm comme combustible, aux réacteurs "hétérogenes" où l’uranium se présentait sous la forme de barreaux métalliques mesurant environ 2,5 cm de diamètre et étant espacés de plusieurs centimètres dans l’eau lourde.   Plusieurs raisons justifiaient le changement.   On se rendait compte que ce système nécessiterait beaucoup moins d'eau lourde.   Des expériences effectuées par A.G. Maddock, N. Miller, Mlle G. Gorey (C) et J. Hebert (C) donnèrent l’avertissement que les rayonnements provenant de l’uranium et des produits de fission suspendus dans l’eau lourde décomposeraient l’eau lourde en oxygène et en deutérium si rapidement que le réacteur ne pourrait fonctionner qu'à très faible puissance.   On s'attendait également à d'autres difficultés pratiques.

En attendant, la possibilité que le réacteur devant être construit au Canada puisse employer du graphite au lieu de l’eau lourde ne fut pas rejetée tant que la collaboration des Américains restait incertaine.   Toute réussite avec l’eau lourde dépendrait de son obtention, or les Américains contrôlaient par un contrat exclusif d'approvisionnement la seule source de production en Amérique du Nord, laquelle se trouvait à Trail en Colombie-Britannique.   Sargent et moi-même ainsi que Hans Paneth et H.G. Hereward et plus tard A.M. Munn (C) nous mîmes à mesurer la migration des neutrons dans une pile de 10 tonnes de barres de graphite, alors que ces neutrons qui se déplaçaient originellement à grande vitesse ralentissaient dans le graphite pour atteindre de faibles vitesses thermiques.   Les neutrons employés dans les expériences provenaient d'un bloc de béryllium exposé aux rayonnements d'une machine thérapeutique à rayons X de deux millions de volts.   Nous employions les mêmes techniques pour mesurer la diffusion des neutrons lents dans de l’eau lourde contenant du carbonate de lithium.

Comme il me fallut alors entreprendre d'autres recherches, Sargent dirigea les expériences suivantes relatives à la migration des neutrons dans de l’eau lourde contenant des barres d'uranium disposées comme elles pourraient l'être dans un vrai réacteur.   Pour cette étude Sargent collabora avec D.B. Booker, P.E. Cavanagh, H.G. Hereward et N.J. Niemi (C).   Les expériences relatives au mouvement des neutrons rapides et lents dans le graphite et dans l’eau lourde confirmèrent les théories relatives à leur déplacement dans ces substances.   Des physiciens théoriciens avaient élaboré ces théories sur lesquelles on pouvait done s'appuyer avec plus de confiance pour concevoir un réacteur nucléaire.

D'autres types de réacteurs étaient également envisagés.   Par exemple, S.G. Bauer s'intéressait aux réacteurs "surgénérateurs" qui se réalimenteraient eux-mêmes en produisant du plutonium à partir de l'uranium-238 ou de ruranium-233 à partir du thorium.   M.H.L. Pryce, E. Courant et B. Pontecorvo étudièrent théoriquement les surgénérateurs.   Pontecorvo, B.H. Flowers, G.A. Graham (C) et H. Seligman étudièrent aussi le mouvement des neutrons dans de l'eau ordinaire contenant des barres d'uranium, de plomb ou de fer afin d'avoir des précisions utiles pour la conception des réacteurs utilisant de l'uranium enrichi et de l'eau ordinaire comme ceux maintenant en service aux Etats-Unis.

Les physiciens théoriciens étudièrent des questions comme: les quantités minimales d'uranium et d'eau lourde ou de graphite qu'il faudrait dans un réacteur; la mesure dans laquelle on pourrait réduire ces quantités en entourant le réacteur d'une épaisse couche de graphite pour que les neutrons ne s'en échappent pas; l'efficacité des barres mobiles contenant une substance pouvant capturer les neutrons comme le bore ou le cadmium afin de contrôler ou d'arrêter le réacteur; et autres problèmes de conception.

Dans le but de calculer les divers aspects de la conception d'un réacteur G. Placzek, R.E. Marshak, B. Davison, E. Courant, J.C. Mark (C), F.T. Adier et d'autres collaborateurs élaborèrent des formules décrivant la migration et la distribution des neutrons par des équations de "diffusion" semblables à celles employées pour décrire les écoulements de chaleur, de son, de matière en solution ou les rayonnements dans les étoiles.   Ils eurent recours à la "théorie du transport" pour montrer comment les quantités figurant dans ces formules étaient liées aux informations pouvant être obtenues en déterminant: la distance moyenne entre les collisions avec les atomes; les changements de direction et de vitesse dus aux collisions; et le risque pour les neutrons d'être capturés par les atomes qu'ils rencontrent.   Les théoriciens se servirent également de la théorie du transport, pour calculer le débit net des neutrons allant d'une matière (par exemple l’eau lourde) à une autre (par exemple l’uranium ou autre métal) dans le cas où la surface entre les deux matières ne serait pas plate, problème fréquemment rencontré dans la conception d'un réacteur.   G. Volkoff (C), Jeanne LeCaine (C), P.R. Wallace (C), H.H. Clayton (C), S.A. Kushneriuk (C), M.H.L. Pryce, E.A. Guggenheim et d'autres collaborateurs étudièrent comment la libération et la distribution des neutrons dans un réacteur seraient influencées par la dimension, la forme et la position relative des composants du réacteur.   B. Carlson organisa un centre de calcul.

Le rôle du petit groupe d'ingénieurs oeuvrant au Laboratoire de Montréal était de concevoir dans les grandes lignes les caractéristiques du réacteur: comment l’uranium servant de combustible serait refroidi et comment la chaleur serait dissipée; comment le réacteur serait blindé pour que les opérateurs soient protégés contre les rayonnements; comment le combustible irradié contenant des produits de fission radioactifs serait déchargé et stocké sans danger; comment la puissance du réacteur serait réglée; quels dispositifs automatiques de protection devraient être mis en place pour assurer un fonctionnement sûr et beaucoup d'autres caractéristiques conceptioimelles.   Le groupe comprenait, entre autres, R.E. Newell, D.W. Ginns. J.H.L. Matheson (C), G.S. Anderson et S.G. Bauer.

Les ingénieurs avaient également pour mission de conseiller les bureaux d'étude chargés de dresser les plans du réacteur et des installations chimiques.   Des restrictions très inusitées jusque-là en génie civil devaient être imposées au choix des matériaux et a d'autres aspects de la conception afin de répondre à des besoins nouveaux en matière de températures de service, de taux de transfert thermique, de fuites admissibles de fluides, de tendance a capturer les neutrons, de sensibilité des instruments, etc.

Par suite du but originel du projet qui était de démontrer la faisabilité de produire du plutonium dans un réacteur modéré par l’eau lourde, les chimistes et les ingénieurs-chimistes développèrent un precédé selon lequel le plutonium pourrait être extrait de l’uranium et des produits de fission radioactifs une fois que le combustible serait déchargé du réacteur.   Ils développèrent également un procédé permettant d'extraire l'uranium-233 (autre matière fissile) du thorium et des produits de fission.

Le développement de ces procédés fut possible grâce aux Américains qui nous foumirent de petites quantités de plutonium, d'uranium et de thorium ayant été exposées a des neutrons et qui, par conséquent, contenaient du combustible nucléaire et des produits de fission produits dans un réacteur.   Un groupe du Laboratoire de Montréal comprenant B.L. Goldschmidt, L.G. Cook (C), T.J. Hardwick et d'autres collaborateurs mit à l’essai un grand nombre de solvants afin de déterminer celui qui conviendrait le mieux pour extraire le plutonium et l’uranium des produits de fission très radioactifs en procédant par dissolution préférentielle.   Un autre groupe oeuvrant dans les Laboratoires nationaux de recherche à Ottawa et comprenant S.E. Cambron (C), R.H. Betts (C), R. Mungen (C), E.E. Winter (C), Louis Siminovitch (C), M.B. Wilk (C) et R.P. Cahn (C) poussèrent plus avant le développement du procédé de telle sorte qu'il fut possible d'obtenir du plutonium tout à fait libre à partir de l’uranium et des produits de fission.   I.R. Mills (C) et C.H. Simpkinson (C) conçurent l’installation qui fut par la suite construite et mise en service à Chalk River jusqu'à son démantèlement survenu lorsqu'on se rendit compte que la production du plutonium n'était pas une operation économiquement justifiée.

Un procédé comparable permettant d'extraire l’uranium-233 du thorium où il est produit et des produits de fission connexes fut développé par B.L. Goldschmidt, L.G. Cook (C), J. Guéron, F. Morgan, J.W.T. Spinks (C) et L. Yaffe (C).   Une installation fut, par la suite, construite et mise en service à Chalk River.   P.E. Gishler (C), R. Wilkinson, T. Boyer (C), P.J. Sereda (C) et C.R.G. Holmes (C) se penchèrent sur la corrosion des alliages susceptibles d'être employés pour protéger les barres de combustible dans le réacteur.   Cette corrosion pourrait provenir de l’eau de la rivière des Outaouais aussi fallait-il également etudier le problème du traitment des eaux.

Les propriétés chimiques de l’uranium, du neptunium et de certains produits de fission furent étudiées par J. Guéron, W.E. Grummitt (C), A.C. Wilkinson, C.E. Mackintosh et d'autres spécialistes.   H.G. Heal fit des expériences électrochimiques avec des composés d'uranium et H. Greenwood mit à l’épreuve la résistance à la corrosion des alliages à base d'uranium et de silicium.

Il est impossible de mentionner ici toutes les importantes contributions du Laboratoire de Montréal à la science nucléaire.   On trouvera, en annexe, la liste des scientifiques et des ingénieurs ayant participé aux travaux.   Cette liste fut compilée en août 1945.   Nombreux sont ceux dont on se souvient mieux aujourd'hui, à cause de leurs activités a Chalk River, dans les universités, en Angleterre et en France après avoir quitté Montréal où certains n'étaient restés que quelques mois.

Une réalisation notable en science fondamentale fut la délinéation de la série "4n +1" des isotopes nucléaires.   Leur identification et l’observation de leurs propriétés furent entreprises par T.E. Cranshaw, P. Demers (C), A.C. English, J.A. Harvey (C), E.P. Hincks (C), J.B. Jelley et A. Nunn May.   La série "4n + 1" est un groupe d'isotopes lourdes n'existant pas dans les minéraux naturels mais produits par désintégrations successives à partir de l’uranium-233.   Elle est analogue aux trois séries d'isotopes naturellement radioactifs résultant de la désintégration de l’uranium, du thorium et de l’actinium.   La connaissance des propriétés des substances "4n + 1" est importante pour le développement de méthodes permettant d'obtenir de l'uranium-233 pur, combustible nucléaire prometteur que l’on peut produire à partir du thorium.

La fission nucléaire fournit deux moyens par lesquels le nombre de genres connus d'atomes peut être grandement accru: la formation de produits de fission etia libération de neutrons qui en se cognant à des espèces existantes d'atomes les convertissent en espèces nouvelles.   L'augmentation de la variété des atomes disponsibles pour les études a permis de faire des recherches ayant beaucoup enrichi nos connaissances relatives à la structure et au comportement interne des noyaux atomiques.   Certaines expériences ont consisté à bombarder les nouvelles substances avec des neutrons, d'autres particules atomiques ou des rayonnements et à observer les particules ou les rayons en résultant pour mieux connaître les changements provoqués dans les atomes au moment de l’impact.   Une partie de la recherche effectuée au Laboratoire de Montréal était de ce type.   Nos chercheurs employèrent de petites quantités de produits de fission foumies par les Etats-Unis.   Ce fut une expérience préliminaire qui incita quelques jeunes scientifiques à poursuivre par la suite une carrière très productive à Chalk River et ailleurs, alors que de grandes quantités de produits de fission pouvaient être produites dans les réacteurs nucléaires.

Une utile technique expérimentale développée par P. Demers (C) comportait l’emploi d'une émulsion photographique à grains très fins dans laquelle des "traces" mesurant environ un millimètre de longueur, laissées par des particules alpha individuelles provenant d'une petite matière radioactive reposant sur l’émulsion, pouvaient être vues clairement au microscope.   La longueur des "traces" permettait de distinguer le genre des isotopes d'où provenaient les rayons alpha.   Cette technique permettait également de détector les "traces" produites par les fragments de fission des simples atomes d'uranium.

D'autres techniques expérimentales furent développées et des instruments spéciaux furent conçus.   Il y eut, entre autres: des spectromètres à rayons bêta pour mesurer la vitesse des électrons, conçus par L.G. Elliot (C) et B. Kinsey; des chambres à collection ionique de divers types pour détecter les neutrons et d'autres particules atomiques, conçues par H. Carmichael et J.F. Seljes; un dispositif électronique appelé "kick sorter" pour compter les particules atomiques et les répartir selon leur vitesse, conçu par H.F. Freundlich, E.P. Hincks (C) et J.W. Ozeroff (C) ainsi qu'un "kick sorter" amélioré par C.H. Westcott, R. Hanna et d'autres spécialistes; des amplificateurs électroniques pour mesurer les très petits courants continus d'électricité traversant les chambres à collection ionique, conçus par R.J. Cox, F.J.M. Parley, J.D. Jackson et H.W. Gove; des chambres à collection ionique pour mesurer l’énergie du mouvement des particules atomiques, élaborées par T.E. Cranshaw, J.A. Harvey (C) et d'autres spécialistes; un accélérateur pouvant produire des ions d'hydrogène lourd se déplaçant rapidement, conçu par A.G. Ward (C) et J. Warren; et d'autres instruments spéciaux qu'il était alors impossible de trouver dans le commerce.   H.M. Cave (C), E.B. Paul (C), J.B. Jelley et P. Lamb (C) convertirent un générateur de rayons X de 600 000 volts, que j'avais construit quelques années auparavant à Ottawa, en accélérateur de particules atomiques positivement chargées destiné à la recherche nucléaire.

Les effets biologiques; les dangers de l’exposition aux rayonnements et autres questions relatives à la sécurité furent étudiés de près.   J.S. Mitchell, W.V. Mayneord et G.A. Butler (C), experts de réputation internationale en matière de dangers présentés par les rayonnements, passèrent quelque temps au Laboratoire de Montréal où ils influencèrent beaucoup la politique de ce demier touchant la protection des employés et du public.

Plusieurs activités de R&D furent regroupées après le mois d'août 1944 dans une division appelée "Physique technique" dont j'eus la direction.   Ces activités furent, entre autres: des recherches sur le transfert de chaleur depuis des barres de combustible simulées jusqu'à l’eau de refroidissement, effectuées par S.G. Bauer, J.W. Knowles (C) et E.W. Guptill (C) à Montreal et par P.E. Gishler (C) des Laboratoires nationaux de recherche à Ottawa qui s'occupa particulièrement des effets de l’ébullition en surface, des pellicules de vapeur et des fines pellicules d'eau; le développement de barres de contrôle pour les réacteurs et de gaines d'aluminium pour empêcher la corrosion des barres de combustible, fut l’oeuvre de G.S. Farnham (C) et d'autres chercheurs du ministère des Mines et des Ressources; le développement de mécanismes et d'instruments pour les barres de contrôle, attribuable à N.Q. Lawrence; la réalisation de compteurs Geiger et de chambres d'ionisation à bore pour mesurer les flux de neutrons par N. Veall, H.F. Freundlich, J.W. Ozeroff (C) et R. Callow tandis que J. Elsey conçut et supervisa la construction de nombreux instruments électroniques de recherche pour le Laboratoire de Montréal.   D.C. Douglas (C) étudia la contamination possible, par des substances radioactives, de l'air et de l'eau appelés à circuler dans le réacteur pour le refroidir.   M.W. Lister (C) nous renseigna sur la diffusion possible dans l'atmosphère de la contamination radioactive et C.W.C. Tait (C) cut recours à des essais de fumée pour étudier les mouvements de l'air dans la vallée fluviale où le réacteur devait être construit.   C.B. Peirce supervisa les tests médicaux destinés à détecter les effets nocifs des rayonnements sur la santé des employés.

Les scientifiques d'autres laboratoires contribuèrent au programme. A l'Université McMaster, le professeur Prof. H.G. Thode et d'autres universitaires eurent recours à la spectrométrie de masse pour examiner l'eau lourde et pour séparer les isotopes.   Le professeur F.E. Beamish de l'Université de Toronto fit des analyses chimiques.   Le professeur L.M. Pidgeon, également de l'Université de Toronto, contribua aux recherches en chimie de l'uranium.   G.S. Farnham, R.L. Cunningham et d'autres spécialistes du ministère des Mines et des Ressources firent des études métallurgiques.   L'Université McGill mit à notre disposition un service de bibliothèque.

Les travaux effectués au Laboratoire de Montréal étaient gardés très secrets.   Halban interdisait aux jeunes scientifiques de parler de leur travail avec des collègues oeuvrant dans d'autres disciplines.   Lorsque Niels Bohr, le distingué physicien danois visita le Laboratoire de Montréal, on l'appela "M. Baker".    On se servait d'appellations codées lorsqu'on parlait de matières importantes comme les composés d'uranium et l'eau lourde.


Enfin une décision!

Il était peu avantageux pour le Canada de poursuivre ses recherches au Laboratoire de Montréal sans collaboration étroite avec les scientifiques britanniques et américains.   Cette opinion fut portée à la connaissance des autorités de nos deux pays amis.   La situation s'était détériorée à cause de mauvaises communications entre les chefs d'Etat, les hauts fonclionnaires et les scientifiques eux-mêmes.   (Dans ce mémoire qui passe en revue la recherche scientifique et technique, on parle peu des mésententes survenues à l’égard des approvisionnements en uranium et en eau lourde ni des différents politiques.   On peut saisir plus clairement ces difficultes en comparant les comptes rendus américains, anglais, français et canadiens touchant la coopération nucléaire en temps de guerre [cf. Références].)

Une meilleure compréhension et beaucoup de bonne volontée résultèrent des efforts: de James Chadwick, le plus célèbre des atomistes britanniques vivants; du général Groves, le maître de tous les développements nucléaires américains; et du Dr Mackenzie.

Groves et Chadwick avaient des compétences et des personnalités très différentes maits ils se faisaient mutuellement confiance et se respectaient.   Quant au Dr Mackenzie, il comprenait fort bien les points de vue de l'un et de l'autre.   Le bon sens prévalut et le Laboratoire de Montréal fut sauvé.

La décision longtemps attendue de procéder sans délai à la conception et à la construction d'un réacteur nucléaire modéré par eau lourde au Canada fut prise le 13 avril 1944 lors d'une réunion du Comité des politiques combineées à laquelle assistaient l'Honorable C.D. Howe et le Dr Mackenzie.   Nous savons que le général Groves, qui était présent, fit beaucoup pour que l'entente soit conclue.   On se mit d'accord pour qu'il y ait un échange complet d'informations au sujet de la conception du réacteur et de l'extraction du plutonium qu'il produirait.    Halban et les autres scientifiques n'étant pas sujets britanniques devraient partir et le physicien anglais John Cockroft serait nommé directeur du Laboratoire.

Groupe à Chalk River, 1945 Cette photo de groupe prise en 1945 montre une quinzaine de personnes ayant participé à la construction des Laboratoires nucléaires de Chalk River.   On reconnaît de gauche a droite: J.H. Brace, président de Fraser Brace Limited; Arthur N. Budden de ministère des munitions et des approvisionnements; le troisième homme n'a pas eété identifié; Dr C.J. Mackenzie, président du Conseil national de recherches; F.J. Palmer, intendant de Fraser Brace Limited; H. Greville Smith, vice-président de Canadian Industries Ltd (Defence Industries Ltd); D.S. Kirkbride, chef des services de Petawawa Works, Defence Industries Ltd; personne non identifiée; A.B. McEwan, directeur de la division des projets speciaux (DIL); H.J. Desbarats, directeur de Petawawa Works (DIL); Dr J.D. Cockcroft, directeur du programme canadien, 1944-46; C.H. Jackson, ingénieur en chef à la division des projets spéciaux (DIL); Gordon R. Stephens, directeur général, Fraser Brace Limited; H.S. Milne, ingénieur résident, Petawawa Works (DIL); M. Green, surintendant, Praser Brace Limited.


L'atmosphere changea rapidement à Montréal.   Les Américains se mirent à appuyer le projet sans réserve.   Des informations scientifiques, du matériel et de l’aide sous diverses formes nous arrivèrent des Etats-Unis et les scientifiques de Montréal purent visiter les centres américains de recherche nucléaire où des travaux connexes avaient lieu.

Les services de Defence Industries Ltd furent retenus pour l’ingénierie du réacteur, des laboratoires, des annexes et de la ville où les employés résideraient.   Le Conseil national de recherches dirigerait les études nucléaires.   Fraser Brace Ltd construirait les installations sous contrat de Defence Industries Ltd. Sur une douzaine de sites possibles on finit par en choisir un près de Chalk River qu'on appela "Petawawa Works".   Pour la ville on choisit l’emplacement actuellement connu sous le nom de Deep River.   Les plans furent dressés en un tournemain et la construction progressa rapidement en dépit des difficultés que l’on avait à obtenir de la main-d'oeuvre et certains matériaux.   Nous ne décrirons pas ici les travaux de construction car cette description fait plutôt partie de l’histoire du réacteur NRX.

J.D. Cockroft Dr J.D. Cockcroft arriva à Chalk River en avril 1944 pour réorganiser le Laboratoire.   Sous sa direction, le moral des chercheurs s'améliora et tout le personnel retrouva sa resolution.

Cockcroft arriva le 26 avril 1944 et le Laboratoire fut réorganisé.   E.W.R. Steacie (C) devint son adjoint et il dirigea la division de chimie après le départ de Paneth.   Halban devint chef de la division de physique nucléaire.   Comme indiqué ci-dessus, je fus chargé de la direction de la division de physique technique.   Sargent (C) devint chef de la division de physique nucléaire lorsque Halban partit à la fin du mois de mars 1945 et Volkoff (C) succéda à Placzek un peu plus tard comme chef de la division de physique théorique.

Sous la direction de Cockcroft, l’administration des laboratoires devint plus facile et le moral du personnel s'améliora car nous savions enfin où nous allions.   Le personnel se rendit graduellement à Chalk River au fur et à mesure de l’achèvement des batiments.   Le Laboratoire de Montréal ferma ses portes en juillet 1946.


ZEEP

Le fonctionnement réussi du nouveau réacteur proposé sous le sigle NRX dépendrait avant tout de la conception de son "réseau".   Cela veut dire qu'il dépendrait de la dimension, de la forme et de la composition des barres d'uranium employées comme combustible ainsi que de la distance les séparant dans l’eau lourde.   Les dimensions avaient été calculées par les physiciens-mathématiciens du Laboratoire de Montréal à partir de la théorie.   La validité générale de la théorie considerée avait été démontrée par le fonctionnement réussi des premiers réacteurs américains, y compris un réacteur à Chicago dont le modérateur était de l’eau lourde et qui avait été conçu par un groupe dirigé par Walter Zinn, Canadien d'origine.   Cependant, avant que l’on puisse se servir de la théorie comme guide final pour concevoir le NRX, il fallait confirmer expérimentalement le comportement des neutrons dans le type de réseau de réacteur qui serait utilisé.   Cette confirmation fut faite à Montréal avec de petites quantités de matériaux par Sargent (C), H.G. Hereward, A. Munn (C), P. Cavanaugh, D. Booker, M. Burrow, N. Niemi (C) et L. Nirenberg (C).

Cette base théorique et expérimentale facilita la décision de faire les plans des blindages et du batîment du réacteur NRX afin de les construire sans attendre.   Avant d'achever la construction du reéacteur lui-même, il était souhaitable d'acquérir de l’expérience avec un réacteur comparable pouvant être facilement modifié.   Après deux mois d'études, on décida le 24 août 1944 de construire un réacteur très simple le plus rapidement possible.   Il fut conçu de façon à ce que ses barres d'uranium et quelques autres pièces puissent être aisément changées ou disposées différemment.

Lew Kowarski Dr Lew Kowarski dirigea le projet ZEEP, petit réacteur d'essai qui permit d'obtenir une expérience utile pour la conception de réacteurs plus puissants.

Lew Kowarski, qui avait décliné l’offre de travailler au Canada sous la direction d'Halban, se joignit à l’équipe de Cockcroft.   En collaboration avec le Néo-Zélandais Charles Watson-Munro et avec les Canadiens George Klein et Don Nazzer, Kowarski assuma la responsabilité de concevoir ce petit réacteur et de le mettre en service.   Il le nomma ZEEP (Zero Energy Experimental Pile).   D'autres collaborateurs pour ce projet furent A.H. Allan, F.W. Fenning, G. Fergusson, C.W. Gilbert et E.P. Hincks (C).

ZEEP

La simplicité et la souplesse d'emploi de ce réacteur furent réalisées en ne prévoyant aucune évacuation de la chaleur produite par la réaction nucléaire, en ayant recours à un blindage très rudimentaire pour absorber les rayonnements et en employant des systèmes de contrôle n'ayant rien à voir avec ceux des réacteurs de puissance.

La cuve du réacteur ZEEP est un cylindre en aluminium ayant environ 2m de diamètre et 2,5m de hauteur.   Cette cuve est entourée de blocs de graphite.   Les barres d'uranium sont placées verticalement dans la cuve.   L'eau lourde stockée dans un réservoir situé au niveau inférieur peut être pompée dans la cuve.   De petits cylindres de cadmium furent disposés de telle façon que si la puissance augmentait trop, ils tomberaient automatiquement dans la cuve du réacteur en absorbant des neutrons.

Laurence, Mackenzie, Howe et Cockroft De gauche a droite: Dr G.C. Laurence, Dr C.J. Mackenzie, L'Honorable C.D. Howe et Dr J.D. Cockcroft en août 1945, quelques semaines avant le démarrage de ZEEP.


La construction de ZEEP fut achevée le 4 septembre 1945 à Chalk River.   Les barres d'uranium gainées d'aluminium étaient en place et il ne restait plus qu'à ajouter l’eau lourde.   La petite équipe s'affaira avec beaucoup de minutie.   Elle contrôla l'arrivee de l’eau lourde dans la cuve et elle surveilla l’instrument qui, à un moment donné, indiqua que des fissions nucléaires se produisaient dans le réacteur ZEEP.

On eut ensuite recours à des instruments moins sensibles conçus par H. Carmichael qui conviendraient mieux pour contrôler le fonctionnement de ZEEP à la puissance voulue.   Des chambres ioniques, sensibles aux neutrons furent placées près de la cuve du réacteur.   L'une d'elles était connectée à un galvanomètre placé sur le pupitre de contrôle qui projetait un point lumineux sur une échelle millimétrique inscrite sur du verre.   Cela permettait une lecture facile pour l'opérateur.   La puissance à laquelle le réacteur ZEEP fonctionnerait serait indiquée par le déplacement du point lumineux sur l’echelle.

Le lendemain, soit le 5 septembre 1945,l’eau lourde fut pompée à nouveau dans la cuve, de façon graduelle.   Alors que la cuve n'était pas encore pleine, on vit le point lumineux se déplacer très légèrement.   Puis chaque fois qu'on ajoutait de l'eau lourde on le vit se déplacer plus vite et plus loin.   Eventuellementle point lumineux indiqua que le réacteur ZEEP fonctionnait à la puissance calculée pour lui.

Ainsi, pour la première fois, un réacteur nucléaire avait fonctionné en dehors des Etats-Unis.   La quantité d'eau lourde requise correspondait presque exactement a ce que J. Stewart (C) et G.M. Volkoff (C) avaient prédit à partir de la théorie.

Au cours des années qui suivirent, le réacteur ZEEP servit à faire d'importantes recherches, entre autres, sur le comportement des neutrons en réacteur.   Ces recherches furent faites par B.W. Sargent et d'autres chercheurs. Il fut également employé par Andrew Pressesky (C), David Walker (C), D.W. Hone (C) et d'autres spécialistes pour obtenir des données destinées à la conception d'autres réacteurs.

En 1945 et 1946, la plupart des scientifiques britanniques retounèrent en Angleterre et commencèrent la recherche qui devait permettre au Royaume-Uni de devenir la troisième puissance dotée d'armes nucléaires et la première à produire de l'électricité, économiquement, dans de grandes centrales nucléaires.   Certains se joignirent au personnel canadien et restèrent au Canada.

La première phase des recherches et développements nucléaires au Canada prenait fin, alors que des scientifiques et des ingénieurs de Grande-Bretagne, des pays du Commonwealth, de France et d'autres pays européens nous avaient donné le meilleur d'eux-mêmes et alors que les Etats-Unis, nous avaient tant aidés.   Le centre des activites nucleaires au Canada fut alors établi à Chalk River où il y eut beaucoup de réorganisation, une nouvelle direction et un nouvel objectif.   C'est à cette éepoque que les idées canadiennes relatives à la conception et au fonctionnement des réacteurs nucléaires, des centrales nucléaires et des systèmes de sécurité commencerent à se différencier des idées en cours dans les autres pays.   Graduellement, la filière électronucléaire CANDU allait se faire jour.

Kowarski, Millar et Walker, 1971 Au cours d'une visite à Chalk River en 1971 Dr Lew Kowarski évoqua des souvenirs avec Dr C.H. Millar (C) et D.H. Walker (C). En août 1944 Dr Kowarski avait dirigé l’équipe chargée de concevoir le réacteur d'essai ZEEP lequel entra en service le 5 septembre 1945 moins de 13 mois plus tard.
Bien que la plupart des scientifiques britanniques soient rétournes en Angleterre en 1945 et 1946 pour y continuer leurs recherches, une étroite coopération eut lieu par la suite avec les chercheurs du Royaume-Uni.   On voit, a partir de la gauche; J.L. Gray, troisième président de l'EACL ayant prissa retraite en décembre 1974: Sir John Cockcroft qui dirigea le programme nucléaire du Canada puis celui du Royaume-Uni; Dr. W.B. Lewis, qui succéda à Cockcroft et devint vice-président principal, science, a l'EACL, poste qu'il a occupé jusqu'à sa retraite; et Sir William Cook, UKAEA (Commission atomique du Royaume-Uni). Gray, Cockroft, Lewis et Cook

La première phase des recherches et développements nucléaires au Canada prenait fin, alors que des scientifiques et des ingénieurs de Grande-Bretagne, des pays du Commonwealth, de France et d'autres pays européens nous avaient donné le meilleur d'eux-mêmes et alors que les Etats-Unis, nous avaient tant aidés.   Le centre des activites nucleaires au Canada fut alors établi à Chalk River où il y eut beaucoup de réorganisation, une nouvelle direction et un nouvel objectif.   C'est à cette éepoque que les idées canadiennes relatives à la conception et au fonctionnement des réacteurs nucléaires, des centrales nucléaires et des systèmes de sécurité commencerent à se différencier des idées en cours dans les autres pays.   Graduellement, la filière électronucléaire CANDU allait se faire jour.


Chalk River Nuclear Laboratories

Les Laboratoires nucléaires de Chalk River tels qu'ils sont aujourd'hui.   Ils constituent le plus grand établissement du Canada pour la recherche nucléaire à des fins uniquement pacifiques.





Je remercie Dr Mackenzie et tous mes anciens collègues, particulièrement G.A. Bartholomew, W.E. Grummitt, G.C. Hanna, W.J. Rnowles, S.A. Kushneriuk, R.R. MacLanders, B.W. Sargent, W.H. Walker et E.E. Winter qui m'ont aidé à me souvenir des événements recapitulés ici.



ANNEXE
Personnel scientifique du Laboratoire de Montréal avant le mois d'août 1945

Personnel recruté au Canada
W.J. Allan, Jeanne L. Agnew, C.A. Barnes, Mme. D. Bate, A.H. Booth, T.W. Boyer, G.C. Butler, A. Cambron, H.M. Cave, H.H. Clayton, M. Cohen, L.G. Cook, D.S. Craig, A.J. Cruickshank, P. Demers, D.C. Douglas, D.M. Eisen, L.G. Elliot, S. Epstein, J.M.G. Fell, F.T. Fitch, C.M. Fraser, S.C. Fultz, P.E. Gishler, G.A.R. Graham, L.M. Grassie, W.E. Grummitt, E.W. Guptill, T.J. Hardwick, J.A. Harvey, E.P. Hincks, C.R.G. Holmes, D.G. Hurst, Mlle M.E. Kennedy, Mlle P. Kerr, D. Kirkwood, W.J. Knowles, S.A. Kushneriuk, Mme. J. Laird, G. C. Laurence, J. LeCaine, W.R. Legge. M.W. Lister, J.G. Machutchin, S.N. Maldrett, J.C. Mark, J.H.L. Matheson, K.J. McCallum, L.A. McLeod, J.W. McKay, N. Miller, J.R. Mills, W.A. Mohun, N. Morrow, G.B. Moses, A.M. Munn, N.J. Neimi, L. Nirenberg, J.W. Ozeroff, E.B. Paul, W.S. Peterson, E. Prevost, D.S. Russell, B.W. Sargent, P.J. Sereda, C.H. Simpkinson, J.W.T. Spinks (C), E.W.R. Steacie, J.D. Stewart, B.M. Thall, A.L. Thompson, Mlle A. Underhill, D. Van Patter, A. Vroom, G.M. Volkoff, Muriel Wales, P.R. Wallace, W.H. Walker, A.G. Ward, L. Yaffe.

Les scientifiques canadiens dont les noms suivent ont oeuvré ailleurs dans le domaine de l'énergie atomique mais en association avec le Laboratoire de Montréal.

Au departement de chimie de l'Université de Toronto: Professor F.E. Beamish; H.E. Bewick, J.E. Currah, and D.E. Ryan.

Au departement de chime de l'Université McMaster: G. Dean, H.E. Duckworth, R.L. Graham, A.L. Harkness, R.C. Hawkings, D.T. Roberts et S.R. Smith sous la direction du professeur Professor Harry.G. Thode.

Au departement de métallurgie de l'Université de Toronto; W.A. Alexander et A.C. Topp sous la direction du professeur L.M. Pidgeon.

Au ministere des Mines et des Ressources - Laboratoire des minerals et des combustibles: R.L. Cunningham, H.J. Nichols, G. Ensell et Mlle A. McDowell sous la direction du Dr G.S. Farnham.


Personnel venant d'autres pays
F.T. Adler, A.H. Allen, C.B. Amphlett, G.S. Anderson, W.J. Arrol, H.S. Arms, P. Auger, A.F. Barr, S.G. Bauer, D.B. Booker, W.E. Burcham, R. Callow, B. Carlson, H. Carmichael, P.E. Cavanagh, K.E. Chackett, J.D. Cockroft, S.G. Cohen, G.B. Cook, E.D. Courant, R.J. Cox, T.E. Cranshaw, B. Davison, J. Diamond, J.V. Dunworth, J. Elsey, A.C. English, F.W. Fenning, G.J. Fergusson, B.H. Flowers, H.F. Freundlich, K.D. George, C.H. Gilbert, A.H.C.P. Gillison, D.W. Ginns, B.L. Goldschmidt, M. Goldstein, H. Greenwood, J.W.G. Gregory, J. Guéron, E.A. Guggenheim, H.H. Halban, G.C. Hanna, B.G. Harvey, H.G. Heal, H.G. Hereward, R.P. Hudson, J.F. Jackson, J.B. Jelley, K.D.B. Johnson, N. Kemmer, B. Kinsey, L. Kowarski, P. Lamb, N.Q. Lawrence, C.E. Mackintosh, A.G. Maddock, R.E. Marshak, G.R. Martin, A. Nunn May, P.M. Milner, J.S. Mitchell, F. Morgan, W.K.R. Musgrave, R.E. Newell, H.R. Paneth, C.O. Peabody, G. Placzek, B. Pontecorvo, H. Preston-Thomas, M.H.L. Pryce, C. Reid, D.T. Roberts, H. Seligman, K. Smith, B.S. Smith, R. Spence, J.F. Steljes, F. Sterry, J. Sutton, J. Thewlis, H. Tongue, N.J. Veall, C.H. Westcott, J.B. Warren, C.N. Watson-Munro, D. West, W.J. Whitehouse, G. Wilkinson, R. Wilkinson, W.W. Young.



Références

  1. Canada's Nuclear Story par W. Eggleston; Clarke, Irwin and Company Limited, 1965.
  2. Arms, Men and Governments; The War Policies of Canada 1935-1945 par C.P. Stacey, Imprimeur de la Reine.
  3. Britain and Atomic Energy 1939-1945 par Margaret Gowing, Toronto: MacMillan Company of Canada Limited, 1964.
  4. L'Aventure Atomique par B. Goldschmidt. Libraire Arthème Fayard, 1962.
  5. The New World 1939-1946 par R.G. Hewlett and Oscar E. Anderson Jr., The Pennsylvania University Press, 1962.
  6. A General Account of the Development of Methods of Using Atomic Energy for Military Purposes: Rapport officiel sur le développement de la bombe atomique sous les auspices du gouvernement des Etats-Unis par Henry D. Smyth, Washington, 1945.


[Société Nucléaire Canadienne]