マンハッタン計画
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マンハッタン地区
上から下、左から右へ：
活動期間1942年～1946年
解散1947年8月15日
国
  • アメリカ合衆国
  • イギリス
  • カナダ
支部アメリカ陸軍工兵隊
駐屯地／本部アメリカ合衆国テネシー州オークリッジ
記念日1942年8月13日
交戦
司令官
著名な指揮官
記章
マンハッタン地区肩章
深い青色の背景に楕円形の肩章が描かれています。上部には陸軍補給部隊の章である赤い円と青い星が描かれています。その周囲にはキノコ雲を表す白い楕円が描かれています。その下には原子を表す黄色い円を割る白い稲妻が描かれています。

マンハッタン計画は、第二次世界大戦中に実施された、世界初の核兵器開発のための研究開発計画である。アメリカ合衆国が主導し、イギリスとカナダが協力して行われた。マンハッタン計画はピーク時に約13万人を雇用し、約20億ドル（2024年の時点で約280億ドルに相当）の費用がかかった。[ 1 ]

1942年から1946年にかけて、このプロジェクトはアメリカ陸軍工兵隊のレスリー・グローブス少将によって指揮されました。原子核物理学者のJ・ロバート・オッペンハイマーは、爆弾を設計したロスアラモス研究所の所長でした。陸軍の計画は、最初の本部がマンハッタンにあったため、 「マンハッタン地区」と名付けられました。この名称は、プロジェクト全体の正式コードネームである「代替材料開発」に徐々に取って代わりました。このプロジェクトは、以前のイギリスの同等プロジェクトである「チューブアロイ」を吸収しました。

プロジェクト費用の80%以上は、核分裂性物質生産施設の建設と運転に充てられました。このプロジェクトでは、核兵器燃料として高濃縮ウランとプルトニウムの両方が提案されました。濃縮ウランはテネシー州のクリントン・エンジニア・ワークス（CEW）で生産されました。プルトニウムはワシントン州のハンフォード・エンジニア・ワークスにある世界初の工業規模の原子炉で生産されました。これらの施設は、カナダ、米国、英国の他の数十の施設によって支えられていました。

兵器の設計はニューメキシコ州のロスアラモス研究所で進められ、戦争中にはリトルボーイ（濃縮ウラン砲型）とファットマン（プルトニウム爆縮）という2つの兵器が使用された。ファットマンの設計は複雑で爆縮レンズを必要とするため、当初は優先度の低い代替案だったが、1944年にハンフォード産のプルトニウムはプルトニウム240の含有率が高いため砲型爆弾には適さないことが確認された。史上初の核兵器は、 1945年7月16日にニューメキシコ州ホワイトサンズ性能試験場で行われたトリニティ実験で使用された爆縮型爆弾であった。このプロジェクトは、軍事目標に兵器を運ぶ具体的な手段の開発と、1945年8月の広島と長崎への原爆投下でのリトルボーイとファットマン爆弾の使用を担った。

この計画は、ドイツの核兵器計画に関する情報収集も任務としていた。アルソス作戦を通じて、マンハッタン計画の関係者はヨーロッパで活動し、時には敵陣の背後で核物質や文書を収集し、ドイツ人科学者を拘束した。マンハッタン計画は機密保持を重視していたにもかかわらず、ソ連の核スパイが計画に侵入した。[ 2 ] [ 3 ]

終戦直後、マンハッタン計画はクロスロード作戦の一環としてビキニ環礁で兵器実験を実施し、新型兵器の開発、国立研究所ネットワークの発展促進、放射線医学研究の支援、そして原子力海軍の基盤構築を行った。1947年1月に米国原子力委員会（AEC） が設立されるまで、マンハッタン計画はアメリカの核兵器研究と生産を統制し続けた。

起源

1932年、ジェームズ・チャドウィックが中性子を発見した。電気的に中性である中性子は、電気的に反発されることなく原子核を貫通することができた。レオ・シラードは、中性子を使って核連鎖反応でエネルギーを解放する可能性を思いついた。彼は、ベリリウムで中性子を生成できるという仮定のもと、その方法の特許を取得した。これは不可能だったが、 [ 4 ] 1938年にオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンが核分裂を発見し、リーゼ・マイトナーとオットー・フリッシュがそれを理論的に説明することで、ウランを使った原子爆弾が理論的に可能になった。ナチス・ドイツやその他のファシスト国家から難民となった科学者の間では、特にドイツの原子爆弾計画が最初に開発してしまうのではないかとの懸念があった。[ 5 ] 1939年8月、シラードと同じくハンガリー生まれの物理学者ユージン・ウィグナーは、「新型の極めて強力な爆弾」が開発される可能性について警告する「アインシュタイン＝シラード書簡」を起草した。この書簡は、アメリカ合衆国に対し、ウラン鉱石の備蓄を確保し、エンリコ・フェルミらによる核連鎖反応の研究を加速するよう促した。彼らは書簡にアルバート・アインシュタインの署名を取り付け、フランクリン・D・ルーズベルト大統領に届けた。[ 6 ]

エンリコ・フェルミ、ジョン・R・ダニング、ダナ・P・ミッチェル、コロンビア大学ピューピン・ホール地下のサイクロトロンの前に立つ、1940年

ルーズベルト大統領は、国立規格協会のライマン・ブリッグスにウランに関する諮問委員会の委員長を任命した。ブリッグスは1939年10月にシラード、ウィグナー、エドワード・テラーと会談した。 [ 6 ]委員会は11月にルーズベルト大統領に、ウランは「現在知られているものよりもはるかに大きな破壊力を持つ爆弾の原料となる可能性がある」と報告した。[ 7 ] 1940年2月、アメリカ海軍はコロンビア大学に6,000ドルを授与したが、 [ 8 ]フェルミとシラードはその大半をグラファイトの製造に費やした。フェルミ、シラード、ユージン・T・ブース、ジョン・ダニングを含むコロンビア大学の教授チームは、アメリカ大陸で最初の核分裂反応を生成し、ハーンとシュトラスマンの研究を検証した。その後、同じチームはコロンビア大学のピューピン・ホールに一連の原型原子炉（フェルミは「原子炉パイル」と呼んだ）を建設したが、連鎖反応はまだ実現していなかった。[ 9 ]ウラン諮問委員会は1940年6月27日に組織が設立され、ウランに関する国防研究委員会（NDRC）となった。 [ 10 ]

1941年6月28日、ルーズベルト大統領は大統領令8807号に署名し、ヴァネヴァー・ブッシュ長官の下に科学研究開発局（OSRD）[ 11 ]を設置した。同局は研究および大規模工学プロジェクトに従事する権限を与えられた。[ 12 ]国家発展改革委員会（NDRC）のウラン委員会はOSRDのS-1セクションとなり、「ウラン」という語は安全保障上の理由から削除された。[ 13 ] 1941年7月、ブリッグスはウラン、特にウラン235同位体とプルトニウム[ 12 ]の研究に16万7000ドルを支出することを提案した。プルトニウムは1941年2月にカリフォルニア大学で初めて単離された。[ 14 ] [ a ]

イギリスでは、 1939年6月にバーミンガム大学のフリッシュとルドルフ・パイエルスがウラン235の臨界質量の調査で画期的な成果を上げた。 [ 16 ]彼らの計算によると、臨界質量は10キログラム（22ポンド）の桁違いで、当時の爆撃機に搭載できるほど小さかった。 [ 17 ] 1940年3月のフリッシュ＝パイエルス覚書により、イギリスの原子爆弾計画とMAUD委員会が開始され、[ 18 ]同委員会は満場一致で原子爆弾開発の追求を勧告した。[ 17 ] 1940年7月、イギリスはアメリカに研究へのアクセスを提供することを申し出ており、[ 19 ]ティザード・ミッションのジョン・コッククロフトはアメリカの科学者にイギリスの開発状況を説明した。彼はアメリカの計画がイギリスのものよりも小規模で、イギリスほど進んでいないことを発見した。[ 20 ]

科学的交流の一環として、MAUD委員会の調査結果は米国に伝えられた。委員の一人であるオーストラリア人物理学者マーク・オリファントは1941年8月下旬に米国に渡り、MAUD委員会が提供したデータが主要な米国物理学者に届いていないことを発見した。オリファントは、委員会の調査結果が明らかに無視されている理由を突き止めようとした。彼はウラン委員会と会談し、カリフォルニア州バークレーを訪れ、アーネスト・O・ローレンスを説得した。ローレンスはこれに感銘を受け、独自のウラン研究を開始した。彼は次にジェームズ・B・コナント、アーサー・H・コンプトン、ジョージ・B・ペグラムと話し合った。こうしてオリファントの任務は成功し、主要な米国物理学者は原子爆弾の潜在的威力を認識するようになった。[ 21 ] [ 22 ]

1941年10月9日、ルーズベルト大統領はヴァネヴァー・ブッシュ、ヘンリー・A・ウォレス副大統領との会談後、原子力計画を承認した。彼は自身（会議には出席しなかったが）、ウォレス、ブッシュ、コナント、ヘンリー・L・スティムソン陸軍長官 、そしてジョージ・C・マーシャル陸軍参謀総長からなる政策最高グループを結成した。ルーズベルトは海軍ではなく陸軍をこの計画の運営に選んだ。陸軍の方が大規模建設の管理経験が豊富であったためである。彼はイギリスとの調整に同意し、10月11日にはウィンストン・チャーチル首相に原子力問題で連絡を取り合うよう示唆するメッセージを送った。[ 23 ]

実現可能性

提案

スーツを着た6人の男が椅子に座り、微笑みながら笑っている
1940年3月、カリフォルニア州バークレーでの会議：アーネスト・O・ローレンス、アーサー・H・コンプトン、ヴァネヴァー・ブッシュ、ジェームズ・B・コナント、カール・T・コンプトン、アルフレッド・L・ルーミス

1941年12月18日のS-1委員会の会議は、真珠湾攻撃とアメリカ合衆国による日本とドイツへの宣戦布告を受けて、 「熱狂と緊迫感に満ちた雰囲気」 [ 24 ]であった。[ 25 ]同位体分離のための3つの技術の研究が進められていた。カリフォルニア大学のローレンスと彼のチームは電磁気分離を研究し、コロンビア大学ではエガー・マーフリーとジェシー・ウェイクフィールド・ビームズのチームが気体拡散を研究し、ワシントンのカーネギー研究所、後に海軍研究所でフィリップ・アベルソンが熱拡散の研究を指揮した。[ 26 ]マーフリーはまた、ガス遠心分離機を用いた分離プロジェクトを率いたが、失敗に終わった。[ 27 ]

一方、原子炉技術に関する研究は2つの流れを辿っていた。ハロルド・ユーリーはコロンビア大学で重水を研究し、アーサー・コンプトンは1942年初頭にシカゴ大学に冶金研究所を設立し、プルトニウムと黒鉛を中性子減速材として使用する原子炉を研究した。[ 28 ] S-1委員会は5つの技術すべてを追求することを勧告した。これはブッシュ、コナント、そして陸軍の核問題担当代表に任命されていたウィルヘルム・D・スタイアー准将によって承認された。[ 26 ]

ブッシュとコナントは、1943年度の予算案として、アメリカ陸軍工兵隊の建設費5400万ドル、陸軍研究開発隊の研究開発費3100万ドル、および予備費500万ドルを計上する勧告を最高政策グループに提出した。彼らは1942年6月17日にこの予算案を大統領に送付し、大統領は「OK FDR」と書いて承認した。[ 26 ]

爆弾の設計概念

落書きシリーズ
1942年7月の会議で検討されたさまざまな核分裂爆弾の組み立て方法（1943年にロバート・サーバーによって作成されたスケッチ）

アーサー・コンプトンは、カリフォルニア大学の理論物理学者ジェイ・ロバート・オッペンハイマーに、1942年5月18日にずさんな作戦上の警備への懸念から辞職したグレゴリー・ブライトから、臨界質量と兵器の爆発の計算に重要な高速中性子の計算に関する研究を引き継ぐよう依頼した。 [ 29 ]冶金研究所の物理学者ジョン・H・マンリーは、オッペンハイマーを補佐し、全国に散らばる実験物理学グループを調整するよう任命された。[ 30 ]オッペンハイマーとイリノイ大学のロバート・サーバーは、中性子拡散（核連鎖反応で中性子がどのように動くか）と流体力学（連鎖反応で生じる爆発がどのように振る舞うか）の問題を研究した。[ 31 ]

この研究と核分裂反応の一般理論を検討するため、オッペンハイマーとフェルミは1942年6月にシカゴ大学、7月にカリフォルニア大学で、理論物理学者のハンス・ベーテ、ジョン・ヴァン・ヴレック、エドワード・テラー、エミール・コノピンスキー、ロバート・セルバー、スタン・フランケル、エルドレッド・C・（カーライル）・ネルソン、実験物理学者のエミリオ・セグレ、フェリックス・ブロッホ、フランコ・ラセッティ、マンリー、エドウィン・マクミランらと会合を開いた。彼らは暫定的に、核分裂爆弾が理論的に可能であることを確認した。[ 31 ]

純粋なウラン235の特性は比較的知られておらず、プルトニウムの特性も同様でした。プルトニウムは、 1941年2月にグレン・シーボーグとそのチームによって初めて単離されたばかりでした。1942年7月の会議に出席した科学者たちは、ウラン235の核分裂反応から放出された中性子をウラン238原子が吸収する原子炉でプルトニウムを生成することを構想しました。この時点では原子炉は建設されておらず、サイクロトロンから得られるプルトニウムの量はごくわずかでした。[ 14 ] 1943年12月になっても、わずか2ミリグラムしか生産されていませんでした。[ 32 ]核分裂性物質を臨界質量に配置する方法は数多くありました。最も単純な方法は、「タンパー」と呼ばれる高密度物質を用いて「活性物質」の球体に「円筒形のプラグ」を撃ち込むというものでした。タンパーとは、中性子を内側に集中させ、反応物質を束ねて効率を高めるための物質です。[ 33 ]彼らはまた、リチャード・C・トルマンが提案した原始的な形の「爆縮」である球状体を含む設計や、爆弾の爆発効率を高めるための自己触媒的方法の可能性についても研究した。 [ 34 ]

核分裂爆弾のアイデアが理論的に確立されるにつれ（少なくともより多くの実験データが得られるまでは）、エドワード・テラーはより強力な爆弾、すなわち「超」爆弾（現在では一般的に「水素爆弾」と呼ばれる）の議論を推し進めた。これは、核分裂爆弾の爆発力を利用して重水素と三重水素の核融合反応を引き起こすものだった。[ 35 ]テラーは次々と計画を提案したが、ベーテはどれも拒否した。核融合のアイデアは、核分裂爆弾の製造に集中するために棚上げされた。[ 36 ]テラーは、原子爆弾が窒素原子核の仮説的な核融合反応によって大気を「点火」する可能性を示唆した。[ b ]ベーテは、それは「極めてありそうにない」と計算した。[ 38 ]テラーが共著者となった戦後の報告書は、「大気のある部分がどんな温度に加熱されたとしても、自己増殖的な核反応の連鎖は開始されない可能性が高い」と結論付けている。[ 39 ]サーバーの説明によると、オッペンハイマーはアーサー・コンプトンにこのシナリオの可能性について言及したが、コンプトンには「それを黙っていられるだけの分別がなかった。どういうわけか、それはワシントンに送られた文書に載り」、「決して忘れ去られることはなかった」という。[ c ]

組織

マンハッタン地区

1942年6月、工兵隊長ユージン・レイボルド少将は、ジェームズ・C・マーシャル大佐を陸軍のプロジェクト責任者に選出しました。マーシャルはワシントンD.C.に連絡事務所を設置しましたが、ニューヨーク市ブロードウェイ270番地に仮の本部を設置し、工兵隊北大西洋師団からの行政支援を受けることができました。この場所は、プロジェクトの主要請負業者であるストーン＆ウェブスターのマンハッタン事務所とコロンビア大学の近くにありました。彼は以前の指揮下にあったシラキュース地区からスタッフを派遣することを許可され、副官となったケネス・ニコルズ中佐から着任しました。 [ 41 ] [ 42 ]

プロジェクトの組織図。上部にプロジェクト本部部門、中央にマンハッタン地区、下部に現地事務所が表示されています。
マンハッタン計画組織図、1946年5月1日

マーシャルの任務の大半は建設作業であったため、彼は工兵隊建設部長のトーマス・M・ロビンズ少将と副官のレスリー・グローブス大佐と協力して作業を行った。レイボルド、サマーベル、スタイアーはこのプロジェクトを「代替資材開発」と名付けることにしたが、グローブスは注目を集めるのではないかと懸念した。工兵地区は通常、所在都市の名称を冠するため、マーシャルとグローブスは陸軍の部隊をマンハッタン地区と名付けることに同意した。レイボルドは8月13日にこの地区を正式に設置した。非公式にはマンハッタン工兵地区（MED）として知られていた。他の地区とは異なり、この地区には地理的な境界がなく、マーシャルは師団工兵としての権限を有していた。「代替資材開発」はプロジェクト全体の正式なコードネームとして残されたが、時が経つにつれて「マンハッタン」に取って代わられた。[ 42 ] [ 43 ]

マーシャルは後に「原子核分裂については聞いたことがなかったが、9000万ドルで4基も工場を建てるなんて、大したことはできないだろうということは知っていた」と認めている。[ 44 ]ニコルズがペンシルベニア州に最近建設したTNT工場1基の費用は1億2800万ドルだった。 [ 45 ]また、彼らは小数点以下の見積もりにも納得しなかった。グローブスは、それをケータリング業者に10人から1000人の客の料理を作るように指示するのと同じようなものだと例えた。[ 46 ]ストーン＆ウェブスターの調査チームは既に生産工場の建設地を探していた。戦時生産委員会は、テネシー州ノックスビル周辺の用地を推奨した。そこはテネシー川流域開発公社が十分な電力を供給でき、河川が原子炉の冷却水源となる隔離された地域だった。調査チームはいくつかの場所を検討した後、テネシー州エルザ近郊の1つを選んだ。コナントはすぐにその場所を取得するよう助言し、スタイアーも同意したが、マーシャルはコナントの原子炉実験の結果を待って、先延ばしにした。[ 47 ]将来的なプロセスの中で、ローレンスの電磁分離だけが建設を開始できるほど十分に進んでいるように見えた。[ 48 ]

マーシャルとニコルズは必要な資源を集め始めた。最初のステップは、このプロジェクトに高い優先度を与えることだった。最高優先度はAA-1からAA-4まで降順で与えられていたが、緊急時用にAAAという特別な優先度が確保されていた。AA-1とAA-2は必須の武器と装備のためのものだったので、要件と資源担当のサービスおよび補給担当副参謀長ルシウス・D・クレイ大佐は、必要が生じれば重要な資材については要請があればAAAを与える用意はあったものの、自分が割り当てられる最高の優先度はAA-3だと考えた。[ 49 ]ニコルズとマーシャルは失望した。AA-3はペンシルベニア州にあるニコルズのTNT工場と同じ優先度だったのだ。[ 50 ]

軍事政策委員会

スーツを着た男性と制服を着た男性が、ねじれた金属の山の周りで笑顔で会話をしています
1945年9月、実験爆発から2か月後、第二次世界大戦終結直後のトリニティ実験の残骸に立ち寄るオッペンハイマーとグローブス。白いオーバーシューズを履いていたため、靴底に放射性降下物が付着するのを防いでいた。[ 51 ]

ヴァネヴァー・ブッシュは、マーシャル大佐がプロジェクトを迅速に進めることができなかったことに不満を抱き[ 52 ]、より積極的なリーダーシップが必要だと感じた。彼はハーヴェイ・バンディ、マーシャル、サマーヴェル、スタイアー各将軍に懸念を伝え、プロジェクトを上級政策委員会の管轄下に置いて、できればスタイアーのような高官を委員長に据えるべきだと提唱した[ 50 ] 。

サマーヴェルとスタイアーはグローブスをその職に選んだ。マーシャル将軍は彼を准将に昇進させるよう命じた。[ 53 ]これは「将軍」という肩書きの方が、計画に携わる学者たちにはより影響力があると考えられたためである。[ 54 ]グローブスの命令により、彼はレイボルドではなくサマーヴェルの直属となり、マーシャル大佐がグローブスに責任を負うことになった。[ 55 ]グローブスはワシントン D.C. の新陸軍省ビルに司令部を設け、そこにマーシャル大佐の連絡事務所が置かれた。[ 56 ]彼は1942年9月23日にマンハッタン計画の指揮を執った。同日遅く、彼はスティムソンが招集した会議に出席し、最高政策グループに責任を負う軍事政策委員会[ 53 ]トールマンとコナントは後にグローブスの科学顧問に任命された。[ 57 ]

9月19日、グローブスは戦時生産委員会の委員長ドナルド・ネルソンを訪ね、必要に応じてAAA格付けを付与する広範な権限を求めた。ネルソンは当初は難色を示したが、グローブスが大統領に訴えると脅すとすぐに屈した。 [ 58 ]グローブスは必要がない限りAAA格付けを使用しないことを約束した。しかし、プロジェクトの日常的な要件においてAAA格付けは高すぎるが、AA-3格付けは低すぎることがすぐに判明した。長い交渉の末、グローブスは1944年7月1日にようやくAA-1格付けの権限を得た。[ 59 ]グローブスによると、「ワシントンでは最優先事項の重要性に気付いた。ルーズベルト政権下で提案されたほとんどすべてのことが最優先事項だった。しかし、それは1、2週間ほど続き、その後は別のものが最優先事項になった」という。[ 60 ]

グローブスが当初抱えた問題の一つは、爆弾を設計・製造するグループであるプロジェクトYの責任者を見つけることだった。ユーリー、ローレンス、アーサー・コンプトンという3人の研究所長のうちの1人が当然の選択だったが、彼らを割くことはできなかった。コンプトンは、爆弾の設計概念にすでに精通していたオッペンハイマーを推薦した。しかし、オッペンハイマーには管理経験がほとんどなく、ユーリー、ローレンス、コンプトンとは違いノーベル賞を受賞していなかった。多くの科学者は、このような重要な研究所の責任者にはノーベル賞が受賞すべきだと感じていた。また、オッペンハイマーの妻キティ、恋人のジーン・タトロック、弟のフランクなど、仲間の多くが共産主義者だったため、オッペンハイマーの安全保障上の懸念もあった。1942年10月の長時間の話し合いで、グローブスとニコルズは、オッペンハイマーは辺鄙な地域に研究所を設立することに伴う問題を十分に理解しており、彼をその所長に任命すべきだと確信した。グローブスは個人的にセキュリティ要件を放棄し、1943年7月20日にオッペンハイマーの許可を発行した。[ 61 ] [ 62 ]

英国との協力

イギリスとアメリカは核に関する情報を交換したが、当初は共同で研究することはなかった。1940年から1941年にかけては、イギリスのプロジェクト（チューブ・アロイズ）の方が規模も大きく先進的だった。[ 20 ]イギリス指導部は、1941年8月にブッシュとコナントが両国の原子力研究を統合するという提案に当初反対したが、[ 63 ]戦争初期に研究で大きな進歩を遂げていたイギリスには、経済の大部分を戦争に投入しながら開発を進める資源がなかった。チューブ・アロイズはすぐにアメリカに遅れをとることになった。[ 64 ]両国の役割は逆転し、[ 65 ] 1943年1月、コナントはイギリスに対し、特定の分野を除いて今後は原子力の情報を受け取らないと通知した。[ 66 ] [ 67 ]イギリスは独自の核計画の可能性を調査したが、ヨーロッパでの戦争に影響を与えるまでに準備が間に合わないと判断した。[ 68 ]

制服を着た大柄な男と、スーツとネクタイを着て眼鏡をかけた痩せた男が机に座っている。
グローブスは英国使節団長のジェームズ・チャドウィックと協議する。

1943年3月までに、コナントはジェームズ・チャドウィックと他の1、2人のイギリス人科学者が、兵器設計の秘密を漏らすリスクを冒しても、ロスアラモスの爆弾設計チームに必要であるほど重要であると判断した。[ 69 ] 1943年8月、チャーチルとルーズベルトはケベック協定を交渉し、[ 70 ] [ 71 ]米英の取り組みを調整するための合同政策委員会を設立した。カナダは署名国ではなかったが、協定では、取り組みへのカナダの貢献を考慮して、合同政策委員会にカナダ代表を派遣することを規定した。 [ 72 ] 1944年9月下旬に署名された、ハイドパーク・アイド・メモワールとして知られるルーズベルトとチャーチルの間の協定は、ケベック協定を戦後まで延長し、「『爆弾』が最終的に利用可能になったとき、熟慮の末、おそらく日本に対して使用される可能性がある。日本には、この爆撃は日本が降伏するまで繰り返されると警告すべきである」と示唆した。[ 73 ] [ 74 ]

ケベック協定後に協力が再開されると、アメリカの進歩と支出はイギリスを驚かせた。チャドウィックはマンハッタン計画へのイギリスの最大限の関与を強く求め、戦争中にイギリスが独立した計画を行うという希望を捨てた。[ 68 ]チャーチルの支援を得て、彼はグローブスの援助要請がすべて尊重されるように努めた。[ 75 ] 1943年12月に米国に到着したイギリス代表団にはニールス・ボーア、オットー・フリッシュ、クラウス・フックス、ルドルフ・パイエルス、アーネスト・ティッタートンが含まれていた。[ 76 ] 1944年初頭にはさらに多くの科学者が到着した。気体拡散に配属された者たちは1944年秋までに去ったが、バークレーでローレンスとともにオリファントの指揮下で研究していた35人は既存の研究グループに配属され、ほとんどが終戦まで留まった。ロスアラモスに派遣された19人は、既存のグループにも加わったが、主に爆縮と核爆弾の組み立てに関するグループであり、プルトニウム関連のグループには参加しなかった。[ 68 ]ケベック協定では、米英の相互同意なしに核兵器を他国に使用しないことが規定されていた。1945年6月、ウィルソンは日本への原爆投下が合同政策委員会の決定として記録されることに同意した。[ 77 ]

1944年6月、連合政策委員会はグローブスを委員長とする連合開発トラストを設立し、国際市場でウランとトリウムの鉱石を調達した。ベルギー領コンゴとカナダは東ヨーロッパ以外では世界のウランの大半を保有しており、ベルギー亡命政府はロンドンにあった。イギリスは、アメリカの研究が制限されなければベルギーの鉱石の大半を使用できないため、アメリカにベルギーの鉱石の大半を譲り渡すことに同意した。[ 78 ] 1944年、トラストはベルギー領コンゴで鉱山を操業している会社から344万ポンド（156万kg）の酸化ウラン鉱石を購入した。アメリカ財務長官ヘンリー・モーゲンソー・ジュニアへの報告を避けるため、通常の監査と管理を受けない特別口座がトラストの資金を保管するために使用された。 1944年から1947年に信託基金を辞任するまでの間に、グローブスは合計3,750万ドルを預け入れた。[ 79 ]

グローブスは後に、マンハッタン計画へのイギリスの科学者の直接的な貢献は「有益ではあったが不可欠ではなかった」が、イギリス（特にチャーチル）の推進力がなければ「広島に原爆が投下されることはなかっただろう」と述べた。[ 80 ] 1946年のマクマホン法によりアメリカの核協力が一時的に終結した際、イギリスの戦時参加は独自の核兵器計画の成功に不可欠であった。[ 68 ]

プロジェクトサイト

主要なプロジェクトサイトがマークされたアメリカ合衆国とカナダ南部の地図
ロスアラモスプロジェクトY
アラモゴード・トリニティ試験
リッチランド・ハンフォード・エンジニア・ワークス
オークリッジ・クリントン・エンジニア・ワークス
バークレー放射線研究所
シカゴ冶金研究所
エイムズ計画
デイトン・プロジェクト
モントリオール研究所
チョークリバー研究所
イニョカーン・プロジェクト・キャメル
モンティセロ・バナジウム社
ユラバンUSバナジウム・コーポレーション
アルバータ州ウェンドーバー・プロジェクト
トレイル・コミンコ
ウォバッシュ川兵器工場
モーガンタウン兵器工場
アラバマ兵器工場
クリーブランド・ナショナル・カーボン社
セントルイス・マリンクロット
ロチェスター医療課
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マンハッタン計画にとって重要な、米国とカナダの施設の一部です。研究と生産は、米国、英国、カナダの30以上の施設で行われました。詳細については、場所をクリックしてください

オークリッジ

作業員たち（ほとんどが女性）が建物群から次々と出てくる。看板には「CEW COUNTがプロジェクト情報を守り続けられるよう尽力しましょう！」と呼びかけられている。
1945年8月11日、テネシー州オークリッジにあるクリントン・エンジニア・ワークスのY-12ウラン濃縮施設でのシフト交代。1945年5月までに、クリントン・エンジニア・ワークスでは82,000人が雇用されていました。[ 81 ]マンハッタン地区の写真家エド・ウェストコットによる写真

プロジェクトを引き継いだ翌日、グローブスはマーシャル大佐とともにテネシー州に行き、予定地を視察した。グローブスは感銘を受けた。[ 82 ] [ 83 ] 1942年9月29日、アメリカ陸軍次官ロバート・P・パターソンは、工兵隊に56,000エーカー（23,000ヘクタール）の土地を350万ドルの費用で収用することを許可した。その後、さらに3,000エーカー（1,200ヘクタール）が取得された。10月7日に発効したこの命令により、約1,000世帯が影響を受けた。[ 84 ]抗議活動、法廷闘争、1943年の議会による調査は効果をあげなかった。[ 85 ] 11月中旬までに連邦保安官が農家のドアに立ち退き通知を掲示し、建設業者が入居し始めた。[ 86 ]何世代にもわたって住み慣れた農場から立ち退くよう2週間前に通知された家族もあった。[ 87 ] 1945年3月まで完了しなかった土地収用の最終的な費用は、わずか約260万ドル、1エーカーあたり約47ドルだった。[ 88 ]オークリッジを軍の許可なしには誰も立ち入ることができない完全立入禁止区域と宣言する布告が提示されると、テネシー州知事プレンティス・クーパーは怒ってそれを破棄した。[ 89 ]

当初キングストン爆破現場として知られていたこの場所は、1943年初めに正式にクリントン工兵工場(CEW) と改名された。 [ 90 ]ストーン・アンド・ウェブスターが生産施設に集中している間に、建築​​およびエンジニアリング会社のスキッドモア・オーウィングス・アンド・メリルは13,000人用の住宅コミュニティを開発した。コミュニティはブラックオークリッジの斜面に位置しており、新しい町オークリッジの名前の由来となった。[ 91 ]オークリッジにおける陸軍の存在は、1943年8月にニコルズがマーシャルに代わってマンハッタン工兵地区の責任者に就任したことで増加した。彼の最初の仕事の1つは、地区の名称は変更されなかったが、地区本部をオークリッジに移転することだった。[ 92 ] 1943年9月、コミュニティ施設の管理は、子会社のローアン・アンダーソン社を通じてターナー建設会社に委託された。[ 93 ]化学技術者たちは、厳重な警備と資材の迅速な承認のもと、10～12%濃縮ウラン235を製造するための「必死の努力」に加わった。[ 94 ]オークリッジの人口はすぐに当初の計画をはるかに超えて増加し、1945年5月には7万5000人に達し、その時点でクリントン・エンジニア・ワークスでは8万2000人が雇用され、[ 81 ]ロアン・アンダーソンでは1万人が雇用されていた。[ 93 ]

ロスアラモス

ニューメキシコ州ロスアラモス敷地の地図、1943～1945年

プロジェクトYをオークリッジに設置する案も検討されましたが、遠隔地とすることが決定されました。オッペンハイマーの勧めにより、適切な場所の選定は、オッペンハイマーが牧場を所有していたニューメキシコ州アルバカーキ近郊に絞り込まれました。 [ 95 ] 1942年11月16日、オッペンハイマー、グローブス、ダドリーらはロスアラモス牧場学校周辺を視察しました。オッペンハイマーは、その自然の美しさを挙げ、プロジェクトに携わる人々にインスピレーションを与えることを期待し、この場所を強く希望しました。[ 96 ] [ 97 ]技術者たちは、アクセス道路の悪さと給水が十分かどうかを懸念していましたが、それ以外は理想的だと感じていました。[ 98 ]

パターソンは1942年11月25日にこの土地の買収を承認し、事前に計算された54,000エーカー（22,000ヘクタール）の購入に44万ドルを認可した。このうち8,900エーカー（3,600ヘクタール）を除く全てが連邦政府によって既に所有されていた。[ 99 ]農務長官クロード・R・ウィッカードは、約45,000エーカー（18,000ヘクタール）の米国森林局の土地を「軍事上の必要性が続く限り」陸軍省に譲渡した。 [ 100 ]戦時中の土地購入は最終的に49,383エーカー（19,985ヘクタール）に達したが、実際に使われた金額はわずか414,971ドルであった。[ 101 ]工事は1942年12月に開始された。グローブスは当初建設費としてオッペンハイマーの見積もりの​​3倍となる30万ドルを割り当てたが、1943年11月30日にサント[ d ]が完成するまでに700万ドル以上が費やされた。[ 104 ]

戦時中、ロスアラモスは「サイトY」または「ザ・ヒル」と呼ばれていました。[ 105 ]当初、オッペンハイマーをはじめとする研究者が陸軍に入隊し、軍事研究所として利用される予定でしたが、ロバート・バッチャーとイジドール・ラビがこの計画に反対し、オッペンハイマーに他の科学者が反対するだろうと説得しました。そこでコナント、グローブス、そしてオッペンハイマーは妥協案を考案し、カリフォルニア大学が陸軍省との契約に基づき研究所を運営することになりました。[ 106 ]ドロシー・マッキビンはサンタフェの支部事務所を運営し、新入隊員を出迎え、入隊許可証を発行しました。[ 107 ]

シカゴ

最初の原子炉であるシカゴ・パイル1号の開発に携わったシカゴ大学チームのメンバー。最前列にはエンリコ・フェルミとウォルター・ジン、 2列目にはハロルド・アグニュー、レオナ・ウッズ、レオ・シラードがいます

1942年6月25日、陸軍とオークリッジ原子力発電所委員会は、シカゴ南西部のアルゴンヌ森林保護区にプルトニウム生産のためのパイロットプラントを建設することを決定した。この保護区はサイトAと指定された。7月、ニコルズはクック郡森林保護区から1,025エーカー（415ヘクタール）の土地を借り受け、ジェームズ・F・グラフトン大尉がシカゴ地域の技師に任命された。しかし、事業規模がこの地域には大きすぎることがすぐに明らかになり、パイロットプラントはオークリッジに建設し、研究・試験施設はシカゴに置くことが決定された。[ 108 ] [ 109 ]

Aサイトにおける原子炉建設の遅れにより、アーサー・コンプトンは冶金研究所にシカゴ大学スタッグフィールドの観客席の下に最初の原子炉を建設する許可を与えた。原子炉には大量の高純度黒鉛塊と、金属ウランと酸化物粉末の両方が必要だった。当時、純粋なウラン金属の供給源は限られており、アイオワ州立大学のフランク・スペディングはわずか2ショートトンしか生産できなかった。3ショートトンはウェスティングハウス・ランプ工場から間に合わせの方法で急遽生産された。原子炉を覆うためにグッドイヤータイヤが大きな四角い風船を建造した。[ 110 ] [ 111 ]

1942年12月2日、エンリコ・フェルミ率いるチームは、シカゴ・パイル1号と呼ばれる実験炉で、人工的に初めて[ e ]自己持続的な核連鎖反応を開始した[ 113 ]。反応が自己持続的になる点は「臨界」として知られるようになった。コンプトンはワシントンD.C.のコナントに暗号電話でこの成功を報告し、「イタリアの航海士[フェルミ]が新世界に着陸した」と伝えた[ 114 ] 。 [ f ]

1943年1月、グラフトンの後任であるアーサー・V・ピーターソン少佐は、人口密集地での原子炉の稼働は危険すぎると考え、シカゴ・パイル1を解体し、森林保護区内のサイトAで再組み立てするよう命じた。[ 115 ]サイトAは、大学の冶金研究所の秘密の延長として科学研究を継続した。最初の重水炉であるシカゴ・パイル3も、1944年5月15日にこの場所で臨界に達した。 [ 116 ] [ 117 ]戦後、サイトAの操業は約6マイル（9.7 km）離れたデュページ郡、現在のアルゴンヌ国立研究所の所在地に移された。[ 109 ]

ハンフォード

1942年12月までに、オークリッジでさえ、大規模な核事故が発生した場合、人口密集地（ノックスビル）に近すぎるという懸念が高まっていました。グローブスは1942年11月、プルトニウム生産施設建設の元請けとしてデュポン社を起用しました。同社の社長であるウォルター・S・カーペンター・ジュニアは、いかなる利益も望んでいませんでした。法的理由から、1ドルという名目上の報酬で合意しました。[ 118 ]

カウンターには、不機嫌そうな顔をした作業員たちが大勢集まっており、そこで2人の女性が書き物をしている。作業員の中には、帽子に自分の身分証明写真を載せている者もいる
ハンフォードの労働者はウエスタンユニオンのオフィスで給料を受け取る。

デュポン社は、オークリッジの既存のウラン生産施設から離れた場所に建設することを推奨した。[ 119 ] 1942年12月、グローブスはフランクリン・マティアス大佐とデュポン社の技術者を派遣し、候補地の調査を行った。マティアスは、ワシントン州リッチランド近郊のハンフォード・サイトが「事実上あらゆる点で理想的」であると報告した。そこは人里離れており、コロンビア川に近いため、原子炉を冷却するのに十分な水を供給できる。グローブスは1月にハンフォード・サイトを訪れ、「サイトW」というコードネームで呼ばれるハンフォード・エンジニア・ワークス（HEW）を設立した。[ 120 ]

パターソン次官は2月9日に承認を与え、43万エーカー（17万ヘクタール）の土地取得に500万ドルを割り当てた。連邦政府は近隣の入植地の住民約1,500人と、この地域を利用していたワナパム族などの部族を移住させた。農民との間では、既に植えられていた作物の補償をめぐって紛争が発生した。陸軍はスケジュールが許す限り作物の収穫を許可したが、必ずしも可能ではなかった。[ 120 ]土地収用は長引いていき、1946年12月のマンハッタン計画終了までに完了することはなかった。[ 121 ]

紛争で作業が遅れることはなかった。冶金研究所とデュポン社の原子炉設計の進捗状況は、プロジェクトの範囲を正確に予測できるほど進んでいなかったが、1943年4月には約2万5千人の労働者のための施設の建設が開始され、その半数は現場で生活することが見込まれた。1944年7月までに約1,200棟の建物が建てられ、建設キャンプには約5万1,000人が住んでいた。地域技師として、マティアスは現場の全体的な管理を行った。[ 122 ]最盛期には、建設キャンプはワシントン州で3番目に人口の多い町だった。[ 123 ]ハンフォードは900台を超えるバス​​を運行しており、シカゴ市のバス台数を上回った。[ 124 ]ロスアラモスやオークリッジと同様に、リッチランドは立ち入りが制限されたゲート式コミュニティだったが、軍の存在感は低く、高いフェンスや番犬などの物理的なセキュリティ要素もあまり目立たない、典型的な戦時中のアメリカの新興都市のようだった。[ 125 ]

カナダの施設

カナダはウランとプルトニウムの研究、採掘、生産を行い、カナダの科学者はロスアラモスで働きました。[ 126 ] [ 127 ]

ブリティッシュコロンビア州

コミンコ社は1930年からブリティッシュコロンビア州トレイルで電解水素を生産していました。ユーリーは1941年に重水の製造を提案しました。75MWの水力発電を消費する3,215個のセルからなる1,000万ドルの既存のプラントに、二次電解セルが追加され、水中の重水素濃度を2.3%から99.8%に高めました。このプロセスのために、プリンストン大学のヒュー・テイラーは最初の3段階用に白金担持炭素触媒を開発し、ユーリーは第4段階タワー用にニッケル-クロミア触媒を開発しました。最終的なコストは280万ドルでした。カナダ政府は1942年8月までこのプロジェクトを公式に知りませんでした。トレイルでの重水生産は1944年1月に始まり、1956年まで続きました。トレイルからの重水は、重水と天然ウランを使用した最初の原子炉であるシカゴ・パイル3号で使用され、1944年5月15日に臨界に達しました。 [ 128 ]

オンタリオ

オンタリオ州チョークリバーの敷地は、連合軍のモントリオール研究所の活動を都市部から離れた場所に移転させるため設立された。チーム メンバーの住居と施設を提供するために、オンタリオ州ディープ リバーに新しいコミュニティが建設された。この場所が選ばれたのは、オンタリオ州とケベック州の工業製造エリアに近いことと、大きな軍事基地であるキャンプ ペタワワに隣接する鉄道の終着駅に近いためである。オタワ川沿いに位置し、水は豊富であった。新しい研究所の初代所長はハンス フォン ハルバンであった。1944 年 5 月にジョン コッククロフトが後任となり、 1946 年 9 月にベネット ルイスが後任となった。ZEEP (ゼロ エネルギー実験炉)として知られるパイロット原子炉は、1945 年 9 月に臨界状態に達し、カナダ初の原子炉、また米国外で完成した最初の原子炉となった。 ZEEPは1970年まで研究者によって使用され続けました。[ 129 ]戦時中に設計されたより大きな10MWのNRX原子炉が完成し、1947年7月に臨界状態に達しました。 [ 128 ]

ノースウエスト準州

ポート・ラジウムのエルドラド鉱山はウラン鉱石の産地でした。[ 130 ]

重水施設

デュポン社が好んだ原子炉の設計はヘリウム冷却で、減速材としてグラファイトを使用するものでしたが、デュポン社は依然として重水をバックアップとして使用することに関心を示していました。P -9プロジェクトは、政府による重水生産プログラムのコードネームでした。月3ショートトン（2.7トン）の重水が必要になると推定されました。当時建設中だったトレイルの工場は、月0.5ショートトン（0.45トン）を生産できました。そのため、グローブスはデュポン社に対し、ウェストバージニア州モーガンタウン近郊のモーガンタウン兵器工場、インディアナ州ダナとニューポート近郊のウォバッシュリバー兵器工場、アラバマ州チルダースバーグとシラコーガ近郊のアラバマ兵器工場に重水施設を建設することを承認しました。これらの工場は兵器工場として知られ、兵器省の契約に基づいて資金提供されていましたが、建設と運営は陸軍工兵隊によって行われましたアメリカの工場ではトレイルとは異なるプロセスを採用しており、重水の沸点がわずかに高いことを利用して蒸留によって重水を抽出した。[ 131 ] [ 132 ]

ウラン

鉱石

ベルギー領コンゴのシンコロブエ鉱山産の高品質ウラン含有鉱石（トベルナイト）のサンプル

この計画の主要原料はウランであり、原子炉の燃料、プルトニウムに変換される原料、さらに濃縮されて原子爆弾そのものに使われた。1940年にはウランの主要な鉱床が4ヶ所知られており、コロラド州、カナダ北部、チェコスロバキアのヨアヒムスタール、そしてベルギー領コンゴであった。[ 133 ]ヨアヒムスタール以外はすべて連合国の手に渡っていた。1942年の調査では、計画に必要な量のウランが存在すると判断された。[ 134 ] [ g ]ニコルズは国務省と協力して酸化ウランの輸出規制を設け、スタテン島の倉庫に保管されていたベルギー領コンゴ産のウラン鉱石1,200ショートトン (1,100 t)と、コンゴに保管されていた残りの採掘済み鉱石の購入交渉を行った。彼は、オンタリオ州ポートホープにあるエルドラド・ゴールド・マインズの精錬所から鉱石を購入する交渉を行った。その後、カナダ政府は同社の株式を買い上げ、最終的に支配権を獲得した。[ 136 ]

エイムズ法の還元反応から生成されるウラン金属「ビスケット」

これらの鉱石のうち、ベルギー領コンゴ産のものは岩石1塊あたりのウラン含有量が群を抜いて多かった。[ 137 ] [ h ]アメリカとイギリスの指導者は、戦時中の必要性に加えて、世界のウラン鉱床を可能な限り管理することが自国の利益であるとの結論に達した。シンコロブエ鉱山は浸水して閉鎖され、ニコルズは鉱山を所有するユニオン・ミニエール・デュ・オー・カタンガの取締役エドガー・サンジエと、鉱山の再開と将来の生産分すべてを米国に売却する交渉を試みたが、失敗に終わった。[ 139 ]その後、この問題は合同政策委員会で取り上げられた。ユニオン・ミニエールの株式の30%はイギリスの利害によって管理されていたため、イギリスが交渉を主導した。 1944年5月、ジョン・アンダーソン卿とジョン・ウィナント大使は、サンジエとベルギー政府との間で、鉱山を再開し、1,720ショートトン（1,560トン）の鉱石を1ポンドあたり1.45ドルで購入するための契約を締結した。[ 140 ]鉱石をイギリスとカナダに依存することを避けるため、グローブスはコロラド州ウラバンにある米国バナジウム社の備蓄の購入も手配した。[ 141 ]

原鉱石は硝酸に溶解されて硝酸ウラニルが生成され、これが三酸化ウランに加工され、さらに還元されて高純度の二酸化ウランとなった。[ 142 ] 1942年7月までに、マリンクロット社は1日に1トンの高純度酸化物を生産していたが、これをウラン金属に加工するのは当初困難であることが判明した。[ 143 ]生産速度が遅く、品質も受け入れがたいほど低かった。そこで、代替案を調査するため、フランク・スペディングの指揮の下、アイオワ州エイムズのアイオワ州立大学に冶金研究所の支部が設立された。これはエイムズ計画として知られるようになり、エイムズ法は1943年に利用可能になった。[ 144 ]

同位体分離

天然ウランは99.3%のウラン238と0.7%のウラン235で構成されていますが、後者だけが核分裂性であるため、より豊富なウラン235から物理的に分離する必要があります。ウラン濃縮には様々な方法が検討され、そのほとんどはオークリッジで実施されました。[ 145 ]最も有望な技術である遠心分離は失敗に終わりましたが、電磁分離、気体拡散、熱拡散技術はすべて成功し、プロジェクトに貢献しました。1943年2月、グローブスはいくつかの工場の出力を他の工場の原料として利用するというアイデアを思いつきました。[ 146 ]

オークリッジ地域の等高線図。南に川があり、町は北にあります
オークリッジには複数のウラン分離技術施設がありました。右上にはY-12電磁分離プラント、左下にはK-25とK-27ガス拡散プラント、S-50熱拡散プラントがあります。X-10はプルトニウム生産用でした。

遠心分離機

1942年4月、遠心分離法は唯一有望な分離方法と考えられていました。[ 147 ]ジェシー・ビームズは1930年代に同様の方法を開発していましたが、技術的な困難に直面していました。1941年、彼はウランの唯一の既知の気体化合物である六フッ化ウランの研究を始め、ウラン235を分離することに成功しました。コロンビア大学では、カール・P・コーエンが遠心分離装置の設計を可能にする数学理論を構築し、ウェスティングハウスがその建設を引き受けました。[ 148 ]

これを生産プラントにスケールアップすることは、非常に困難な技術的課題を伴いました。ユーリーとコーエンは、1日に1キログラム（2.2ポンド）のウラン235を生産するには、直径1メートル（3フィート3インチ）のローターを備えた遠心分離機が最大5万台、あるいは直径4メートル（13フィート）のローターを備えた遠心分離機が1万台必要になると推定しました（直径4メートルのローターが製造可能と仮定した場合）。これほど多くのローターを高速で連続的に運転し続けることは困難に思えました。[ 149 ]ビームズが実験装置を稼働させたところ、予測された収量の60%しか得られず、より多くの遠心分離機が必要であることが示されました。そこでビームズ、ユーリー、コーエンは、効率向上につながると思われる一連の改良に着手しました。しかし、高速運転時にモーター、シャフト、ベアリングが頻繁に故障したため、パイロットプラントでの作業は遅れました。[ 150 ]

1942年11月、遠心分離法は軍事政策委員会によって放棄された。[ 151 ]戦後、ソ連ではジッペ型ガス遠心分離機が開発され、成功を収めた。この遠心分離機は、はるかに経済的なことから、最終的にウラン同位体分離の主流となった。[ 152 ]

電磁分離

電磁同位体分離は、カリフォルニア大学放射線研究所で開発されました。この方法では、カルトロンと呼ばれる装置が使用されました。この名称は、カリフォルニア、大学、サイクロトロンに由来しています。[ 153 ]電磁プロセスでは、磁場が荷電粒子を質量に応じて偏向させます。[ 154 ]このプロセスは科学的にも工業的にも効率的ではありませんでした。[ 155 ]ガス拡散プラントや原子炉と比較すると、電磁分離プラントは希少材料を多く消費し、運転にはより多くの人員を必要とし、建設コストも高くなります。しかし、このプロセスは実証済みの技術に基づいており、リスクが低いため承認されました。さらに、段階的に建設でき、迅速に工業生産能力に達することができました。[ 153 ]

大きな楕円形の構造物
Y-12のアルファIレーストラック

マーシャルとニコルズは、電磁同位体分離プロセスには5,000ショートトン（4,500トン）の銅が必要であることを発見したが、銅と銀の比率は11:10であった。1942年8月3日、ニコルズは財務次官ダニエル・W・ベルと会談し、ウェストポイント地金保管所から6,000トンの銀地金を移送するよう要請した。[ 156 ]最終的に14,700ショートトン（13,300トン、4億3000万トロイオンス）が使用された。[ 157 ] 1,000トロイオンス（31kg）の銀の延べ棒は円筒形のビレットに鋳造され、帯状に押し出されて磁気コイルに巻き取られた。[ 157 ] [ 158 ]

ダイヤルとスイッチが付いた多くのコンソールが並ぶ長い廊下。高いスツールに座った女性が対応している
カルトロン・ガールズは、Y-12でカルトロンの制御盤を監視していた若い女性たちでした。手前に座っているグラディス・オーウェンズは、自分が何に関わっていたのか知​​りませんでした。[ 159 ]

1942年6月、 Y-12と呼ばれることになる電磁分離プラントの設計と建設の責任は、ストーン＆ウェブスター社に割り当てられた。設計では、アルファ・レーストラックと呼ばれる5つの第一段階処理ユニットと、ベータ・レーストラックと呼ばれる最終処理用の2つのユニットが必要だった。1943年9月、グローブスはアルファIIとして知られるさらに4つのレーストラックの建設を承認した。建設は1943年2月に始まった。[ 160 ] 2番目のアルファIは1944年1月末に稼働し、最初のベータIと1番目と3番目のアルファIは3月にオンラインになり、4番目のアルファIは4月に稼働した。4つのアルファIIレーストラックは1944年7月から10月の間に完成した。[ 161 ]テネシー・イーストマン社はY-12の管理を請け負った。[ 162 ]カルトロンは、カルトロン・ガールズとして知られる訓練を受けたテネシー・イーストマン社のオペレーターに引き渡された。[ 163 ]

カルトロンは当初、ウラン235の濃度を13～15%に濃縮し、その最初の数百グラムを1944年3月にロスアラモスに出荷した。5,825%のウラン供給量のうち、製品として得られたのはわずか1%であった。残りの大部分は、その過程で機器に飛び散った。懸命な回収作業の結果、1945年1月までに生産量はウラン235供給量の10%にまで増加した。2月にはアルファ・レーストラックは新設のS-50熱拡散プラントからわずかに濃縮された（1.4%）供給を受け始め、翌月にはK-25気体拡散プラントから濃縮された（5%）供給を受けた。8月までに、K-25はベータ・レーストラックに直接供給できるほど濃縮されたウランを生産していた。[ 164 ]

気体拡散

同位体分離において最も有望でありながら最も困難な方法は気体拡散でした。グラハムの法則によれば、気体の流出速度はその分子量の平方根に反比例するため、半透膜と2種類の気体の混合物が入った箱では、軽い分子は重い分子よりも速く容器から出ていきます。この箱をポンプと膜のカスケードに形成し、各段階に少しずつ濃度の高い混合物を入れるというアイデアでした。このプロセスの研究は、コロンビア大学のハロルド・ユーリー、カール・P・コーエン、ジョン・R・ダニングを含むグループによって行われました。[ 165 ]

巨大なU字型の建物の斜め上空からの眺め
オークリッジK-25工場

1942年11月、軍事政策委員会は600段階のガス拡散プラントの建設を承認した。[ 166 ] 12月14日、MWケロッグはK-25というコードネームのプラント建設の申し出を受け入れた。このプロジェクトのためにケレックスという別の法人が設立された。[ 167 ]このプロセスは大きな技術的困難に直面した。腐食性の高い六フッ化ウランガスの代替品が見つからなかったため使用しなければならず、モーターとポンプは真空密閉し不活性ガス内に封入する必要があった。最大の問題は障壁の設計であり、強度があり多孔質で耐腐食性のあるものでなければならなかった。エドワード・アドラーとエドワード・ノリスは電気メッキされたニッケルからメッシュの障壁を作成した。このプロセスをテストするためにコロンビアに6段階のパイロットプラントが建設されたが、プロトタイプは脆すぎることが判明した。競合する障壁はケレックス、ベル電話研究所、ベークライト社によって粉末ニッケルから開発された。 1944年1月、グローブスはケレックスバリアの生産を命じた。[ 168 ] [ 169 ]

ケレックスのK-25の設計では、54棟の隣接した建物を含む、4階建て、長さ0.5マイル（0.80 km）のU字型の構造が求められていました。これらは6段階のセルを含む9つのセクションに分かれていました。測量隊は1943年5月に500エーカー（2.0 km 2）の敷地を測量して建設を開始しました。メインの建物の工事は1943年10月に始まり、6段階のパイロットプラントは1944年4月17日に稼働準備が整いました。1945年、グローブスは上層階の建設をキャンセルし、代わりに540段のサイドフィードユニットの設計と建設をケレックスに指示しました。これはK-27として知られるようになりました。ケレックスは最後のユニットを1945年9月11日に運営請負業者であるユニオンカーバイドアンドカーボンに引き渡しました。戦後に完成したK-27プラントを含む総費用は4億8000万ドルに上りました。[ 170 ]

生産工場は1945年2月に稼働を開始し、カスケードが次々と稼働するにつれて、製品の品質は向上していった。1945年4月までに、K-25は1.1%の濃縮度を達成し、S-50熱拡散プラントの生産物が原料として使用され始めた。翌月には、一部の製品が7%近くの濃縮度に達した。8月には、2,892段のうち最後の段階が稼働を開始した。K-25とK-27は戦後初期にその潜在能力を最大限に発揮し、他の生産工場を凌駕し、新世代プラントのプロトタイプとなった。[ 171 ]

熱拡散

熱拡散法はシドニー・チャップマンとデビッド・エンスコグの理論に基づいており、混合ガスが温度勾配を通過すると、重い方が冷たい端に濃縮され、軽い方が温かい端に濃縮されるという理論を説明した。[ 172 ]これは米海軍の科学者らが開発したが、マンハッタン計画で使用するために当初選ばれた濃縮技術ではなかった。これは主に技術的な実現可能性に対する疑問によるものであったが、陸軍と海軍の間の軍種間の競争も一因となった。[ 173 ]海軍研究所はフィリップ・アベルソンの指揮の下で研究を継続したが、ロスアラモスで兵器開発を担当する海軍士官ウィリアム・S・パーソンズ大佐がオッペンハイマーに熱拡散法に関する有望な進展の知らせをもたらす1944年4月まで、マンハッタン計画との接触はほとんどなかった。オッペンハイマーはグローブスに知らせ、グローブスは1944年6月24日に火力発電所の建設を承認した。[ 174 ]

川の湾曲部にある3本の煙突から煙をあげる工場を上から見たところ
S-50 工場は、オークリッジ発電所 (煙突付き) の左上にある暗い建物です。

グローブスはオハイオ州クリーブランドのHKファーガソン社と契約し、S-50と命名された熱拡散プラントを建設した。[ 175 ]計画では、高さ48フィート（15メートル）の拡散柱2,142本を21のラックに配置することになっていた。各柱の中には3本の同心円状の管があった。近くのK-25発電所[ i ]から得られた100ポンド/平方インチ（690 kPa）、545°F（285℃）の蒸気は、最も内側の1.25インチ（32 mm）のニッケル管を通って下方に流れ、155°F（68℃）の水は最も外側の鉄管を通って上方に流れた。六フッ化ウランは中央の銅管を流れ、ニッケル管と銅管の間でウランの同位体分離が起こった。[ 176 ] 1944年7月9日に作業が開始され、S-50は9月に部分的な稼働を開始しました。漏洩により生産が制限され、その後数ヶ月にわたって操業停止を余儀なくされましたが、1945年6月にはS-50工場は12,730ポンド（5,770 kg）の微濃縮ウランを生産しました。[ 177 ]

1945年3月までに、21台の生産ラックすべてが稼働していた。当初、S-50で生成されたウランはY-12に投入されていたが、1945年3月からは3つの濃縮プロセスすべてが連続して実行されるようになった。S-50が第一段階となり、ウランをウラン235で0.71%から0.89%に濃縮した。これは次にK-25工場の気体拡散プロセスに投入され、約23%に濃縮された製品が生成された。次に、これはY-12に投入され[ 178 ]、核兵器に使用できる約89%にまで濃縮された。89%に濃縮されたウラン約50キログラム（110ポンド）が1945年7月までにロスアラモスに搬送された。50キログラムすべてと、平均約85%に濃縮された50%濃縮ウランが、最初のリトルボーイ爆弾に使用された。[ 179 ]

プルトニウム

マンハッタン計画によって追求された第2の開発ラインでは、プルトニウムが使用されました。少量のプルトニウムは自然界に存在しますが、大量を得る最良の方法は原子炉を使用することです。天然ウランは中性子の照射を受けてウラン239に転換され、ウラン239は急速に崩壊し、まずネプツニウム239、次にプルトニウム239へと変化します。[ 180 ]変換されるのはごく少量であるため、プルトニウムは残りのウラン、初期の不純物、そして核分裂生成物から化学的に分離する必要があります。[ 180 ]

X-10グラファイトリアクター

窓拭き作業員が使うような可動式の作業台に乗った2人の作業員が、目の前の壁にあるたくさんの小さな穴の1つに棒を差し込んでいます
作業員がウランスラグをX-10グラファイト原子炉に装填しています

1943年3月、デュポンはオークリッジの112エーカー（0.5平方キロメートル）の敷地にプルトニウム工場の建設を開始しました。ハンフォードのよ​​り大規模な生産施設のパイロットプラントとして計画されたこの工場には、空冷式のX-10グラファイトリアクター、化学分離プラント、および支援施設が含まれていました。その後、ハンフォードに水冷式原子炉を建設することが決定されたため、真のパイロットプラントとして稼働したのは化学分離プラントのみでした。[ 181 ] X-10グラファイトリアクターは、一辺24フィート（7.3メートル）、重さ約1,500ショートトン（1,400トン）の巨大なグラファイトブロックと、放射線遮蔽として7フィート（2.1メートル）の高密度コンクリートで構成されていました。[ 181 ]

最大の困難に直面したのは、マリンクロット社とメタルハイドライド社が製造したウランスラグでした。腐食と核分裂生成物の冷却システムへの漏出を防ぐため、アルミニウムでコーティングする必要がありました。グラッセリ化学社は熱浸漬法の開発を試みましたが、成功しませんでした。アルコア社は缶詰製造に挑戦し、フラックスレス溶接の新技術を開発しました。缶の97%は標準的な真空試験に合格しましたが、高温試験では50%を超える不合格率を示しました。それでも、1943年6月に生産が開始されました。冶金研究所は最終的にゼネラル・エレクトリック社の協力を得て改良された溶接技術を開発し、1943年10月に生産工程に取り入れられました。[ 182 ]

X-10黒鉛炉は、1943年11月4日に約30ショートトン（27トン）のウランを装填した状態で臨界状態に達した。1週間後、装填量は36ショートトン（33トン）に増加され、発電量は500kWにまで上昇した。そして、その月末までに最初の500mgのプルトニウムが生成された。[ 183 ]​​ 段階的な改修により、1944年7月には出力が4,000kWにまで上昇した。X-10は1945年1月まで生産工場として稼働し、その後研究用途に転用された。[ 184 ]

ハンフォード原子炉

オークリッジの原子炉は、迅速な建設を容易にするために空冷式設計が選択されましたが、はるかに大規模な生産用原子炉には非現実的でした。冶金研究所とデュポン社による当初の設計では、冷却にヘリウムが使用されていましたが、水冷式原子炉の方がシンプルで安価で、建設が迅速であることが判明しました。[ 185 ]この設計は1943年10月4日まで実現しませんでした。その間、マティアスは宿泊施設の建設、道路の改良、鉄道の転換線の建設、電気、水道、電話線のアップグレードなど、ハンフォード・サイトの改良に注力しました。[ 186 ]

1944年6月撮影のハンフォードB原子炉敷地の航空写真。中央に原子炉建屋が見える。小さなトラックが点在し、スケール感を与えている。発電所の上には2つの大きな給水塔がそびえ立っている。
ハンフォードB原子炉跡地の航空写真、1944年6月

オークリッジと同様に、最も困難だったのは、1944年3月にハンフォードで開始されたウランスラグの缶詰め作業であった。スラグは汚れや不純物を取り除くために酸洗いされ、溶解した青銅、錫、アルミニウムシリコン合金に浸漬され、油圧プレスで缶詰めされ、アルゴン雰囲気下でアーク溶接によって蓋がされた。最後に、穴や溶接不良がないか検査された。残念ながら、缶詰めされたスラグのほとんどは当初検査に不合格となり、1日にわずか数個しか生産されなかった。しかし、着実に進歩が見られ、1944年6月までに生産量は増加し、1944年8月に予定通りB原子炉を稼働させるのに十分な量のスラグが確保できる見込みとなった。 [ 187 ]

計画されていた6基の250MW原子炉のうち最初の原子炉であるB原子炉の建設は、1943年10月10日に開始された。[ 188 ]原子炉群にはAからFまでのアルファベットの名称が与えられ、原子炉間の距離を最大化するため、B、D、Fの原子炉群が最初に開発された。マンハッタン計画中に建設されたのはこれら3基のみであった。 [ 189 ]高さ120フィート（37メートル）の原子炉建造には、約390ショートトン（350トン）の鋼鉄、17,400立方ヤード（13,300立方メートル）のコンクリート、50,000個のコンクリートブロック、71,000個のコンクリートレンガが使用された。

原子炉本体の建設は1944年2月に開始された。[ 190 ]コンプトン、マティアス、デュポン社のクロフォード・グリーンウォルト、レオナ・ウッズ、そして最初の原子炉を投入したフェルミが見守る中、1944年9月13日から原子炉への通電が開始された。その後数日間で838本の管が装填され、原子炉は臨界状態となった。9月27日深夜過ぎ、運転員は制御棒を引き抜き、発電を開始した。最初は全て順調に見えたが、午前3時頃に出力レベルが低下し始め、午前6時30分には原子炉は完全に停止した。冷却水に漏れや汚染がないか調査された。翌日、原子炉は再始動したが、またしても停止した。[ 191 ] [ 192 ]

フェルミは呉健雄に連絡を取り、呉は問題の原因が半減期が9.2時間のキセノン135による中性子中毒であると特定した。 [ 193 ]フェルミ、ウッズ、ドナルド・J・ヒューズ、ジョン・アーチボルド・ウィーラーはキセノン135の原子核断面積を計算し、それがウランの3万倍であることがわかった。[ 194 ]デュポン社の技師ジョージ・グレイブスは冶金研究所の当初の設計、すなわち原子炉に円形に1,500本の管を並べるという設計から外れ、角を埋めるためにさらに504本の管を追加した。科学者たちは当初この過剰設計は時間とお金の無駄だと考えていたが、フェルミは2,004本の管すべてを装填すれば原子炉は必要な出力レベルに達し、効率的にプルトニウムを製造できることに気付いた。[ 195 ] D原子炉は1944年12月17日に稼働を開始し、F原子炉は1945年2月25日に稼働を開始した。[ 196 ]

分離プロセス

コロンビア川とヤキマ川の分岐点と陸地の境界線を示す等高線図。7つの小さな赤い四角が描かれている
ハンフォード・サイトの地図。鉄道がプラントの南北に並んでいる。原子炉はコロンビア川沿いの最も北にある3つの赤い四角で囲まれている。分離プラントは、原子炉の南側にあるグループのうち、下側の2つの赤い四角で囲まれている。一番下の赤い四角は300番エリアである。

一方、化学者たちはプルトニウムの化学的性質が不明なまま、ウランからプルトニウムを分離する方法を検討していた。1942年、冶金研究所で入手可能な微量のプルトニウムを用いて、チャールズ・M・クーパー率いるチームがフッ化ランタン法を開発し、パイロット分離プラントに採用された。その後、シーボーグとスタンリー・G・トムソンによって2番目の分離法であるリン酸ビスマス法が開発された。[ 197 ]グリーンウォルトはフッ化ランタンの腐食性を理由にリン酸ビスマス法を支持し、ハンフォード分離プラントに採用された。[ 198 ] X-10でプルトニウムの生産が始まると、パイロット分離プラントが試験された。最初のバッチは40%の効率で処理されたが、その後数ヶ月で90%にまで向上した。[ 184 ]

ハンフォードでは、当初、300番エリアの施設、すなわち材料試験、ウラン調製、計測機器の組み立てと校正のための建物が最優先で建設されました。建物の一つにはウランスラグの缶詰装置が設置され、もう一つの建物には小型試験原子炉が設置されていました。優先度は高かったものの、300番エリアの作業は、施設の特殊性と複雑さ、そして戦時中の労働力と資材の不足により、計画より遅れました。[ 199 ]

当初の計画では、200-Westと200-Eastと呼ばれるエリアにそれぞれ2つの分離プラントを建設することになっていた。その後、200-WestにTプラントとUプラントの2つ、200-EastにBプラントの1つに縮小された。[ 200 ]各分離プラントは4つの建物で構成されていた。プロセスセル棟（「キャニオン」と呼ばれる）（221）、濃縮棟（224）、精製棟（231）、そして弾薬庫（213）である。キャニオンはそれぞれ長さ800フィート（240メートル）、幅65フィート（20メートル）で、それぞれ17.7×13×20フィート（5.4×4.0×6.1メートル）のセルが40個あった。[ 201 ]

221-T と 221-U の工事は 1944 年 1 月に始まり、前者は 9 月に、後者は 12 月に完成した。221-B 建物は 1945 年 3 月に続いた。高レベルの放射能が含まれていたため、分離プラントでの作業は、1943 年当時では考えられなかった閉回路テレビを使用した遠隔操作で行わなければならなかった。メンテナンスは、天井クレーンと特別に設計されたツールの助けを借りて行われた。224 の建物は、処理する物質が少なく放射能が低かったため、より小規模であった。224-T と 224-U の建物は 1944 年 10 月 8 日に完成し、224-B は 1945 年 2 月 10 日に続いた。1944 年 4 月 8 日に建設が開始された時点では、最終的に 231-W で使用される精製方法はまだ不明であったが、プラントは完成し、その年の終わりまでには方法が選択された。[ 202 ] 1945年2月5日、マティアスは純度95%の硝酸プルトニウム80グラムの最初の出荷をロサンゼルスのロスアラモスの配達員に手渡した。[ 196 ]

武器のデザイン

細長い管状のケーシング。背景にはいくつかの卵形のケーシングとレッカー車が見える
シンマンの薬莢が並んでいます。背景にはファットマンの薬莢が見えます

1943年、プルトニウムを用いた銃型核分裂兵器「シンマン」の開発が進められました。プルトニウムの特性に関する初期の研究は、サイクロトロンで生成されたプルトニウム239を用いて行われました。プルトニウム239は非常に純粋でしたが、ごく少量しか生成できませんでした。ロスアラモス研究所は1944年4月にクリントンX-10原子炉から最初のプルトニウムサンプルを受け取りましたが、数日後にエミリオ・セグレは問題を発見しました。原子炉で生成されたプルトニウムはプルトニウム240の濃度が高く、サイクロトロンプルトニウムの自発核分裂率の最大5倍にも達するのです。[ 203 ]

このため、プルトニウム240は連鎖反応の開始が早すぎるため、最小限のプルトニウムが核分裂した後（フィズル）、臨界質量を拡散させる前駆爆発を引き起こすため、銃型兵器への使用には不向きであった。より高速の銃の開発が提案されたが、非現実的であることが判明した。同位体を分離する可能性も検討されたが、プルトニウム240とプルトニウム239の分離はウラン235とウラン238の分離よりもさらに困難であり、それを試みれば「兵器の開発は無期限に延期される」ことになるため、却下された。[ 204 ]

爆縮法として知られる代替爆弾設計の研究は、物理学者セス・ネッダーマイヤーの指揮の下、以前から始まっていた。爆縮法では、爆薬を用いて核分裂性物質の未臨界球を、より小さく密度の高い形状に押し潰す。臨界質量は、銃を使う方法よりもはるかに短時間で達成される。核分裂性原子がより密集すると中性子捕獲率が上昇し、[ 205 ]核分裂性物質をより効率的に利用することもできる。[ 206 ]ネッダーマイヤーの1943年と1944年初頭の調査は有望性を示したが、同時に爆縮兵器は理論的にも技術的にも銃型の設計より複雑であることが明らかになった。[ 207 ] 1943年9月、成形炸薬の経験を持つジョン・フォン・ノイマンは、ネッデルマイヤーが取り組んでいた円筒形の代わりに球形の構成を使用することを提案した。[ 208 ]

高速爆薬、低速爆薬、ウランタンパー、プルトニウムコア、中性子起爆装置を示す図
爆縮型核爆弾

1944年8月、オッペンハイマーがロスアラモス研究所を徹底的に再編し、爆縮に重点を置いたことをきっかけに、コードネーム「ファットマン」と呼ばれる爆縮設計への取り組みが加速された。 [ 209 ]爆縮兵器を開発するため、爆薬の専門家ジョージ・キスティアコウスキーが率いるX（爆発物）部門とロバート・バッハーが指揮するG（ガジェット）部門という2つの新しいグループがロスアラモスに設立された。[ 210 ] [ 211 ]新しい設計では、爆縮を球形に集中させる爆薬レンズが採用された。 [ 212 ]レンズの設計は時間がかかり、難しく、イライラさせられるものとなった。[ 212 ]最終的にB成分とバラトールに落ち着くまで、様々な爆薬がテストされた。[ 213 ]最終的な設計はサッカーボールに似ており、20個の六角形レンズと12個の五角形レンズが付いており、それぞれの重さは約80ポンド（36 kg）でした。爆発を正確に行うには、高速で信頼性が高く安全な電気雷管が必要であり、信頼性を高めるためにレンズごとに2個ずつ使用されました。[ 214 ]ルイス・アルバレス率いるグループがロスアラモスで開発した新発明である爆発式ブリッジワイヤ雷管が使用されました。[ 215 ] [ 216 ]

収束する衝撃波の挙動を研究するため、ロバート・サーバーはRaLa実験を考案した。この実験では、強力なガンマ線源である短寿命放射性同位元素ランタン140が用いられた。ガンマ線源は金属球の中心に配置され、その周囲を爆薬レンズが囲み、爆薬レンズは電離箱の中に設置されていた。これにより、爆縮のX線動画を撮影することができた。レンズは主にこの一連の試験に基づいて設計された。[ 217 ]ロスアラモス計画の歴史の中で、デビッド・ホーキンスは次のように記している。「RaLa実験は、最終的な爆弾設計に影響を与えた最も重要な実験となった」[ 218 ]

爆薬内にはアルミニウム製のプッシャーが内蔵されており、比較的低密度の爆薬から次の層である天然ウランのタンパーへのスムーズな移行を可能にしていた。その主な役割は、臨界質量を可能な限り長く維持することだったが、同時に中性子を炉心に反射させ、一部のウランを核分裂させてしまう可能性もあった。外部中性子による早期爆発を防ぐため、タンパーは中性子吸収性のホウ素の薄い層でコーティングされていた。[ 214 ]ポロニウム・ベリリウム変調中性子イニシエーター（通称「アーチン」）[ 219 ]は、連鎖反応を正確なタイミングで開始させるために開発された。[ 220 ]放射性ポロニウムの化学と冶金に関するこの研究は、モンサント社のチャールズ・アレン・トーマスが指揮し、デイトン計画として知られるようになった。[ 221 ]試験には毎月最大500キュリーのポロニウムが必要でしたが、モンサント社はそれを供給できました。 [ 222 ]組立品全体は銃弾や高射砲弾から守るためにジュラルミン製の爆弾ケースに収められました。[ 214 ]

松の木に囲まれた小屋。地面には雪が積もっている。白衣を着た男女が、木製の台の上に置かれた小さな台車に繋がれたロープを引っ張っている。台車の上には大きな円筒形の物体が置かれている。
ロスアラモスのRaLa実験のためのキロキュリー放射性ランタン源の遠隔操作

冶金学者たちの最終的な課題は、プルトニウムを球状に鋳造する方法を見つけることだった。プルトニウムの密度を測定した結果が一貫していなかったことから、困難が明らかになった。最初は汚染が疑われたが、すぐにプルトニウムには複数の同素体があることがわかった。[ 223 ]室温で存在する脆いα相は、高温になると塑性的なβ相に変化する。次に注目は、通常300℃から450℃の範囲に存在するさらに展性のあるδ相に移った。これはアルミニウムと合金にすると室温で安定するが、アルミニウムはアルファ粒子と衝突すると中性子を放出し、これが早期着火問題を悪化させることがわかった。そこで冶金学者たちは、δ相を安定させ、ホットプレスで目的の球形にできるプルトニウム・ガリウム合金を使うことを思いついた。プルトニウムは腐食しやすいことがわかったため、球体はニッケルでコーティングされました。[ 224 ]

この作業は危険であることが判明した。終戦までに、化学者と冶金学者の半数は、尿中に許容できないほど高いレベルのプルトニウムが検出されたため、プルトニウムを扱う作業から外されなければならなかった。[ 225 ] 1945年1月にロスアラモスで小規模な火災が発生したため、プルトニウム研究所の火災が町全体を汚染する恐れが生じた。そこでグローブスは、後にDPサイトとして知られるようになるプルトニウム化学および冶金のための新しい施設の建設を承認した。[ 226 ]最初のプルトニウムピット（またはコア）の半球は1945年7月2日に製造され、配達された。さらに3つの半球が7月23日に製造され、3日後に配達された。[ 227 ]

プルトニウム製のファットマンとは対照的に、ウラン砲型リトルボーイ兵器は、設計が簡単ではないにせよ、極めて単純であった。その全体的な責任はパーソンズの兵器部門（O）に委ねられ、ロスアラモスにおける設計、開発、技術作業はフランシス・バーチ少佐のグループに統合された。砲型設計は濃縮ウランのみで動作するため、設計は大幅に簡素化された。高速度砲は不要となり、より単純な兵器に置き換えられた。[ 228 ] [ 229 ]

スーパーの研究も進められたが、核分裂爆弾の開発に比べると二次的なものと考えられていた。この研究は、その最も熱心な推進者であったテラーによって指揮された。[ 230 ] F-1（スーパー）グループの計算によると、1立方メートル（35立方フィート）の液体重水素を燃焼させると、TNT火薬10メガトン（42ペタジュール）相当のエネルギーが放出され、これは1,000平方マイル（2,600 km 2）の面積を壊滅させるのに十分な量であった。[ 231 ] 1946年6月に発表されたスーパーに関する最終報告書において、テラーはスーパーの開発が成功する見込みについて楽観的な見方を示したが、その見解は必ずしも全員のものではなかった。[ 232 ]

トリニティ

爆縮式兵器の複雑さのため、核分裂性物質の無駄にもかかわらず、本格的な核実験が必要であると判断されました。オッペンハイマーはそれを「トリニティ」というコードネームで名付けました。[ 233 ] 1944年3月、実験の計画はケネス・ベインブリッジに委ねられ、彼はアラモゴード爆撃場を実験場として選びました。[ 234 ]兵舎、倉庫、作業場、火薬庫、売店を備えたベースキャンプが建設されました。[ 235 ] 1945年5月7日、機器の較正のために事前実験の爆発が行われました。将来のトリニティ爆心地から800ヤード（730メートル）の場所に木製の実験台が建設され、核分裂生成物が詰め込まれた約100ショートトン（91トン）の高性能爆薬が積み上げられました[ 238 ] [ 239 ]

大きな石油掘削装置のような構造物の周りに男たちが立っています。大きな丸い物体が吊り上げられています
「ガジェット」の爆薬は最終組み立てのために塔の頂上まで上げられた。

グローブスは上院委員会に10億ドル相当のプルトニウムの損失を説明することを望まなかったため、万一の爆発の際に活性物質を回収するための円筒形の格納容器「ジャンボ」が建造された。この容器は214ショートトン（194トン）の鉄鋼から多額の費用をかけて製造された。[ 240 ]しかし、この容器が到着する頃には、爆縮法への信頼性が十分に高まり、プルトニウムの供給量も十分であったため、オッペンハイマーはこれを使用しないことを決定した。代わりに、爆発の威力を大まかに測るため、原子炉から800ヤード（730メートル）離れた鉄塔の上に設置された。ジャンボは生き残ったが、塔は沈没した。このことは、ジャンボが不発弾の爆発をうまく封じ込めたという確信をさらに強めた。[ 241 ] [ 238 ]

マンハッタン計画のトリニティ実験は、核兵器の最初の爆発であった。

実際の試験では、「ガジェット」の愛称で呼ばれるこの兵器は、高さ100フィート（30メートル）の鉄塔の頂上まで吊り上げられた。この高さで爆発させることで、爆撃機から投下された際に兵器がどのように挙動するかをより正確に予測できるからだ。空中で爆発させることで、標的に直接加えられるエネルギーが最大化され、核の降下物の発生も抑えられる。この兵器は7月13日、近くのマクドナルド・ランチ・ハウスでノリス・ブラッドベリーの監督の下、組み立てられ、翌日、危険な状況下でウインチで塔に引き上げられた。[ 242 ]

1945年7月16日午前5時30分、爆発装置はTNT火薬換算で約20キロトンのエネルギーを発生し、砂漠に幅76メートル（250フィート）の放射性ガラス（トリニタイト）のクレーターを残した。衝撃波は160キロメートル（100マイル）以上離れた場所でも感じられ、キノコ雲は高さ12.1キロメートル（7.5マイル）に達した。この雲の音はテキサス州エルパソまで聞こえたため、グローブスはアラモゴード飛行場でガス弾が原因の弾薬庫爆発という偽装記事を出した。[ 243 ] [ 244 ]

オッペンハイマーは後に、爆発を目撃しながらヒンズー教の聖典『バガヴァッド・ギーター』の一節を思い浮かべたと主張した（XI,12）。

कालोऽस्मि लोकक्षयकृत्प्रवृद्धो लोकान्समाहर्तुमिह प्रवृत्तः।ログイン して翻訳を追加するログイン して翻訳を追加する

翻訳：

もし千の太陽の輝きが一斉に空に輝き出たら、それは全能者の輝きのようでしょう… [ 245 ] [ 246 ]

彼は（XI,32）の部分を「今や私は死となり、世界の破壊者となった」と翻訳した。[ 247 ] [ 248 ] [ k ]

実験は予想をはるかに上回る成功を収め、この報告はすぐにポツダム会談に出席していたスティムソンに電報で伝えられ、グローブスはより長い報告書を急遽作成し、速達で送った。ハリー・S・トルーマン大統領はこの知らせに強い印象を受けた。スティムソンは日記に、チャーチルにこの知らせを伝えたチャーチルがこう述べたと記している。「昨日トルーマンに何が起こったのか、今になって分かった。私には理解できなかった。この報告書を読んで会議に出席したチャーチルは、まるで別人のようだった。ロシア軍に彼らの乗降場所まで指示し、会議全体を指揮していたのだ。」[ 250 ]

人事

マンハッタン計画の請負業者の雇用、1942年8月～1946年12月

1944年6月のピーク時には、マンハッタン計画は約12万9000人の労働者を雇用し、そのうち8万4500人が建設作業員、4万500人がプラントオペレーター、1800人が軍人であった。建設活動が衰退するにつれ、労働力は1年後には10万人に減少したが、軍人の数は5600人に増加した。他の重要な戦時計画との競争の中で、特に高度な技能を持つ労働者など、必要な数の労働者を確保することは非常に困難であることが判明した。[ 251 ]離職率の高さから、50万人以上がこの計画に従事した。[ 252 ]アフリカ系アメリカ人のほとんどは低レベルの仕事に就いていたが、少数のアフリカ系アメリカ人の科学者や技術者もいた。[ 253 ]また、独特の労働条件と安全保障上の要件により、マンハッタン計画では後の政府プロジェクトよりも技術職に就く女性の割合が高くなった。[ 254 ]

1943年、グローブスは戦時労働委員会から臨時の優先労働権を得た。1944年3月、戦時生産局と戦時労働委員会は共にこの計画を最優先事項とした。[ 255 ]カンザス委員会の責任者は、1944年4月から7月にかけて、米国雇用サービス事務所を訪れた州内のすべての資格要件を満たした応募者にハンフォード・サイトで働くよう促したと述べた。応募者が申し出を断るまで、他の仕事は提供されなかった。[ 256 ]プロジェクトの科学顧問として、トルマンとコナントは候補者となる科学者のリストを作成し、既にプロジェクトに携わっている科学者に評価を求めた。その後、グローブスは大学または会社の責任者に個人的な手紙を送り、重要な戦時作業のために解放するよう要請した。[ 257 ]

制服を着た大勢の男女が、制服を着た太った男がマイクで話すのを聞いている。彼らは陸軍補給部隊の袖章を付けている。女性は前列、男性は後列に並んでいる。男の横には陸軍工兵隊の旗が掲げられている。その後ろには木造の2階建ての建物が並んでいる
レスリー・R・グローブス・ジュニア少将が、1945 年 8 月にテネシー州オークリッジの軍人たちに演説している。

熟練人員の供給源の一つは陸軍自身、特に陸軍専門訓練プログラムであった。1943年、MEDは675名の正規兵力を有する特別工兵派遣隊（SED）を創設した。陸軍に徴兵された技術者と熟練労働者はSEDに配属された。もう一つの供給源は女性陸軍部隊（WAC）であった。当初は機密資料を扱う事務作業を意図されていたが、WACはすぐに技術・科学業務にも起用されるようになった。[ 258 ] 1945年2月1日、SED派遣隊を含むMEDに配属されたすべての軍人は、ロスアラモスを除き、第9812技術サービス部隊に配属された。ロスアラモスでは、WACと憲兵を含むSED以外の軍人は第4817サービスコマンド部隊に配属された。[ 259 ]

ロチェスター大学医学部の放射線科准教授、スタッフォード・L・ウォーレンは、アメリカ陸軍医療隊の大佐に任官し、 MED の医療部門の責任者およびグローブスの医療顧問に任命された。ウォーレンの最初の任務は、オークリッジ、リッチランド、ロスアラモスの病院に人員を配置することだった。[ 260 ]医療部門は医学研究に責任があったが、 MED の健康および安全プログラムも担当していた。これは非常に大きな課題であった。なぜなら、作業員はさまざまな有毒化学物質を取り扱い、高圧下で危険な液体やガスを使用し、高電圧を扱っており、爆発物を伴う実験を行っていただけでなく、放射能や核分裂性物質の取り扱いによる危険性はほとんど知られていなかったからである。[ 261 ]それでも 1945 年 12 月、国家安全評議会はマンハッタン計画の安全記録を称え、安全への顕著な貢献に対して名誉賞を授与した。 1943年1月から1945年6月の間に、62人が死亡し、3,879人が障害を負った。これは民間産業の死亡率より約62%低い数値である。[ 262 ]

秘密

アンクル・サムは帽子を脱ぎ、袖をまくっています。目の前の壁には3匹の猿とスローガンが掲げられています。「ここで見るもの／ここですること／ここで聞くもの／ここを去るとき／ここにとどめておくこと」
オークリッジの労働者に秘密主義を奨励する看板

マンハッタン計画はルーズベルト大統領からの「絶対秘密」命令の下で運営されました。つまり、計画の存在そのものが秘密にされなければならなかったのです。マンハッタン計画以前に存在していた核分裂に関する知識と推測の量、関係者の膨大な数、そして施設の規模を考えると、これは困難な課題であることが判明しました。[ 263 ]グローブスは極端な区分化（必要最小限の人のみに知らせる方針） を採用しました

私にとって、知識の区分化こそがセキュリティの真髄でした。私のルールは単純で、誤解の余地がありませんでした。各人は自分の仕事を遂行するために必要なことだけを知り、それ以外のことは何も知らないべきでした。このルールを厳守することで、十分なセキュリティが確保されただけでなく、メンバーが自分の専門分野に集中することで、全体的な効率が大幅に向上しました。そして、このプロジェクトは特定の最終成果物を生み出すために存在し、個人の好奇心を満たしたり科学的知識を増やしたりするために存在するのではないことが、関係者全員に明確に伝わりました。[ 264 ]

これは、関与した多くの科学者の規範と衝突しました。彼らは、そのような要件では科学はうまく機能しないと主張しました。マンハッタン計画の関係者たちは、ジャーナリスト、議員、事情通ではない連邦政府職員、現地の住民、土地請求を裁定する裁判官、そしてその他様々な憶測、詮索、リーク、そしてスパイ活動や破壊工作への懸念にも対処する必要がありました。グローブスは、潜在的な安全保障違反の調査をFBIと自ら率いる独立機関G-2情報部隊に頼りました。最終的に、戦時中は1,500件を超える「ルーズトーク」事件が調査されました。[ 263 ]

マンハッタン計画は新聞報道を比較的うまく避けることができたため、検閲局長バイロン・プライスは最終的にマンハッタン計画を「戦争で最もよく守られた秘密」と位置付けた。[ 265 ] 1945年、 『ライフ』誌は広島と長崎への原爆投下前、「マンハッタン計画の全容を知っていたのはおそらく国全体で数十人程度、原子核に関する研究が含まれていることを知っていたのはおそらく1000人程度だった」と推定している。同誌は、計画に従事した10万人以上の人々は「暗闇の中のモグラのように働いた」と記している。計画の秘密を漏らせば10年の懲役または1万ドル（2024年時点で17万5000ドル相当）の罰金が科せられると警告されていたにもかかわらず、彼らは仕事の目的も知らずに「分厚いコンクリートの壁の向こうで不可解な反応が起こる間、ダイヤルやスイッチを監視していた」。[ 266 ] [ 267 ] [ 268 ]

1945年12月、米軍はマンハッタン計画を取り巻くセキュリティ体制を評価する秘密報告書を公表した。報告書は、この計画は「他のいかなる極秘の戦争開発よりも厳重に警備されていた」と述べている。計画を取り巻くセキュリティインフラは非常に広範かつ徹底的であったため、1943年の計画初期には、調査官が40万​​人の潜在的な従業員と600社の企業に対し、潜在的なセキュリティリスクの調査を行った。[ 269 ]

検閲

使用していないときは引き出しを閉め、書類を金庫に保管するようオフィスワーカーに警告するセキュリティポスター

原子に関する情報の自主的な検閲はマンハッタン計画以前から始まっていた。1939年の欧州戦争勃発後、アメリカの科学者たちは軍事関連の研究発表を避けるようになり、1940年には科学雑誌が米国科学アカデミーに論文の掲載許可を求めるようになった。 1940年9月7日のサタデー・イブニング・ポスト紙に原子核分裂に関する記事を寄稿したニューヨーク・タイムズ紙のウィリアム・L・ローレンスは、後に政府当局が1943年に全国の図書館員にその記事の撤回を要請したことを知った。[ 270 ]しかし、ソ連は沈黙に気づいた。1942年4月、原子物理学者ゲオルギー・フリョロフは、アメリカの雑誌に原子核分裂に関する記事が掲載されていないことについてヨシフ・スターリンに手紙を書いた。これがきっかけでソ連は独自の原子爆弾計画を立ち上げた。[ 271 ]

マンハッタン計画は、その発覚によって枢軸国、特にドイツが自国の核開発計画を加速させたり、計画に対する秘密工作を行ったりするのを防ぐため、厳重な警備体制の下で進められた。[ 272 ]検閲局は、報道機関が同局が発行した自主的な行動規範を遵守することに依存しており、計画側は当初、検閲局への通報を避けていた。1943年初頭には、新聞各社がテネシー州とワシントン州における大規模建設に関する報道を始め、検閲局は計画側と秘密保持の方法について協議を開始した。6月には、検閲局は新聞社と放送局に対し、「原子の衝突、原子力、原子核分裂、原子分裂、またはこれらに相当するもの、ラジウムまたは放射性物質、重水、高電圧放電装置、サイクロトロンの軍事利用」に関する議論を避けるよう要請した。[ 273 ] [ 265 ]

ソビエトのスパイ

妨害行為の可能性は常に存在し、機器の故障があった際にその疑いが持たれた。不注意または不満を持った従業員が原因と考えられる問題もあったが、枢軸国が扇動した妨害行為の確認された事例はない。[ 274 ]しかし、1945年3月10日、日本軍の火球が送電線に衝突し、その結果生じた電力サージによりハンフォードの原子炉3基が一時的に停止した。[ 275 ]多くの人が関与していたため、警備は困難だった。プロジェクトの警備問題に対処するため、特別な対諜報部隊が組織された。 [ 276 ] 1943年までには、ソ連がプロジェクトへの侵入を試みていることは明らかだった。西部防衛司令部の対諜報部長、ボリス・T・パシュ中佐はバークレーの放射線研究所でソ連のスパイ活動の疑いを調査した。オッペンハイマーはパシュに、バークレー大学の同僚教授であるホーコン・シュヴァリエからソ連に情報を渡すよう依頼されたと伝えた。[ 277 ]

最も成功したソ連のスパイは物理学者で英国使節団の一員であり、ロスアラモスでの爆縮爆弾の設計に深く関わっていたクラウス・フックスであった。 [ 278 ]彼のスパイ活動は1950年のヴェノナ計画の結果まで明らかにならなかった。彼のスパイ活動の暴露は、米国と英国およびカナダの原子力協力に損害を与え、[ 279 ]その後もスパイ活動の事例が明らかになり、ハリー・ゴールド、デビッド・グリーングラス、ジュリアス・ローゼンバーグとエセル・ローゼンバーグの逮捕につながった。[ 280 ]ジョージ・コヴァルやセオドア・ホールなど他のスパイについては、数十年間不明のままであった。[ 281 ]ソ連の原子爆弾計画に対する主な制約はウラン鉱石の供給不足であったため、スパイ活動の価値を定量化することは困難である。これにより、ソ連は独自の爆弾開発に少なくとも1～2年を節約できたかもしれないが[ 282 ]、一部の歴史家は、ソ連が情報の検証と複製に費やした時間は、その情報を信じていた場合に節約できたであろう時間と同じくらいだったと主張している[ 283 ] 。

外国情報機関

マンハッタン計画は、原子爆弾の開発に加え、ドイツの原子力計画に関する情報収集も担当していた。日本はウラン鉱石へのアクセスがほとんどなかったため、日本の核兵器計画はそれほど進んでいないと考えられていたが、当初はドイツが独自の核兵器開発に非常に近づいているのではないかと懸念されていた。マンハッタン計画の扇動により、ドイツ占領下のノルウェーの重水工場に対する爆撃と破壊工作作戦が実施された。 [ 284 ]海軍情報部、OSRD、マンハッタン計画、陸軍情報部（G-2）が共同で人員を配置し、敵の科学開発を調査する小規模な調査団が設立された。この調査は核兵器開発に限定されなかった。[ 285 ]陸軍情報部長のジョージ・V・ストロング少将は、ボリス・パシュをこの部隊の指揮官に任命した。[ 286 ]この部隊は「アルソス」（ギリシャ語で「森」）というコードネームで呼ばれた。[ 287 ]サミュエル・グッドミットはアルソス計画の科学ディレクターであった。[ 288 ]

兵士と作業員たちは、中には鋼鉄のヘルメットをかぶった者もいて、巨大なマンホールのようなものをよじ登っている
連合軍兵士がハイガーロッホのドイツの実験用原子炉を解体する。

1944年6月にローマが陥落した後、イタリアへのアルソス調査団はローマ大学の物理学研究室のスタッフに尋問を行った。 [ 289 ]一方、パシュはロンドンでホレス・K・カルバート大尉の指揮の下、イギリスとアメリカの合同アルソス調査団を結成し、オーバーロード作戦に参加させた。[ 290 ]グローブスは、ドイツ軍が放射性毒物でノルマンディー上陸作戦を妨害しようとする危険性は、ドワイト・D・アイゼンハワー将軍に警告し、参謀長のウォルター・ベデル・スミス中将に報告するため将校を派遣するほど十分であると判断した。[ 291 ]ペパーミント作戦というコード名の下、特別な装備が準備され、化学戦部隊のチームがその使用訓練を受けた。[ 292 ]

連合軍の進撃を追ってアルソス隊は科学者を尋問し、フランスとドイツの解放された地域の施設を捜索してドイツの研究状況を把握した。1944年11月、ハウツミットはドイツの核開発計画は実験段階の域を出なかったと結論付けた。後に彼はこう述べている。「手近な証拠は、ドイツが原子爆弾を保有しておらず、また、合理的な期間内に保有する可能性も低いことを明確に証明している。」[ 293 ]

ドイツ人捕虜の尋問により、オラニエンブルクでウランとトリウムが加工されていることが判明したため、グローブスはソ連による鹵獲を阻止するため、1945年3月15日に同所を爆撃するよう手配した。 [ 294 ]アルソスチームはソ連占領地域のシュタスフルトに行き、 WIFOから11トンの鉱石を回収した。[ 295 ] 1945年4月、Tフォースとして知られる混成部隊の指揮をとっていたパシュは、ドイツの核開発活動の中心であるヘッヒンゲン、ビジンゲン、ハイガーロッホの敵陣後方を掃討する「ハルバーリッジ作戦」を遂行した。Tフォースは、重水と1.5トンの金属ウランを含む、核研究所、文書、装置、物資を鹵獲した。[ 296 ] [ 297 ]

アルソのチームは、クルト・ディープナー、オットー・ハーン、ヴァルター・ゲルラッハ、ヴェルナー・ハイゼンベルク、カール・フリードリヒ・フォン・ヴァイツゼッカーを含むドイツ人科学者を逮捕した。彼らはイギリスに連行され、ファーム・ホールに監禁され、秘密裏に監視された。[ 298 ]

広島と長崎への原爆投下

準備

滑走路には光沢のある金属製の4発エンジンの飛行機が停まっています。乗務員はその前でポーズをとっています
シルバープレートのB-29ストレートフラッシュ。安全上の理由から、第444爆撃隊の尾翼部分にコードが塗装されています

全長17フィート (5.2 m)のシンマン、または幅59インチ (150 cm)のファットマンを搭載できる唯一の連合軍航空機はイギリスのアブロ ランカスターであったが、イギリスの航空機を使用すると整備に問題が生じたであろう。グローブスはアメリカのボーイング B-29 スーパーフォートレスの2つの爆弾倉を結合してシンマンを搭載できるように改造できないかと期待した。[ 299 ]リトルボーイはB-29の爆弾倉に収まるほど短かったためシンマンが放棄された後はこの改造は不要となったが[ 229 ] 、それでも改造は必要であった。オハイオ州ライトフィールドの陸軍航空軍資材司令部は1943年11月、B-29の改造版のコードネームであるシルバープレートの開発を開始した。カリフォルニア州のムロック陸軍飛行場と海軍兵器試験場ではシンマンとファットマンのパンプキン爆弾の試験投下が行われ、弾道、信管、安定性などの特性がテストされた。[ 300 ]

第509混成グループは、 1944年12月17日にユタ州ウェンドーバー陸軍飛行場で、ポール・W・ティベッツ大佐の指揮下で活動を開始した。シルバープレートB-29を装備した第393爆撃飛行隊は、水上長距離飛行の訓練やパンプキン爆弾の投下を行った。[ 301 ]パーソンズの指揮下でロスアラモスにプロジェクト・アルバータとして知られる特別部隊が結成され、爆弾の準備と運搬を支援した。 [ 301 ]第509混成グループは1945年7月にテニアン島のノースフィールドに展開した。 [ 302 ]リトルボーイのほとんどの構成員は7月16日に巡洋艦USS インディアナポリスでサンフランシスコを出発し、7月26日にテニアン島に到着した。残りの部品、6つの高濃縮ウランリングは、第509航空群第320輸送飛行隊のダグラスC-54スカイマスター3機によって運ばれた。 [ 303 ]ファットマンアセンブリ2個は特別に改造された第509混成航空群のB-29でテニアン島へ運ばれ、最初のプルトニウムコアは特別なC-54で運ばれた。[ 304 ]

1944年12月末、バルジの戦いで大きな損失が発生したことを心配したルーズベルトは、グローブスとスティムソンに、ドイツとの戦争が終わる前に原子爆弾が準備できていれば、ドイツに投下する準備をしておくべきだが、日本への投下の可能性が高いと見なすように指示した。[ 305 ] 1945年4月下旬、どの都市を攻撃目標とすべきかを決める標的選定委員会が設立され、小倉、広島、新潟、京都を推奨した。スティムソンが介入し、標的の決定は自分が行うと発表し、京都への爆撃については、その歴史的、宗教的重要性を理由に承認しないと発表した。[ 306 ]最終的に長崎が代替候補となった。[ 307 ] 1945年5月、戦時中および戦後の原子力利用について助言を行う暫定委員会が設立された。暫定委員会は次に、アーサー・コンプトン、フェルミ、ローレンス、オッペンハイマーからなる科学委員会を設立した。科学委員会は、原爆の物理的影響だけでなく、その軍事的・政治的影響についても意見を述べた。6月1日の会合で、暫定委員会は「原爆は可能な限り速やかに日本に対して使用されるべきであり、労働者の住宅に囲まれた軍需工場に対して使用されるべきであり、事前の警告なしに使用されるべきである」と決議した。[ 308 ] [ 309 ]

ドイツで開催されたポツダム会談において、ハリー・S・トルーマン大統領はスターリンに対し、アメリカは「並外れた破壊力を持つ新たな兵器」を保有していると告げたが、詳細は明らかにしなかった。スターリンが「特別な関心」を示さなかったため、トルーマンはスターリンが理解していないと誤解した。実際には、ソ連のスパイがスターリンにその作業と計画されている実験について情報を提供していた。[ 310 ] [ 311 ] [ 312 ]

トーマス・T・ハンディ将軍からカール・スパーツ将軍への攻撃命令は、7月25日にマーシャルとスティムソンによって承認された。この命令では、「最初の特殊爆弾」は「1945年8月3日以降」使用され、「追加の爆弾」は「計画スタッフが準備でき次第」使用されるとされていた。[ 313 ]作戦計画では、最初の爆弾を8月2日、2番目の爆弾を8月10日、3番目の爆弾を8月24日頃に投下することになっていた。しかし、日本上空の気象条件と目視による爆撃の必要性から、最初の爆撃任務は8月6日に延期され、2番目の爆弾は8月9日に前倒しされた。[ 314 ]

爆撃

1945年8月6日、ティベッツが操縦する第393爆撃飛行隊のボーイングB-29スーパーフォートレス、エノラ・ゲイは、爆弾倉にリトルボーイを搭載してノースフィールドから離陸した。第2軍と第5師団の司令部であり、乗船港でもあった広島が主目標であり、小倉と長崎が代替目標とされた。任務を担当した兵器担当のパーソンズは、離陸中の墜落による核爆発のリスクを最小限に抑えるため、空中で爆弾の組み立てを完了した。[ 315 ]爆弾は高度1,750フィート（530メートル）で爆発し、その爆発力は後にTNT火薬13キロトンに相当すると推定された。[ 316 ]約4.7平方マイル（12平方キロメートル）の地域が破壊された日本当局は、広島の建物の69%が破壊され、さらに6～7%が損傷したと推定した。初期の推定では、死者6万6000人、負傷者6万9000人だった。その後の再推定では、従来の推定方法では考慮されていなかった朝鮮人奴隷労働者や追加兵士なども含め、1945年12月までに14万人が空襲で死亡した可能性があると結論づけられた。[ 317 ] [ 318 ] [ 319 ] [ 320 ]

二つのキノコ雲が垂直に上昇します。
1945年8月6日、日本の広島（左）と1945年8月9日、日本の長崎（右）への原爆攻撃のキノコ雲

1945年8月9日の朝、第393爆撃飛行隊の司令官チャールズ・W・スウィーニー少佐が操縦する2機目のB-29、ボックスカーがファットマン1機を搭載して離陸した。この時はアシュワースが武器担当で、小倉が主目標であった。小倉に到着したとき、雲が市街地を覆い、命令で義務付けられている目視攻撃をすることができなかった。3回の飛行の後、燃料が少なくなったため、彼らは第2目標である長崎に向かった。アシュワースは目標が見えない場合はレーダーアプローチを使用することを決定したが、長崎の雲が土壇場で切れ、命令通り目視アプローチが可能になった。ファットマンは、南の三菱製鋼所と北の三菱浦上兵器工場の中間にある市の工業地帯の上空に投下された。爆発の威力はTNT火薬換算で21キロトンに達し、トリニティ爆風とほぼ同程度であったが、爆発は浦上渓谷に限定され、市街地の大部分、特に市中心部は丘陵地帯に守られていた。市街地の約44%が破壊され、死者数は4万人から8万人、負傷者は少なくとも6万人と推定されている[ 321 ] 。全体では、3万5000人から4万人が死亡し、6万人が負傷したと推定されている[ 322 ] 。 [ 323 ] [ 317 ]

グローブスは、8月19日にもう1発の原子爆弾が使用可能になり、9月にはさらに3発、10月にはさらに3発が使用可能になると予想していた。[ 324 ]さらに2つのファットマン組立体が準備され、8月11日と14日にカートランドフィールドからテニアンに向けて出発する予定だった。 [ 323 ]ロスアラモスでは、技術者が24時間休みなく働き、別のプルトニウムコアを鋳造した。[ 325 ]鋳造されたものの、まだ圧縮とコーティングが必要であり、それには8月16日までかかる予定だった。[ 326 ]したがって、8月19日には使用可能になっていた可能性がある。

8月10日、トルーマンは新たな爆弾が準備されていることを知らされた。彼は、自身の明確な許可なしに追加の原子爆弾を使用することを禁じた。ヘンリー・A・ウォレスによると、トルーマンは閣僚に対し、「さらに10万人を抹殺するという考えはあまりにも恐ろしい。彼自身の言葉を借りれば、『あの子供たち全員』を殺すという考えは気に入らない」と述べたという。[ 327 ]グローブスは8月13日、3番目の核爆弾の輸送を中止した。[ 328 ]

8月11日、グローブスはウォーレンに電話をかけ、終戦次第、広島と長崎の被害と放射能について報告する調査団を組織するよう指示した。携帯型ガイガーカウンターを装備した調査団は、ファレルとウォーレンを先頭に、通訳を務めた都築正雄海軍少将を伴い、9月8日に広島に到着した。一行は9月14日まで広島に滞在し、その後9月19日から10月8日まで長崎を調査した。[ 329 ]この調査団とその他の日本への科学調査団は、原爆の影響に関する貴重なデータを提供し、原爆傷害調査委員会の設立につながった。[ 330 ]

爆撃に備えて、グローブスは物理学者ヘンリー・デウルフ・スミスに、この計画の技術的歴史を整理し、一般向けに作成するよう依頼した。このような情報を自由に公開するというアイデアは物議を醸したが、その決定はトルーマン大統領自身によって下された。「スミス報告書」は1945年8月12日に公表された。[ 331 ]

日本は8月15日に降伏を宣言した。[ 332 ]原爆投下の必要性は歴史家の間で論争の的となった。「原子力外交」で同じ目的が達成できたかどうか、また原爆投下とソ連の宣戦布告が日本の降伏意欲にどれほどの影響を与えたかを疑問視する者もいた。[ 333 ]フランク報告書は、実演を求める最も注目すべき試みであったが、暫定委員会の科学委員会によって却下された。[ 334 ] 1945年7月に起草され、マンハッタン計画に携わっていた数十人の科学者が署名したシラード請願書は、トルーマン大統領にそのような兵器の使用における責任について警告する、後になってから行われた試みであった。[ 335 ] [ 336 ]

戦後

スーツと制服を着た男たちが、旗で飾られた壇上に立ち、敬礼をしている
1945年10月16日、ロスアラモスで行われた陸海軍「E」賞の授与式。立っている人、左から： J・ロバート・オッペンハイマー、身元不明、身元不明、ケネス・ニコルズ、レスリー・グローブス、ロバート・ゴードン・スプロール、ウィリアム・スターリング・パーソンズ

マンハッタン計画は、広島への原爆投下と一部秘密解除によって瞬く間に有名になった。戦争終結の功績は広く認められ、グローブスはこれまで秘密裏に作業を進めてきた請負業者の功績を認めるよう尽力した。グローブスとニコルズは彼らに陸海軍E賞を授与し、ブッシュやオッペンハイマーを含む主要な請負業者や科学者には20以上の大統領功労勲章が授与された。軍関係者にはレジオン・オブ・メリット勲章が授与された。[ 337 ]

マンハッタン計画は1946年12月31日まで、マンハッタン地区は1947年8月15日まで継続された。[ 338 ]この間、技術的問題、急速な動員解除の影響、長期的使命の不明確さなどにより、多くの困難に見舞われた。

ハンフォードでは、B、D、F原子炉が核分裂生成物と黒鉛減速材の膨張（ウィグナー効果として知られる）による劣化によりプルトニウム生産量が減少した。この膨張により、ウランを照射してプルトニウムを生成するための装填管が損傷し、使用不能となった。生産量は削減され、最も古いユニットであるBパイルは閉鎖され、少なくとも1基の原子炉が稼働し続けることになった。研究は継続され、デュポン社と冶金研究所は、使用済みウランを容易に回収できない状態で残してしまうリン酸ビスマス法に代わるプルトニウム抽出法として、酸化還元溶媒抽出法を開発した。 [ 339 ]

爆弾工学はZ部隊によって行われ[ 340 ] 、当初はウェンドーバー飛行場に駐屯していたが、1945年9月にロスアラモスに近づくためニューメキシコ州オックスナード飛行場に移転した。これがサンディア基地の始まりとなった。近くのカートランド飛行場は、B-29の航空機適合試験と落下試験のための基地として使用された[ 341 ] 。予備役将校が復員すると、選抜された約50名の正規将校が代わりに配置された[ 342 ]。

ニコルズはS-50とY-12のアルファ線を閉鎖するよう勧告し、9月に実施された。[ 343 ]アルファ線はこれまで以上に好調であったものの、[ 344 ] 1946年1月に操業を開始したK-25と新設のK-27に太刀打ちできなかった。12月にはY-12工場が閉鎖され、テネシー・イーストマンの従業員数は8,600人から1,500人に削減され、月200万ドルの節約となった。[ 345 ]

スーツを着た男性が机に座り、書類に署名している。7人のスーツを着た男性が彼の周りに集まっている
ハリー・S・トルーマン大統領が1946年原子力法に署名し、米国原子力委員会を設立。

ロスアラモスほど人材の流出が深刻な問題となった場所はなかった。人材が大量に流出したロスアラモスでは、まだ多くの課題が残されていた。広島と長崎に使用された爆弾は、より単純で安全かつ信頼性の高いものに改良する必要があった。無駄の多い銃撃法に代わるウラン爆縮法の開発が必要であり、プルトニウムが不足していた今、ウランとプルトニウムの複合炉心も必要だった。しかし、研究所の将来が不透明だったため、人材の定着は困難だった。オッペンハイマーはカリフォルニア大学に復帰し、グローブスはノリス・ブラッドベリーを暫定的に後任に任命した。ブラッドベリーはその後25年間その職に就いた。[ 346 ]グローブスは、水道設備の改善、300戸の住宅、レクリエーション施設の建設を含む建設計画で、生活必需品の不足による不満に対処しようとした。[ 339 ]

マンハッタン計画の関係者は、1946年7月にビキニ環礁で行われた戦後初の核実験「クロスロード作戦」に参加した。核兵器が軍艦に与える影響を調査するため、ファットマン型爆弾2発が空中爆発と水中爆発で爆発した。[ 347 ] [ 348 ]報道関係者や国際監視団の立ち会いが認められ、この実験は国際的な見世物となった。[ 349 ]

原子力計画の平時における管理をめぐる国内での議論を経て、1946年の原子力法により、原子力計画の機能と資産を引き継ぐ米国原子力委員会が設立された。これにより、原子力開発に対する文民統制が確立された。軍事面は、軍事特殊兵器計画（AFSWP）に引き継がれた。[ 350 ]

広島と長崎への原爆投下後、マンハッタン計画に参加していた物理学者数名が原子科学者会報（1945年）と原子科学者緊急委員会（1946年）を設立した。これは、原子兵器に関する教育プログラムの緊急の必要性を感じた科学者による緊急活動として始まった。[ 351 ]爆弾の破壊力と核軍拡競争を前に、ボーア、ブッシュ、コナントを含む複数の計画メンバーは、核研究と原子兵器の国際管理に関する合意に達することが必要であるとの見解を表明した。 1946年6月に新設された国連原子力委員会（UNAEC）での演説で発表されたバルーク計画は、国際原子力開発機関の設立を提案したが、採択されなかった。[ 352 ]

費用

1945年12月31日までのマンハッタン計画の費用[ 353 ]
サイト 費用（1945年、百万米ドル） 費用（2024年、百万米ドル） 総額の割合
オークリッジ 1,188ドル 16,368ドル 62.9%
ハンフォード 390ドル 5,374ドル 20.6%
特殊手術材料 103ドル 1,424ドル 5.5%
ロスアラモス 74ドル 1,020ドル 3.9%
研究開発 70ドル 960ドル 3.7%
政府諸経費 37ドル 513ドル 2.0%
重水プラント 27ドル 369ドル 1.4%
合計1,890ドル26,027ドル

1945年10月1日までのプロジェクト支出は18億4,500万ドルで、戦時中の支出の9日分未満に相当し、1947年1月1日に原子力委員会が管理を引き継いだ時点では21億9,100万ドルでした。総配分額は24億ドルでした。1945年末までの費用の84%は、オークリッジとハンフォードの工場に費やされ、爆弾の燃料となる濃縮ウランとプルトニウムを生産しました。両施設とも、費用の大部分は建設費（オークリッジ74%、ハンフォード87%）で、残りは運用費でした。[ 354 ] [ 355 ] [ 356 ]

1943 年 1 月から 1946 年 12 月末までのマンハッタン計画の月間支出。ピークとなった 1944 年 8 月には、この計画に 1 億 1,140 万ドルが費やされました。

このプロジェクトの初期資金は、科学研究開発局の一般予算から提供された。陸軍工兵隊への移管計画が立てられると、ブッシュは1942年後半にルーズベルト大統領に宛てた書簡で、「このプロジェクトへの資金要請を歳出委員会で弁明しなければならないのは、重要な機密性を損なうことになるだろう」と述べた。しかし、初期の資金はルーズベルト大統領がアクセスできる裁量的資金から調達された。[ 357 ]

プロジェクトの規模と費用が増大するにつれ、議会は意図的にこのプロジェクトについて知らされなかった。これは、議員が情報を漏らす傾向があること、そしてこのプロジェクトが無駄遣いと見られることを懸念したためである。歳出要求は他の法案にひっそりと紛れ込ませられたが、プロジェクトの増大する費用と（多くの人には何も生み出していないように見えた）大規模な施設は、複数の議会監査官の厳しい監視の対象となった。戦時中の浪費と詐欺を調査したトルーマン委員会は、このプロジェクトの監査を何度も試みたが、その度に調査は却下された。[ 358 ]

こうした議会の調査と円滑な予算承認の必要性から、ブッシュ、グローブス、スティムソンは1944年春、少数の高官議員にプロジェクトの目的を伝えることで合意した。1945年3月までに、7人の議員に正式に通知された。[ 358 ]資金は「工兵部隊」や「生産促進」といった目立たない見出しの付いた歳出要求書の中に隠されていた。1945年5月下旬、予算成立をさらに迅速化し、さらに情報提供がなければプロジェクトの存在を暴露すると脅していたアルバート・J・エンゲルの協力を確保するため、さらに5人の議員がオークリッジの施設を訪問することを許可された。「提供された様々な居住施設の妥当性、施設の規模と範囲を実際に視察し、プロジェクトの複雑さの一部を説明してもらう」ことが目的だった。[ l ]

戦争中、マンハッタン計画では最終的に使用された3種類の爆弾（トリニティ・ガジェット、リトルボーイ、ファットマン）と、未使用のファットマン爆弾1個が製造され、1945年のドル換算で爆弾1個あたりの平均戦時コストは約5億ドルとなった。比較すると、1945年末までのこの計画の総コストは、米国の小火器（弾薬を除く）の製造に費やされた総額の約90％、同時期の米国の戦車に費やされた総額の34％であった。[ 353 ]これは、ボーイングB-29スーパーフォートレスに次いで、戦争中に米国が実施した2番目に費用のかかった兵器プロジェクトであった。[ 360 ]

遺産

ナイアガラの滝近くのオンタリオ湖兵器工場（LOOW）は、米国東部におけるマンハッタン計画の廃棄物の主要貯蔵施設となった。[ 361 ] LOOWに保管されていた放射性物質はすべて、トリウム、ウラン、そして世界最大の濃度であったラジウム226など、1991年に「暫定廃棄物収容施設」（手前）に埋められた。[ 362 ] [ 363 ] [ 364 ]

核兵器開発は、政治的、文化的に甚大な影響を与えました。 「原子時代」という表現を初めて用いたニューヨーク・タイムズ紙のウィリアム・ローレンス[ 365 ]は、 1945年春にマンハッタン計画の公式特派員に就任しました。彼はトリニティ実験[ 366 ]と長崎への原爆投下を目撃し、公式プレスリリースを執筆しました。その後も、新兵器の長所を称賛する一連の記事を執筆しました。彼の報道は、核技術の可能性に対する国民の意識を高め、米国とソ連における核開発の促進に貢献しました[ 367 ] 。

マンハッタン計画は、ローレンス・バークレー国立研究所、ロスアラモス国立研究所、オークリッジ国立研究所、アルゴンヌ国立研究所、エイムズ研究所という国立研究所のネットワークという遺産を残した。さらに戦後間もなく、グローブスによってニューヨーク州アプトンのブルックヘブン国立研究所とニューメキシコ州アルバカーキのサンディア国立研究所が設立された。[ 368 ]これらは、オークリッジ国立研究所所長のアルビン・ワインバーグがビッグサイエンスと呼ぶような大規模研究の先駆者となる。[ 369 ]計算科学、特に計算工学はマンハッタン計画の影響を受け、ロスアラモスは世界最先端の集計機械施設の一つを運営していた。 [ 370 ]

海軍研究所は長い間、原子力を軍艦の推進力として使用する可能性に興味を持ち、独自の原子力プロジェクトを立ち上げようとしていた。1946年5月、海軍作戦部長に就任したニミッツは、海軍はマンハッタン計画に協力すべきだと決定した。オークリッジには海軍士官の一団が配属され、その中で最も上級だったハイマン・G・リッコーヴァー大佐が副所長となった。彼らは原子力エネルギーの研究に没頭し、原子力海軍の基礎を築いた。[ 371 ]空軍の同様のグループが、原子力航空機の開発を目的として1946年9月オークリッジに到着した。[ 372 ]彼らの航空機推進のための原子力プロジェクトは、大きな技術的困難に直面し、最終的に中止された。[ 373 ]

新しい原子炉がこれまでにない量の放射性同位元素を生成できることは、核医学に革命をもたらしました。1946年半ばから、オークリッジ研究所は病院や大学に放射性同位元素の供給を開始しました。主にヨウ素131とリン32が癌の診断と治療に使用されました。同位元素は生物学、産業、農業研究にも利用されました。[ 374 ]

新技術、特殊な物質、そして秘密裏かつ急ピッチな操業環境下で稼働していた生産施設は、廃棄物と環境への甚大な被害をもたらしました。例えばハンフォードでは、腐食性廃棄物と放射性廃棄物が「急造の単殻鋼管地下貯蔵タンク」に貯蔵されていました。これは一時的なもので、より恒久的な解決策を待つためのものでした。[ 375 ]しかし、これらのタンクは放置され、最終的に漏洩しました。こうした問題により、ハンフォードは「北米で最も汚染された核廃棄物処理施設の一つ」となり、冷戦末期に廃止された後、大規模な浄化作業の対象となりました。[ 376 ]

原子力委員会に管理権を移譲する際、グローブスはマンハッタン計画に携わった人々に別れを告げた。

5年前、原子力発電という構想は夢でしかありませんでした。皆さんはその夢を現実のものにしました。最も漠然とした構想を捉え、それを現実のものにしました。かつて存在しなかった場所に都市を建設しました。かつて不可能と思われていた規模と精度の工業プラントを建設しました。戦争を終結させ、数え切れないほどのアメリカ人の命を救った兵器を造りました。平時における応用に関しては、新しい世界の展望の幕を開けました。[ 377 ]

マンハッタン計画国立歴史公園は2015年11月10日に設立されました。[ 378 ]

参照

注釈

  1. ^バークレーキャンパスにおいて。しかし、1940年時点では、カリフォルニア大学は大学全体とバークレーの旗艦キャンパスとの間に正式な区別を設けていませんでした。大学を複数キャンパスからなる大学システムへと移行するプロセスは1951年3月に始まり、1960年まで完了しませんでした。 [ 15 ]
  2. ^テラーが最も懸念していた反応は次の通り。14 7北+14 7北→24 12マグネシウム 4 2He（アルファ粒子）+17.7 MeV。[ 37 ]
  3. ^ベーテの説明によると、この究極の大惨事の可能性は1975年にH.C.ダドリーの雑誌記事で再び浮上した。ダドリーはパール・バックが1959年にアーサー・コンプトンと行ったインタビューの報告からそのアイデアを得た。トリニティ・テストが行​​われるまで、一部の人々の心の中でその懸念は完全には消えていなかった。 [ 40 ]
  4. ^ MMサント建設会社、ロスアラモスの建設を担当したゼネコン兼建設会社。 [ 102 ] [ 103 ]
  5. ^自然の自己持続的な核反応は、はるか昔に地殻内で起こっていた。 [ 112 ]
  6. ^ここでは、1492 年にカリブ海に到達したイタリアの航海者クリストファー・コロンブスに言及しています。
  7. ^ 1942年の当初の計画目標は、約1,700ショートトン（1,500トン）のウラン鉱石の採掘であった。マンハッタン地区が解散するまでに、同地区は約10,000ショートトン（9,100トン）のウラン酸化物を採掘しており、そのうち72%はコンゴ産の鉱石、14%はコロラド高原産の鉱石、9%はカナダ産の鉱石であった。 [ 135 ]
  8. ^シンコロブエ鉱山から採掘された鉱石の多くは、ウラン酸化物の含有量が65%から75%と高く、これは世界の他のどの産地よりも何倍も高いものでした。 [ 137 ]比較すると、カナダの鉱石は30%にも達し、アメリカの産地（その多くは他の鉱物（特にバナジウム）の採掘の副産物）には1%未満のウランしか含まれていませんでした。 [ 138 ]
  9. ^ K-25ガス拡散プラントとK-25発電所を区別する必要があります。後者はK-25ガス拡散プラントとS-50熱拡散プラントの両方にエネルギーを供給しました。
  10. ^爆薬はTNT火薬89.75ショートトン（81.42トン）とコンポジションB14.91ショートトン（13.53トン）（総爆発力はTNT火薬約108トン）、実際には「100トン」という数値より数トン多い。 [ 236 ] [ 237 ]
  11. ^オッペンハイマーの『ギーター』の物語が初めて印刷されたのは1948年のことと思われる。オッペンハイマーは時折これを「世界の粉砕者」と訳した。「世界の破壊者」という表現は、1965年にオッペンハイマーがNBCで行ったインタビューの録音から引用されている。オッペンハイマーの翻訳は標準的なもの、あるいは文字通りの翻訳とは考えられておらず、おそらく彼のサンスクリット語教師アーサー・ライダーの翻訳スタイルに影響を受けたものと思われる。ライダーはこの一節を「我は死であり、我の現在の使命は破滅である」と訳した。より一般的な翻訳では、これを「死」ではなく「時間」としている。この一節では、ヒンドゥー教の神クリシュナがアルジュナ王子に自らとその真の姿を現し、アルジュナに義務を果たして戦争に参加するよう懇願し、殺された者たちの運命は人間ではなくクリシュナにかかっていると保証している。 [ 249 ]
  12. ^公式に通知を受けた7人の議員は、アルベン・W・バークレー（上院多数党院内総務）、スタイルズ・ブリッジズ（軍事歳出小委員会筆頭少数党議員）、ジョセフ・W・マーティン・ジュニア（下院少数党院内総務）、ジョン・W・マコーマック（下院多数党院内総務）、サム・レイバーン（下院議長）、エルマー・トーマス（軍事歳出小委員会委員長）、ウォレス・H・ホワイト（上院少数党院内総務）であった。オークリッジ視察を許可された5人は、クラレンス・キャノン、アルバート・J・エンゲル、ジョージ・H・マホン、 J・ビューエル・スナイダー、ジョン・テイバーであった。 [ 359 ]

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技術史

参加者の証言

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マンハッタン計画に関する図書館資料
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