冶金研究所
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冶金研究所（やきんけんきゅうじょ、英語: Metallurgical Laboratory あるいは Met Lab）は、第二次世界大戦期のマンハッタン計画（原子爆弾を開発するアメリカ合衆国の計画）の一部をなすコードネームである。ノーベル賞受賞者でシカゴ大学の物理学教授であったアーサー・コンプトンを代表としていた。元々は大学のフットボール球場スタッグフィールドとして建てられたシカゴ・パイル1号で最初の管理された核の連鎖反応を生み出した。
歴史
1939年7月、原子核物理学者ユージン・ウィグナーとレオ・シラードの要請でアルベルト・アインシュタインは核分裂反応の軍事的可能性に触れナチス・ドイツに先んじて原子爆弾をアメリカ合衆国が開発することを要請する手紙をフランクリン・ルーズベルト大統領に送った。
これに応えてルーズベルトは研究を指揮するS-1ウラン委員会を設立した。初期の頃は資金が不足したが、1940年、コロンビア大学とカリフォルニア大学の科学者は、同位体のウラン235と新たに発見された元素プルトニウムの兵器としての可能性を示した。
日本が1941年12月7日に真珠湾を攻撃すると、原子爆弾の開発は、喫緊の課題となった。コンプトンはシカゴ大学の原子力研究の整理、そして1945年1月に最初の原子爆弾を製造することを求める意欲的な計画（この目標はわずか6か月の遅れで達成された）も提案した。提案は二つとも採択された。
コンプトンの新たな業務は、「冶金研究所」の「カバー」ネームを与えられた。研究所の任務は、プルトニウムに転換するウランの連鎖反応用原子炉を製造しウランからプルトニウムを分離する方法を見つけ爆弾を設計することであった。研究所の殆どの職員は、大学のエクハート会館にいて、シラードは後に「エクハート会館の事務所で夕食後に灯る明りの数を数えることで科学者の士気をおおよそグラフ化することができた」と書いた[1][2]。
研究所に集められた著名な科学者にコンプトンやシラードの他に別のノーベル賞受賞者エンリコ・フェルミや後に受賞することになるウィグナーやグレン・シーボーグがいた。
1942年8月、シーボーグのチームは、サイクロトロンで照射されたウランから初めて計量可能なプルトニウムを化学的に分離した。
フェルミは管理された自己持続する原子核反応における臨界量に達することができるウランとグラファイトの原子炉の設計や建造に向けて働いた。
フェルミのチームは、大学の放棄されたフットボール球場にシカゴ・パイル1号（CP-1）を建築した。1942年12月2日に完成した。（1952年まで原子炉という言葉は用いられなかったが、世界最初の原子炉であった。）ヘンリー・ムーアの彫刻を中心とするこの場所は最初の自己持続する原子力反応の場所としてアメリカ合衆国国定歴史建造物に指定されている。
その後の活動
ひとたび原子爆弾の主要な要素が実証されれば、次は工業規模で研究所の発見を実施し、爆弾を製造・試験することが必要であった。
更なる作業がテネシー州オークリッジやワシントン州ハンフォード、ニューメキシコ州ロスアラモスで行われた。最高の科学者の多くがこの施設に向けて研究所を去った。
1943年、CP-1は解体され、市の外側の森林保護区であるレッドゲートウッズにCP-2として再建された。その立地ゆえに、この施設は第一次世界大戦で米軍が戦ったフランスのアルゴンヌ森林地帯にちなんで「アルゴンヌ」というコードネームをつけられた。
冶金研究所は大学の構内と研究所の主要な施設となったアルゴンヌの両方で重要な原子力研究を続けた。1946年7月1日、冶金研究所はアルゴンヌ国立研究所になった。
関連項目
- ジョージ・ハーバート・ジョーンズ研究所
注釈
- ^ Richard Melzer (1999). How the Secret of the Atomic Bomb was Stolen During World War II. Sunstone Press. p. 105. ISBN 978-0-86534-304-7
- ^ http://www.anl.gov/about-argonne/history
外部リンク
- The First Pile by Corbin Allardice and Edward R. Trapnell
- Manhattan Project Signature Facilities
- Oak Ridge National Laboratory Review
- Chicago Pile 1 Pioneers
- The First Pile
- The Manhattan Project: Making the Atomic Bomb
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冶金研究所
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「アルビン・ワインバーグ」の記事における「冶金研究所」の解説
大学卒業後、ウィルバー・ライト大学（英語版）で教鞭をとった。 彼は、コロンビア大学でケネス・スチュワート・コール（英語版）に師事するために全米研究評議会フェローシップに応募し、選出されたが、コールが放射線生物学者としてマンハッタン計画に従事するためにシカゴに来たため、このフェローシップを受けることはなかった。ワインバーグは1941年9月、中性子捕獲の計算に従事する人材を必要としていたためシカゴ大学冶金研究所に、エッカートとサミュエル・キング・アリソン（英語版）の推薦により採用された。 1942年初頭、アーサー・コンプトンは、プルトニウムの研究に従事するマンハッタン計画のチームをシカゴ大学に集中させた。これにより、コロンビア大学のハーバート・アンダーソン（英語版）、バーナード・フェルド（英語版）、エンリコ・フェルミ、レオ・シラード、ウォルター・ジン（英語版）、プリンストン大学のエドワード・クロイツ（英語版）、ギルバート・プラス（英語版）、ユージン・ウィグナー、ジョン・ホイーラーなど、当時の一流科学者の多くがシカゴ大学に集まった。ワインバーグはウィグナーの弟子となった。 ウィグナーは冶金研究所の理論グループを率い、そこにはワインバーグ、キャサリン・ウェイ（英語版）、ゲイル・ヤング、エドワード・クロイツがいた。このグループの任務は、ウランをプルトニウムに変換する生産用原子炉の設計だった。当時、原子炉は理論上でしか存在せず、臨界状態に達した原子炉はまだなかった。1942年7月、ウィグナーは保守的な100 MWの設計を選び、黒鉛製の中性子減速材と水冷式を採用した。水は中性子を吸収して原子炉の効率を低下させることが知られていたが、ウィグナーは自分のグループの計算が正しく、水冷式でうまくいくと確信していた。一方、ヘリウムや液体金属を冷却材として使用することに伴う技術的困難は、プロジェクトを遅らせることになった。 マンハッタン計画を引き継いだ陸軍工兵隊は、原子炉の詳細設計と建設をデュポン社に任せた。しかし、デュポン社とウィグナーたちの間には摩擦があった。ウィグナーが設計した原子炉とデュポン社が設計した原子炉との大きな違いは、プロセスチューブを円形配列の1,500本から正方形配列の2,004本に増やしたことと、出力を50万kWから25万kWにしたことである。結果的には、デュポン社が決定した炉心管の増設は、ハンフォード・サイトのB原子炉で中性子毒が問題になったときに役に立った。増設したチューブのおかげで、より多くの燃料を投入して中性子障害を克服することができた。これがなければ、黒鉛中のホウ素不純物が燃焼してフルパワーになるまで、原子炉を低出力で運転しなければならず、フル稼働が1年も遅れることになっていたと推測される。 ハンフォードの原子炉が稼働すると、冶金研究所は再び理論設計に目を向けた。ウィグナーは、原子炉で作られたプルトニウムにプルトニウム240の汚染による自発的な核分裂があることを発見し、トリウムからウラン233を作る方法に変更することを提案した。しかし、ロスアラモス国立研究所が開発したインプロージョン型の核兵器の設計によって、この課題は解決された。またウィグナーは、ウランを重水の中の溶液や泥漿にすることで、原子炉の複雑さの多くを取り除くことができる可能性に興味を持っていた。冶金研究所ではこれを実現する方法を模索していた。 競合する設計の中で、ワインバーグは加圧水型原子炉(PWR)を提案し、これが最終的に最も一般的な設計となった。これは、ワインバーグとシカゴやオークリッジの同僚が議論した多くの可能性の一つに過ぎなかった。後に彼はこう書いている。 初期の頃は、様々な種類の動力炉を検討し、それぞれの長所と短所を比較していた。というのも、原子炉を構成する各要素（燃料、冷却材、減速材）には多くの可能性があるからある。核分裂性物質は233U・235U・239Pu、冷却材は水・重水・気体・液体金属、減速材は水・重水・ベリリウム・黒鉛、あるいは高速中性子炉では減速材なし、などである。私の計算によれば、燃料、冷却材、減速材の全ての組み合わせを数え上げれば、約千種類もの原子炉になる。このように、原子力の初期段階では、どの可能性を追求し、どの可能性を無視するかを選択しなければならなかった。 加圧水型原子炉の最終的な成功は、水の優れた特性によるものではなく、オークリッジにある材料試験炉の加圧版を使って、マークI型潜水艦用熱中性子炉のプロトタイプを動かすことにしたことによるものだと彼は書いている。加圧水が確立されると、他の可能性を追求するにはコストがかかりすぎるようになったが、ワインバーグは他の可能性に興味を持ち続けた。フリーマン・ダイソンによれば、ワインバーグは原子炉設計の広い世界を支持した唯一の原子力のパイオニアだった。
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