第４回　ミクロの世界への誘い(4)

核分裂の連鎖反応と臨界量

核分裂が発見された１９３８年は、ナチス・ドイツがオーストリアを併合し、いつドイツが侵略戦争を開始するかという緊迫した世界情勢でした。実際に翌年の９月、ドイツはポーランド侵攻を開始し、第２次世界戦争が始まりました。

翌年の１月、ニールス・ボーアがアメリカに渡り、前回（３）で述べたハーンとシュトラウスマンのウランの実験結果とマイトナーとフリッシュのウラン原子核の核分裂という解釈を伝えると、アメリカ中の物理学者たちが沸き立ちました。イタリアから亡命して、ニューヨークのコロンビア大学で指導的な役割をしていたエンリコ・フェルミらは、直ちに追実験をおこない、ウラン原子核の核分裂を確認しました。

アメリカ滞在中に、ニールス・ボーアは、ウランの原子核の中で、速度の遅い中性子を吸収して核分裂するのは、ウランの同位核の１つウラン２３５であることを突き止めました。

このボーアの指摘に注目したのは、亡命物理学者のレオ・ジラードでした。ウラン２３５の原子核が中性子を吸収して核分裂したとき、１個以上の中性子を放出すれば、その中性子が別のウラン２３５の原子核に吸収されて核分裂を起こし、ふたたび中性子が放出されて、核分裂が続いていきます。これを「核分裂の連鎖反応」と言います。

フェルミたちの実験で、１回のウラン２３５の核分裂では２個以上の中性子が放出されることがわかりました。平均して１回目の核分裂でつくられた中性子２個が次の核分裂を起こすと、その次は４個の中性子が核分裂を起こすことになり、２×２×２×…×２とねずみ算のようにウラン２３５の核分裂が増えていきます。このように２を81回掛け合わせると24桁の数になり、約一㌔㌘のウラン２３５が核分裂したことになります。この核分裂で放出されるエネルギーは約２万トンの高性能火薬の爆発エネルギーに相当します。

ジラードは、このような研究結果をドイツが知り、原子爆弾をつくることになったら大変だと考えました。それを避けるために、彼は研究成果を秘密にすることを主張しました。これに対し、ボーアは研究成果を機密にすることは、科学を国家間の競争に隷属させることになると反対しました。彼の思いは、せめて物理学の世界だけでも、平和で政治的にひとつになった国際協同社会のモデルにしたいということです。科学者は研究結果のすべてを、それが好都合か不都合かによらないで論文として発表し、科学者の誰もがそれを読めるようにすべきで、秘密を科学の世界に導入すべきでないと主張しました。ボーアの主張の背景には、世界中の物理学者が出入りして自由に研究をしてきたコペンハーゲン理論物理学研究所の実績がありました。