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四章　原子爆弾の理論
　注＝分らない人はパス

原爆について、あえて再びここで詳述する必要はあるまいという意見もあろうが、もし、この書をもってはじめて原爆の残虐性を知った読者があるとすれば、蛇足ではあるかも知れないが原爆についての科学的な説明をすべきであると考える。 　原子という言葉は、ギリシヤの哲学者デモクリタス（Democritus、紀元前五世紀）によって用いられたが、これより小さいものはないという窮極要素の意味で、勿論観念的なものであった。 　一八〇八年イギリスの化学者ジョン・ダルトン（John Dalton）は、水の分子は水素と酸素の元素から成りたっているが、その比は一対八であり、過酸化水素は一対一六の整数比であること、同様に窒素の酸化物は窒素一〇〇に対して五七、一一四、一七一、二二八、三四二等すべて五七の倍数であることから、この元素は昔から称えられている原子で、これ以上分割することが出来ない単位ではあるまいかと考えた。 　又一八六九年メンデレーフ（Dmitri Ivanovich Mendeleyev）が、各元素のエレクトロンを中和する陽電気が原子核にあるべきことから、その原子核中の帯電数を順に列べて周期律を発見して以来、原子の存在が明らかとなった。 　今日では、原子番号一から一〇二に至るまで分っている。 　例えば水素は一、ヘリウムは二、リチウム三、炭素六、窒素七、酸素八、カルシウム二○、コバルト二七、金七九、ラジウム八八、ウラニウム九二等である。

　原子の構造は陰陽の電気的なものであって、中心に陽電気を帯びた核があってその周囲を電子という微粒子が周っている。
　電子は原子核より遙かに軽いが、その電気（陰電気）は丁度核の陽電気を打ち消すだけの数がある。
　色々の元素の原子核には陽電気を帯びた粒子（陽子という）が、丁度各元素の原子番号に一致する数程存在する。
　例えば、原子番号一の水素の原子核は陽子一からなり、又核外電子も一である。これが最も小さいものの単位となっている。
　原子番号二番のヘリウムは陽子数が二で、三番のリチウムは三、同様に九二番のウラニウム原子核には陽子が九二ヶ存在する。

即ち原子番号は各々その原子核中の陽子数を示すものである。 　原子核には、陽子の他に目方は少し大きくて電気を帯びていない中性子という粒子もあって、それ等が互いに強い力で結ばれている。 　各元素の質量は、この陽子と中性子の目方の総和と見てよい。 　たとえば水素原子核は陽子一ヶで質量は一であるが、重水素は陽子と中性子が各一ヶ宛ありその質量は二となる。 　窒素は陽子七ヶ、中性子七ヶで質量は一四であり、又原爆燃料として用いられるウラニウム二三五というのは、陽子九ニヶ（原子番号九二）と中性子一四三ヶで、陽子と中性子の数を合計すると二三五となるということである。 　今窒素原子の模型を図示（左）すると、陽子数は七、中性子数七で、核の大きさは一兆分の一センチ。 　核の周囲を周る電子数は七で、陽子の陽電気を打ち消すだけの数があり、その円周の半径は一億分の一センチである。 　陽子及び中性子の大きさは十兆分の一センチという微粒子で、その質量は一・六六二グラムの一兆兆分の一である。 　電子に至ってはその質量は更に小さく、陽子の一八三七分の一、中性子の一八三九分の一という極微なものである。 　従って、一グラムの水素中に含まれる水素原子数は一兆の六千億倍もあり、又、一グラムのウラニウム中には一兆の二五億倍の原子核がある。 　かくて陽子の数、中性子の数の違いが色々の物質の違いとなって現れているのである。

原子爆弾の理論 　一八九八年キュリー夫妻によってラジウムが発見され、天然に原子核の崩壊変化があることが知られた。 　それまでは、化学反応によっての分子の結合又は分解だけが知られていた。 　一九一九年イギリスの物理学者ラザフォードは、天然α線による原子核の人工変換に成功した。 　即ち、窒素の原子核にヘリウム原子核（α線）を猛烈な勢で衝突させると陽子が出ることが、チャドウィックとの協力で判明したが、酸素になることは一九二五年にブラケッ卜が確認した。 　一九三八年ドイツのバーン・シュトラスマンは、ウラニウム二三五に中性子を当てるとバリウムを生ずることを発見し、これはウラニウム核の分裂と推定した。 　次いでフリッシュ（オーストリア）が分裂を確認した。 　その後新原子核は原子番号三〇〜六〇あたりのものが多く、クセノン、ストロンチウム、クリプトン、バリウム等で、同位元素を含めて一六○余種が生じ、なお二〜三ヶの中性子を放出することが分った。 　天然のウラニウムにはその質量二三八のものが九九・三％あり、質量二三五のものが〇・七％、又質量二三四のものが○・〇〇六％ある。 　質量二三五のものは緩中性子で、容易に分裂を起して数ヶの中性子を放出する。 　Ｕ二三八は速中性子を吸収すると放射線を出してプルトニウム二三九（原子番号九四）に変る。 　プルトニウム二三九亀、中性子が命中すると核分裂を起す。

　Ｕ二三四は中性子を吸収する。
　核分裂する時は総質量の約〇・一％が熱に変化するが、極めて微量で一千万分の一カロリー程度である。
　原子核反応の際発生するエネルギーは、アイシュタインのエネルギーの法則で計算出来る。
　即ち反応前の原子核と衝撃粒子の目方の和が、反応後の新原子核と放出粒子の目方の和より大なる時、その発生したエネルギーは、目方に光の速度の自乗を乗じたものである。
　もし一グラムのウラニウム二三五が全部連鎖反応で分裂すると、一グラムのウラニウム中には一兆の二五億倍の原子核があるので、一七〇億五千カロリーの熱を発することとなる。
　しかし実際には、ウラニウムの体積が小さいと、中性子が漏出するので連鎖反応は起らない。
　ある程度の量を集めると、放出する中性子が次々と原子核を分裂させては中性子を放出し、連鎖反応を起して爆発する。
　その限度を限界単位といい、約一キログラムである。
　ウラニウム二三五から出る速中性子を減速させるモデレーター（緩衝剤）として重水や石墨があり、又中性子を吸収するものとしてカドミウムや硼素があり、これ等を挿入すると中性子数を調節し連鎖反応を徐々に起させ、熱をたえず一定量とすることが出来る。

　広島の原爆では、分散されていたウラニウム二三五の一〇キログラムが急に一緒に集められるや連鎖反応で一キログラムだけが爆発し、二〇兆カロリーを出し、ＴＮＴ爆弾二万トンに相当する熱量を放散したのである。
　長崎に於いては、同様にプルトニウム二三九の一キログラムが爆発し、不発が九九キログラムあり、約一〇〇キログラムが用いられたものと推定されている。
　原子爆弾では、その材料となるウラニウムもプルトニウムも爆発の臨界体積があって、これ以上強力なものは出来ないのである。

　　水爆について

　一九五一年イギリスのコッククロフト及びウォルトンは加速器を発明して人為的加速粒子による核変換、即ち、水素とリチウム（七）の核融合に成功し、二個のヘリウム（四）を作り、その際一、七〇〇万電子ボルトのエネルギーが出た。
　その後、リチウム（六）に重水素を融合してヘリウム（四）が二ヶ出来る核反応が発見され、この時は二、二三〇万電子ボルトのエネルギーが出た。
　この核反応では融合させるために必要な最初のエネルギーの数百倍という大きなエネルギーが生まれるのである。
　一九五二年十一月エニウェトクで行なわれたアメリカの水爆実験では、広島型原爆の一五〇倍乃至二五〇倍に相当したといわれる。
　この時は原爆の爆発に際して発生する数千万度という高熱と圧力を利用して重水素と三重水素との熱核反応をおこし、又、同時に重水素と重水素との核融合も生じて威力を発したものと推定されている。
　重水素は微量ながら天然に存在するので集められるが、三重水素は原子炉で人工的に創造する他なく、大変手間がかかり高価につく。
　又、三重水素は半減期十二年半という放射性元素であるから、保存がむずかしく、従って水爆の量産は容易ではない。

　リチウム爆弾について

　前記水爆の三重水素の代りにリチウム六、又は七を用うると、量産が容易で且つ安価につく。
　リチウムと重水素の熱核反応には色々の場合が考えられ、ヘリウム四が出来るが、殊にリチウム六に原爆の中性子が慟くと三重水素も生じることが考えられるから、製造の難しい三重水素を使用しなくてもよい。
　さて、原爆には限界量があってその大きさにはどうしても限度があるが、リチウム爆弾や水爆は二重水素、三重水素、リチウムの量には限度がなく、大量に集めておいても自然爆発の危険はないので、大型の爆弾となり得る。
　事実一九五四年三月一日のビキニ実験の水爆は、広島型の原爆の五〇〇倍〜七五〇倍の威力をもったものと発表されている。
　ビキニ実験では、副産物として、珊瑚礁の炭酸カルシウムを放射能化して乗組員に放射能障害を与えたのであるが、もし原水爆の容器に最初からコパルト五九を装置しておけば、半減期五年余の貫通力の強いガンマー線を出す放射性コパルト六〇が撒きちらされ、長期にわたって生物を殺傷することとなる。
　これがコパルト爆弾といわれるものであり、人間を死滅させる最も恐ろしい爆弾である。
　これの予防は、唯、これを作らないという人間の良心だけに頼る他ないのである。

　原子力の平和的利用について

　普通の化学反応で利用される熱は、その元素の質量の約百万分の一であるが、原子力の場合はその質量の百分の一がエネルギーとなる。
　従って原子力を平和的に利用するようになれば、石炭や石油などの化学燃料に比べて約千倍も効率があることになる。
　原爆は一瞬に原料を爆発させるものであるが、このエネルギーを徐々に適当に調節して利用しようとする装置が原子炉である。
　世界最初の原子炉は、一九四二年十二月シカゴ大学に建設された。
　これは原子燃焼の利用が可能なことを示したものである。
　原子炉にはプルトニウム生産用のもの、アイソトープ生産用のもの、材料試験用のもの、発電用のものなどがある。
　一九五四年六月、ソヴィエ卜は五、〇〇〇ＫＷ発電用の原子炉を建設した。
　Ｕ二三五は、中性子がとび込むと核分裂をおこし、平均二〜五個の中性子がとび出す。
　この中性子が、次のＵ二三五に核分裂をおこさせ、次々に核分裂の数が増すのを核分裂の連鎖反応という。
　この核分裂を適当に調節するためには、中性子を一定にする必要があり、これを中性子緩速剤（モダレーター）と言い、重水、石墨、ヘリウム等がある。
　中性子には速中性子と緩中性子があり、Ｕ二三五はそのいずれによっても核分裂するが、緩中性子の方が率がよい。
　Ｕ二三八は、速中性子を吸収してプルトユウム二三九になる。
　これも原子材料となるが、中性子は高速のものを用いることになる。
　中性子の高速なものを用いる炉は高速中性子炉、遅いものを用いるものを熱中性子炉という。
　又モダレーダーの種類により石墨炉、重水炉などがあり、又潜材燃料を炉の中で中性子によって原子燃料にして利用する炉を増殖炉という。
　その他色々の原子炉が工夫されつつある。
　原子燃料は、学理的には第三の燃料として極めて有望なものであるが、同時に原爆の脅威を増す矛盾がある。
　人類を破滅に導く原爆の製造使用を禁止するものは、石墨でもなく重水でもない。
　全世界の人々が、殊に政治家が挙って原水爆禁止の良心的決意を条約に示す、国際管理による外はない。
　原子炉にはまだ放射能を有する灰の処理問題が残っている。
　今のところこの放射能を打ち消す方法もなく、又放射能症を治療する根治方法はない。
　これ等が解決されれば、原子力の利用は人類に多大の幸福をもたらすものとなる。
　現在医学的には大いに利用されているし、将来は生鮮食料品の保存法も、缶詰製造法も、これによって画期的なものとなる筈である。
　例えば、玉蔗や馬鈴薯も春になっても発芽しない様な処理法があり、又魚肉類もビニール包装のまま放射能処理することによって、冷凍せずして新鮮なまま保存することが出来るようになる。
　缶詰のごときものも、無人放射能隧道を通過させれば煮沸消毒の必要がない。
　ただ大量の放射能、例えば百万レントゲンを如何に無害に利用するかの方法が問題である。
　徒らに原子力アレルギーに陥ることなく、科学的に、拮極的に、国家の方針としての研究体制を進めなければ諸外国におくれをとるし、又、国民としてその研究に正しい理解を持つことが大切である。