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ユニット III、デイトン プロジェクト | |
 2012年に撮影されたユニットIIIの建物 | |
   | |
| 位置 | オハイオ州デイトン |
|---|---|
| 座標 | 北緯39°43′29″ 西経84°10′46″ / 北緯39.72472° 西経84.17944° / 39.72472; -84.17944 |
| 構築済み | 1944–1945 |
| NRHP参照 番号 | 06000480 |
| NRHPに追加されました | 2006年5月10日 |
デイトン計画は、第二次世界大戦中に、最初の原子爆弾を製造するためのより大規模なマンハッタン計画の一環として、ポロニウムを生産する研究開発プロジェクトでした。作業はオハイオ州デイトンとその周辺のいくつかの場所で行われました。このプロジェクトに携わった人々は、最終的に、原子爆弾の連鎖反応を開始するために使用されたポロニウムベースの変調中性子起爆装置を作成する責任を負いました。
デイトン計画は、モンサント社のチャールズ・アレン・トーマスがマンハッタン計画に採用され、さまざまな場所で行われていたプルトニウムの精製と製造作業の調整役を務めた1943年に始まりました。ロスアラモス研究所の科学者は、プルトニウム爆弾には中性子起爆装置が必要であると計算しました。最もよく知られた中性子源は放射性のポロニウムとベリリウムを使用していたため、トーマスはデイトンのモンサント研究所でポロニウムを製造することを引き受けました。マンハッタン計画の活動のほとんどは遠隔地で行われましたが、デイトン計画は人口密集地の都市部で行われました。計画は1943年から1949年まで行われ、その後、オハイオ州マイアミズバーグ近郊のマウンド研究所が完成し、作業はそちらに移されました。
デイトン計画では、天然に存在する二酸化鉛鉱石からポロニウムを抽出する技術と、原子炉で中性子を照射したビスマス標的からポロニウムを抽出する技術が開発された。最終的に、ポロニウムベースの中性子起爆装置は、広島と長崎への原爆投下時にそれぞれ使用された銃型のリトルボーイと爆縮型のファットマンの両方に使用された。起爆装置としてポロニウムが使用されたという事実は1960年代まで機密扱いされていたが、マンハッタン計画の特別技術者派遣隊の技術者であったジョージ・コヴァルが、ソ連のスパイとしてデイトン計画に潜入した。
背景
1942年12月、第二次世界大戦中、セントルイスのモンサント社の化学者で研究部長のチャールズ・アレン・トーマスは、国防研究委員会（NDRC）に第8部の副部長として加わり、推進剤や爆薬などを担当した。[1] 1943年初頭、彼はNDRCのメンバーであるリチャード・C・トルマン、ハーバード大学学長でNDRCの議長であるジェームズ・B・コナントとともに東部に赴き、新しい水中爆薬のデモンストレーションを見学した。コナントとトルマンは、この機会を利用してトーマスの経歴をひそかに調査した。その後、彼はワシントンDCで、戦時中のマンハッタン計画の責任者で原子爆弾の製造を担当した准将レスリー・R・グローブス・ジュニアとの会議に招待された。そこに着くと、トーマスはコナントも同席していることに気付いた。[2] [3]
グローブスとコナントはトーマスの産業的専門知識を生かそうとした。[4]彼らはトーマスに、ニューメキシコ州ロスアラモス研究所の所長ロバート・オッペンハイマーの副所長のポストを提供したが、トーマスは家族の転居やモンサントでの職務放棄を望まなかった。[5]その代わりに、彼はロスアラモス、シカゴの冶金研究所、バークレーの放射線研究所、アイオワのエイムズ研究所で行われているプルトニウムの精製と生産作業を調整する役割を引き受けた。ロスアラモスの化学と冶金は、若きジョセフ・W・ケネディが率いることになった。[4]
ロスアラモスでは、物理学者ロバート・サーバーが、自発核分裂に頼る代わりに、原子爆弾内部の連鎖反応を中性子起爆装置で引き起こすべきだと提案した。最もよく知られた中性子源はラジウム-ベリリウムとポロニウム-ベリリウムだった。ポロニウムは半減期が138日で、有用であるには十分な強度だが、備蓄できるほど長寿命ではないため、後者が選ばれた。トーマスは、ベリリウムとともに「ウニ」内部中性子起爆装置で使用するために、ポロニウムを工業的に精製する技術の開発を担当した。この取り組みはデイトン計画となった。[6] [7]
組織
トーマスはオハイオ州デイトンのモンサント社のトーマス・アンド・ホッホワルト研究所からキャロル・ホッホワルト、ジェームズ・ラム、ニコラス・サマラスなど主要人物を招聘した。トーマスはデイトン計画の責任者となり、ホッホワルトが副計画責任者、ラムが研究所長となった。 [8]彼らは約12名の化学者が必要であると判断し、ラムはその地域の大学や研究所から教授、大学院生、工業化学者の採用に着手した。最初の採用は1943年8月に始まったが、放射化学の経験を持つ者はほとんどいなかった。[9] 1943年末の常勤従業員46名から1944年末には101名、1945年末には201名、1946年末には334名に増加した。[10]これには陸軍の特別工兵派遣隊の34名も含まれていた。[11]
場所
当初、オフィススペースは1515 Nicholas Roadのモンサント社のオフィスにあり、ユニットIとして知られるようになった。 [12]ユニットIIは、オハイオ州道741号線近くのベティレーンにあるモンサントロケット推進剤工場であった。モンサントが管理していたが、デイトンプロジェクトでは使用されなかった。この施設では、硝酸アンモニウムやピクリン酸アンモニウムなどの爆発物を取り扱っていたが、放射性物質は取り扱っていなかった。ユニットIIの作業は1945年秋に終了した。[13] 1946年12月に使用が検討されたが、ユニットIIIにクォンセット小屋を建てることに賛成してこの提案は却下された。[14]
1601 W. First Street に、もともとボーンブレイク神学校の建物として建設された実験室の敷地が見つかりました。1879 年に建てられた 3 階建てのレンガ造りの建物で、デイトン教育委員会が所有し、倉庫として使用していました。モンサントは 1943 年 10 月 15 日にこの敷地を借り、Unit III として知られる実験室への改造を開始しました。デイトン プロジェクトが引き継いだとき、建物はひどい状態にあり、多くの窓が壊れ、2 階と 3 階の間の階段がありませんでした。新しい暖房と照明が設置され、窓が交換され、新しい床が敷かれ、いくつかの部屋は塗り直されました。建物 J と K として知られる 2 つの監視所、建物 F として知られる化学物質保管小屋、および金網フェンスが追加されました。実験室の活動は 9 月 25 日に Unit I からそこに移されました。その後、3階も占拠され、さらに280平方メートル（3,000平方フィート）のスペースが確保された。[15] [16] [12] 1945年5月、教育委員会から借りた土地に、事務所、カフェテリア、ロッカールーム、物理学実験室、ランドリーを備えた5つの仮設建物が建設された。新しい監視所も建設された。1946年にはこれに2つの移動式建物が追加された。[17]
1944年までにスペースが不足し、モンサントはデイトン郊外の裕福な住宅地オークウッドにあるラニーメード・プレイハウスの買収交渉を開始しました。1927年に建てられたプレイハウスは、屋外プール、舞踏室、スカッシュコート、コルクの床のテニスコート、コミュニティシアター用のステージを備えたレジャー施設でした。イタリア産大理石のシャワーと1+1 ⁄ 2階建てのガレージ。 [18] [19]この地所はタルボット不動産会社が所有しており、トーマスの妻の家族が経営していた。タルボット家はデルコ社の相続人の一人であり、デルコ社は当時ゼネラルモーターズの一部であった。 [7] [20]オークウッド市議会はプレイハウスをコミュニティセンターにしたいと考えていた。トーマスは市議会に出廷し、何に使うつもりなのかは明かせなかったが、損傷はしないと保証した。 [19]タルボット不動産が売却に消極的だったため、アメリカ陸軍工兵隊がこの土地を 接収し、1944年2月15日にユニットIVとなった。 [18] 1944年3月10日に賃貸契約が締結され、タルボット不動産には年間4,266.72ドルが支払われた。当初の賃貸契約は1944年6月30日までだったが、その後毎年1949年6月30日まで延長された。賃貸契約では、物件は元の状態に戻すことが明記されていた。タルボット不動産には、この物件は訓練用映画の製作に使用される予定であると伝えられた。 [21]
改修工事は1944年3月17日に始まった。[18]テニスコートは複数の部屋に分割された。天井が低くなり、暖房、エアコン、空気濾過システムが追加されました。温室の1つは荷積みドックに改造されました。敷地は有刺鉄線のフェンスで囲まれ、夜間は照明がつき、武装した警備員が24時間体制で巡回しました。ユニットIIIとIVには43人の警備員がいました。[22]生産グループは6月1日に入居を開始しました。3つの警備所と金網フェンスが追加されました。後の修復を容易にするため、敷地への変更は最小限に抑えられました。住宅街に位置していたため、騒音やその他の混乱を最小限に抑える努力も行われました。[18]
1945年5月、モンサントはゼネラル・エレクトリックからイーストサードストリート601番地の倉庫の3フロアを借りた。当初はプロジェクトで使用する機器の受け取りと保管に使用された。後に4階はオフィススペースとして使用され、5階には実験動物に対するポロニウムの影響を研究する研究室が設立された。サンプルのポロニウム汚染の危険性を最小限に抑えるために、バイオアッセイサンプルの分析がそこで行われた。 [12] [23]
研究
それまでポロニウムを見た人はほとんどいなかった。それは銀色の金属で、暗い部屋の中では不気味な紫色の光を放っていた。ポロニウムは様々な鉱石に自然に存在し、オンタリオ州ポートホープの精錬所からウランとラジウムを取り除いた後に残った二酸化鉛の残留物には、1メートルトンあたり0.2～0.3ミリグラム（0.0031～0.0046 グラム）のポロニウムが含まれていると推定された。[24] [25]ポロニウム1キュリーの重さは約0.2ミリグラム（0.0031グラム）である。[26]ポートホープは、ウラン鉱石の供給と精錬に関して、すでにマンハッタン計画から契約を受けていた。[27]最初の3,290キログラム（7,250ポンド）の放射性二酸化鉛は、1943年11月10日にデイトン計画に届けられました。最初の230キログラム（500ポンド）のバッチは12月8日までに処理され、1週間後には30マイクロキュリー（1.1 MBq）のポロニウムが実験に使用できるようになりました。[28]
鉱石からポロニウムを抽出するために3つの方法が研究された。ファイアストン・タイヤ・アンド・ラバー社のJHディロンは、酸化鉛を塩酸に溶解するプロセスの特許を取得していた。[26]
- PbO
2+ 4 HCl → PbCl
2+クリア
2+ 2時間
2お
その後、ポロニウムは銅板やニッケル板に沈着する。これにはデイトンでは手に入らない大型のガラス張りの装置が必要だったが、イリノイ州モンサントにあるモンサントB工場では利用可能だった。ユニットIIIでの小規模テストでこのプロセスが実用的であることが判明した後、約3トンの二酸化鉛がB工場に送られ、2.50キュリー（93GBq）が回収された。銅板やニッケル板からポロニウムを取り除くことはより困難であることが判明した。[24]
2 番目に試みられた方法は窯プロセスでした。そのアイデアは、単に二酸化鉛を焙焼してポロニウムを気化させるというものでした。問題は、二酸化鉛が 700 °C (1,292 °F) でスラグ化することであり、このプロセスが機能するには低すぎました。そこで、 900 °C (1,650 °F) でスラグ化するオルトリン酸鉛が試されました。これは、二酸化鉛とリン酸を混合して作られました。実験では、オルトリン酸鉛を 750 °C (1,380 °F) で 4 時間加熱すると、ポロニウムがよく気化することが示されました。残念ながら、このプロセスではその後、ほこりやその他の異物、および関係する人員と機器の汚染という問題が発生しました。[29] [30]
3番目の方法は、二酸化鉛を濃硝酸と過酸化水素の混合物に溶解するというものである。[30]
- PbO
2+ 2 HNO
3+ H
2お
2→鉛( NO
3）
2+ O プラス
2+ 2時間
2お
これは、鉄やアルミニウムなどさまざまな汚染物質が沈殿するという問題があったものの、ポロニウムを二酸化鉛から分離する最良の方法であることが判明した。約32メートルトン（35ショートトン）の二酸化鉛が硝酸で処理され、約40キュリー（1.5テラベクレル）のポロニウムが生成されたが、より優れたポロニウム源が利用可能になったため、このプロセスはパイロット段階から先には進まなかった。[31]二酸化鉛はマンハッタン計画では購入されず、戦争初期にカナダ政府が入手した。1945年6月、鉛は炭酸鉛スラリーとして沈殿され、乾燥されてカナダに返送されるため、マンハッタン地区のマディソンスクエア地区に出荷された。[32]
生産
ポロニウムはビスマスの中性子照射によっても生成できる。1943年当時、この方法で生成されたポロニウムはサイクロトロンのみであったが、マンハッタン計画による原子炉の開発により、この方法で大量のポロニウムを生成できる可能性が出てきた。[31]
- 209
83バイ
+
ん
→210
83バイ
→210
84ポ
+
β
テネシー州オークリッジのクリントン工科工場にあるマンハッタン計画のX-10黒鉛炉で照射された1トンのビスマスには、32～83キュリー（1.2～3.1テラベクレル）のポロニウムが含まれていた。これはポートホープの二酸化鉛からの収量を大幅に上回るものだった。[31]照射されたビスマスは、クリントンから30.5×9.5×9.5センチメートル（12×3.75×3.75インチ）のレンガの形で運ばれ、重さは約26キログラム（58ポンド）だった。木箱に入れて鉄道でデイトンに運ばれ、ユニットIVの床のタイル張りの空洞に保管された。[33]
ビスマス中のポロニウムの量はまだかなり少なかったため、これらの手順は適切であったが、1945年6月から、デイトン計画はワシントンのハンフォードサイトのより強力な原子炉で照射されたビスマスの供給を受け始め、これが今や主要な供給源となった。[34]クリントンでさえ、保護されていないビスマスはレンガが壊れて破片がウランスラグの容器に落ちるという問題を引き起こし、計画担当者が危険を冒して手作業で分離しなければならなかった。そのため、ハンフォードの原子炉で照射されたビスマススラグはアルミニウム缶に詰められた。缶詰のスラグは直径3.8センチメートル（1.5インチ）、長さ10センチメートルまたは20センチメートル（4インチまたは8インチ）であった。問題は、アルミニウムに鉄、マンガン、銅、鉛、スズ、亜鉛、シリコン、チタン、ニッケル、マグネシウム、クロム、バナジウム、ビスマス、ガリウムなどの不純物が含まれていて、照射されると放射性同位元素を形成する可能性があることだった。そのほとんどは半減期が短く、ハンフォードでスラグが水中で冷却される間に無害になるため、デイトン計画ではほとんど問題にならなかった。しかし、鉄は半減期が45日の鉄59を形成し、ガンマ線を発生する。そのため、スラグは樽に入れて輸送され、各樽にはスラグを入れるチューブがいくつか入っていた。樽と樽の間の空間は鉛で満たされていた。デイトンでは、スラグは鉛で裏打ちされた金庫に保管され、両側にチューブの入った扉があった。また、ラックの上でも水中に保管され、トングで取り出すことができた。潜望鏡を使用すると、プールからナメクジを取り出さずにナメクジの識別マークを確認することができました。[33]
1946年末までに、ハンフォードはビスマス1トンあたり最大13,200キュリー（490テラベクレル）を含む物質を出荷していた。[34]ビスマスは、アメリカ製錬精製会社から、同社が製造できる最高純度のものを購入した。それはハンフォードに送られ、そこで缶詰にされ、100日間原子炉内に置かれていた。その後、照射されたスラグは陸路でユニットIVに輸送され、そこで塩酸に浸されてアルミニウムが溶解された。これにより塩化アルミニウム溶液が形成されたが、アルミニウム中の鉄不純物のために放射能が高かったため廃棄された。その後、ビスマススラグは王水に溶解された。これはポロニウムを電気メッキするには弱すぎたため、硝酸を除去し、粉末ビスマスを追加してポロニウムをビスマス上に堆積させた。これにより100対1の濃度となった。これを再度王水に溶解して1000-1の濃度にすることで繰り返すことができる。これを再度溶解し、ポロニウムを白金箔に電気メッキする。このプロセスの主な問題は、王水を使用するためガラスで裏打ちされた容器が必要であり、放射性物質を安全に取り扱うためのメカニズムが必要であることであった。デイトン計画では代替の精製方法を模索したが、実行可能ではあるものの効率や安全性に欠けることが判明した。[35]
最初のポロニウムの積荷は1944年3月15日に軍の配達員が鉛で裏打ちされたスーツケースに入れてロスアラモスに向けて出発した。その後は定期的に出荷された。[19] [36]ロスアラモスでの起爆剤テストには予想以上のポロニウムが必要となり、1944年12月、オッペンハイマーはトーマスに月20キュリー（0.74テラベクレル）を出荷できるかどうか尋ねざるを得なかった。デイトン計画はそれを実行できた。1945年2月、トーマスは出荷量を6月までに月100キュリー（3.7テラベクレル）、12月までに月500キュリーに増やすことに同意した。[37]
1946 年末までのデイトン計画の総費用は 3,666,507 ドル (現在の価値で 5,730 万ドル) でした。
健康と安全
デイトン計画の従業員は加工エリアで飲食や喫煙が許されず、その場を離れる前に手を洗わなければならなかった。化学者は防護服を着用し、手術用、布製、ゴム製の手袋を三枚重ねて着用した。昼食のためまたはシフト終了時には、希塩酸、希クロロックス、石鹸で手を洗わなければならなかった。手についた放射性残留物は、物理学者ジョン・J・ソプカがこの目的のために設計した特別なガイガーカウンターで測定された。 [19] [39]片手あたり毎分1000カウントを超えてはならなかった。[40]彼らは毎日の作業の終わりにシャワーを浴びなければならず、毎週尿検査を受けなければならなかった。ポロニウムの濃度が高かった従業員は加工エリアに入ることを許されなかった。汚染を広げずにポロニウムを扱うことはほとんど不可能であることが判明した。幸いにも、ポロニウムはラジウムやプルトニウムのように骨に沈着しないため、尿中に容易に排泄される。検出方法はすでに開発されており、追跡は容易だった。尿中のポロニウム濃度が最も高かったユニットIVの従業員は髪を汚染しており、しばしばヘアピンを口にくわえていた。[19]
スパイ活動
ジョージ・コヴァルは1943年にアメリカ陸軍に徴兵され、マンハッタン計画の特別技術者派遣隊に配属された。彼は当初クリントン工兵工場に配属され、そこでは衛生物理学士官として、施設の大半にアクセスできた。彼は、コードネーム「クライド」のGRU （ソ連軍諜報部）のハンドラーを通じて、オークリッジでのポロニウム製造に関する秘密をソ連に渡し始めた。1945年にコヴァルはデイトンに転属となった。再び、衛生物理学士官として、彼は秘密施設に広くアクセスできた。[41] 2007年、ロシアのウラジミール・プーチン大統領は、GRUのスパイ「デルマー」としての功績により、コヴァルに死後金星章を授与し、ロシア連邦の英雄とした。ロシア当局は、ジョー1爆弾の起爆装置は「デルマーが提供したレシピに従って準備された」と述べた。 [41]ポロニウムが開始剤として使われていたという事実は1960年代まで機密扱いのままであった。[42]
イニシエーター
レナード・I・シフが起爆装置が銃型核分裂兵器の効率を向上させる可能性があると計算した後、オッペンハイマーは1945年3月15日にリトルボーイの設計に起爆装置を組み込むことを承認した。起爆装置は、飛行機で輸送され、誤って落とされても耐えられるほど頑丈であることを確認するためにテストされた。最終的に約40個の起爆装置がテニアン島に送られ、そのうち4個が広島への原爆投下に使用された爆弾に挿入された。[43]
長崎に投下されたファットマン爆弾の爆縮設計に使用された起爆装置は「ウニ」というコード名が付けられていた。爆発の効率を上げるために、起爆装置はプルトニウムの核が完全に圧縮されている間に数マイクロ秒で大量の中性子を放出する必要があった。[44]ウニの核心には直径0.4センチメートル（0.16インチ）の固体ベリリウム球があった。これは金メッキされ、20キュリー（0.74テラベクレル）のポロニウムでコーティングされていた。金はポロニウムのアルファ粒子がベリリウムに衝突するのを防ぐ。これは内面に15本の平行な溝が刻まれた2つのベリリウム半球の内側に収まっていた。これらの溝は爆縮の衝撃波をジェットに変換し、球を粉砕してベリリウムとポロニウムを混ぜて中性子を放出させた。半球体はニッケルメッキされ、外面は金と30キュリー（1.1テラベクレル）のポロニウムでコーティングされていた。触ると熱い2.0センチメートル（0.79インチ）のイニシエーターは、プルトニウムピットの中央にある20ミリメートル（0.8インチ）の穴にぴったり収まった。[45]
マウンドラボラトリーズ
1945年までにデイトン計画は非常に重要なものとなり、マンハッタン計画はそれを恒久的な施設にすることを決定した。[46]当初の意図はオークリッジへの移転であったが、デイトン近郊の敷地が望ましいと決定された。科学技術スタッフの多くはテネシー州への移転を望まず、プルトニウム処理施設におけるポロニウム汚染の危険性が懸念されていた。[47]適切な敷地の探索は1946年初めに始まり、デイトンから約19キロメートル (12マイル) 離れたマイアミズバーグに敷地が見つかった。72ヘクタール (178エーカー) の敷地は、先史時代の大きなインディアンの埋葬塚がある州立公園の隣にあり、最終的にマウンド研究所の名前の由来となった。当初はユニットVとして知られていました。[46]モンサントは1946年5月に建設を開始し、デトロイトのギッフェルズ・アンド・ヴァレット社を設計者に起用し、工場はデイトンのマクソン建設社によって建設されました。[46]設計では、910キログラム（2,000ポンド）の爆弾の直撃に耐え、生物兵器と化学兵器に対する防御を備えた地下施設が求められ、費用は1790万ドルでした。[48]
核兵器製造の責任は1947年にマンハッタン計画から原子力委員会に移管されたが、マウンド研究所での作業は継続された。 [46]最初の建物は1948年5月に完成し、ポロニウムの処理は1949年2月にマウンド研究所で開始された。合計14の主要な建物が建設され、総床面積は34,000平方メートル（366,000平方フィート）で、費用は2,550万ドルだった。[49]攻撃や破壊行為の恐れから、オハイオ州マリオンの旧サイオト研究所複合施設は1948年に原子力委員会に買収された。1953年に必要がなくなるまで、コールドスタンバイサイトとして維持された。[50]
サイトのクリーンアップ
ユニット I は、1988 年に取り壊されるまで、モンサントによって管理施設として使用され続けました。この土地は 1992 年にクオリティ ケミカルズに売却され、2002 年にはデュポンに売却されました。 [51] [52]ユニットIII、旧ボーンブレイク神学校は 1950 年に除染され、デイトン教育委員会に返還されました。元の神学校の建物はその後取り壊されましたが、デイトン プロジェクトのいくつかの構造物が残っています。 [53] この場所は2006 年 5 月 10 日に国家歴史登録財に登録されました。 [54]ユニット IV、旧ラニーミード プレイハウスの賃貸契約では返還することが明記されていましたが、汚染がひどすぎると判断されました。建物は 1950 年 2 月に取り壊されました。[49]発掘現場は埋め立てられ、敷地はタルボット家に返還され、補償金として13万8750ドルが支払われた。2017年現在、元の劇場で残っているのは真鍮のドアノブと温室の屋根の一部のみで、これらはマウンド科学エネルギー博物館のコレクションの一部となっている。現在、この敷地には個人住宅が建っている。[19] [55]デイトン倉庫は1950年に除染され、所有者に返還された。[56]マウンド研究所は1969年までポロニウム開始剤を生産し続けた。ポロニウムは1972年まで商業販売と衛星での使用のためにそこで生産され続けた。研究所は1993年に廃止され、そのエリアは除染された。2017年現在、ここにはマウンド先端技術センターが入っている。[55][アップデート][アップデート]
1996年、原子力委員会を引き継いだエネルギー省は、デイトンの施設はすでに除染されていたため、陸軍工兵隊の旧利用施設修復措置プログラム（FUSRAP）に含める必要はないと判断した。デイトンの地元コミュニティは、浄化が21世紀の環境基準を満たしていないことを懸念していた。そのため、オハイオ州は米国議会に陸軍工兵隊による調査を要請した。これは2004年と2005年に実施された。調査では、FUSRAPに含めるに値する放射性汚染物質は見つからなかったという結論に達した。[57]
注記
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- ^ スチュワート1948年、7ページ。
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