核分裂の発見

原子核分裂は、1938年12月に化学者のオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマン、物理学者のリーゼ・マイトナーとオットー・ロベルト・フリッシュによって発見されました。核分裂は、原子核が2つ以上のより小さく軽い原子核と多くの場合他の粒子に分裂する核反応または放射性崩壊プロセスです。核分裂プロセスでは、多くの場合ガンマ線が生成され、放射性崩壊のエネルギー基準から見ても非常に大きな量のエネルギーが放出されます。科学者はアルファ崩壊とベータ崩壊についてすでに知っていました。しかし、核連鎖反応が可能であるという発見が原子力と核兵器の開発につながったため、核分裂は非常に重要なものとなりました。ハーンは、原子核分裂の発見により1944年のノーベル化学賞を受賞しました。

ベルリンのカイザー・ヴィルヘルム化学研究所のハーンとシュトラスマンは、ウランに低速中性子を照射し、バリウムが生成されたことを発見した。ハーンは原子核の破裂を示唆したが、その結果の物理的根拠が何であるか確信が持てなかった。彼らは、数か月前にナチスドイツから逃亡していたスウェーデンのマイトナーに、郵便で発見を報告した。マイトナーと甥のフリッシュは、ウラン原子核が分裂したという理論を立て、それを証明し、その発見をネイチャー誌に発表した。マイトナーは、崩​​壊ごとに放出されるエネルギーは約 200メガ電子ボルトであると計算し、フリッシュはこれを観察した。生物細胞の分裂との類推から、彼はこのプロセスを「核分裂」と名付けた。

この発見は、放射能と放射性物質の性質と特性に関する40年にわたる調査の末になされた。1932年にジェームズ・チャドウィックが中性子を発見したことで、核変換の新しい手段が生まれた。ローマのエンリコ・フェルミと彼の同僚は、ウランに中性子を照射した結果を研究し、フェルミは実験によって陽子93個と94個を持つ新しい元素が生成されたと結論付け、彼のグループはそれをオーセニウムとヘスペリウムと名付けた。フェルミは、 「中性子照射によって生成される新しい放射性元素の存在の実証、および低速中性子によって引き起こされる核反応の関連する発見」により、1938年のノーベル物理学賞を受賞した。 ^[1]しかし、フェルミの結果の分析に誰もが納得したわけではない。アイダ・ノダックは、新しいより重い元素93が作られたのではなく、原子核が大きな破片に分裂したと考えられると示唆し、アリスティド・フォン・グロッセは、フェルミのグループが発見したのはプロトアクチニウムの同位体であると示唆した。

これをきっかけに、プロトアクチニウムの最も安定した同位体を発見したハーンとマイトナーは、同僚のシュトラスマンとともに4年にわたる研究を行い、自分たちが観察していたのは核分裂であり、フェルミが発見した新元素は核分裂生成物であると結論付けた。彼らの研究は物理学における長年の信念を覆し、実際の元素93（ネプツニウム）と94（プルトニウム）の発見、他の元素の核分裂の発見、ウランの核分裂におけるウラン235同位体の役割の決定への道を開いた。ニールス・ボーアとジョン・ホイーラーは、核分裂のメカニズムを説明するために 液滴モデルを作り直した。

19 世紀末、科学者たちは、当時標準的な実験装置となっていたブラウン管を使って頻繁に実験を行った。ブラウン管を様々な物質に当てて何が起こるかを見るのが一般的な方法だった。ヴィルヘルム・レントゲンは、ブラウン管を当てると蛍光を発する白金 シアン化バリウムを塗布したスクリーンを持っていた。1895 年 11 月 8 日、レントゲンは、ブラウン管を黒いボール紙で覆われたスクリーンに向けなくても、スクリーンが蛍光を発することに気づいた。レントゲンはすぐに、今日ではX 線と呼ばれている新しいタイプの放射線を発見したと確信した。翌年、アンリ・ベクレルは蛍光ウラン塩の実験を行っており、この塩からも X 線が発生するのではないかと考えた。^[2] 1896年3月1日、彼はウラン塩が確かに異なる種類の放射線を発していることを発見し、ウラン塩を暗い引き出しに保管してもX線プレート上に強烈な画像が映し出されたことから、放射線は内部から発せられ、外部のエネルギー源を必要としないことが示された。^[3]

レントゲンの発見は、X線が人体の骨を可視化する能力を持つことで、科学者や一般の人々から広く好奇心をそそられたが、ベクレルの発見は当時はほとんど影響を与えず、ベクレル自身もすぐに他の研究に移った。^[4] マリー・キュリーは、ベクレル線の兆候がないか、見つけられる限り多くの元素や鉱物のサンプルをテストし、1898年4月にはトリウムにもそれを発見した。彼女はこの現象を「放射能」と名付けた。^[5]ピエール・キュリーやギュスターヴ・ベモンとともに、彼女はウランを含む鉱石であるピッチブレンドの調査を開始し、ピッチブレンドに含まれるウランよりも放射能が高いことが判明した。これは、追加の放射性元素の存在を示した。一つは化学的にはビスマスに似ていたが、強い放射性を持っていたため、1898年7月に彼らはそれが新しい元素であると結論づけた論文を発表し、「ポロニウム」と名付けた。もう一つは化学的にはバリウムに似ており、1898年12月の論文で、彼らはこれまで知られていなかった2番目の元素の発見を発表し、「ラジウム」と名付けた。科学界を納得させるのは別の問題だった。鉱石中のバリウムからラジウムを分離するのは非常に困難であることが判明した。彼らは塩化ラジウムの10分の1グラムを生成するのに3年を要し、ポロニウムを単離することはできなかった。^[6]

1898年、アーネスト・ラザフォードはトリウムが放射性ガスを放出することを指摘した。放射線を調べた彼はベクレル放射線を2種類に分類し、α（アルファ）放射線とβ（ベータ）放射線と名付けた。^[7]その後、ポール・ヴィラードはラザフォードの考えに倣って「ガンマ線」と呼ばれる3番目の種類のベクレル放射線を発見し、キュリーはラジウムも放射性ガスを発生することを指摘した。このガスを化学的に特定することは困難であることが判明した。ラザフォードとフレデリック・ソディは、このガスがアルゴンのように不活性であることを発見した。このガスは後にラドンとして知られるようになった。ラザフォードはベータ線を陰極線（電子）と特定し、アルファ粒子がヘリウム原子核であると仮説を立て、1909年にトーマス・ロイズと共にこれを証明した。^{[8] [9]}元素の放射性崩壊を観察し、ラザフォードとソディは放射性生成物をその特徴的な崩壊速度に従って分類し、半減期の概念を導入した。^{[8] [10]} 1903年、ソディとマーガレット・トッドは、化学的にも分光学的にも同一であるが放射性半減期が異なる原子に「同位体」という用語を適用した。 ^{[11] [12]}ラザフォードは、非常に小さく、高密度で正に帯電した陽子の核が、軌道を回る負に帯電した電子に囲まれている原子モデル（ラザフォードモデル）を提唱した。^[13]ニールス・ボーアは1913年にこれを改良し、電子の量子的挙動と調和させた（ボーアモデル）。^{[14] [15] [16]}

ソディとカシミール・ファジャンスは1913年にそれぞれ独立に、アルファ崩壊によって原子が周期表で2つ下がるのに対し、ベータ粒子が2つ失われることで元の位置に戻ることを観察した。この結果、周期表は再編され、ラジウムはII族、アクチニウムはIII族、トリウムはIV族、ウランはVI族に配置された。これにより、トリウムとウランの間に隙間ができた。ソディは、ドミトリ・メンデレーエフにちなんで「エカタンタリウム」と名付けたこの未知の元素は、タンタル（現在はタンタルとして知られている）に似た化学的性質を持つアルファ線放射体であると予測した。 [ ^{17] [18] [19]}それから間もなく、ファジャンスとオスヴァルト・ヘルムート・ゲーリングは、これをトリウムのベータ線放射体の崩壊生成物として発見した。ファジャンスとソディの放射性置換法則に基づくと、これは失われた元素の同位体であり、彼らはその短い半減期にちなんで「ブレビウム」と名付けた。しかし、これはベータ線放出体であるため、アクチニウムの母同位体ではあり得なかった。これは別の同位体であるに違いなかった。^[17]

ベルリン＝ダーレムのカイザー・ヴィルヘルム研究所（KWI）の二人の科学者が、失われた同位体を見つけるという難題を引き受けた。オットー・ハーンはマールブルク大学で有機化学者として卒業したが、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジでサー・ウィリアム・ラムゼーのもとで博士研究員として、またマギル大学ではラザフォードのもとで放射性同位体を研究した。1906年にドイツに戻り、ベルリン大学でエミール・フィッシャーの助手となった。マギル大学では物理学者と密接に働くことに慣れていたハーンは、1906年にウィーン大学で博士号を取得し、その後ベルリンに移り、フリードリヒ・ヴィルヘルム大学でマックス・プランクのもとで物理学を学んでいたリーゼ・マイトナーとチームを組んだ。マイトナーは、自分と同い年のハーンの方が、年上で著名な同僚たちよりも威圧感が少ないと感じた。^[20]ハーンとマイトナーは1913年に設立されたばかりのカイザー・ヴィルヘルム化学研究所に移り、1920年までに独自の研究室の責任者となり、独自の学生、研究プログラム、設備を備えていた。 ^[20]古い研究室は放射性物質で汚染されすぎていて、弱い放射性物質を研究することができなかったため、新しい研究室は新しい機会を提供した。彼らはタンタル族を瀝青鉱から分離する新しい技術を開発し、新しい同位体の単離を早めることを期待した。^[17]

1914年の第一次世界大戦の勃発により研究は中断された。ハーンはドイツ軍に召集され、マイトナーはオーストリア軍病院のボランティア放射線技師となった。 ^[21]彼女は1916年10月にカイザー・ヴィルヘルム研究所に戻った。ハーンは1914年の夏から1916年後半にかけて西部戦線と東部戦線、ベルリンとレバークーゼンを行き来した後、1916年12月にベルリン帝国司令部の新設ガス指揮部隊に加わった。^[22]

学生、研究助手、技術者のほとんどが召集されていたため、1917年1月から9月までベルリンに駐在していたハーン^[23]とマイトナーは、すべてを自分たちで行わなければならなかった。1917年12月までに彼女はその物質を単離することができ、さらに研究を重ねてそれが確かに行方不明の同位体であることを証明できた。マイトナーは、彼女とハーンの発見を、1918年3月に科学論文『Physikalischen Zeitschrift』に「アクチニウムの母物質; 長時間生存する新たな放射性元素」というタイトルで投稿した。^{[17] [24]}

ファジャンスとゲーリングは最初にこの元素を発見したが、慣習では元素は最も長寿命かつ最も豊富な同位体で表すことが求められており、ブレビウムは適切ではないと思われた。ファジャンスは、マイトナーとハーンがこの元素をプロトアクチニウムと命名し、化学記号Paを割り当てることに同意した。1918年6月、ソディとジョン・クランストンは同位体のサンプルを抽出したが、ハーンやマイトナーとは異なりその特性を説明できなかったと発表した。彼らはハーンとマイトナーの優先権を認め、名前に同意した。ウランとの関連は謎のままであった。ウランの既知の同位体はどちらもプロトアクチニウムに崩壊しなかったためである。これは1929年にウラン235が発見されるまで未解決のままであった。^{[17] [25]}

ハーンとマイトナーは、その発見により、1920年代にマックス・プランク、ハインリヒ・ゴールドシュミット、そしてファヤンス自身を含む多くの科学者からノーベル化学賞に繰り返しノミネートされた。^{[26] [27]} 1949年、国際純正・応用化学連合（IUPAC）は、この新元素をプロトアクチニウムと命名し、ハーンとマイトナーを発見者として認めた。^[28]

パトリック・ブラケットは、 1925 年に窒素にアルファ粒子を照射して窒素を酸素に変えるという原子核変換に成功しました。原子核の現代の表記法では、この反応は次のようになります。

¹⁴
₇N +⁴
₂彼→¹⁷
₈O + p

これは、核反応、すなわち、ある崩壊からの粒子が別の原子核を変換するために使用される反応の最初の観察でした。 ^[29]完全に人工的な核反応と核変換は、1932年4月にアーネストウォルトンとジョンコッククロフトによって達成されました。彼らは、リチウムに対して人工的に加速された陽子を使用して、この原子核を2つのアルファ粒子に分解しました。 この偉業は一般に「原子の分割」として知られていましたが、核分裂ではありませんでした。^{[30] [31]内部}放射性崩壊プロセスを開始した結果ではなかったためです。^[32] コッククロフトとウォルトンの偉業のわずか数週間前に、キャベンディッシュ研究所の別の科学者であるジェームズチャドウィックが、封蝋で作られた独創的な装置を使用して、ベリリウムとアルファ粒子の反応から中性子を発見しました。^{[33] [34]}

⁹
₄+になる⁴
₂彼→¹²
₆C + n

イレーヌ・キュリーとフレデリック・ジョリオは、アルミホイルにアルファ粒子を照射し、半減期が約 3 分の短寿命の リンの放射性同位体が生成されることを発見しました。

²⁷
₁₃アル+⁴
₂彼→³⁰
₁₅P + n

その後、シリコンの安定同位体に崩壊する。

³⁰
₁₅ポ→³⁰
₁₄シ+ エ⁺

彼らは、中性子の放出が止まった後も放射能が続くことに気づいた。彼らは陽電子放出という形で放射性崩壊の新しい形を発見しただけでなく、ある元素をそれまで知られていなかった別の元素の放射性同位体に変換し、それによって以前は存在しなかった場所に放射能を誘発した。放射化学はもはや特定の重元素に限定されず、周期表全体に広がった。^{[35] [36] [37]}

チャドウィックは、電気的に中性である中性子は陽子やアルファ粒子よりも原子核を通り抜けやすいと指摘した。^[38] エンリコ・フェルミとローマの同僚であるエドアルド・アマルディ、オスカー・ダゴスティーノ、フランコ・ラセッティ、エミリオ・セグレはこのアイデアを採用した。^[39]ラセッティは1931年にマイトナーの研究室を訪れ、チャドウィックの中性子発見後の1932年にも再び訪れた。マイトナーはラセッティにポロニウム・ベリリウム中性子源の作り方を見せた。ローマに戻ったラセッティは、マイトナーのものをモデルにしたガイガーカウンターと霧箱を製作した。フェルミは当初、チャドウィックやキュリーが行ったようにポロニウムをアルファ粒子源として使うつもりだった。ラドンはポロニウムよりも強力なアルファ粒子源だったが、ベータ線とガンマ線も放出し、実験室の検出装置を大混乱に陥れた。しかしラセッティはイースター休暇中にポロニウム・ベリリウム源を準備していなかったため、フェルミは反応生成物に興味があったので、ある実験室でサンプルを照射し、廊下の向こうにある別の実験室でテストできると気付いた。中性子源は、密閉カプセルで粉末ベリリウムと混ぜるだけで簡単に準備できた。さらに、ラドンは簡単に手に入った。ジュリオ・チェーザレ・トラバッキは1グラム以上のラジウムを持っており、フェルミに喜んでラドンを提供した。半減期がわずか3.82日なので、そうでなければ無駄になるだけであり、ラジウムは絶えずラジウムを生成した。^{[39] [40]}

流れ作業方式で作業を進め、彼らは水に放射線を照射することから始め、次にリチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素と周期表を上っていったが、放射能を誘発することはなかった。アルミニウム、次いでフッ素にたどり着いたとき、彼らは最初の成功を収めた。最終的に、22種類の元素を中性子で照射することによって放射能が誘発されたことがわかった。^{[41] [42]}マイトナーはフェルミが論文の事前コピーを郵送した選ばれた物理学者の1人で、アルミニウム、シリコン、リン、銅、亜鉛に関してフェルミの研究結果を検証したことを報告することができた。^[40]コペンハーゲン大学ニールス・ボーア理論物理学研究所に『科学の研究』の新刊が届いたとき、彼女の甥のオットー・フリッシュは、イタリア語を読める唯一の物理学者であったため、翻訳を求める同僚から引っ張りだこになった。ローマグループは希土類金属のサンプルを持っていなかったが、ボーアの研究所ではジョージ・デ・ヘヴェシーがアウエルゲゼルシャフトから提供された希土類金属の酸化物一式を持っていたため、デ・ヘヴェシーとヒルデ・レヴィはそれらを使ってプロセスを実行した。^[43]

ローマグループがウランに到達したとき、彼らは問題に直面した。天然ウランの放射能は、彼らの中性子源の放射能とほぼ同じくらい大きかったのだ。 ^[44]彼らが観察したのは、半減期の複雑な混合物だった。彼らは、置換則に従って、鉛、ビスマス、ラジウム、アクチニウム、トリウム、プロトアクチニウムの存在を調べたが（化学的性質が不明な元素は飛ばして）、（正しく）それらのいずれも存在しなかった。^[44]フェルミは、中性子照射によって、アルファ粒子の放出（n、α）、陽子の放出（ n、p）、ガンマの放出（n、γ）の3種類の反応が引き起こされると指摘した。新しい同位体は必ずベータ放出によって崩壊し、元素は周期表の上位に移動する。^[45]

当時の周期表に基づき、フェルミは元素番号93はエカレニウム（レニウムの下にある元素）であり、マンガンやレニウムに似た特性を持つと信じていた。そのような元素が発見され、フェルミは暫定的に、実験によって陽子数が93と94の新しい元素が作られたと結論付け、^[46]それらをアウセニウムとヘスペリウムと名付けた。^{[47] [48]}結果は1934年6月にネイチャー誌^{に掲載された。 [46]}しかし、この論文でフェルミは「そのような重い粒子の注意深い探索はまだ行われていない。なぜなら、それらの観察には、活性生成物が非常に薄い層の形になっている必要があるためである。したがって、現時点では、関与する崩壊連鎖に関する明確な仮説を立てるのは時期尚早と思われる」と警告している。^[46]今にして思えば、彼らが検出したのは確かに未知のレニウムに似た元素、テクネチウムであり、周期表ではマンガンとレニウムの間に位置する。^[44]

レオ・シラードとトーマス・A・チャーマーズは、ガンマ線がベリリウムに作用して発生した中性子がヨウ素に捕獲されると報告したが、この反応はフェルミも指摘していた。マイトナーが実験を繰り返したところ、ガンマ線ベリリウム源からの中性子はヨウ素、銀、金などの重い元素に捕獲されるが、ナトリウム、アルミニウム、シリコンなどの軽い元素には捕獲されないことがわかった。彼女は、遅い中性子の方が速い中性子よりも捕獲されやすいと結論付け、この発見を1934年10月にNaturwissenschaftenに報告した。 ^{[49] [50]}アルファ粒子や陽子の場合のように、高エネルギー中性子が必要であると誰もが考えていたが、それはクーロン障壁を乗り越えるために必要だった。つまり、中性電荷の中性子は原子核の近くでより長い時間を過ごすほど原子核に捕獲されやすいのである。数日後、フェルミはグループが気付いていた興味深い点について考えた。ウランは実験室の異なる場所で異なる反応を示すようで、同じ部屋でも木製のテーブルで中性子を照射すると大理石のテーブルで照射した場合よりも放射能が強くなるという。フェルミはこのことを考え、中性子源とウランの間にパラフィンワックスを挟んでみた。すると放射能が劇的に増加した。フェルミは、中性子がパラフィンと木材の水素原子と衝突して減速したと推論した。^[51]ダゴスティーノが去ったことでローマグループには化学者がいなくなり、続いてラセッティとセグレも去ったことでグループはフェルミとアマルディの2人だけになり、2人は核変換の研究を断念して低速中性子の物理学の探究に専念した。^[44]

1934年当時の原子核モデルは、ジョージ・ガモフが1930年に初めて提唱した液滴モデルであった。 ^{[52]彼のシンプルで洗練されたモデルは、}カール・フリードリヒ・フォン・ヴァイツゼッカーによって改良・発展され、 1935年にヴェルナー・ハイゼンベルク、1936年にニールス・ボーアによって中性子が発見された後、観測結果とほぼ一致するようになった。このモデルでは、核子は強い核力によって可能な限り小さな体積（球体）に保持されており、この力は陽子間の長距離クーロン電気反発を克服することができた。このモデルは21世紀に入っても特定の用途で使用され続け、その特性に興味を持つ数学者の注目を集めたが、^{[53] [54] [55]} 1934年の形では、物理学者がすでに知っていると思っていたことを裏付けるものであった。つまり、原子核は静的であり、衝突によってアルファ粒子以上が破片になる確率は実質的にゼロであるということであった。^[56]

フェルミは「中性子照射によって生成される新しい放射性元素の存在の実証と、低速中性子によって引き起こされる核反応の発見」により、 1938年にノーベル物理学賞を受賞した。 ^[1]しかし、フェルミの結果の分析に誰もが納得したわけではない。アイダ・ノダックは1934年9月に、新しいより重い元素93を作る代わりに、

中性子が原子核崩壊に利用されると、これまで陽子やアルファ粒子による原子核の照射では観測されなかった、まったく新しい核反応が起こると推測することもできる。過去には、原子核の転換は電子、陽子、ヘリウム原子核の放出によってのみ起こり、重元素の質量はわずかに変化して近隣の元素が生成されることが判明している。重原子核が中性子に照射されると、原子核がいくつかの大きな破片に分裂することが考えられるが、もちろんそれらは既知の元素の同位体ではあるが、照射された元素の近隣ではない。^[57]

ノダックの論文はローマではフェルミのチーム、パリではキュリーとジョリオ、ベルリンではマイトナーとハーンによって読まれた。^[44]しかし、引用された反論はずっと後の方にあり、フェルミの主張に彼女が指摘したいくつかの欠陥のうちの1つに過ぎない。^[58]ボーアの液滴モデルはまだ定式化されていなかったため、ウラン原子が大きな破片に砕けることが物理的に可能かどうかを理論的に計算する方法はなかった。^[59]ノダックと夫のウォルター・ノダックは、レニウムの発見によりノーベル化学賞にノミネートされた著名な化学者であったが、当時彼らは「マズリウム」と名付けた元素43の発見をめぐる論争にも巻き込まれていた。エミリオ・セグレとカルロ・ペリエによるテクネチウムの発見は、彼らの主張に終止符を打ったが、それは1937年まで実現しなかった。マイトナーやキュリーがノダックに対して性別を理由に偏見を持っていたとは考えにくいが、^[60]マイトナーは、ハーン・ハーンヒェン、物理学を何もわかっていない（「ハーン、君は物理学を何もわかっていない」）と恐れることなく語った。^[61]同じ態度はノダックにも受け継がれ、彼女は別の原子核モデルを提案せず、主張を裏付ける実験も行わなかった。ノダックは著名な分析化学者であったが、彼女が提案しているものの重大さを理解するだけの物理学の知識がなかった。^[58]

フェルミの主張を批判したのはノダックだけではなかった。アリスティド・フォン・グロッセは、フェルミが発見したのはプロトアクチニウムの同位体ではないかと示唆した。^{[64] [65]}マイトナーはフェルミの結果を調べることに熱心だったが、非常に熟練した化学者が必要であることを認識しており、自分が知る限り最高の人物、つまりハーンを希望した。ただし、2人は長年共同研究していなかった。当初、ハーンは興味を示さなかったが、フォン・グロッセがプロトアクチニウムについて言及したことで考えが変わった。^[66]ハーンは後に「唯一の疑問は、フェルミが超ウラン元素の同位体を発見したのか、それとも次に低い元素であるプロトアクチニウムの同位体を発見したのかということだったようだ。当時、リーゼ・マイトナーと私は、13分同位体がプロトアクチニウム同位体であるかどうかを調べるために、フェルミの実験を繰り返すことに決めた。プロトアクチニウムの発見者であった私たちにとって、それは論理的な決断だった」と書いている。^[67]

ハーンとマイトナーにフリッツ・シュトラスマンが加わった。シュトラスマンは1929年にハノーファー工科大学で分析化学の博士号を取得しており^[68]、就職の見込みが改善すると信じて、カイザー・ヴィルヘルム化学研究所にハーンのもとで学ぶためにやって来た。彼は仕事と人々をとても気に入ったので、1932年に奨学金が切れた後もそこに留まった。 1933年にナチ党がドイツで政権を握ると、政治的訓練とナチ党員であることが求められるという理由で彼は有利な仕事のオファーを断り、ドイツ化学者協会がナチス・ドイツ労働戦線の一部になると協会を脱退した。その結果、彼は化学産業で働くことも、ドイツで独立した研究者になるために必要な資格を取得することもできなかった。マイトナーはハーンを説得し、所長の特別事情基金からお金を使ってシュトラスマンを雇わせた。 1935年、シュトラスマンは半額の給料で助手になった。すぐに彼は彼らが発表した論文の協力者としてクレジットされるようになった。^[69] 1933年の専門公務員制度の復活法は、学界を含む公務員からユダヤ人を排除した。マイトナーはユダヤ人の血統を隠そうとはしなかったが、当初は複数の理由でその影響を免れた。彼女は1914年以前に雇用されていたこと、第一次世界大戦中に軍に勤務したこと、ドイツ人ではなくオーストリア人であること、そしてカイザー・ヴィルヘルム研究所が政府と産業界のパートナーシップであったことなどである。^[70]しかし、彼女は第一次世界大戦で前線に従軍しておらず、1922年まで学位取得を完了していなかったという理由で、ベルリン大学の非常勤教授の職を解かれた。^{[71]カイザー・ヴィルヘルム化学研究所の主要スポンサーである} IGファルベン社の所長カール・ボッシュは、マイトナーに彼女の地位は安全であると保証し、彼女は留まることに同意した。^[70]マイトナー、ハーン、シュトラスマンの3人は、反ナチスの政治姿勢によって組織の他の部分からますます疎遠になるにつれて個人的に親密になったが、管理業務がハーンとマイトナーの助手に委ねられたため、研究に費やす時間が増えた。^[69]

ベルリングループは、フェルミが使用したのと同様のラドン-ベリリウム源からの中性子でウラン塩を照射することから始めた。彼らはそれを溶かし、過レニウム酸 カリウム、塩化白金、水酸化ナトリウムを加えた。残ったものを硫化水素で酸性化し、硫化白金と硫化レニウムの沈殿を作った。フェルミは、最長寿命の半減期が13分と90分である4つの放射性同位体に注目しており、これらは沈殿物中に検出された。次にベルリングループは、溶液にプロトアクチニウム234を加えてプロトアクチニウムを検査した。これが沈殿すると、半減期が13分と90分の同位体から分離されていることが判明し、フォン・グロッセが間違っており、それらはプロトアクチニウムの同位体ではないことが実証された。さらに、関与する化学反応は、周期表上の水銀以上のすべての元素を除外した。^[75]彼らは、90分間の活性を硫化オスミウムで、13分間の活性を硫化レニウムで沈殿させることができた。これにより、これらが同じ元素の同位体である可能性は排除された。これらすべては、これらがオスミウムやレニウムに類似した化学的性質を持つ超ウラン元素であるという強力な証拠を提供した。^{[76] [77]}

フェルミはまた、高速中性子と低速中性子が異なる活動を生み出したと報告していた。これは、複数の反応が起こっていることを示している。ベルリングループはローマグループの発見を再現できなかったため、高速中性子と低速中性子の影響に関する独自の研究を開始した。事故が発生した場合に放射能汚染を最小限に抑えるため、さまざまな段階がさまざまな部屋で実施されたが、すべてカイザーヴィルヘルム研究所の1階にあるマイトナーのセクションにあった。中性子照射は1つの研究室で、化学分離は別の研究室で、測定は3番目の研究室で行われた。彼らが使用した機器はシンプルで、ほとんどが手作りだった。^[78]

1936 年 3 月までに、彼らは 10 種類の半減期を特定し、その確実性はさまざまでした。それらを説明するため、マイトナーは新しい (n, 2n) クラスの反応とウランのアルファ崩壊を仮定する必要がありましたが、どちらもこれまで報告されたことがなく、物理的証拠もありませんでした。そのため、ハーンとシュトラスマンが化学手順を改良する一方で、マイトナーは反応プロセスをより詳しく解明するための新しい実験を考案しました。1937 年 5 月、彼らは並行して報告書を発表しました。1 つはマイトナーが主著者であるZeitschrift für Physik 誌に、もう 1 つはハーンが主著者であるChemische Berichte 誌に発表されました。 ^{[78] [79] [80]}ハーンは次のように強調して結論を​​述べた: Vor allem steht ihre chemische Verschiedenheit von allen bisher bekannten Elementen außerhalb jeder Diskussion (「何よりも、以前に知られていたすべての元素との化学的区別についてはこれ以上の議論は必要ない。」^[80] ) マイトナーはますます確信が持てなくなった。彼らはこれで 3 つの (n, γ) 反応を構築しました。

1. ²³⁸
   ₉₂う+ n →²³⁹
   ₉₂（10秒）→²³⁹
   ₉₃ekaRe（2.2分）→²³⁹
   ₉₄エカオス（59分）→²³⁹
   ₉₅ekaIr (66 時間) →²³⁹
   ₉₆ekaPt（2.5時間）→²³⁹
   ₉₇ekAu (?)
2. ²³⁸
   ₉₂う+ n →²³⁹
   ₉₂（40秒）→²³⁹
   ₉₃ekaRe（16分）→²³⁹
   ₉₄ekaOs（5.7時間）→²³⁹
   ₉₅ekaIr (?)
3. ²³⁸
   ₉₂う+ n →²³⁹
   ₉₂（23分）→²³⁹
   ₉₃エカレ

マイトナーは、低速中性子には陽子やアルファ粒子を切り離すエネルギーがないため、これらは (n, γ) 反応に違いないと確信していた。彼女は、これらの反応がウランの異なる同位体によるものである可能性を考慮した。既知の同位体は、ウラン 238、ウラン 235、ウラン 234 の 3 つであった。しかし、彼女が中性子断面積を計算したところ、最も豊富な同位体であるウラン 238 以外には大きすぎた。彼女は、これは1922 年にハーンがプロトアクチニウムで発見した核異性化の例に違いないと結論付けた。核異性化は、1936 年にマイトナーの助手だったが、その後カイザー・ヴィルヘルム物理学研究所に職を得たフォン・ヴァイツゼッカーによって物理的に説明されていた。プロトアクチニウムの異なる核異性体は異なる半減期を持っており、これはウランにも当てはまるかもしれないが、もしそうだとすれば、それはどういうわけか娘核種や孫核種に受け継がれており、議論は限界点に達しているように思われる。そして、3番目の反応である(n, γ)反応は、低速中性子でのみ発生した。^[81]そのため、マイトナーはハーンとはまったく異なる調子で報告を締めくくり、次のように報告した。「このプロセスはウラン238による中性子捕獲でなければならず、ウラン239の3つの異性核種につながる。この結果は、現在の核の概念とは非常に矛盾している。」^{[79] [82]}

この後、ベルリングループは、シュトラスマンが言うように「ウランを使った研究の恐怖から立ち直るために」トリウムの研究に移った。^[83]しかし、トリウムはウランよりも扱いやすいわけではなかった。まず、トリウムには崩壊生成物である放射性トリウム（²²⁸
₉₀Th ) は、より弱い中性子誘導活性を圧倒しました。しかし、ハーンとマイトナーは、その母同位体であるメソトリウム(²²⁸
₈₈マイトナーは、数年かけて中性子を照射して放射性トリウムを崩壊させた。それでもなお、中性子照射によって誘発された崩壊生成物は、トリウム自身の放射性崩壊によって生成されたのと同じ元素の同位体であったため、扱いが困難であった。彼らが発見したのは、3つの異なる崩壊系列であり、すべてアルファ放射体であった。これは他の重元素には見られない崩壊形態であり、マイトナーは再び複数の異性体を仮定しなければならなかった。彼らは興味深い結果を発見した。これらの（n、α）崩壊系列は、入射中性子のエネルギーが2.5 MeV未満のときに同時に発生し、それ以上になると、（n、γ）反応が形成され、²³³
₉₀それが支持された。^[84]

パリでは、イレーヌ・キュリーとパベル・サヴィッチもフェルミの研究結果を再現しようとしていた。ハンス・フォン・ハルバン、ペーター・プライスヴェルクと共同で、彼らはトリウムを照射し、フェルミが記録した半減期22分の同位体を生成した。キュリーのグループは、照射したトリウムで全部で8つの異なる半減期を検出した。キュリーとサヴィッチは、半減期3.5時間の放射性物質を検出した。^{[44] [38] [85]}パリのグループは、それがトリウムの同位体である可能性があると提案した。マイトナーは、当時化学研究のほとんどを行っていたシュトラスマンに確認するよう依頼した。彼はトリウムの兆候を検出しなかった。マイトナーはキュリーに結果を手紙で伝え、ひそかに撤回するよう提案した。^[86]それでも、キュリーは諦めなかった。彼らは化学反応を調査し、3.5時間の放射能は化学的にランタンに似ていると思われるもの（実際そうだった）から来ていることを発見した。彼らはそれを分別結晶化法で分離しようとしたが失敗した。（沈殿物が化学的に類似しているイットリウムで汚染されていた可能性がある。）ガイガーカウンターを使用し、化学沈殿を省略することで、キュリーとサビッチは照射されたウランの半減期が3.5時間であることを検出した。^[87]

1938年3月12日のドイツとオーストリアの統一により、マイトナーはオーストリア国籍を失った。[ 88 ^] ジェームズ・フランクは彼女の米国への移住のスポンサーを申し出、ボーアは彼の研究所での一時的な地位を提供したが、ビザのためにデンマーク大使館に行ったところ、デンマークはもはや彼女のオーストリアのパスポートを有効とは認めていないと告げられた。^{[89] 1938年7月13日、マイトナーはオランダの物理学者}ディルク・コスターとともにオランダに向けて出発した。出発前にオットー・ハーンは、必要なら売っていいと、母親から受け継いだダイヤモンドの指輪を彼女に渡した。彼女は無事にたどり着いたが、持っていたのは夏服だけだった。マイトナーは後に、財布の中に10マルクだけを持ってドイツを永久に去ったと語っている。コスターとアドリアン・フォッカーの助けを借りて、彼女はコペンハーゲンに飛び、そこでフリッシュに迎えられ、ティスヴィルデにあるニールスとマルグレーテ・ボーアの別荘に滞在した。8月1日に彼女は列車でストックホルムに行き、そこでエヴァ・フォン・バールに迎えられた。^[90]

パリグループは1938年9月に結果を発表しました。^[87]ハーンは半減期が3.5時間の同位体を汚染物質として却下しましたが、パリグループの実験の詳細と崩壊曲線を見た後、シュトラスマンは心配になりました。彼は、ラジウムを分離するより効率的な方法を使用して実験を繰り返すことにしました。今回は、ラジウムと思われるものが見つかりました。ハーンは、それが2つのアルファ崩壊によって生じたものだと示唆しました。

²³⁸
₉₂U + n → α +²³⁵
₉₀Th → α +²³⁵
₈₈ラ

マイトナーはこれを信じることは非常に困難だと感じた。^{[91] [92]}

11月にハーンはコペンハーゲンに行き、ボーアとマイトナーと会った。彼らは、提案されたラジウム異性体に非常に不満であるとハーンに伝えた。マイトナーの指示で、ハーンとシュトラスマンは、フェルミがストックホルムでノーベル賞を受け取る間も、実験をやり直し始めた。^[93]クララ・リーバーとイルムガルト・ボーネの助けを借りて、ハーンとシュトラスマンは3つのラジウム同位体を単離し（半減期によって確認）、 4段階で臭化バリウム結晶を加えることで、分別結晶化を使用してバリウムキャリアからそれらを分離した。ラジウムは臭化バリウム溶液中に優先的に沈殿するため、各段階で取り出される画分には前のものよりもラジウムが少なくなる。しかし、各画分に違いは見られなかった。彼らのプロセスに何らかの欠陥があった場合に備えて、彼らは既知のラジウム同位体でそれを検証したが、プロセスは問題なかった。ハーン氏とシュトラスマン氏は 4 番目のラジウム同位体を発見しました。その半減期はハーン氏とシュトラスマン氏によって次のように定式化されました。

${\displaystyle \mathrm {Ra\ I?} _{}^{}\ {\xrightarrow[{\mathrm {<} \ {\text{1 分}}}]{{\text{ }}\mathrm { \beta } }}\mathrm {\ Ac\ I\ } {\xrightarrow[{\mathrm {<} \ {\text{30 分}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

${\displaystyle \mathrm {Ra\ II} _{}^{}\ {\xrightarrow[{{\text{14}}\ \mathrm {\pm } \ {2min.}}]{{\text{ }} \mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ II\ } {\xrightarrow[{\mathrm {\sim } \ {\text{2,5 h.}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

${\displaystyle \mathrm {Ra\ III} _{}^{}\ {\xrightarrow[{{\text{86}}\ \mathrm {\pm } \ {6min.}}]{{\text{ }} \mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ III\ } {\xrightarrow[{\mathrm {\sim } \ {\text{数個日?}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

${\displaystyle \mathrm {Ra\ IV} _{}^{}\ {\xrightarrow[{\text{250-300 hrs.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ IV\ } {\xrightarrow[{\text{40 hrs.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

12月19日、ハーンはマイトナーに手紙を書き、ラジウム同位体は化学的にバリウムのような挙動を示すと伝えた。クリスマス休暇前に終わらせたいハーンとシュトラスマンは、マイトナーの返事を待たずに、12月22日にNaturwissenschaftenに研究結果を提出した。 ^[94]ハーンは原子核の「爆発」が起こったことを理解していたが、^{[95] [96]}その解釈には確信が持てなかった。ハーンはNaturwissenschaftenの記事を次のように締めくくっている。「化学者としては、Ba、La、Ceの記号をRa、Ac、Thの代わりに使うべきである。物理学にかなり近い「原子核化学者」として、物理学におけるこれまでの経験すべてに反するこのステップを踏む気にはまだなれない。」^[97]

フリッシュは通常ベルリンでマイトナーとクリスマスを祝っていたが、1938年にエヴァ・フォン・バールの招待を受け、家族とクンゲルフで過ごすことになり、マイトナーはフリッシュをそこへ誘った。マイトナーはハーンから、ウランに中性子を照射した際に生じた生成物の一部がバリウムであるという化学的証拠を記した手紙を受け取った。バリウムの原子質量はウランの40%未満であり、それまで知られていた放射性崩壊法では原子核の質量のこれほど大きな差を説明できなかった。^{[98] [99]}

それにもかかわらず、彼女はすぐにハーンに返事を書いてこう言った。「現時点では、そのような徹底的な崩壊を想定するのは私には非常に難しいように思われますが、原子物理学では多くの驚くべき出来事を経験してきたので、無条件に『それは不可能だ』と言うことはできません。」^[100]マイトナーは、ハーンは化学者として初歩的な失敗を犯すほど慎重ではないと感じていたが、結果を説明するのは困難だと感じていた。記録されているすべての核反応は、原子核から陽子またはアルファ粒子を削り取ることを伴っていた。原子核を崩壊させることははるかに困難に思えた。しかし、ガモフが提唱した液滴モデルは、原子核が引き伸ばされて、それをまとめている表面張力を克服できる可能性を示唆していた。^[101]

フリッシュ氏によれば:

その時点で、私たちは二人とも木の幹に座り（その議論は、私がスキーを履き、リーゼ・マイトナーがスキーを履かなくても同じくらい速く歩けると主張しながら、雪の中の森を歩いている間に行われた）、紙切れを使って計算し始めた。ウラン原子核の電荷は、表面張力の影響をほぼ完全に克服できるほど大きいことがわかった。つまり、ウラン原子核は、非常に不安定で、中性子 1 個の衝撃など、わずかな刺激で分裂する可能性のある、非常に不安定な滴に似ているのかもしれない。

しかし、別の問題もありました。分離後、2 つの液滴は相互の電気的反発によって引き離され、高速になり、合計で約 200 MeV という非常に大きなエネルギーを獲得します。そのエネルギーはどこから来るのでしょうか。幸いにも、リーゼ マイトナーは原子核の質量を計算する実験式を覚えていて、ウラン原子核の分裂によって形成される 2 つの原子核は、元のウラン原子核よりも陽子の質量の約 5 分の 1 だけ軽いことを計算しました。アインシュタインの公式によれば、質量がなくなるとエネルギーが生成され、陽子の質量の 5 分の 1 はちょうど 200 MeV に相当します。つまり、そのエネルギーの源はここにあり、すべてが一致しました。^[101]${\displaystyle E=m\,c^{2}}$

マイトナーとフリッシュはハーンの結果を、ウランの原子核がほぼ半分に分裂したと正しく解釈した。ベルリンのグループが観察した最初の2つの反応は、ウランの原子核の崩壊によって生成された軽元素であり、3番目、つまり23分の反応は、実際の元素93への崩壊であった。^[102]コペンハーゲンに戻ると、フリッシュはボーアに報告した。ボーアは額を叩いて「私たちはなんて愚かだったんだ！」と叫んだ。 ^[103]ボーアは、論文が出版されるまで何も言わないと約束した。プロセスをスピードアップするため、彼らはネイチャーに1ページのノートを提出することにした。この時点で、彼らが持っていた唯一の証拠はバリウムだった。論理的に考えると、バリウムが生成されたのであれば、他の元素はクリプトンであるはずだが[ ^{104] 、ハーンは}原子番号を足して92になるのではなく、原子質量を足して239になるはずだと誤解し、マズリウム（テクネチウム）だと思い込んで、確認しなかった。^[105]

²³⁵
₉₂う+ n →
₅₆バ+
₃₆Kr + いくつかのn

長距離電話でのやり取りの末、マイトナーとフリッシュは主張を裏付ける簡単な実験を思いついた。それは、アルファ粒子の閾値よりも高い閾値に設定したガイガーカウンタを使用して、核分裂片の反動を測定するというものだった。フリッシュは1939年1月13日に実験を実施し、予測したとおりに反応によってパルスが発生したことを発見した。^[104]彼は、新たに発見された核反応に名前が必要だと判断し、ド・ヘベシーと共に研究していたアメリカ人生物学者のウィリアム・A・アーノルドに話しかけ、生きた細胞が2つの細胞に分裂するプロセスを生物学者は何と呼ぶのか尋ねた。アーノルドは、生物学者はそれを核分裂と呼ぶと答えた。その後、フリッシュは自分の論文の中でその核反応にその名前を使った。^[106]フリッシュは、核分裂に関する共著のメモと反動実験に関する論文の両方を1939年1月16日にネイチャー誌に郵送した。前者は2月11日に、後者は2月18日に出版された。^{[107] [108]} 1939年2月の核分裂に関する2番目の出版物で、ハーンとシュトラスマンは初めてウラン核分裂（Uranspaltung）という用語を使用し、核分裂プロセス中に追加の中性子が存在して解放されることを予測し、核連鎖反応の可能性を開いた。^[109] 1959年3月8日のインタビューで、マイトナーは次のように述べている。「それ（核分裂の発見）は、ハーンとシュトラスマンの並外れて優れた化学によって達成されました。当時は誰もできなかった、驚くほど優れた化学でした。後にアメリカ人がそれを知りました。しかし、当時、ハーンとシュトラスマンは本当に優れた化学者だったので、それを成し遂げることができた唯一の人でした。彼らは、いわば化学によって物理的プロセスを実際に実証したのです。」^[110]

1939年1月7日、ボーアは息子のエリックとともに第5回ワシントン理論物理学会議に出席するため米国に向けて出発する前に、論文が印刷されるまでは核分裂については触れないとフリッシュに約束した。しかし、SS ドロットニングホルム号で大西洋を横断中に、ボーアはレオン・ローゼンフェルドと核分裂のメカニズムについて議論し、その情報が機密であることを彼に伝え忘れた。 1月16日にニューヨークに到着すると、彼らはフェルミとその妻ローラ・カポン、そして1934年から1935年にかけてボーアの研究所の研究員であったジョン・ウィーラーに出迎えられた。偶然にも、その日の夕方にはプリンストン大学の物理学ジャーナル・クラブの会合があり、ウィーラーがローゼンフェルドに何か報告するニュースがあるか尋ねると、ローゼンフェルドは彼らにそれを伝えた。^{[111]恥ずかしくなったボーアは}ネイチャー誌に、マイトナーとフリッシュの発見の優先権を擁護するメモを送った。 ^[112]ハーンは、ボーアがメモの中で自分とシュトラスマンの研究に言及しているにもかかわらず、マイトナーとフリッシュだけを引用していることに腹を立てた。^[113]

この新しい発見のニュースはすぐに広まり、科学的、そして潜在的に実用的可能性を秘めたまったく新しい物理的効果であると正しく認識された。プリンストンで働いていたコロンビア大学の物理学者イシドール・アイザック・ラビとウィリス・ラムは、このニュースを聞いてコロンビアに持ち帰った。ラビはフェルミに伝えたと言い、フェルミはラムに功績を認めた。フェルミにとって、このニュースは大きな恥ずかしさだった。なぜなら、彼が発見したことでノーベル賞の一部を得た超ウラン元素は、超ウラン元素ではなく、核分裂生成物だったからだ。彼はノーベル賞受賞スピーチにこの趣旨の脚注を加えた。その後すぐにボーアはプリンストンからコロンビアへフェルミに会いに行った。オフィスにフェルミがいなかったので、ボーアはサイクロトロンエリアへ降りてハーバート・L・アンダーソンを見つけた。ボーアは彼の肩をつかんで言った。「若者よ、物理学における新しくてエキサイティングなことについて説明しよう。」^[114]

コロンビア大学の多くの科学者にとって、中性子照射によるウランの核分裂で放出されるエネルギーを検出すべきであることは明らかでした。1939年1月25日、コロンビア大学のグループは米国で最初の核分裂実験を実施しました。 ^{[115]これは}ピューピンホールの地下室で行われました。実験では、ウラン酸化物を電離箱に入れ、中性子を照射して放出されるエネルギーを測定しました。翌日、ジョージワシントン大学とワシントンカーネギー研究所の共同主催で、第5回ワシントン理論物理学会議がワシントンDCで開催されました。そこから、核分裂に関するニュースはさらに広まり、さらに多くの実験的実証が促進されました。^[116]

ボーアとホイーラーは、核分裂のメカニズムを説明するために液滴モデルを徹底的に改良し、目覚ましい成功を収めた。^[117]彼らの論文は、ドイツがポーランドに侵攻し、ヨーロッパで第二次世界大戦が始まった日である1939年9月1日にフィジカル・レビュー誌^{に掲載された。 [118]}実験物理学者が核分裂を研究するにつれて、彼らはさらに不可解な結果を発見した。ジョージ・プラチェクは ボーアに、なぜウランは超高速中性子と超低速中性子の両方で核分裂するのかを尋ねた。ホイーラーとの会議に向かって歩いているとき、ボーアは、低エネルギーでの核分裂はウラン235同位体によるものであり、高エネルギーでは主にそれよりはるかに豊富なウラン238同位体によるものだという洞察を抱いた。^[119]これは、1937年にマイトナーが中性子捕獲断面積を測定した結果に基づいていた。^[120]これは1940年2月にアルフレッド・ニーアがジョン・R・ダニング、アリスティド・フォン・グロッセ、ユージン・T・ブースがテストするのに十分な純粋なウラン235を生産することに成功したことで実験的に検証されました。^[112]

他の科学者たちは、見つけにくい元素93の探索を再開したが、23分の半減期から生じたものであることがわかっていたため、探索は簡単そうに見えた。カリフォルニア州バークレーの放射線研究所では、エミリオ・セグレとエドウィン・マクミランがサイクロトロンを使用して同位体を作成した。彼らはその後、半減期が2日間のベータ放射を検出したが、これは希土類元素の化学的特性を持っており、元素93はレニウムに似た化学的性質を持つはずだった。そのため、単なる別の核分裂生成物として見過ごされた。マクミランとフィリップ・アベルソンが、半減期が2日間の元素が見つけにくい元素93であると決定するまでにさらに1年が経過し、彼らはそれを「ネプツニウム」と名付けた。これらは、グレン・シーボーグ、エミリオ・セグレ、ジョセフ・W・ケネディによる元素番号94の発見への道を開いた。彼らは1941年にこの元素を「プルトニウム」と名付けた。 ^{[121] [122]}

マイトナーが先頭に立っていたもう一つの研究は、他の元素が中性子照射後に核分裂するかどうかを調べることだった。すぐにトリウムとプロトアクチニウムが核分裂できることが判明した。放出されるエネルギーの量も測定された。^[20]ハンス・フォン・ハルバン、フレデリック・ジョリオ＝キュリー、リュー・コワルスキーは、中性子照射を受けたウランは吸収するよりも多くの中性子を放出し、核連鎖反応の可能性を示唆することを実証した。^[123]フェルミとアンダーソンも数週間後に同じことをした。^{[124] [125]}多くの科学者にとって、少なくとも理論的には非常に強力なエネルギー源を作り出すことができることは明らかだったが、ほとんどの人は依然として原子爆弾は不可能だと考えていた。^[126]

ハーンとマイトナーは、核分裂の発見以前から、放射性同位元素とプロトアクチニウムに関する研究で、化学賞と物理学賞に何度もノミネートされていた。1940年から1943年の間に、核分裂の発見でさらに数回ノミネートされた。^{[26] [27]}ノーベル賞のノミネートは、各賞に1人ずつ、計5人の委員会によって審査された。ハーンとマイトナーは物理学賞にノミネートされたが、放射能と放射性元素は伝統的に化学の領域とみなされていたため、 1944年にノーベル化学委員会がノミネートを審査した。^[127]

委員会は1941年にテオドール・スヴェドベリから、1942年にアルネ・ウェストグレン [sv]から報告書を受け取った。これらの化学者はハーンの研究に感銘を受けたが、マイトナーとフリッシュの実験的研究は並外れたものではないと感じていた。彼らは、なぜ物理学界が彼らの研究を画期的なものとみなすのか理解できなかった。一方、シュトラスマンについては、論文に名前があったにもかかわらず、共同研究においては最年長の科学者に賞を授与するという長年の方針があった。1944年、ノーベル化学委員会は、1944年のノーベル化学賞をハーンだけに与えるよう勧告する投票を行った。^[127]しかし、 1936年にカール・フォン・オシエツキーがノーベル平和賞を受賞した後、ドイツ人はノーベル賞の受賞を禁じられていた。^{[128]委員会の勧告は}スウェーデン王立科学アカデミーによって拒否され、同アカデミーは受賞を1年間延期することを決定した。^[127]

1945年9月にアカデミーが賞を再検討したとき、戦争はすでに終わっていた。ノーベル化学委員会は、米国でマンハッタン計画によって多くの研究が秘密裏に行われていたことが明らかになったため、より慎重になり、1944年のノーベル化学賞をもう1年延期することを提案した。アカ​​デミーは、第二次世界大戦の連合国からの独立を主張し、第一次世界大戦後にフリッツ・ハーバーに授与したように、ドイツ人にノーベル化学賞を授与することがアカデミーにとって重要であると主張したヨーラン・リリエストランドの意見に動かされた。 ^[129 ]そのため、ハーンは「重原子核の核分裂の発見」により、1944年のノーベル化学賞の唯一の受賞者となった。^[130]

マイトナーは1945年11月20日に友人のビルギット・ブルーメ・アミノフに宛てた手紙の中でこう書いている。

ハーンは間違いなくノーベル化学賞に値しました。そのことに疑いの余地はありません。しかし、オットー・ロバート・フリッシュと私は、ウランの核分裂の過程、つまりそれがどのようにして始まり、大量のエネルギーを生み出すのかの解明に少なからず貢献したと信じています。それはハーンとはまったく関係のないことでした。このため、新聞で私がシュトラスマンと同じ意味でハーンの部下と呼ばれたことは、少し不当だと感じました。^[131]

1946年、ノーベル物理学委員会はマックス・フォン・ラウエ、ニールス・ボーア、オスカー・クライン、エギル・ヒュレラス、ジェームズ・フランクからのマイトナーとフリッシュへの推薦を検討した。委員会向けの報告書は、1945年と1946年にストックホルム大学の実験物理学科長を務めたエリック・フルテンによって書かれた。フルテンは、理論物理学は偉大な実験を刺激した場合にのみ賞に値すると論じた。核分裂を初めて理解し説明したマイトナーとフリッシュの役割は理解されていなかった。また、個人的な要因もあった可能性がある。委員会の委員長であるマンネ・ジークバーンはマイトナーを嫌い、クラインとは職業上のライバル関係にあった。^{[127] [132]}マイトナーとフリッシュはその後も長年にわたって定期的にノミネートされたが、ノーベル賞を受賞することはなかった。^{[27] [127] [133]}

ヨーロッパでの戦争が終わると、ハーンは他の9人の上級科学者とともにファームホールに拘留され、投獄された。マックス・フォン・ラウエを除く全員がドイツの核兵器計画に関わっており、ハーンとポール・ハルテックを除く全員が物理学者だった。彼らが広島と長崎への原爆投下のニュースを聞いたのはここでだった。自分たちがアメリカより何年も遅れていることを受け入れようとせず、会話が録音されていることにも気づかなかった彼らの多くは、会話の中で、そもそも核兵器計画が成功することを望んでいなかったと語った。ハーンは彼らを信じなかった。ハーンは1945年11月にノーベル賞が発表されたときもまだそこにいた。ファームホールの科学者たちは、ナチス時代に傷ついたドイツの科学のイメージを回復するために残りの人生を費やすことになる。^{[134] [135]}ザクセンハウゼン強制収容所の何千人もの女性奴隷労働者が実験のためにウラン鉱石を採掘していたことなど、不都合な詳細は隠蔽された。^[136]

ハーンにとって、これは必然的に、彼自身のため、化学のため、そしてドイツのために、核分裂の発見の主張を主張することを意味した。彼はこの物語を主張するためにノーベル賞受賞スピーチを使ったので、^{[134] [135]}、彼はノーベル賞受賞講演でマイトナーとシュトラスマンの関与の両方に言及した。ハーンのメッセージはドイツで強く響き、そこでは彼はことわざにあるように「良きドイツ人」、ナチス政権に断固として反対しながらもドイツに留まり純粋科学を追求してきた立派な人物として尊敬されていた。1946年から1960年までマックス・プランク協会の会長を務めた彼は、ドイツの科学は輝きが衰えず、ナチズムに汚されていないというイメージを、それを信じたい聴衆に投影した。^[74]第二次世界大戦後、ハーンは原子力エネルギーの軍事利用に強く反対した。彼は科学的発見をそのような目的に利用することは誤用、さらには犯罪であるとみなしていた。ローレンス・バダッシュは次のように書いている。「彼は戦時中に科学が兵器製造に悪用されていることを認識しており、戦後は国の科学的努力の方向性を計画する活動を行っていたため、社会的責任の代弁者となる傾向が強まった。」^[137]

対照的に、戦争直後は、マイトナーとフリッシュは英語圏の国々で核分裂の発見者として歓迎された。日本はドイツの傀儡国家とみなされ、広島と長崎の破壊はユダヤ人迫害に対する詩的な正義とみなされた。^{[138] [139]} 1946年1月、マイトナーは米国を訪問し、講演を行い、名誉学位を授与された。彼女は、マンハッタン計画の責任者であるレスリー ・グローブス中将（1962年の回顧録で、核分裂の発見は彼女だけの功績であるとしている）のカクテルパーティーに出席し、全米女性記者クラブから今年の女性に選ばれた。この賞のレセプションでは、彼女はアメリカ合衆国大統領ハリー・S・トルーマンの隣に座った。しかしマイトナーは、特に英語で人前で話すことが好きではなく、有名人の役割も好まなかったため、ウェルズリー大学の客員教授の申し出を断った。^{[140] [141]}ハーンは1948年にマイトナーとフリッシュをノーベル物理学賞に推薦した。^[142]ハーンとマイトナーは戦後も親しい友人であり続けた。^[143]

1966年、米国原子力委員会は、核分裂の発見に対してハーン、シュトラスマン、マイトナーの3人にエンリコ・フェルミ賞を共同で授与した。式典はウィーンのホーフブルク宮殿で行われた。^[144]エンリコ・フェルミ賞が米国人以外で授与されたのはこれが初めてであり、女性に授与されたのも初めてであった。^[145]マイトナーの卒業証書には「自然放射能に関する先駆的研究と核分裂の発見につながる広範な実験研究」と書かれていた。^[146]ハーンの卒業証書は少し異なっていた。「自然放射能に関する先駆的研究と核分裂の発見につながる広範な実験研究」と書かれていた。^[147]ハーンとシュトラスマンは出席していたが、マイトナーは体調不良で出席できなかったため、フリッシュが代理で賞を受け取った。^[148]

1978年、ドイツでアインシュタイン、ハーン、マイトナー、ラウエの生誕100周年を合同で祝った際、ハーンの核分裂発見説が崩れ始めた。ハーンとマイトナーは1968年に亡くなっていたが、シュトラスマンはまだ生きており、ハーンの分析化学とマイトナーの物理学が発見に重要な役割を果たしたと主張し、2人は単なる助手以上の役割を果たしたと主張した。シュトラスマンの詳細な伝記は彼の死後1年経った1981年に出版され、マイトナーの伝記は1986年に若者向けに出版されて賞を受賞した。科学者は化学への重点を疑問視し、歴史家はナチス時代の定説に異議を唱え、フェミニストはマイトナーを、歴史のページから消された女性であるマチルダ効果のもう一つの例とみなした。 1990年までにマイトナーは物語に復帰したが、特にドイツでは彼女の役割が依然として論争の的となっていた。^[74]

ベルリン時代のハーンとマイトナーの同僚であり、ハーンとともにファームホールに収監されていたヴァイツゼッカーは、核分裂の発見におけるハーンの役割を強く支持した。 ^{[96] 1991年7月4日、ミュンヘンの}ドイツ博物館の殿堂にマイトナーの胸像が式典で収められるのを待っていた聴衆に対し、彼はマイトナーも物理学も核分裂の発見には貢献しておらず、核分裂は「ハーンの発見であって、リーゼ・マイトナーの発見ではない」と断言した。^[74]