カルトロン

カルトロンは、もともとウランの同位体を分離するために設計され使用された質量分析計です。マンハッタン計画中にアーネスト・ローレンスによって開発され、彼の以前の発明であるサイクロトロンに基づいています。その名前は、ローレンスの所属機関であるカリフォルニア大学で発明されたことに敬意を表して、カリフォルニア大学サイクロトロンに由来しています。カルトロンは、テネシー州オークリッジのクリントン・エンジニア・ワークスの工業規模のY-12ウラン濃縮プラントで使用されました。生産された濃縮ウランは、1945 年 8 月 6 日に広島で爆発したリトルボーイ原子爆弾に使用されました。

カルトロンはセクター質量分析計の一種で、サンプルをイオン化し、電場によって加速して磁場によって偏向させる装置です。イオンは最終的にプレートに衝突し、測定可能な電流を生成します。異なる同位体のイオンは同じ電荷を持ちますが質量が異なるため、重い同位体は磁場による偏向が少なくなり、粒子ビームは質量によっていくつかのビームに分離し、プレートの異なる場所に衝突します。イオンの質量は、磁場の強度とイオンの電荷に従って計算できます。第二次世界大戦中、ウラン同位体間の質量差が小さいことを利用して、この原理を使用して高純度のウラン235を大量に得るためにカルトロンが開発されました。

ウラン濃縮のための電磁分離法は、戦後、より複雑だがより効率的な気体拡散法に取って代わられ、廃止された。マンハッタン計画のカルトロンのほとんどは戦争の終わりに解体されたが、一部は軍事、科学、医療の目的で天然元素の同位体濃縮サンプルを製造するために使用され続けた。

1938年にドイツの化学者オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンが原子核分裂を発見し、リーゼ・マイトナーとオットー・フリッシュがその理論的説明を行ったというニュースは、ニールス・ボーアによって米国にもたらされた。^[1]彼は原子核の液滴モデルに基づいて、熱中性子による核分裂の主な原因は、より豊富なウラン238ではなく、ウラン235同位体であると理論化した。^[2]これを検証するために、ミネソタ大学のアルフレッド・OC・ニーアは、1940年4月に質量分析計を使用して微量の濃縮ウラン235を生成した。その後、ジョン・R・ダニング、アリスティッド・フォン・グロッセ、ユージン・T・ブースがボーアが正しいことを確認することができた。^{[3] [4]}レオ・シラードとウォルター・ジンはすぐに、核分裂ごとに1つ以上の中性子が放出されることを確認した。これにより、核連鎖反応が開始されることがほぼ確実となり、したがって原子爆弾の開発は理論的に可能となった。^[5]特にナチスドイツや他のファシスト国家から逃れてきた科学者の間では、ドイツの原子爆弾計画が最初に開発されるのではないかとの懸念があった。^[6]

イギリスのバーミンガム大学では、オーストラリアの物理学者マーク・オリファントが、 2人の亡命物理学者、オットー・フリッシュとルドルフ・パイエルスに原子爆弾の実現可能性を調査する任務を与えた。皮肉なことに、彼らは敵国人という身分のため、レーダーのような秘密プロジェクトに携わることができなかった。^[7] 1940年3月のフリッシュ・パイエルス覚書には、ウラン235の臨界質量は10 kgの桁以内であり、当時の爆撃機で運べるほど小さいと記されていた。 ^[8]イギリスのモード委員会は、その後、満場一致で原子爆弾の開発を推奨した。^[9]イギリスは米国に科学研究へのアクセスを提供すると申し出ていたため、 ^[10]ティザード・ミッションのジョン・コッククロフトがアメリカの科学者にイギリスの開発状況を説明した。彼は、アメリカのプロジェクトがイギリスのものより小規模で、それほど進んでいないことを発見した。^[11]

失望したオリファントは、アメリカの科学者と話すためにアメリカに飛んだ。その中には、カリフォルニア大学バークレー校放射線研究所のアーネスト・ローレンスもいた。[ 12 ]二人は戦前^に会ったことがあり、友人だった。^[13]ローレンスは感銘を受け、独自のウラン研究を開始した。^[12]ウラン235は天然ウランのわずか0.72%を占めるに過ぎないため、^[14]天然ウランから90%のウラン235を生成するには、ウラン濃縮プロセスの分離係数を125より高くする必要がある。^[15]モード委員会は、これを気体拡散法で行うことを推奨していたが、^[8]オリファントは1934年に別の技術、電磁分離法を開発していた。^[16]ニーアが使用したのはこの方法だった。^[12]

電磁分離の原理は、荷電イオンが磁場によって偏向され、軽いイオンの方が重いイオンよりも偏向されるというものである。モード委員会、そして後にそのアメリカ側の機関である科学研究開発局(OSRD) のS-1 セクションが電磁法を無視した理由は、質量分析計は同位体を分離できるものの、その収量が非常に低かったためであった。^[17]その理由は、いわゆる空間電荷制限であった。正イオンは正電荷を持っているため、互いに反発する傾向があり、ビームが散乱する原因となる。ローレンスは、自身の発明であるサイクロトロンで荷電粒子ビームを正確に制御した経験から、真空チャンバー内の空気分子がイオンを中和し、集束ビームを作成するのではないかと考えた。オリファントはローレンスに触発され、古い 37 インチ (94 cm) サイクロトロンを同位体分離用の巨大な質量分析計に改造した。^[12]

バークレーの37インチサイクロトロンは1941年11月24日に解体され、その磁石を使って最初のカルトロンが作られた。^{[18]その名前は}カリフォルニア大学とサイクロトロンに由来している。^[19]この研究は当初、放射線研究所の自己資金とリサーチコーポレーションからの5,000ドルの助成金で賄われた。12月にローレンスはS-1ウラン委員会から40万ドルの助成金を受け取った。^[20]カルトロンは、スリットの入った箱の形をしたイオン源と内部に熱いフィラメントで構成されていた。四塩化ウランはフィラメントによってイオン化され、0.04×2インチ（1.0×50.8mm）のスロットを通って真空チャンバーに入った。その後、磁石を使ってイオンビームを180°偏向させた。濃縮ビームと減少ビームはコレクターに送られました。^{[21] [22]}

1941年12月2日、日本軍の真珠湾攻撃で米国が第二次世界大戦に突入する数日前に、カルトロンが初めて作動した時、コレクターは5マイクロアンペア（μA）のウランビーム強度を受信した。真空チャンバー内の空気分子の影響についてのローレンスの予感は裏付けられた。1942年1月14日、50μAのビームで9時間稼働したところ、ウラン235が25%に濃縮されたウラン18マイクログラム（μg）が生成された。これはニーアが生成した量の約10倍に相当した。2月までに技術の改良により、1,400μAのビームを生成できるようになった。その月、30%に濃縮された75μgのサンプルが英国とシカゴの冶金研究所に送られた。^[22]

他の研究者も電磁同位体分離を研究した。プリンストン大学では、ヘンリー・D・スミスとロバート・R・ウィルソンが率いるグループがアイソトロンと呼ばれる装置を開発した。クライストロンを使用することで、彼らは磁​​気ではなく高電圧の電気を使って同位体を分離することができた。^[23]研究は1943年2月まで続いたが、カルトロンの成功が大きかったため研究は中止され、チームは他の仕事に異動となった。^[18]コーネル大学では、ウィリアム・E・パーキンスとA・セオドア・フォレスターを含むロイド・P・スミス率いるグループが放射状磁気分離器を考案した。彼らはビームが予想以上に正確であることに驚き、ローレンスと同様に、それは真空チャンバー内の空気によってビームが安定化された結果であると推論した。1942年2月、彼らのチームはバークレーのローレンスのチームと統合された。^{[24] [25]}

このプロセスが機能することは実証されていたが、プロトタイプを現場でテストするまでにはまだかなりの努力が必要だった。ローレンスは問題に取り組むために物理学者のチームを編成したが、その中にはデイビッド・ボーム^[26] 、エドワード・コンドン、ドナルド・クックシー^[27]、 [28] A・セオドア・フォレスター^{[29] 、} アーヴィング・ラングミュア、ケネス・ロス・マッケンジー、フランク・オッペンハイマー、J・ロバート・オッペンハイマー、ウィリアム・E・パーキンス、バーナード・ピーターズ、ジョセフ・スレピアン[30]が含まれていた。^[31] 1943年11月、オリファント率いるイギリスの使節団が彼らに加わり、オーストラリア人の物理学者ハリー・マッセーとエリック・バーホップ、イギリス人の物理学者ジョーン・カランやトーマス・アリボーン[32 ^]が含まれていた。^[33]

ローレンスはバークレーで184インチ（470 cm）の磁石を備えた大型サイクロトロンを建設中だった。^[31]これはカルトロンに改造され、1942年5月26日に初めて電源が投入された。^[32] 37インチ版と同様に、上から見ると巨大なCのように見えた。操作員は開いた端に座り、稼働中に温度を調節したり、電極の位置を調整したり、エアロックを通して部品を交換したりすることもできた。新しい、より強力なカルトロンは濃縮ウランの製造には使用されなかったが、複数のイオン源を使った実験に使用された。これはコレクターの数が増えることを意味したが、スループットは倍増した。^{[33] [34]}

問題は、ビームが互いに干渉し、ハッシュと呼ばれる一連の振動を生み出すことであった。干渉を最小限に抑える配置が考案され、1942年9月にかなり良好なビームが生成されるようになった。ロバート・オッペンハイマーとスタン・フランケルは、磁場の均一性を調整するために使用する装置である磁気シムを発明した。 ^[35]これらは、真空タンクの上部と下部にボルトで固定された幅約3フィート（1メートル）の鉄板であった。シムの効果は、イオンビームを集中させるのに役立つように磁場をわずかに増加させることであった。シムの研究は1943年まで続けられた。^{[33] [34]}カルトロンの主な特許は、材料を分離する方法と装置（ローレンス）、^[36] 磁気シム（オッペンハイマーとフランケル）、^[35]およびカルトロンシステム（ローレンス）であった。^[37]

バーホップとボームは後に、今日ではボーム拡散として知られる磁場中の放電の特性を研究した。磁気封じ込め下のプラズマの特性に関する彼らの論文は、戦後の世界で制御核融合の研究に利用された。^[38]その他の技術的問題はより平凡ではあるが、同様に重要であった。ビームの強度は低かったが、長時間の運転でコレクターを溶かす可能性があった。そのため、コレクターとタンクライナーに水冷システムが追加され、真空タンク内に凝縮した「汚れ」を洗浄する手順が開発された。特に問題だったのは、スリットが「汚れ」で塞がれることであり、イオンビームの焦点が合わなくなったり、完全に停止したりした。^[39]

化学者たちは、四塩化ウラン（UCl
₄）を酸化ウランから生成した。^[40]（ニーアは臭化ウランを使用していた。）^[41]当初、彼らは水素を使用して三酸化ウラン（UO
₃）から二酸化ウラン（UO
₂）、これを四塩化炭素（CCl
₄）を使用して四塩化ウランを生産した。チャールズ・A・クラウスは、ウラン酸化物と四塩化炭素を高温高圧下で反応させるという、大規模生産に適したより良い方法を提案した。これにより五塩化ウラン（UCl
₅）およびホスゲン（COCl
₂) 。気体拡散法で使用される六フッ化ウランほど有害ではないものの、四塩化ウランは吸湿性があるため、作業は五酸化リン( P
₄お
₁₀ホスゲンは第一次世界大戦中に化学兵器として85,000人の死者を出した致死性のガスであり、化学者はそれを取り扱う際にガスマスクを着用する必要があった。^[40]

電磁プロセスの研究開発に費やされた1,960万ドルのうち、1,800万ドル（92％）はバークレーの放射線研究所に費やされ、さらにブラウン大学、ジョンズ・ホプキンス大学、パデュー大学、テネシー・イーストマン社で研究が行われた。^{[42] 1943年の間に、重点は研究から開発、エンジニアリング、そして}テネシー州オークリッジのクリントン・エンジニア・ワークスの生産施設を操作する労働者の訓練に移った。1944年半ばまでに、放射線研究所では約1,200人が働いていた。^[43]

電磁プロセスにおける大きな進歩の多くは、ローレンスのリーダーシップスタイルによるものだ。彼の大胆さ、楽観主義、熱意は伝染した。彼のスタッフは長時間働き、カリフォルニア大学の管理者はプロジェクトの内容がわからないにもかかわらず、官僚主義を徹底的に排除した。政府当局は、戦争の帰結に影響を与える原子爆弾の開発を真の可能性として捉え始めた。プロジェクトを監督していたOSRDのディレクター、ヴァネヴァー・ブッシュは1942年2月にバークレーを訪れ、そこの雰囲気が「刺激的で」「爽快」であると感じた。^{[44] 1942年3月9日、彼は}フランクリン・D・ルーズベルト大統領に、純粋なウラン235の球の臨界質量は2.0～2.5キログラムであるというロバート・オッペンハイマーの新しい推定に基づき、1943年半ばまでに爆弾に十分な材料を生産できる可能性があると報告した。^{[45] [46]}

184インチの磁石を使った実験の結果、XAと呼ばれる試作型カルトロンが作られた。この装置には、カルトロンのタンクを横に並べられる水平磁場を持つ長方形の3コイル磁石と、それぞれ二重源を備えた真空タンク4つが含まれていた。^[47] 1942年6月25日のS-1執行委員会（6月19日にS-1ウラン委員会に取って代わった）の会議では、経済性と安全上の理由から、マンハッタン計画の他のウラン分離施設が設置されるオークリッジに電磁気工場を建設するという提案があった。ローレンスは、電磁気分離工場をバークレーにずっと近い場所に置きたいと考え、反対した。 ^[48]カリフォルニア州シャスタダム地域は、1942年9月まで電磁気工場の候補地として検討されていたが、その時点でローレンスは反対を取り下げていた。^[49] 6月25日の会議では、ストーン＆ウェブスターが設計とエンジニアリングの主契約者として指定されました。^[50]

陸軍は1942年9月17日にレスリー・R・グローブス・ジュニア准将 を責任者としてマンハッタン計画の責任を引き継いだが、 ^[51]陸軍が正式にカリフォルニア大学との契約をOSRDから引き継いだのは1943年5月1日のことだった。^[52]トーマス・T・クレンショー・ジュニア少佐は1942年8月にカリフォルニア地域技師となり、すぐに後任のハロルド・A・フィドラー大尉が助手となった。クレンショーはカリフォルニア大学のドナー研究所に事務所を開設した。^{[53] [54]} 1942年9月、S-1執行委員会は5つのタンクを備えたパイロットプラントと、200のタンクを備えた生産プラントのセクションを建設することを勧告した。^[51]

1942年10月から1943年11月まで、グローブスはバークレーの放射線研究所を毎月訪問した。^[46]報告書によると、気体拡散プラントやプルトニウム生産原子炉などの代替案と比較すると、電磁プラントは建設に時間がかかり、より希少な材料を必要とし、稼働にはより多くの人手と電力が必要になる。したがって、核分裂性物質1キログラムのコストははるかに高くなる。一方、代替プロセスがまだかなりの技術的障害に直面している一方で、電磁プロセスは機能することが証明されており、段階的に構築してすぐに核分裂性物質を生産できる。^[55]グローブスは11月14日にパイロットプラントをキャンセルし、生産プラントをすぐに進めることにした。^[56]

放射線研究所は年末までに生産工場の予備設計をストーン＆ウェブスターに送ったが、重要な問題が1つ未解決のままだった。オッペンハイマーは、兵器級ウランは純度90%のウラン235でなければならないと主張した。エドワード・ロフグレンとマーティン・ケイメンは、これは第2段階の濃縮なしには達成できないと考えていた。^[39]この2段階はアルファとベータとして知られるようになった。^[57] 1943年3月、グローブスは5つのアルファレーストラックと2つのベータレーストラックの建設を承認した。9月、彼はさらに4つのアルファレーストラック（アルファIIとして知られるようになった）と、さらに2つのベータレーストラックで製品を処理することを承認した。^{[39] [58]}

オークリッジの電磁気工場（コード名Y-12）の建設は1943年2月18日に開始された。この施設は最終的に9つの主要なプロセス棟と200のその他の構造物で構成され、床面積は約80エーカー（32ヘクタール）に及ぶ。オークリッジの町の南西にあるベアクリーク渓谷の825エーカー（334ヘクタール）の敷地は、周囲の尾根線に大規模な爆発や原子力事故が起こるかもしれないという期待から選ばれた。^[59]地盤に問題があったため、発掘作業員は施設内の重機に十分な基礎を提供するためにさらに発破と掘削を行う必要があった。^[60]

あらゆる種類の物資と資材が投入された。電気機器2,157台、重機1,219台、木材5,389台、パイプと継手1,407台、鋼鉄1,188台、バルブ257台、溶接電極11台。レーストラックには85,000本の真空管が必要だった。可能なところでは既製の部品が使用されたが、カルトロンの部品の多くは独自のものだった。^[61]購買部が2つ設置され、1つはストーン＆ウェブスター近くのボストンに施設機器用、もう1つはオークリッジに建設資材用であった。^[62]

マンハッタン地区の主任技師、ジェームズ ・C・マーシャル大佐と副官のケネス・ D・ニコルズ中佐は、電磁同位体分離プロセスには5,000ショートトン（4,500トン）の銅が必要であることを発見したが、銅はひどく不足していた。しかし、彼らは銅と銀の比率が11:10であれば銀で代用できることに気付いた。1942年8月3日、ニコルズは財務次官のダニエル・W・ベルと会い、ウェストポイント地金保管所から銀地金を移送するよう要請した。ニコルズは後にこの会話を次のように回想している。

彼は銀の移送手順を説明して、「どのくらい必要ですか」と尋ねた。私は「6,000トンです」と答えた。「それは何トロイオンスですか」と彼は尋ねた。実は私はトンをトロイオンスに換算する方法を知らなかったし、彼も知らなかった。私は少しいらだちながら、「何トロイオンス必要かは分かりませんが、6,000トンは必要です。これは明確な量です。量をどう表現しても何の違いがあるのですか」と答えた。彼はむしろ憤慨して、「若者よ、あなたは銀をトンで考えるかもしれないが、財務省は常に銀をトロイオンスで考えるだろう」と答えた。^[63]

最終的に、14,700ショートトン（13,300トン、4億30,000,000トロイオンス）の銀が使用され、^[64]当時の価値で6億ドル以上になりました。^[65]ニコルズは財務省に毎月の報告をしなければなりませんでした。1,000トロイオンス（31 kg）の銀の延べ棒は警備付きでニュージャージー州カータレットのディフェンスプラントコーポレーションに運ばれ、円筒形のビレットに鋳造され、次にニュージャージー州ベイウェイのフェルプスドッジに運ばれ、厚さ0.625インチ（15.9 mm）、幅3インチ（7.6 cm）、長さ40フィート（12 m）の帯状に押し出されました。約258台の貨車に積まれた銀は警備付きで鉄道でウィスコンシン州ミルウォーキーのアリス・チャーマーズに運ばれ、そこで磁気コイルに巻き取られ、溶接ケースに密封されました。^[66]最終的に、彼らは警備員のいない平底車でクリントン工兵工場に運ばれた。そこでは、銀の取り扱いに特別な手順が設けられた。銀に穴を開ける必要があるときは、紙の上で穴を開け、削りかすを集められるようにした。戦後、すべての機械は解体され、清掃され、機械の下の床板は剥がされて焼却され、微量の銀が回収された。最終的に、155,645.39トロイオンス（4,841.113 kg）、つまり0.036%未満が失われた。^{[65] [67] [68]} 1970年5月、最後の67ショートトン（61トン、2,000,000トロイオンス）の銀が銅に置き換えられ、財務省に返還された。^[69]

2 つのタンクと 3 つのコイルを備えた XAX レーストラックは、1943 年 8 月に作業員の訓練を行う準備が整っていました。バグは発見されましたが、積極的には対処されませんでした。最初のアルファ プロセス ビルディング 9201-1 は、1943 年 11 月 1 日に完成しました。11 月に最初のレーストラックが予定どおりテスト用に起動したとき、14 トンの真空タンクは、磁石の力のために 3 インチ (8 cm) もずれてしまい、よりしっかりと固定する必要がありました。磁気コイルがショートし始めたときに、より深刻な問題が発生しました。12 月にグローブスは磁石を壊すように指示し、内部に大量の錆が見つかりました。湿気もそれ自体が問題でしたが、ワイヤーの巻き付けがきつすぎたことも問題でした。グローブスはレーストラックを解体し、磁石を工場に送り返して清掃して巻き直すように指示しました。^{[62] [70]}これらの問題の再発を防ぐために、調理と清潔さに関する厳格な基準が制定されました。^[71]

ベータトラックの訓練は、1943年11月にXAXからXBX訓練開発レーストラックに移行しました。^[72] 2番目のアルファIレーストラックは1944年1月に運用を開始しました。最初のベータレーストラックと、修復された3番目と最初のアルファレーストラックは1944年3月に、4番目のアルファレーストラックは1944年4月に運用を開始しました。3番目の建物9201-3には、いくつかの改造が組み込まれた5番目のレーストラックが含まれており、アルファI 1⁄2として知られていました。これは1944年6月3日に運用を開始しました。アルファとベータの化学建物9202と9203の作業は1943年2月に開始され、9月に完了しました。ベータプロセス棟9204-1の工事は1943年5月に始まり、1944年3月13日に稼働可能となったが、1944年9月まで完成しなかった。^{[73] [74] [75]}

グローブスは 1943 年 9 月にアルファ II を認可しました。これは、2 つの新しいアルファ プロセス ビル (9201-4 と 9201-5)、もう 1 つのベータ ビル (9204-2)、アルファ化学ビルの拡張部分、および新しいベータ化学ビル (9206) で構成されていました。9206 がオープンすると、古いベータ化学ビル (9203) は研究室に改装されました。新しいアルファ II プロセス ビルの作業は 1943 年 11 月 2 日に開始され、最初のレーストラックは 1944 年 7 月に完成し、4 つすべてが 1944 年 10 月 1 日までに稼働しました。アルファ II レーストラックは、楕円形ではなく直線的なレイアウトで構成されていましたが、それでもレーストラックと呼ばれていました。^{[73] [74] [75]}アルファ競馬場には合計864台のカルトロンがあり、9つの競馬場に96台ずつ配置されていた。ベータ競馬場にはそれぞれ36台のカルトロンしかなく、合計288台のカルトロンがあったが、実際に稼働したのはそのうち216台だけだった。^[57]

新しいベータプロセスビルの建設工事は1943年10月20日に開始された。機器の設置は1944年4月1日に始まり、1944年9月10日に使用可能となった。3つ目のベータプロセスビル9204-3は、K-25ガス拡散プラントの出力を処理するために1944年5月に認可された。これは1945年5月15日に完成した。4つ目のベータプロセスビル9204-4は1945年4月2日に認可され、1945年12月1日までに完成した。9207グループとして知られるアルファ化学ビルの新しいグループは1944年6月に着工されたが、1945年6月に完成前に工事が中止された。これらの主要ビルに加えて、オフィス、作業場、倉庫、その他の建物があった。暖房用の蒸気プラントが2つ、電力用の発電所があった。^{[75] [73]}

アルファ レーストラックは、XA カルトロンの 24 倍の大きさで、96 個のカルトロン アルファ タンクを収容できました。カルトロンは直立しており、内側と外側の機械が 1 組になって互いに向かい合うように配置されていました。磁気損失を最小限に抑え、鋼材の消費を節約するために、アセンブリは楕円形に湾曲し、長さ 122 フィート (37 m)、幅 77 フィート (23 m)、高さ 15 フィート (4.6 m) の閉磁気ループを形成し、レーストラックの形をしています。これがレーストラックの名前の由来です。^[39] 2 つのアルファ I 建物、9201-1 と 9201-2 にはそれぞれ 2 つのレーストラックがあり、アルファ I 1 ⁄ 2、9201-3 には 1 つのみがありました。ベータ レーストラックはより小さく、直線的で、生産よりも回収に最適化されており、処理ビンは 96 個ではなく 36 個しかありませんでした。4 つのアルファ II レーストラックも直線的な構成でした。多くの改良が取り入れられましたが、最も重要なのは、2つではなく4つの光源を備えたことです。^{[73] [75]}また、磁石と真空システムも改良されました。^[76]

テネシー イーストマンは、通常のコストと固定料金を加算した料金で Y-12 を管理するために雇用されました。料金は月額 22,500 ドルで、最初の 7 つの競馬場までは 1 競馬場あたり 7,500 ドル、追加の競馬場あたり 4,000 ドルでした。労働者はノックスビル地域で募集されました。典型的な採用者は、地元の高校を卒業したばかりの若い女性でした。トレーニングは当初テネシー大学で行われました。トレーニングは 1943 年 4 月から 9 月までバークレーに移り、そこで XA カルトロンとアルファ競馬場の 1/16 スケールのモデルで実施され、その後、XAX カルトロンが利用可能になるとオークリッジに移されました。アルファ II カルトロンがすべて利用可能になると、約 2,500 人のオペレーターが必要になります。 Y-12のテネシー・イーストマンの給与総額は、1944年半ばの1万人から1945年8月には2万2482人にまで膨れ上がった。安全上の理由から、訓練生は操作を教わった機器の目的を知らされていなかった。^{[77] [78]}

カルトロンは当初、バグを除去して妥当な稼働率を達成するためにバークレーの科学者によって操作されていた。その後、テネシー イーストマンのオペレータが引き継いだ。ニコルズはユニットの生産データを比較し、ローレンスに、若い「田舎者」の少女オペレータが彼の博士号取得者よりも生産量が多いことを指摘した。彼らは生産競争に同意し、ローレンスは負けたが、これは「カルトロン ガールズ」(当時はキュービクル オペレータと呼ばれていた) とその上司の士気を高めるものであった。女性たちは兵士のように理由を言わないように訓練されていたが、「科学者たちはダイヤルのわずかな変動の原因を時間のかかる調査から逃れられなかった」。^[79]

しばらくの間、カルトロンは一連の故障や機器の故障に悩まされ、スペアパーツの不足もあって状況は悪化した。アルファ II レーストラックの信頼性が向上するという期待はすぐに薄れ、絶縁体の故障に悩まされた。これらの問題は徐々に克服された。マンハッタン計画のロスアラモス研究所への濃縮ウランの最初の出荷は 1944 年 3 月に行われ、ウラン 235 を 13 ～ 15 パーセントに濃縮したアルファ製品で構成されていた。爆弾には役立たなかったが、濃縮ウランの実験には緊急に必要だった。アルファ製品の最後の出荷は 1944 年 5 月 11 日に行われた。1944 年 6 月 7 日、Y-12 はウラン 235 を 89 パーセントまで濃縮した兵器級ベータ製品を初めて納品した。 ^{[77] [80]}

大きな問題は、原料と製品の損失であった。原料の 5,825 分の 1 だけが最終製品になった。約 90 パーセントは、原料ボトルまたは真空タンクに飛び散った。この問題は、ベータ カルトロンの濃縮原料で特に深刻であった。製品の回収には、カーボン レシーバー ライナーを燃やしてその中のウランを回収するなど、並外れた努力が払われた。しかし、アルファ製品の約 17.4 パーセントとベータ製品の 5.4 パーセントが失われた。マンハッタン計画のエイムズ研究所のフランク スペディングと英国ミッションのフィリップ バクスターが、回収方法の改善について助言するために派遣された。^[81]ホスゲンにさらされた作業員の死亡も、より安全な製造プロセスの模索を促した。^[40]

1945年2月、わずかに濃縮された1.4パーセントのウラン235の供給原料がS-50液体熱拡散工場から到着し始めた。S-50からの製品の出荷は4月に中止され、代わりにS-50の製品はK-25に供給された。^[82] 1945年3月、Y-12はK-25から5パーセントに濃縮された供給を受け取り始めた。^[83]これらの工場の出力は六フッ化ウラン（UF
₆）それは三酸化ウランに変換され、その後、通常の四塩化ウランへの変換プロセスにかけられました。^[84] 1945年8月5日、K-25は23パーセントに濃縮された原料の生産を開始しました。これはベータレーストラックに直接供給できる量でした。残りのアルファ製品はその後K-25に供給されました。1945年9月までに、カルトロンは平均84.5パーセントの濃縮度の製品を88キログラム生産し、ベータレーストラックは年末までにさらに95パーセントに濃縮された953キログラムを生産しました。^[83]カルトロンからの濃縮ウランは、 1945年8月の広島への原爆投下時に使用されたリトルボーイ原子爆弾の核分裂性成分を提供しました。^{[39] [85]}

戦争が終わると、アルファ線は1945年9月4日から操業停止となり、9月22日に完全に停止した。最後の2本のベータ線は1945年11月と12月にフル稼働し、K-25と新しいK-27ガス拡散プラントからの供給物を処理した。^[87] 1946年5月までに、研究により、ガス拡散プラントは偶発的に臨界質量を生み出すことなく、単独でウランを完全に濃縮できることが示唆された。 [88]裁判でこれが事実であることが実証された後、グローブスは1946年12月に1本を除くすべてのベータ線を閉鎖するよう命じた。^{[89 ]}

1946年12月31日のマンハッタン計画終了までの電磁気プロジェクトの総費用は6億7300万ドル（2023年には105億ドルに相当）であった。^[86]

Y-12の従業員数は、1945年8月21日の戦時ピーク時の22,482人から、1949年には1,700人未満にまで減少した。^[69]ビル9731のXAXおよびXBX訓練トラックとビル9204-3のベータ3レーストラックを除き、すべてのカルトロンは撤去され、解体された。^{[90] [91]} 1947年、オークリッジ国立研究所（ORNL）の所長ユージン・ウィグナーは、物理学の実験のための同位体を製造するためにベータカルトロンを使用する許可を原子力委員会に求めた。許可が下り、広範囲の同位体が製造された。ベータカルトロンからのリチウム6は、熱核兵器の研究に使用された。他の多くの同位体は、平和的な科学および医療目的で使用された。^[92]ベータ3レーストラックは1950年3月にORNLに移管されました。^{[91] 1950年代半ばまでに、ベータカルトロンは}オスミウムを除くすべての天然に存在する安定同位体を大量に生産していましたが、オスミウムの生産は1960年4月まで待たなければなりませんでした。^[93]カルトロンは1998年まで同位体を生産し続けました。 ^[94] 2015年現在、カルトロンはまだ待機状態にあります。^{[95][アップデート]}

米国と同様に、ソビエト連邦（USSR）は、ソ連の原子爆弾プロジェクトのために多重濃縮技術の研究を行った。1946年にドイツから輸入した磁石を使用したカルトロンで試験的な電磁プロセスが実施された。 1946年にスベルドロフスク45に電磁プラントの建設予定地が選ばれた。プラント418として知られるパイロットプラントは1948年に完成した。粒子ビームを米国のカルトロンのように180°曲げるのではなく、225°曲げる、より効率的な設計が開発された。これは、気体拡散プロセスで技術的な問題が見つかった後、ウラン濃縮プロセスを完了するために使用された。ウラン235が約40パーセントに濃縮されたウランは、最終的に92〜98パーセントに濃縮されるため、スベルドロフスク45に運ばれた。気体拡散プロセスの問題が解決された後、1950年に本格的な電磁プラントの建設は中止された。^{[96] [97]} 2009年現在も^{[アップデート]}稼働している。^[91] 1969年、プルトニウムなどの重元素の同位体を高効率で分離するために、S-2と呼ばれる研究用カルトロンがアルザマス16に建設された。^{[96] [98] [99]}

1960年代初頭、北京の中国原子能研究所にソ連のものと同一の設計の研究・生産用カルトロン4基が建設された。^{[100] [101] [102]}

1945年、イギリスの原子爆弾プロジェクトは、アメリカのベータカルトロンに似た設計の180°カルトロンをオックスフォードシャー州ハーウェルの原子力研究所に建設した。カペンハーストのガス拡散プラントの成功により、イギリスでは電磁分離は追求されず、カルトロンは研究用の同位体の分離に使用された。180°の設計はこの目的には理想的ではなかったため、ハーウェルは90°カルトロン、HERMES（「重元素および放射性物質電磁分離装置」）を建設した。^{[103]これは、フランスの}オルセーにあるパリ第9大学のルネ・ベルナス研究所のSIDONIEおよびPARIS分離装置、およびブリュイエール＝ル＝シャテルの原子力および代替エネルギー委員会の軍事研究所のPARSIFALに触発されたものである。^{[104] [105]}

イスラエル、日本、フランスも、ソレク原子核研究センターのSOLIS分離器やMEIRA分離器など、研究用のカルトロンをいくつか建設した。また、1967年に建設されたCERNの同位体分離オンライン検出器（ISOLDE）もある。 ^[106]

インドのビダンナガルにあるサハ原子核物理学研究所のカルトロンは、1974年5月18日のインド初の核実験のためのプルトニウムを製造するために使用された。^{[96] [107]}

1990年から1991年の湾岸戦争後、UNSCOMはイラクがウラン濃縮のためのカルトロン計画を進めていると判断した。^[108]イラクは、より近代的で経済的で効率的な濃縮方法よりも電磁プロセスの開発を選択した。カルトロンは製造が容易で、技術的な課題が少なく、製造に必要な部品は輸出規制の対象ではなかったためである。^{[109] [110]}この計画が発覚した時点では、イラクが核兵器に十分な物質を生産できるようになるまであと2、3年と推定されていた。この計画は湾岸戦争で破壊された。^[111]その結果、核供給国グループは、電磁分離装置を核関連の軍民両用機器、物質、技術の移転に関するガイドラインに追加した。^{[112] [113]}

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