高性能爆薬研究

中性子は、1932年2月にケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所のジェームズ・チャドウィックによって発見されました。^{[ 1 ]} 1932年4月、キャベンディッシュ研究所の同僚であるジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンは、加速された陽子でリチウム原子を分裂させました。^{[ 2 ]}ローマのエンリコ・フェルミとそのチームは、低速中性子による元素への照射実験を行い、より重い元素や同位体が生成されました。^{[ 3 ]}そして1938年12月、ベルリン・ダーレムにあるハーンの研究所のオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンは、ウランに減速中性子を照射し、 ^{[ 4 ]}バリウムが生成されたこと、したがってウラン原子核が分裂したことを発見しました。 ^{[ 3 ]}ハーンは同僚のリーゼ・マイトナーに手紙を書き、彼女は甥のオットー・フリッシュと共に、この過程の理論的根拠を開発し、1939年にネイチャー誌に発表した。 ^{[ 5 ]}生物細胞の分裂になぞらえて、彼らはこの過程を「分裂」と名付けた。^{[ 6 ]}

核分裂の発見により、極めて強力な原子爆弾が製造できる可能性が浮上した。^{[ 7 ]}この用語は、 H・G・ウェルズが1913年に発表した小説『世界解放』ですでにイギリス国民に知られていた。^{[ 8 ]}インペリアル・カレッジ・ロンドンのジョージ・パジェット・トムソンと、バーミンガム大学のオーストラリア人物理学者マーク・オリファントは、ウランに関する一連の実験を行う任務を負っていた。1940年2月までに、トムソンのチームは天然ウランで連鎖反応を起こすことに失敗し、彼は追求する価値はないと判断した。^{[ 9 ]}しかし、バーミンガムでは、オリファントのチームが全く異なる結論に達していた。オリファントは、敵国人であったため必要なセキュリティクリアランスがなく、レーダーなどの大学の秘密プロジェクトに従事できなかった2人のドイツ人難民科学者、ルドルフ・パイエルスとフリッシュに任務を委任していた。^{[ 10 ]}彼らは純粋なウラン235の金属球の臨界質量を計算し、誰もが想定していたトンではなく、わずか1～10キログラム（2.2～22.0ポンド）で十分であり、数千トンのダイナマイトに匹敵する威力で爆発することを発見した。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} 

Oliphant took the Frisch–Peierls memorandum to Sir Henry Tizard, the chairman of the Tizard Committee,^[14] and the MAUD Committee was established to investigate further.^[15] It directed an intensive research effort, and in July 1941, produced two comprehensive reports that concluded an atomic bomb was not only technically feasible, but could be produced before the war ended, perhaps in as little as two years. The Committee unanimously recommended pursuing the development of an atomic bomb as a matter of urgency, although it recognised that the resources required might be beyond those available to Britain.^[16][17] A new directorate known by the deliberately misleading name of Tube Alloys was created to coordinate this effort. Sir John Anderson, the Lord President of the Council, became the minister responsible, and Wallace Akers from Imperial Chemical Industries (ICI) was appointed the director of Tube Alloys.^[18]

In July 1940, Britain had offered to give the United States access to its scientific research,^[19] and Cockcroft, as part of the Tizard Mission, briefed American scientists on British developments.^[20] He discovered that the American project was smaller than the British, and not as far advanced.^[16] The British and American projects exchanged information, but did not initially combine their efforts. British officials did not reply to an August 1941 American offer to create a combined project.^[21] In November 1941, Frederick L. Hovde, the head of the London liaison office of the American Office of Scientific Research and Development (OSRD), raised the issue of cooperation and exchange of information with Anderson and Lord Cherwell, who demurred, ostensibly over concerns about American security. Unknown to the British, their project had already been penetrated by atomic spies for the Soviet Union.^[22]

英国には米国のような人材や資源がなく、チューブアロイズは初期の有望なスタートにもかかわらず、米国の同業他社に後れを取り、その規模に圧倒されてしまった。^{[ 23 ]} 1942年7月30日、アンダーソンはウィンストン・チャーチル首相に次のように助言した。「我々は 、先駆的な仕事が衰退していく資産であり、それを迅速に活用しなければ追い抜かれてしまうという事実に向き合わなければならない 。我々は今、合併に真に貢献できる立場にある。間もなく、我々にはほとんど、あるいは全く貢献できなくなるだろう。」^{[ 24 ]}

イギリスはアメリカの支援なしに原子爆弾を製造することも検討したが、この計画には圧倒的な優先順位が必要であり、予測される費用は途方もない額であり、他の戦時優先事項への混乱は避けられず、ヨーロッパでの戦争の結果に影響を与えるのに間に合う可能性は低いと考えられた。満場一致の反応は、これに着手する前に、アメリカの協力を確保するための別の努力をすべきだというものであった。^{[ 25 ]} 1943年8月のクアドラント会議で、チャーチルとアメリカのフランクリン・ルーズベルト大統領は、 2つの国家計画を統合するケベック協定に署名した。 ^{[ 26 ]}この協定は、アメリカがイギリスの戦後の商業および産業における原子力の使用を制限できることを規定しており、イギリスが大同盟における下位パートナーであることを明確にした。イギリスは、ケベック協定は状況下で締結できる最良の取引であり、制限は戦後の核兵器計画を成功させるために必要な技術情報を得るために支払わなければならない代償であると考えていた。^{[ 27 ]}マーガレット・ゴーイングは、「独立した抑止力の考え方はすでにしっかりと定着していた」と指摘した。^{[ 28 ]}

The Quebec Agreement established the Combined Policy Committee and the Combined Development Trust to coordinate their efforts.^[29] The 19 September 1944 Hyde Park Aide-Mémoire extended both commercial and military cooperation into the post-war period.^[30] A British mission led by Akers assisted in the development of gaseous diffusion technology at the SAM Laboratories in New York.^[31] Another, led by Oliphant, who acted as deputy director at the Berkeley Radiation Laboratory, assisted with the electromagnetic separation process.^[32] Cockcroft became the director of the Anglo-Canadian Montreal Laboratory.^[33] The British mission to the Los Alamos Laboratory led by James Chadwick, and later Peierls, included distinguished scientists such as Geoffrey Taylor, James Tuck, Niels Bohr, William Penney, Frisch, Ernest Titterton and Klaus Fuchs, who was later revealed to be a Soviet spy.^[34][35] As overall head of the British Mission, Chadwick forged a close and successful partnership with Brigadier GeneralLeslie R. Groves, the director of the Manhattan Project.^[36] He ensured that British participation was complete and wholehearted.^[37]

戦争の終結とともに、イギリスとアメリカ合衆国の特別な関係は「特別なものではなくなった」。 ^{[ 38 ]}イギリス政府は、アメリカが核技術を共有すると信じており、それを共同の発見と考えていた。^{[ 39 ]} 1945年8月8日、クレメント・アトリー 首相はハリー・トルーマン大統領にメッセージを送り、自分たちを「この偉大な力を掌握する政府の長」と呼んだ。^{[ 39 ]}ルーズベルトは1945年4月12日に死去しており、ハイドパーク覚書は後続政権を拘束するものではなかった。^{[ 40 ]}実際、アメリカ側の写しは一時的に物理的に紛失していた。ヘンリー・メイトランド・ウィルソン元帥が6月の合同政策委員会でこの問題を提起したとき、アメリカ側の写しは見つからなかった。^{[ 41 ]}イギリスは1945年7月18日に陸軍長官ヘンリー・L・スティムソンにコピーを送付した。^{[ 40 ]}それでもグローブスは文書の信憑性を疑問視していたが、数年後、アメリカ側のコピーがルーズベルトの海軍補佐官ウィルソン・ブラウン・ジュニア中将の書類の中から発見された。どうやらチューブアロイズが何であるかを知らない誰かが誤ってファイリングし、海軍砲に関係するものだと思ったらしい。^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

1945年11月9日、アトリー首相とカナダのマッケンジー・キング首相は、核兵器と原子力発電における将来の協力についてトルーマン大統領と協議するため、ワシントンDCを訪れた。^{[ 44 ] [ 45 ]}彼らが署名した意向覚書はケベック協定に取って代わるものであった。これによりカナダは完全なパートナーとなり、合同政策委員会と合同開発信託は継続され、核兵器使用の同意を得る義務は協議のみを必要とするものへと軽減された。^{[ 46 ]} 3人の首脳は原子力に関して完全かつ効果的な協力を行うことで合意したが、原子力エネルギーに関する協力の再開に対する英国の期待は裏切られた。^{[ 47 ]}アメリカはすぐに協力は基礎科学研究に限定されることを明確にした。^{[ 48 ]}

The next meeting of the Combined Policy Committee on 15 April 1946 produced no accord on collaboration, and resulted in an exchange of cables between Truman and Attlee. Truman cabled on 20 April that he did not see the communiqué he had signed as obligating the United States to assist Britain in designing, constructing and operating an atomic energy plant.^[49] The passing of the Atomic Energy Act of 1946 (McMahon Act) in August 1946, which was signed by Truman on 1 August 1946, and went into effect at midnight on 1 January 1947,^[50] ended technical cooperation. Its control of "restricted data" prevented the United States' allies from receiving any information.^[51] This partly resulted from the arrest for espionage of British physicist Alan Nunn May, who had worked in the Montreal Laboratory, in February 1946, while the legislation was being debated.^[52] The remaining British scientists working in the United States were denied access to papers that they had written just days before.^[53]

Attlee had created a cabinet sub-committee, the Gen 75 Committee (known informally by Attlee as the "Atomic Bomb Committee"),^[54] on 10 August 1945 to examine the feasibility of a nuclear weapons programme.^[55] To provide technical advice, Attlee created an Advisory Committee on Atomic Energy, with Anderson as its chairman. Anderson was an independentMember of Parliament for the Scottish Universities who sat on the Opposition Front Bench. As chairman of the Advisory Committee on Atomic Energy, Anderson had his own office in the Cabinet Office, and the services of its secretariat. He accompanied Attlee on his November 1945 trip to the United States.^[56] A 2 September 1945 Admiralty study of "The Influence of the Atomic Bomb on War" forecast that an enemy could build 500 bombs during ten years of peace, and warned that if 10 per cent of the arsenal was used on the United Kingdom, "over night the main base of the British Empire could be rendered ineffective",^[57] with enough left for other British forces around the world.^[57]

In October 1945, the Gen 75 Committee considered the issue of ministerial responsibility for atomic energy. The Cabinet Secretary, Sir Edward Bridges, and the Advisory Committee on Atomic Energy both recommended that it be placed within the Ministry of Supply. Developing atomic energy would require an enormous construction effort, which the Ministry of Supply was best equipped to undertake.^[58] The Tube Alloys Directorate was transferred from the Department of Scientific and Industrial Research to the Ministry of Supply effective 1 November 1945.^[59] To coordinate the atomic energy effort, it was decided to appoint a Controller of Production, Atomic Energy (CPAE). The Minister of Supply, John Wilmot, suggested Marshal of the Royal Air ForceLord Portal, the wartime Chief of the Air Staff. Portal was reluctant to accept the post, as he felt that he lacked administrative experience outside the Royal Air Force, but eventually accepted it for a two-year term, commencing in March 1946. In this role he had direct access to the Prime Minister.^[60] Portal ran the project until 1951, when he was succeeded by Sir Frederick Morgan.^[61] He established his headquarters at Shell Mex House on the Strand, London, where the wartime Tube Alloys had been. Special security barriers were installed to close off this section of the offices, giving the area the nickname "the Cage".^[62][63]

ポータルの任命に伴い、諮問機関と省庁間機関の両方の役割を果たしていたアンダーソンの委員会を分割することが検討された。1946年8月、省庁間機能を引き継ぐ新たな常設委員会、原子力エネルギー公式委員会が設立された。1947年3月、ロジャー・メイキンズがその委員長に就任した。アンダーソンの委員会は影響力を失い、1947年末に彼が退任した際に解散した。^{[ 64 ]}戦争中、クリストファー・ヒントンはICIから供給省に出向し、充填工場の副総局長になっていた。彼は1945年末にICIに戻る予定だったが、ICIが提示した給与よりもはるかに低い給与で、新しい施設の設計、建設、運営を監督することに同意した。彼は1946年2月4日にランカシャー州リスリーの旧王立兵器工場に本部を設立した。^{[ 65 ]}ポータルはまた、副統括官（技術政策）の役職を新設し、マイケル・ペリンを任命した。ペリンはICIでヒントンより下位だったため、これは不満を生んだ。ポータルはまた、旧チューブ合金技術委員会に代わる技術委員会を創設した。^{[ 66 ]}供給省の原子力に対する統制を法的に定めるため、 1946年5月1日に下院に法案が提出され、 1946年11月6日に原子力法1946として法律となった。 ^{[ 67 ]}   

戦争中、チャドウィック、コッククロフト、オリファント、パイエルス、ハリー・マッセイ、ハーバート・スキナーは1944年11月にワシントンDCで会合を開き、イギリスの原子力研究施設の設立案を作成した。彼らはその費用が約150 万ポンドになると見積もっていた。^{[ 68 ]}チューブ合金委員会は1945年4月に彼らの勧告を承認し、アトリーは1945年10月29日に下院でその設立を発表し、 建設費が約100万ポンド、年間運営費が50万ポンドになると下院に伝えた。^{[ 59 ]}新施設の所長候補としてはチャドウィックとコッククロフトが有力で、前者は後者の任命を強く勧めた。コッククロフトは、大臣と事務次官にのみ責任を負うこと、軍事機密の要件に従う場合を除き、この施設は大学のように運営され、意見の自由な交換と論文の出版が行われることを書面で条件として同意した。^{[ 69 ]}彼の任命は1945年11月に発表されたが、彼がカナダを離れたのは1946年9月だった。^{[ 70 ]}原子力エネルギー研究施設（AERE）がポータルの管轄下に入ったのは1950年1月だった。委員会は、オックスフォードの南約13マイル（21km ）にある飛行場、RAFハーウェルにAEREの用地を選定した。この飛行場は長い滑走路を備えた近代的なもので、首相が介入するまで航空省はこれを手放すことに消極的だった。 ^{[ 71 ]} 

原子爆弾の開発責任は国防省の管轄外にあった。その理由の一つは、国防省が設立されたのが1946年10月であり、その時点でポータルはすでにCPAEに任命されていたからである。^{[ 72 ]}ティザードは1946年11月に国防省の主席科学顧問となり、 ^{[ 73 ]} 1947年1月には国防大臣と参謀総長に科学政策の問題について助言するために設立された国防研究政策委員会（DRPC）の委員長にも就任した。 ^{[ 72 ]}ティザードは核兵器政策をある程度コントロールしようと試みた。アンダーソンの諮問委員会は1947年末に廃止され、その代わりに2つの新しい委員会が設立された。1つはDRPCの下に置かれ、ティザードが委員長を務める原子力（国防研究）委員会AE(DR)、もう1つはポータルに責任を負う原子力（生産見直し）委員会である。しかし、ティザードは原子力政策の主導権を握ることができなかった。^{[ 74 ]}

科学者たちの間で初期に議論されたのは、原子爆弾の核分裂性物質としてウラン235を使うべきか、プルトニウムを使うべきかという点だった。チューブ・アロイズ社はウラン濃縮のための気体拡散に関する先駆的な研究を数多く行っており、バークレーのオリファント率いるチームは電磁プロセスに精通していた。イギリスに残ったスタッフはウラン235を強く支持していたが、アメリカで働いていた科学者たちは、プルトニウムの方が爆発効率が高いという理由でプルトニウムを主張した。しかし、彼らにはプルトニウムを製造する原子炉の設計に関する専門知識も、プルトニウムを抽出するために必要なプルトニウム化学や冶金学の知識もなかった。一方、モントリオール研究所はパイロット炉を設計・建設しており、プルトニウムとウランの分離に関する研究も行っていた。マンハッタン計画では両方の方法が検討され、ロスアラモスで働いていた科学者たちは、両方の方法を用いた複合炉心に関する研究が同地で行われていることを認識していたが、イギリスにはこのための資金、資源、熟練した人材が不足するのではないかという懸念があった。最終的には経済的な問題に帰着した。原子炉は、同量の濃縮ウランを生産する分離プラントよりも安価に建設でき、ウラン燃料をより効率的に利用できる。年間15発の爆弾に必要なプルトニウムを生産できる原子炉と分離プラントの建設費用は約2000万ポンドと見積もられた 。^{[ 75 ]}この施設は、1945年12月18日にGen 75委員会によって「最高度の緊急性と重要性をもって」承認された。^{[ 76 ]}

数か月後、この決定が下された時点ではまだ任命されていなかったポータルは、疑念を抱き始めた。ウィグナー効果のためにほぼ完全に停止していたハンフォード・サイトの原子炉に問題があるという知らせが彼の耳に入った。1946年5月に米国を訪問した際、グローブスはポータルに原子炉を建設しないよう助言した。この頃には、使用済み燃料棒の再濃縮によってウラン燃料をより有効活用することに科学者たちの間で関心が集まっていた。ガス拡散プラントの費用は3000万ポンドから4000万ポンドと見積もられた。Gen 75委員会は1946年10月にこの提案を検討した。^{[ 77 ]}出席していたペリンは後に次のように回想している。 

会議では費用を理由に反対する決定を下そうとしていたところ、[アーネスト] ベヴィンが遅れて到着し、「これは絶対にやらなければならない。私自身は構わないが、私が今バーンズ氏と話したように、この国の他の外務大臣がアメリカ合衆国国務長官から一方的に話されるのはごめんだ。費用がいくらかかろうとも、これをここでやらなければならない…その上にはユニオンジャックを掲げなければならないのだ。」と言った。 ^{[ 55 ] [ 78 ]} 

ペニーは1944年にロスアラモス研究所に入所し、攻撃対象都市を選定した標的委員会に所属していた。長崎への原爆投下時には観測機ビッグ・スティンクに搭乗し、日本の降伏後には地上での被害状況の評価を行った。^{[ 79 ]} 1945年11月に学問の道を再開するつもりでイギリスに戻ったが、公務員委員会の委員の一人であるCPスノーから声をかけられ、ケント州フォート・ハルステッドにある供給省兵器研究部（ARD）の主任兵器研究監督官（CSAR、発音は「シーザー」）になるよう依頼された。CSARへの任命は1946年1月1日に発表されたが、グローブスはビキニ環礁でのアメリカのクロスロード作戦核実験への協力を彼に求めた。ペニーは1946年3月に米国へ出発し、1946年10月まで英国に戻らなかった。^{[ 80 ]}ポータルはその後、原子爆弾の設計、開発、製造を行う兵器研究部門内の原子兵器セクションの計画を彼に立てるよう依頼した。セキュリティ上の理由から自らタイプしなければならなかった1946年11月1日付のポータルへの報告書で、ペニーは提案された組織図を提供し、必要な人員の詳細を述べ、フォート・ハルステッド、ウーリッジの王立兵器廠、シューベリーネスで満たすことができると考えた宿泊施設の要件を列挙した。^{[ 81 ] [ 82 ]}  

In July 1946, the Chiefs of Staff Committee considered the issue of nuclear weapons, and recommended that Britain acquire them. This recommendation was accepted by the Cabinet Defence Committee on 22 July 1946.^[83] The Chief of the Air Staff, Lord Tedder, officially requested an atomic bomb on 9 August 1946.^[84][85] The Chiefs of Staff estimated that 200 bombs would be required by 1957.^[86] Despite this, and the research and construction of facilities that had already been approved, there was still no official decision to proceed with making atomic bombs.^[87] Portal submitted his proposal to do so at the 8 January 1947 meeting of the Gen 163 Committee, another ad hoc committee, which agreed to proceed with the development of atomic bombs. It also endorsed Portal's proposal to place Penney in charge of the bomb development effort, although Penney was not informed of this decision until May.^[88] Of the decision, Margaret Gowing wrote:

The British decision to make an atomic bomb had "emerged" from a body of general assumptions. It had not been a response to an immediate military threat but rather something fundamental and almost instinctive—a feeling that Britain must possess so climactic a weapon in order to deter an atomically armed enemy, a feeling that Britain as a great power must acquire all major new weapons, a feeling that atomic weapons were a manifestation of the scientific and technological superiority on which Britain's strength, so deficient if measured in sheer numbers of men, must depend.^[89]

これは、イギリスの根深い政治的・戦略的思想を反映していた。^{[ 90 ]}戦争によってイギリスは貧困に陥った。金とドルの準備金は枯渇し、商船の3分の1が海底に沈んだ。約25万戸の家屋が破壊され、さらに300 万戸が被害を受けた一方、何年もほとんど家屋が建設されなかった。1947年初頭、石炭不足のため工場は生産を停止した。アメリカは戦争終結と同時にレンドリースを突然打ち切った。その代わりに、アメリカから 37億5000万ドル、カナダから12億5000万ドルの融資を受けたが、そのほとんどは1947年8月までに費やされた。^{[ 91 ]}それにもかかわらず、未来は過去と同じになるという揺るぎない信念が残っていた。^{[ 92 ]}ベヴィンは1947年5月16日、下院で次のように述べた。 

英国政府は、 我々がもはや大国ではなくなったという見解、あるいはその役割を果たさなくなったという主張を受け入れません。我々は、世界の平和にとって最も重要な国の一つであると自認しており、歴史的に果たすべき役割を依然として担っています。自由のためにこれほど懸命に戦い、多大な犠牲を払ってきたという事実そのものが、我々がその地位を維持するに値するものであり、実際、その地位を維持し続ける義務を我々に課しています。あたかも運命の突然の出来事によって、一夜にして大国ではなくなったという真剣な主張は、私の知る限り存在しません。^{[ 93 ]}

アトリーは1961年の回顧録の中で、自身の決断について次のように説明している。

当時、我々は常に（米国が）撤退して再び孤立主義に転じる可能性を念頭に置かなければならなかった。そのため、その段階では英国製の原子爆弾の製造は我々の防衛にとって不可欠だった。これはすべてNATO以前の話であることを覚えておかなければならない。NATOは状況を変えた。しかし当時、我々は米国にヨーロッパ情勢、ひいては世界情勢の現実を理解させようと最善を尽くしていたものの、成功するかどうかは確信が持てなかった。最終的には成功したが、その間、英国の安全保障を危険にさらすわけにはいかなかった。^{[ 94 ]}

この決定は、1948年5月12日にアルバート・アレクサンダー国防大臣によって下院で公に発表されたが、労働党の平議員ジョージ・ジェガーからの事前に取り決められた質問に対する間接的な回答であった。^{[ 95 ]} D通知第25号は、原子兵器の設計、製造、または場所に関する詳細の公表を禁じた。^{[ 96 ] [ 97 ]}このプロジェクトは「基本高性能爆薬研究」という偽名で隠蔽された。^{[ 98 ]}「基本」はすぐに削除され、単に「高性能爆薬研究」（HER）となった。^{[ 99 ]}

戦争中、チャドウィックはICIにウラン生産用の小規模工場を建設するよう手配した。1947年までに、この工場は稼働し、週3,000ポンド（1,400kg ）を生産していた。これはハーウェルに建設された実験用原子炉BEPOで使用される予定だったが、この工場には酸化ウラン原料が必要であり、米国からの酸化ウランの輸出はマクマホン法によって禁止されていた。ヒントンとリスリーのスタッフは、かつて毒ガス工場があったスプリングフィールズに新しいウラン工場を550万ポンドの費用で建設した^{[ 121 ]}。最初の金属ウランは1948年10月に生産された^{[ 122 ]。}  

ウラン鉱石を粉砕し、酸に溶解した。不純物を分離し、酸化ウランを沈殿させた。ラジウムは、同社との契約に基づき、ユニオン・ミニエール社に返還された。次に、酸化ウランを精製した。硝酸に溶解して硝酸ウラニルを生成した。次に、これをエーテルに溶解し、エーテルを抜き取り、アンモニアを加えて沈殿させ、二ウラン酸アンモニウムを生成した。二ウラン酸アンモニウムを炉で加熱し、水素とフッ化水素酸で還元して四フッ化ウランを生成した。加熱してカルシウム金属と混合すると、金属ウランに還元され、フッ化カルシウムがスラグとして残った。次に、金属ウランをビレットに鋳造した。これらを棒状に押し出し、アルミニウム缶に密封した。^{[ 123 ] [ 124 ]}

英国初の原子炉である、GLEEPと呼ばれる小型の 100  kW研究用原子炉は、1947 年 8 月 15 日にハーウェルで臨界に達した。 ^{[ 125 ]}燃料は12 ロング トン (12 t)のウラン金属と21 ロング トン (21 t)の二酸化ウランで、中性子減速材として505 ロング トン (513 t)の核黒鉛が使用された。^{[ 126 ]}これはいくつかの実験作業には十分であったが、放射性同位体の製造には、より高い中性子束を持つ、より強力な 6,000 kW の原子炉が必要であった。モントリオール研究所の英国人スタッフは 1945 年と 1946 年に BEPO を設計し、リスリーがエンジニアリングと建設を担当した。原子炉設計における重要な選択は、燃料、中性子減速材、冷却材の選択である。濃縮ウランは入手できなかったため、利用可能な燃料は天然ウランのみであった。同様に、モントリオール研究所はカナダでZEEP重水炉の設計と建設の経験があったが、英国では重水が入手できなかったため、中性子減速材としては黒鉛しか選択肢がなかった。残るは冷却であり、実験用原子炉では空冷が当然の選択肢であった。結果としてできた原子炉は、アメリカのX-10黒鉛炉と非常によく似ていた。^{[ 127 ]} 1948年7月5日に臨界に達したBEPOは、 40ロングトン（41t ）の金属ウランと850ロングトン（860t ）の黒鉛を使用し、600ロングトン（610t ）の鋼鉄と3,000ロングトン（3,000t ）のコンクリートで覆われていた。^{[ 128 ]}         

プルトニウム生産用原子炉についても、同じ理由で天然ウラン燃料と減速材として黒鉛の使用が義務付けられていましたが、当初はハンフォード・サイトのアメリカの原子炉のように水冷式になると想定されていました。^{[ 129 ]}必要なサイズの水冷式原子炉には、金属パイプの腐食を避けるために、できれば非常に純度の高い水が、1日あたり約30,000英ガロン（140,000リットル、36,000米ガロン）必要になります。さらに、安全性に関する懸念もありました。水は中性子を吸収するため、冷却水が突然失われると、中性子束と原子炉温度が上昇し、壊滅的なメルトダウンにつながる可能性があります。^{[ 130 ]}実際にそのような出来事が1986年のチェルノブイリ原発事故で起こった。 ^{[ 131 ]}アメリカの解決策は施設を人里離れた場所に設置することだったが、人口密度の高いイギリス諸島では、そのような場所はスコットランドの北部と西部にしかなかった。^{[ 129 ]} 1947年4月までに、ヒントンはガス冷却システムの利点をポータルに納得させた。^{[ 129 ]}当初は冷却ガスとしてヘリウムが好ましい選択肢だったが、その主な供給源は米国であり、マクマホン法の下では米国は核兵器製造のためにヘリウムを供給しないため、^{[ 132 ]}最終的には空冷が選ばれた。^{[ 133 ]}   

遠隔地の必要性がなくなったため、カンバーランド海岸の旧王立兵器工場、ROF Driggに施設を建設することが決定されました。これはすぐに近くの旧ROF Sellafieldのより適切な場所に変更されました。スプリングフィールドとの混同を避けるため、名前はウィンドスケールに変更されました。^{[ 134 ]}建設は 1947 年 9 月に開始されました。^{[ 135 ]}ウィグナー効果の危険性は見過ごされませんでした。ウォルター・ジンは1948 年にイギリスを訪れ、重要な情報を提供しました。これに基づく新しい計算により、すでに機械加工されていた黒鉛ブロックの配置を変更する必要がありました。^{[ 136 ]} 2 基のウィンドスケール原子炉は 1950 年 10 月と 1951 年 6 月に稼働を開始しました。^{[ 135 ]}設計段階での計算ミスにより、原子炉は期待された出力を生成しませんでした。^{[ 137 ]}その結果、ペニーに1952年6月に最初のプルトニウムを供給し、 1952年8月1日の期限までに炉心に必要な量を確保するために、特別な措置を講じる必要があった。爆弾設計の改良により、最終的には15パーセント少ないプルトニウムで済ませることができた。^{[ 138 ]} 1953年から、ウィンドスケール原子炉はわずかに濃縮されたウランを燃料として使用できた。^{[ 137} ] 1957年10月のウィンドスケール火災の後、原子炉は停止された^{。[ 139 ]}

ウランのカートリッジは、プルトニウムを生成するためにウィンドスケール原子炉で照射された。カートリッジは原子炉内を押し出され、反対側から出て、水中に沈められた鋼鉄製のスキップに落ち、深い冷却池に引き込まれた。照射後、各カートリッジには35種類の化学元素の最大180個の同位体が含まれていた。原料の0.5%未満がプルトニウムに変換されたが、約5 %は放射性核分裂生成物となり、残りはわずかに劣化ウランであった。150日間水中に保管された後、短寿命同位体は崩壊し、約20種類の放射性同位体がかなりの量残った。遠隔操作により、カートリッジは鉛で裏打ちされた「棺」に入れられ、化学分離プラントに輸送された。^{[ 140 ]} 

ハンフォードでは、アメリカはリン酸ビスマス法を用いてプルトニウムをウランから分離していた。これは無駄が多く、プルトニウムは回収できたものの、ウランは容易に回収できない状態のまま残された。^{[ 141 ]}モントリオール研究所のチームがこの問題を調査し、ウランに用いられる方法と同様の新しい方法を考案した。彼らは、工業規模で適用できると考えたこの方法を試して、 ハンフォードで使用済みの燃料棒から20mgのプルトニウムを抽出した。カートリッジは硝酸に溶解され、ジブチルカルビトールを用いてプルトニウムが除去された。^{[ 142 ]}

1946 年以降、プルトニウムの唯一の供給源はカナダのNRX原子炉であり、そこから照射された棒は 1948 年半ばまでイギリスに到着しなかった。また、到着したとしてもハーウェルでは処理できなかっただろう。「ホット」放射性研究所は 1949 年まで建設されなかったが、1948 年に小型のホット研究所が急遽稼働した。カナダのチョークリバー研究所にパイロットプラントが設立され、1950 年まで稼働した。 ^{[ 143 ]}プロセスが機能するかどうかの懸念、多数の小さな変更、使用された鋼材に関連する建設上の問題にもかかわらず、プラントは 1951 年 4 月に予定通り完成した。最初の放射性物質は 1952 年 2 月 25 日にプラントに投入された。プラントは 12 年間良好に稼働し、設計生産目標を上回り、より大きな施設が必要になったときにのみ廃止された。最初のプルトニウム塊は1952年3月31日に鋳造されたが、不純物が多く、爆弾には使用できなかった。プロセスを完成させるには、ハーウェルとウィンドスケールでのさらなる研究が必要だった。^{[ 144 ]}

気体拡散プラントは、工学的な観点から見て最も複雑なものであった。^{[ 145 ]}六フッ化ウランガスはカスケードに送り込まれ、一連の膜を通過するにつれて各段階でウラン235の濃度が高くなった。マンハッタン計画で使用されたニッケル粉末の調達は、イギリスの企業から供給されたため問題ではなかった。今回も、王立兵器工場が建設地として選ばれ、この場合はチェスター近郊のキャペンハーストにある王立兵器工場キャペンハーストが選ばれた。ここはリスリーからわずか25マイル（40km ）という利点があった。 ^{[ 146 ]}決定事項の一つは、輸送が困難で危険な元素フッ素を使用して六フッ化ウランを製造する代わりに、スプリングフィールズで三フッ化塩素から製造することであった。このプロセスは未試作でうまく機能せず、1952年2月に生産が開始されたとき、六フッ化ウランプラントは十分な性能を発揮しなかった。 25万ポンドの費用をかけて再設計する必要があった。1400万ポンドの費用をかけて建設されたキャペンハーストのガス拡散プラントは1953年に生産を開始したが^{[ 145 ]} 、低濃縮ウランしか生産できず、 1954年まで高濃縮ウランは生産しなかった。 1957年までに、年間125kgの高濃縮ウランを生産できるようになった^{[ 147 ]} 。この時期の英国の設計では、大量の濃縮ウランが使用されており、グリーンバンブーでは87kg 、オレンジヘラルドでは117kgであった^{[ 148 ]}。1961年末には、3.8トンから4.9トンの高濃縮ウランを生産した後、民生用原子力発電用の低濃縮ウラン生産に切り替えられた^{[ 147 ] 。}