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| 小さな男の子 | |
|---|---|
 戦後のリトルボーイモデル | |
| タイプ | 核兵器 |
| 原産地 | アメリカ合衆国 |
| 生産履歴 | |
| デザイナー | ロスアラモス研究所 |
| メーカー |
|
| 生産 | 1945–1947 |
| 建造数 | 戦時中 1 + 戦後 5 |
| 仕様 | |
| 質量 | 9,700ポンド（4,400kg） |
| 長さ | 10フィート（3.0メートル） |
| 直径 | 28インチ（71cm） |
| 充填 | 高濃縮ウラン |
| 充填重量 | 64キロ |
| 爆発収量 | 15キロトンTNT（63TJ） |
リトルボーイは、第二次世界大戦中の1945年8月6日に日本の広島市への爆撃で使用された原子爆弾の種類の名前であり、戦争で使用された最初の核兵器となりました。この爆弾は、第509混成群の司令官ポール・W・ティベッツ・ジュニア大佐とロバート・A・ルイス大尉が操縦するボーイングB-29スーパーフォートレス・エノラ・ゲイから投下されました。爆発時のエネルギーはTNT火薬換算で約15キロトン（63 TJ ）で、爆発半径は約1.3キロメートルで、市内全域で広範囲にわたる死者を出した。広島への原爆投下は、トリニティ核実験に次ぐ歴史上2番目の核爆発であった。
リトルボーイは、第二次世界大戦中にマンハッタン計画のロスアラモス研究所のフランシス ・バーチ少佐のグループによって開発されたもので、放棄されたシンマン核爆弾の改良版である。シンマンと同様に、リトルボーイは銃型の核分裂兵器であった。爆発力はウラン235の核分裂から得られ、シンマンはプルトニウム239の核分裂に基づいていた。核分裂は、ニトロセルロース推進剤の粉末を装填して、中空の円筒（「弾丸」）を同じ材料の固体円筒（「標的」）に撃ち込むことによって達成された。リトルボーイには64キログラム（141ポンド）の高濃縮ウランが含まれていたが、核分裂したのは1キログラム未満であった。その部品は3つの異なる工場で製造されたため、完全な設計のコピーは誰にも渡されなかった。成形爆薬の高度な調整を必要とする爆縮設計とは異なり、銃型の設計はほぼ確実に機能すると考えられていたため、広島で初めて使用される前にテストされることはなかった。
戦後、リトルボーイ爆弾用の部品が多数製造されました。1950 年までに完成した爆弾は 5 個のみで、これらは 1950 年 11 月までに退役しました。
ネーミング
最初の原子爆弾の名前の由来については、主に2つの説がある。ロスアラモス研究所とアルバータ計画の物理学者ロバート・サーバーは、数十年後に、第二次世界大戦中の最初の2つの原子爆弾の設計を、その形状に基づいて「シンマン」と「ファットマン」と名付けたと述べた。「シンマン」は細長い装置で、その名前はダシール・ハメットの探偵小説と「シンマン」を題材にした映画シリーズに由来している。「ファットマン」は丸くて太っていたので、ハメットの1930年の小説「マルタの鷹」に登場する丸々としたキャラクター、カスパー・ガットマンにちなんで名付けられ、 1941年の映画版ではシドニー・グリーンストリートが演じた。リトルボーイは、シンマンの設計に基づいていたため、シンマンをほのめかすものとして他の人から名付けられた。[1] [2]また、「マークI」核爆弾設計と呼ばれることもあり、「マークII」は放棄されたシンマン、「マークIII」はファットマンを指す。[3]
1945年9月、アルバータ計画のもう一人の物理学者ノーマン・F・ラムゼイは、その短い「計画Aの歴史」の中で、初期の爆弾弾道試験形状の設計は「安全上の理由」で（名前は特定されていないが）「空軍の代表者」によって「シンマン」と「ファットマン」と呼ばれていたため、電話での会話は「まるでルーズベルト（シンマン）とチャーチル（ファットマン）を運ぶために飛行機を改造しているかのようだった」と述べている。これは、1943年秋のシルバープレート計画の一環として2つの原子爆弾形状を運ぶためにB-29を改造したのとは対照的である。 [4] [5]
1950年代のアメリカ空軍の機密文書であるシルバープレート計画の歴史から、名前に関する別の説明は、2つのバージョンが調和する可能性を示唆している。つまり、「シンマン」と「ファットマン」という用語は、ロスアラモスの誰か、またはロスアラモス出身の誰か（つまり、セルバー）によって最初に考案されたが、シルバープレートの士官たちが自分たちのプロジェクト（「シルバープレート」を含む）に独自のコードネームを採用する際に意識的に採用したというものである。シルバープレートは秘密の目的でB-29を改造することを含んでいたため、ルーズベルトとチャーチルの車両を改造することと一致するコードネームを意図的に使用することは、彼らのニーズによく合った。[6]
発達
初期の銃型設計作業
砲型の核兵器設計は、その単純さから、マンハッタン計画で爆弾の設計に携わっていた科学者たちが最初に採用したアプローチだった。1942年当時、同時に検討されていた2つの核分裂性物質の経路、ウラン235とプルトニウム239のどちらが成功するか、あるいは2つの燃料の間に設計作業に影響を与えるような大きな違いがあるかどうかは、まだわかっていなかった。1942年5月にイギリスの科学者たちと調整した結果、 J・ロバート・オッペンハイマー率いるアメリカの科学者たちは、原子爆弾の設計は難しくなく、難しいのは燃料の製造だけだと確信した。1942年夏、この計画に携わっていた理論物理学者たちが行った初期の計算では、普通の大砲の砲身で核分裂性物質の弾頭に十分な速度を与えることができるという考えが強まった。[7]
核分裂性物質を製造する施設が建設されている間、プロジェクトの初期には、自己触媒アセンブリ、初期のバージョンの爆縮、および代替の銃の設計（たとえば、推進剤として高性能爆薬を使用する、または2つの発射体を備えた「ダブルガン」を作成する）を含むいくつかの異なる兵器設計が追求されました。燃料が利用可能になれば銃の設計は簡単なエンジニアリング作業になるという信念がロスアラモスに楽観的な雰囲気をもたらしましたが、オッペンハイマーは1943年初頭に代替策として爆縮を研究するための小さな研究グループを設立しました。 [8]経験豊富な銃の設計者および技術者であるELローズの専門知識により、1943年3月までに銃の設計開発のための完全な兵器プログラムが確立されました。銃身、内部および外部の弾道、および銃の改ざんの特性を研究する作業が開始されました。オッペンハイマーは、この取り組みの一部を主導し、ローズに「現時点では（1945年5月）、我々の推定は根拠が不十分なので、それを提案する責任は私が負うべきだ」と語った。彼はすぐにこの作業をウィリアム・スターリング・パーソンズ海軍大佐に委任し、パーソンズはエド・マクミラン、チャールズ・クリッチフィールド、ジョセフ・ヒルシュフェルダーとともに理論を実践に移す責任を負った。[9]
原子炉で生成されたプルトニウムの不純物が早期爆発を引き起こす可能性が高くなるという懸念から、銃の設計作業の多くはプルトニウム銃に集中した。高い弾速を達成するために、プルトニウム銃は長さ17フィート（5.2メートル）で直径が狭く（コードネーム「シンマン」の由来）、航空機から落下してB-29の爆弾倉に収める際の弾道にかなりの困難をもたらした。 [10]
1944年春、ロスアラモスのエミリオ・G・セグレと彼のP-5グループは、テネシー州オークリッジのクリントン・エンジニア・ワークスの原子炉であるX-10グラファイト原子炉から生成されたプルトニウムの最初のサンプルを受け取りました。それを分析したところ、同位体プルトニウム240 （Pu-240）の存在により、プルトニウムの自発核分裂率が許容できない量まで上昇していることが分かりました。これまでのプルトニウムの分析はサイクロトロンで生成されたサンプルから行われており、汚染同位体はそれほど多くありませんでした。原子炉で生成されたプルトニウムを銃型の設計に使用した場合、それは事前爆発し、大規模な爆発の条件に達する前に兵器が自滅するだろうと彼らは結論付けました。[11]
痩せた男から少年へ
Pu-240汚染問題の発見の結果、1944年7月、ロスアラモスでのほぼすべての研究は爆縮型プルトニウム兵器に向けられ、研究所は爆縮問題を中心に完全に再編成された。高濃縮ウランのみを燃料とする砲型兵器の研究はパーソンズ兵器部（O）の下で継続された。ロスアラモスでのすべての設計、開発、技術作業はフランシス・ バーチ少佐のグループの下に統合された。[12]
プルトニウム爆縮型核兵器やプルトニウム砲型核分裂兵器と比べると、ウラン砲型兵器の設計ははるかに簡単だった。高速度砲が不要になったため、砲身の全長を大幅に短縮することができ、B-29の爆弾倉に難なく収まるようになった。爆縮型に比べると核分裂性物質の最適な使用法ではないが、ほぼ確実な兵器とみなされていた。[2]
設計仕様は1945年2月に完成し、部品の製造契約が交わされた。誰も完全な設計のコピーを持たないようにするため、3つの異なる工場が使用された。砲と砲尾はワシントンD.C.の海軍砲工場で、標的ケースと他の部品はミシガン州センターラインの海軍兵器工場で、尾部フェアリングと取り付けブラケットはミシガン州デトロイトのエキスパート・ツール・アンド・ダイ社で製造された。[13]爆弾は、ウラン弾頭を除いて、1945年5月初旬には完成していた。 [14]マンハッタン地区技師ケネス・ニコルズは1945年5月1日、2つ目の兵器が銃器型であると想定して、「8月1日までに1つ目の兵器用、12月中に2つ目の兵器用」の濃縮ウランが完成すると予想した。濃縮ウラン用の爆縮爆弾の設計が検討され、これにより生産率が上がるとされた。[15]濃縮ウラン弾は6月15日に完成し、標的は7月24日に完成した。[16]標的と爆弾の予備組立体（核分裂性部品のない部分的に組み立てられた爆弾）は、7月16日にカリフォルニア州ハンターズポイント海軍造船所を重巡洋艦 USS インディアナポリスに搭載されて出発し、7月26日に到着した。[17]標的の挿入に続いて7月30日に航空機が打ち上げられた。[16]
全ての構成部品は個別にテストされていたが、[16]リトルボーイが広島に投下されるまで、銃型核兵器の完全なテストは行われていなかった。核兵器コンセプトの唯一のテスト爆発は、プルトニウムを核分裂性物質として使用する爆縮型装置であり、1945年7月16日のトリニティ核実験で行われた。リトルボーイタイプの装置をテストしなかった理由はいくつかある。第一に、核分裂性物質の入手可能性の問題があった。クリントン・エンジニア・ワークスのK-25は、1か月あたり約30キログラムの濃縮ウランを生産するように設計されており、リトルボーイの設計では爆弾1個あたり60キログラム以上を使用していた。そのため、兵器のテストを行うと、兵器の使用にかなりの遅れが生じることになる。 （比較すると、ハンフォード・サイトのB原子炉は1か月あたり約20キログラムのプルトニウムを生産するように設計されており、ファットマン爆弾1個あたり約6キログラムの物質が使用されました。）[18]銃型設計の単純さのため、実験室でのテストで、その部品が単独で正しく機能することを確認できました。たとえば、ダミーの弾丸を銃身に撃ち込んで、ダミーの標的に正しく「固定」されていることを確認することができました。爆縮型設計では実物大のテストが行われなかったため、必要な圧縮の同時性が達成されたかどうかを確認するのがはるかに困難でした。実物大のテストを主張した著名な科学者（アーネスト・O・ローレンス）が少なくとも1人いましたが、1945年の春までにリトルボーイはほぼ確実とみなされ、第1世代の爆縮爆弾よりも高い威力を持つと予想されました。[19]
リトルボーイにはさまざまな安全機構が組み込まれていたが、完全に組み立てられた兵器が偶発的に爆発する可能性は十分あった。装置を搭載した爆撃機が墜落した場合、中空の「弾丸」が「標的」シリンダーに打ち込まれ、重力だけで爆弾が爆発する可能性がある（ただし、テストでは可能性は低いと示唆されている）が、危険な量の放射線を放出する臨界質量を簡単に作り出す可能性がある。 [20] B-29の墜落とそれに続く火災により爆発物が引き金となり、兵器が爆発する可能性がある。[21]ウラン部品は水中に浸されると中性子減速効果を受け、爆発は引き起こさないが放射能汚染を放出する。このため、パイロットは海ではなく陸上で墜落するようアドバイスされた。[20]最終的に、パーソンズは、兵器が発射された軍事基地を破壊または損傷する可能性のある墜落のリスクを回避するために、B-29が離陸するまでリトルボーイ爆弾に爆発物を組み込まないことを選択した。[22]
デザイン
リトルボーイは長さ120インチ（300 cm）、直径28インチ（71 cm）、重さ約9,700ポンド（4,400 kg）でした。[23]この設計では、中空の亜臨界状態の濃縮ウランと固体のターゲットシリンダーを爆発的に超臨界状態に押し込み、核連鎖反応を開始するために銃方式が使用されていました。[24]これは、コルダイト粉末の入った4つの円筒形の絹の袋を使用して、1つのウランを他のウランに撃ち込むことで達成されました。これは、管状の顆粒に押し出された65％のニトロセルロース、30％のニトログリセリン、3％のワセリン、2％のカルバマイトの混合物からなる、広く使用されている無煙推進剤でした。これにより、大きな表面積と急速な燃焼領域が得られ、最大40,000ポンド/平方インチ（280,000 kPa）の圧力に達することができました。戦時中のリトルボーイに使用された火薬はカナダから調達され、戦後のリトルボーイの推進剤はピカティニー兵器廠から入手された。[25]爆弾には64キログラム（141ポンド）の濃縮ウランが含まれていた。大部分は89％に濃縮されていたが、一部はウラン235が50％のみで、平均濃縮度は80％であった。[24] 1キログラム未満のウランが核分裂を起こし、この質量のうち0.7グラム（0.025オンス）のみがいくつかの形態のエネルギーに変換され、そのほとんどは運動エネルギーであったが、熱と放射線もあった。[26]
組み立ての詳細
兵器の内部では、ウラン 235 物質は銃の原理に従って「発射体」と「標的」の 2 つの部分に分割されていました。発射体は中空の円筒で、総質量の 60% (38.5 キログラム [85 ポンド]) を占めていました。これは、直径 6.25 インチ (159 ミリメートル)、中央に 4 インチ (100 ミリメートル) の穴があり、全長 7 インチ (180 ミリメートル) のウラン リング 9 個が積み重ねられ、長さ 16.25 インチ (413 ミリメートル) の薄壁の発射体の前端に押し込まれていました。発射体のこれらのリングの後ろの残りのスペースは、鋼鉄の裏側を持つタングステン カーバイドディスクで埋められていました。点火すると、弾丸は長さ 72 インチ (1,800 mm)、幅 6.5 インチ (170 mm) の滑腔砲身に沿って 42 インチ (1,100 mm) 押し出された。弾丸の「挿入物」は 4 インチの円筒形で、長さ 7 インチ、軸穴は 1 インチ (25 mm) であった。弾丸は核分裂性物質の総質量 (25.6 kg、56 ポンド) の 40% を占めた。挿入物は 6 枚のワッシャー状のウラン ディスクの積み重ねで、弾丸リングよりいくらか厚く、1 インチのロッドに差し込まれていた。このロッドは、タングステン カーバイド プラグ、衝撃吸収アンビル、ノーズ プラグ バックストップを通って前方に伸び、最終的には爆弾ケースの前面から突き出た。このターゲット アセンブリ全体は、両端がロックナットで固定されていた。[27] [28]
中空先端部を持つ発射体が標的に到達し、標的インサート上を滑ると、組み立てられた超臨界質量のウランは、炭化タングステンと鋼鉄でできたタンパーと中性子反射体で完全に囲まれ、両方の材料を合わせた質量は2,300キログラム（5,100ポンド）になります。[29]アセンブリ内の 中性子起爆装置は、発射体が標的に衝突することで起動します。[30]
直感に反するデザイン
物質はほぼ半分に分割され、一方の端には超臨界質量の40%の高濃縮ウランのリングのグループがあり、もう一方の端には超臨界質量の60%のやや大きなリングのグループがあり、4つのポロニウムベリリウム中性子起爆装置で小さい方のグループに発射され、超臨界質量を爆発させました。[31] [32]
大きい方のピースの中央の穴は質量を分散させて表面積を増やし、より多くの核分裂中性子が逃げられるようにし、早期の連鎖反応を防いだ。[33]しかし、この大きい中空のピースがタングステンカーバイド製タンパーと最小限の接触をするには、発射体でなければならない。なぜなら、爆発前には発射体の後端だけがタンパーと接触していたからである。タングステンカーバイド製タンパーの残りの部分は、亜臨界質量のターゲットシリンダー（設計者は「インサート」と呼ぶ）を、インサートとの間に空気層を設けて取り囲んでいる。この配置により、銃の組み立て設計に最大量の核分裂性物質を詰め込むことができる。[33]
1945年以降の最初の50年間、リトルボーイのメカニズムに関する公開された説明と図面はすべて、小さな固体の発射体がより大きな静止した標的の中心に発射されると想定していた。[34]しかし、臨界質量の考慮により、リトルボーイではより大きな中空の部分が発射体となることが決定された。中空の円筒は固体の核分裂性物質よりも臨界質量が高い。これは、物質が遭遇または生成する中性子が連鎖反応を続けるよりも空気中に散乱する可能性が高いためである。また、大きな部分は、燃料の残りの部分と完全に結合されるまで、タングステンカーバイドタンパーからの中性子反射の影響を回避する。結合して中性子が反射されると、組み立てられた核分裂性コアは、臨界質量の2倍を超えるウラン235で構成される。[35] 2004年、イリノイ州のトラック運転手で模型製作者のジョン・コスター・マレンは、広島の原爆に関するあらゆる写真や文書を研究して正確な模型を製作し、以前に公表された記事を訂正した。[31]
信管システム
起爆システムは最も破壊力の高い高度で起爆するように設計されており、計算によると580メートル（1,900フィート）であった。起爆システムは3段階のインターロックシステムを採用していた。[36]
- 飛行機の安全を確保するため、爆弾は投下後少なくとも15秒、つまり予測落下時間の4分の1までは爆発しないようにタイマーが取り付けられていた。爆弾が落下すると、飛行機と接続している電気プラグが外れ、内部の24ボルトバッテリーに切り替わり、タイマーが作動した。15秒後、爆弾は飛行機から3,600フィート（1,100メートル）の地点に到達し、レーダー高度計が起動し、気圧計が作動した。 [ 36]
- 気圧段階の目的は、レーダー高度計の点火指令回路の起動を爆発高度近くまで遅らせることであった。真空室を囲む薄い金属膜（同様の設計が今日でも旧式の壁気圧計に使用されている）は、降下中に周囲の気圧が上昇するにつれて徐々に変形した。気圧は地域の状況によって変化するため、気圧信管は正確な点火高度で爆弾を爆発させるほど正確ではないと考えられていた。爆弾がこの段階の設計高度（伝えられるところによると2,000メートル、6,600フィート）に達すると、膜が回路を閉じ、レーダー高度計を起動した。気圧段階が追加された理由は、外部のレーダー信号によって爆弾が早すぎる時期に爆発する恐れがあるという懸念があったためである。[36]
- 最終高度を確実に検出するために、 2台以上のレーダー高度計が冗長的に 使用されました。高度計が正しい高度を感知すると、発射スイッチが閉じ、砲尾プラグ内の3つのBuOrd Mk15、Mod 1海軍砲雷管に点火し、それぞれ2ポンド（910 g）のWMスロットチューブコルダイトを含む4つの絹製火薬袋からなる装薬を点火しました。これにより、ウラン弾が砲身の反対側の端に向かって発射され、最終的な銃口速度は毎秒300メートル（980フィート/秒）でした。約10ミリ秒後に連鎖反応が発生し、1マイクロ秒未満続きました。使用されたレーダー高度計は、通常、後方から接近する別の飛行機について戦闘機のパイロットに警告するために使用された、米国陸軍航空隊のAPS-13尾部警戒レーダー（愛称「アーチー」）を改造したものです。[36]
リハーサル
リトルボーイの予備組立品は、L-1、L-2、L-3、L-4、L-5、L-6、L-7、およびL-11と命名された。このうち、L-1、L-2、L-5、およびL-6は試験投下で使用された。最初の投下試験は1945年7月23日にL-1で実施された。これは、後にビッグスティンクとして知られるB-29に搭乗し、第509混成飛行隊の指揮官、ポール・W・ティベッツ大佐 の操縦する機体によって、テニアン島近郊の海上に投下され、レーダー高度計の試験が行われた。7月24日と25日には、さらに2回の海上投下試験が実施され、L-2およびL-5ユニットを使用して全構成部品の試験が行われた。ティベッツは両方の任務でパイロットを務めたが、このとき使用された爆撃機は、後にジャビットとして知られる爆撃機であった。L-6は7月29日にリハーサルとして使用された。チャールズ・W・スウィーニー少佐が操縦するB-29ネクスト・オブジェクティブは硫黄島に飛び、待機中の航空機に爆弾を積み込む緊急手順の訓練を行った。このリハーサルは7月31日に繰り返されたが、今回はL-6がティベッツが操縦する別のB-29、エノラ・ゲイに再積み込まれ、爆弾はテニアン島の近くに試験投下された。L-11は広島型原爆に使用されたアセンブリであり、7月31日までに核燃料が完全に組み立てられた。[37] [38]
広島への原爆投下
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エノラ・ゲイの兵器担当パーソンズは、離陸時に飛行機が墜落した場合に偶発的に爆発する可能性を懸念し、飛行機が飛行するまで4つのコルダイト火薬袋を銃尾に装填しないことに決めた。離陸後、パーソンズと助手のモリス・R・ジェップソン少尉は 、左舷の狭い通路に沿って爆弾倉に向かった。ジェップソンが懐中電灯を持ち、パーソンズが雷管を外し、銃尾栓を取り外し、火薬袋を挿入し、銃尾栓を取り付け、ワイヤーを再接続した。目標に接近して高度を上げる前に、ジェップソンは内部バッテリーと発射機構の電気コネクタ間の3つの安全プラグを緑から赤に切り替えた。これで爆弾は完全に起爆した。ジェップソンは爆弾の回路を監視した。[39]
爆弾は1945年8月6日午前8時15分頃（日本時間）に投下された。落下44.4秒後、時間と気圧のトリガーが作動して点火装置を起動した。爆発は高度1,968±50フィート（600±15メートル）で起きた。長崎に投下されたファットマンほど威力はなかったが、広島は平地であったのに対し、長崎の爆心地は小さな谷間であったため、被害と犠牲者の数は広島の方がはるかに大きかった。1945年に発表された数字によると、広島の爆風の直接的な結果として66,000人が死亡し、69,000人がさまざまな程度の負傷を負った。[40]その後の推定では、死者は140,000人に達したとされている。[41]アメリカの戦略爆撃調査団は、原爆投下時に広島にいた24,158人の日本陸軍兵士のうち、6,789人が爆撃により死亡または行方不明になったと推定している。 [42]
この爆弾の爆発力の正確な測定は、兵器が一度もテストされたことがなかったため、問題があった。ハリー・S・トルーマン大統領は、 公式に爆発力はTNT火薬換算で20キロトン（84 TJ）であると発表した。これは、爆発はトリニティ核実験で見たものよりも大きかったというパーソンズの目視による評価に基づいていた。トリニティ核実験はTNT火薬換算で18キロトン（75 TJ）と推定されていたため、スピーチライターは20キロトンに切り上げた。その後、爆弾が日本軍に与えた影響が軽減されることを恐れて、それ以上の議論は抑制された。ルイス・アルバレス、ハロルド・アグニュー、ローレンス・H・ジョンストンが計器飛行機「グレート・アーティスト」でデータを収集していたが、当時は爆発力の計算には使用されなかった。[43]戦争終了後にさらに多くのデータが得られ、爆弾の爆発力と通常爆弾相当のより厳密な推定が行われた。 1985年の研究では、この爆弾の威力はTNT換算で約15キロトン（63TJ）と推定された。[44]
身体的影響
1945年4月に広島が選ばれた後、広島は通常の爆撃を免れ、被害を受けていない都市への核爆弾の影響を観察できる未開の標的となった。[45]被害は後から調査できたが、未試験のリトルボーイ設計のエネルギー出力は、爆弾を投下した飛行機と編隊飛行中の飛行機からパラシュートで投下された計器を使って、爆発の瞬間にしか測定できなかった。これらの計器から無線送信されたデータは、約15キロトンの出力を示した。[44]
この威力と観測された被害を比較すると、5ポンド/平方インチ（34 kPa ）致死面積ルールと呼ばれる経験則が生まれました。衝撃波がこの超過圧力以上を運んだエリア内にいたほぼ全員が死亡しました。[46]広島では、そのエリアは直径3.5キロメートル（2.2マイル）でした。[47]
被害は主に爆発、火災、放射線の3つの影響によって生じた。[48]
ブラスト
核爆弾の爆発は、X線で熱せられた空気（火球）が衝撃波または圧力波を全方向に送り出すことで発生し、最初は音速を超える速度で発生し、[49]雷が鳴るのと似ています。都市の爆発による破壊に関する知識は、主に広島のリトルボーイの研究に基づいています。長崎の建物も同様の距離で同様の被害を受けましたが、長崎の原爆は市の中心部から3.2キロメートル（2.0マイル）離れた丘陵地帯で爆発し、部分的に建物はありませんでした。[50]
広島では、爆発の直下から1.6キロメートル（1.0マイル）以内のほぼすべてが完全に破壊されましたが、約50棟の耐震性の高い鉄筋コンクリートの建物は外壁だけが残っていました。ほとんどの建物は完全に破壊され、窓、ドア、サッシ、フレームが剥がれていました。[51]深刻な爆風被害の周囲は、およそ1.8キロメートル（1.1マイル）の5ポンド/平方インチ（34 kPa）の等高線に沿っていました。
その後、核兵器の爆発実験が行われたが、その付近には住宅やその他の試験施設があり、5psiの過圧閾値が確認された。この圧力を経験した一般の都市の建物は、空気圧の力で押しつぶされたり、倒れたり、内部が破壊されたりした。右の写真は、1953年にネバダ州の試験施設に核爆弾によって発生した5psiの圧力波が及ぼした影響を示している。[52]
こうした構造的被害の主な影響は、深刻な被害地域全体で同時に発生した火災の燃料となったことです。
火
爆発の最初の影響は、火球からの輻射熱を伴った眩しい光だった。広島の火球の直径は370メートル（1,200フィート）、表面温度は太陽の表面とほぼ同じ6,000℃（10,830°F）だった。[53]爆心地付近では、可燃物はすべて炎上した。爆心地から260メートル（850フィート）離れた石段に座っていたある有名な無名の広島の犠牲者は、火球の熱を吸収して周囲の石を永久に白くし、永久に影を残した。 [54]火球の熱と、転倒したストーブや炉、電気のショートなどにより、爆風被害地域全体で同時に火災が発生した。爆発から20分後、これらの火災は火事嵐に融合し、あらゆる方向から地表の空気を引き寄せて地獄の業火に供給し、可燃物すべてを焼き尽くした。[55]
広島の大火災の直径はおよそ3.2キロメートル（2.0マイル）で、爆風被害がひどかった地域とほぼ一致した（右のUSSBS [56]の地図を参照）。爆風で損傷した建物が火の燃料となった。構造材や家具は破片となって散乱した。瓦礫で埋まった道路は消防士の邪魔になった。破損したガス管は火に油を注ぎ、破損した水道管は消火栓を役に立たなくした。[55]長崎では、火災が一つの火災にまとまらず、火災被害地域は広島の4分の1にとどまった。これは一部には南西の風が火災を市街地から遠ざけたためである。[57]
地図が示すように、広島の火災は自然の防火帯（河川）だけでなく、準備された防火帯も飛び越えた。火災の広がりは、利用可能な燃料が少なくなり、爆風被害地域の端に達したときにのみ止まった。[58]マンハッタン計画の広島に関する報告書では、即死者の60％が火災によるものと推定されているが、「爆発の中心近くにいた多くの人々は、複数の爆弾の影響により致命傷を負った」という但し書きが付けられている。[59]
放射線
局所的な降下物とは、爆弾の穴から出た塵や灰で、放射性核分裂生成物で汚染されている。これは風下で地面に落下し、放射線だけでも爆風や火災よりもはるかに広い致死領域を作り出す可能性がある。空中爆発では、核分裂生成物は成層圏まで上昇し、そこで消散して地球環境の一部となる。リトルボーイは地上580メートル（1,900フィート）上空での空中爆発であったため、爆弾の穴はなく、局所的な放射性降下物はなかった。[60]
しかし、ウランの核分裂から直接、強力な中性子線とガンマ線が放出された。その致死半径は約1.3キロメートル（0.8マイル）で、 [61] [62]火災地域の約半分を覆った。即死者の推定30％は、この直接放射線の致死量を浴びたが、放射線障害が明らかになる前に火災で死亡した人々である。6,000人以上が爆発と火災を生き延びたが、放射線障害で死亡した。[59]負傷した生存者のうち、30％が放射線障害を患い[63]回復したが、生涯にわたる癌リスクの増加を伴った。[64] [65]現在までに、生存者の子供に放射線関連の遺伝性疾患の証拠は観察されていない。[66] [67] [68]
日本の降伏が確定すると、マンハッタン計画の科学者たちは、被害をより深く理解し、特に放射線の影響について日本の医師と話し合うために、直ちに広島市の調査を開始した。この協力は1946年に原爆傷害調査委員会となり、生存者の放射線障害を追跡する日米共同プロジェクトとなった。1975年にその活動は放射線影響研究所に引き継がれた。[69]
1962年、ロスアラモスの科学者たちは、爆弾の正確な放射線出力に関する未解決の疑問のいくつかに答えるために、「プロジェクト・イチバン」として知られるリトルボーイの模型を作成した。これは、放射線被曝とその後の健康への影響との関係を解釈するためのベンチマークを設定するのに役立つはずだった。しかし、すべての問題を解決することはできなかった。1982年、ロスアラモスはオリジナルの図面と仕様からリトルボーイのレプリカを作成した。これは濃縮ウランでテストされたが、核爆発を引き起こさない安全な構成であった。弾頭を移動するために油圧リフトが使用され、中性子放出を評価する実験が行われた。[70]
通常兵器相当
戦闘が終わった後、マンハッタン計画の調査チーム（ウィリアム・ペニー、ロバート・サーバー、ジョージ・T・レイノルズを含む）が爆発の影響を評価するために広島に派遣された。物体や構造物への影響を評価し、ペニーは威力が12±1キロトンであると結論付けた。[71]その後の炭化に基づく計算では威力が13〜14キロトンであることが示された。[72] 1953年、フレデリック・ラインズは威力をTNT換算で15キロトン（63 TJ）と計算した。[43]プロジェクト・イチバンのデータとザ・グレート・アーティストの圧力波データに基づき、1960年代には威力が16.6±0.3キロトンと推定された。[73] 1985年にロスアラモスの科学者が行った調査では、既存の爆風、熱、放射線データと当時の兵器効果モデルに基づいて、爆発力の最良推定値はTNT換算で15キロトン（63 TJ）で不確実性は20％（±3 kt）であると結論付けられました。比較すると、長崎原爆の最良値はTNT換算で21キロトン（88 TJ）で不確実性は10％（±2 kt）と評価されましたが、この不確実性の差は後者の方がデータが優れているためです。[44]
これらの数値的な違いを理解するには、核爆発の急性影響、特に爆風と熱の影響は線形ではなく、一般的には立方根で増減することを知っておく必要がある。具体的には、これらの影響の距離は、爆発力を1 ⁄ 3の指数乗した関数として増減する。[74]そのため、爆発高度 1,968 フィート (600 m) で爆発した 12 キロトン兵器から予想される 5 ポンド/平方インチ (34 kPa) の過圧による損傷の範囲は 0.98 マイル (1.58 km) となるが、20 キロトン兵器では同じ範囲が 1.12 マイル (1.80 km) まで伸び、その差はわずか 0.14 マイル (0.23 km) である。それぞれの影響を受ける面積は、3.02 平方マイル (7.8 km 2 ) と 3.91 平方マイル (10.1 km 2 ) となる。したがって、降伏強度と損傷の間に線形関係があると仮定すると、これらの降伏強度範囲における実際の影響の違いは、一見したほど大きくないと思われる。[75]
リトルボーイの爆発エネルギーはTNT火薬換算で約15キロトンに相当したが、1946年の戦略爆撃調査では、同じ爆風と火災効果は、同じ目標地域に2.1キロトンの通常爆弾を均等に散布することでも引き起こされたと推定された。「220機のB-29が1.2キロトンの焼夷弾、400トンの高性能爆弾、500トンの対人 破片爆弾を積んでいた」[76] 。目標は2次元平面に広がっていたため、球状の核爆発1回分の垂直成分は大部分が無駄になった。小規模な爆発のクラスター爆弾パターンの方が、目標にエネルギー効率がよかっただろう[76] 。
戦後
戦争が終わったとき、非効率なリトルボーイの設計が再び必要になることは予想されておらず、多くの設計図や図面が破棄された。しかし、1946年半ばまでにハンフォードサイトの原子炉はウィグナー効果にひどく悩まされていた。新しい炉心用のプルトニウムがなくなり、すでに製造された炉心の起爆剤用のポロニウムもなくなるという見通しに直面し、マンハッタン計画の責任者 レスリー・R・グローブス少将は、解決策が見つかるまでの暫定措置としてリトルボーイをいくつか準備するよう命じた。リトルボーイのアセンブリは入手できず、リトルボーイの包括的な図面セットは見つからなかったが、さまざまなコンポーネントの図面とスペアパーツの在庫はあった。[77] [78]
サンディア基地では、アルバート・ベセル大尉、リチャード・マイヤー大尉、ボビー・グリフィン大尉の3人の陸軍士官がリトルボーイの再現を試みた。彼らを監督したのは、テニアン島のアルバータ計画に従軍し、現在はサンディアにあるロスアラモス研究所のZ部門のZ-11グループのリーダーであるリトルボーイの専門家、ハーロウ・W・ラスだった。彼らは徐々に正しい図面と部品を見つけ出し、どのように組み立てるかを解明した。最終的に、彼らは6つのリトルボーイの組立体を製作した。ケース、バレル、部品はテストされたが、爆弾用の濃縮ウランは供給されなかった。1947年初頭までに、ウィグナー効果によって引き起こされた問題は解決に向かっており、3人の士官は異動となった。[77] [78]
海軍兵器局は1947年に、核兵器搭載可能なロッキードP2Vネプチューン 航空母艦機（ミッドウェイ級航空母艦から発進可能だが、着陸はできない）で使用するために、25機の「改良型」リトルボーイ機械アセンブリの製造を開始した。部品はアイダホ州ポカテロとケンタッキー州ルイビルの海軍兵器工場で製造された。1948年までに10個の発射体と標的を製造するのに十分な核分裂性物質が利用可能であったが、起爆装置は6個分しかなかった。しかし、1948年末までに実際の核分裂性部品は製造されず、外装は2つしかなかった。[79] 1950年末までに、リトルボーイの完全なアセンブリは5つしか製造されていなかった。1950年11月までにすべて退役した。[80]
スミソニアン協会は1986年までリトルボーイ（濃縮ウラン以外は完全な状態）を展示していた。エネルギー省は博物館からこの爆弾を持ち出し、内部の部品を取り外した。これは爆弾が盗まれ、核分裂性物質で爆発するのを防ぐためである。政府は1993年に空のケースをスミソニアン協会に返還した。他に3つの無力化された爆弾が米国で展示されており、もう1つはロンドンの帝国戦争博物館にある。[34]
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、リトルボーイに関連するメディアがあります。
- Carey Sublette の NuclearWeaponArchive.org におけるリトルボーイの説明
- Nuclear Files.org 2007年3月3日アーカイブWayback Machineの「リトルボーイ」の定義と説明
- 核兵器アーカイブ
- 「リトルボーイ」のシミュレーション 「リトルボーイ」のインタラクティブシミュレーション
- 小さな男の子の3Dモデル
- 広島と長崎 リトルボーイ爆弾の準備と投下に関する情報を記憶
- イギリス、ロンドンの帝国戦争博物館にある核爆弾の少年 (jpg)
