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マンハッタン計画の原料調達プログラムは、ウラン鉱石を探し出して調達し、精製・加工して、テネシー州オークリッジのクリントン工兵工場にあるマンハッタン計画の同位体濃縮プラントと、ワシントン州ハンフォード工兵工場にある原子炉で使用する原料とした。濃縮プラントで得られた高濃縮ウランと原子炉で得られたプルトニウムは、原子爆弾の製造に使用された。
1942年の飼料原料プログラムの当初の目標は、約1,500メトリックトン（1,700ショートトン）の三ウラン八酸化物（U 3 O 8）（黒色酸化物）を取得することであった。1947年1月1日にマンハッタン地区が解散するまでに、約9,100メトリックトン（10,000ショートトン）が取得された。そのうち68.3％はベルギー領コンゴからのもので、コロラド高原からの13.2％、カナダからの11.1％ 。7.3%は「その他の供給源」からのもので、これにはマンハッタン計画のアルソスミッションによってヨーロッパから回収された量も含まれる。
アメリカ政府とイギリス政府は、差し迫った戦時需要を超えて、世界のウラン鉱床を可能な限り支配しようと試みた。両政府は1944年6月に合同開発信託 を設立し、マンハッタン計画の責任者であるレスリー・R・グローブス・ジュニア少将が会長に就任した。合同開発信託は国際市場でウラン鉱石とトリウム鉱石を調達した。信託資金は、通常の監査や管理の対象とならない特別口座に保管された。グローブスは1944年から1947年に信託を辞任するまでの間に、合計3,750万ドル（ 2025年換算で6億8,585万 ドルに相当）を預け入れた。1944年、合同開発信託はベルギー領コンゴから3,440,000ポンド（1,560,000キログラム）の酸化ウラン鉱石を購入した。
原料鉱石は硝酸に溶解して硝酸ウラニルを生成し、これを還元して高純度の二酸化ウランを生成した。 1942年7月までに、マリンクロット社は1日に1トンの酸化物を生産していたが、これを金属ウランに変換するのは当初はより困難であることが判明した。代替案を調査するために、アイオワ州エイムズのアイオワ州立大学に冶金研究所の分所がフランク・スペディングの下で設立された。これはエイムズ計画として知られるようになり、そこで開発された金属ウランを生産するエイムズ法は1943年に利用可能になった。金属ウランは原子炉の燃料として使用された。四塩化ウランはY-12（電磁）同位体分離プロセスで使用されるカルトロンの原料として、六フッ化ウランはK-25（気体拡散）分離プロセス用に生産された。
ウランは1789年にドイツの化学者で薬剤師のマルティン・ハインリヒ・クラプロートによって発見され、溶融ガラスの着色効果など、その有用な商業的特性も確立されました。ウランはピッチブレンド、トルベルナイト、カルノー石、オートナイトなど、さまざまな鉱石中に存在します。19世紀初頭には、他の鉱石の採掘の副産物として回収されていました。ウランを主製品として採掘し始めたのは、1850年頃にボヘミアのヨアヒムスタール、1873年にコーンウォールのサウステラス鉱山、1898年にコロラド州のパラドックスバレーでした。 [ 1 ]
1915年、当時ベルギー領コンゴであったシンコロブウェで大規模な鉱床が発見され、第一次世界大戦後、ベルギーの鉱山会社ユニオン・ミニエール・デュ・オー・カタンガによって採掘が開始された。最初のウラン鉱石は1921年12月にベルギーに到着した。[ 2 ]最もウラン含有量の多い鉱石のみが、ユニオン・ミニエール・デュ・オー・カタンガの子会社であるビラコによって、ウランの自然崩壊生成物であるラジウムの製造のためにベルギーのオーレンに輸出された。ウランは1922年から第二次世界大戦までベルギーの重要な輸出品であった。[ 3 ] [ 4 ]
鉱山から産出される鉱石の品位は高く、黒色酸化物として知られる八酸化三ウラン（U 3 O 8）が65%以上含まれており、当時ほとんどの場所では0.03%が良質とされていたため、同社は市場を支配することができた。処理する価値がないとされていた鉱山からの2,000メトリックトン（2,200ショートトン）の尾鉱でさえ、最大20%のウラン鉱石を含んでいた。 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]黒色酸化物は主に陶磁器産業の釉薬として使用され、ウランタイルやウランガラスの着色剤として年間約140メトリックトン（150ショートトン）が消費され、1941年には1キログラムあたり4.52米ドル（1ポンドあたり2.05米ドル）で販売された（ 2025年換算で1キログラムあたり99米ドルに相当）。硝酸ウラン（UO₂ (NO₃ ) ₂ ）は写真業界で使用され、1キログラムあたり5.20米ドル（1ポンドあたり2.36ドル） （ 2025年換算で1キログラムあたり114ドルに相当）で販売された。[ 8 ]ウランの市場は非常に小さく、1937年までにユニオン・ミニエールは30年分の在庫を抱えていたため、シンコロブウェでの採掘と精製作業は終了した。[ 5 ]
1938 年 12 月に化学者のオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンが核分裂を発見し、その後物理学者のリーゼ・マイトナーとオットー・フリッシュがそれを説明、検証、命名したことで、ウランが重要な新しいエネルギー源になる可能性が開かれました。[ 9 ]自然界では、ウランには 3 つの同位体があります。ウラン 238が99.28 パーセント、ウラン 235が 0.71 パーセント、ウラン 234が 0.001 パーセント未満です。[ 10 ] 1939 年 6 月にイギリスで、フリッシュとルドルフ・パイエルスはウラン 235 の臨界質量を調査し、 [ 11 ]当時の爆撃機で運搬できるほど小さいことを発見し、原子爆弾が可能になりました。 1940年3月のフリッシュ＝パイエルス覚書は、イギリスの原子爆弾計画であるチューブアロイズを開始した。 [ 12 ]
1942 年 6 月、ジェームズC. マーシャル大佐がアメリカの原子爆弾計画の陸軍部門の責任者に選ばれた。彼はニューヨーク市のブロードウェイ 270 番地に本部を設置し、ケネス ニコルズ中佐が副官となった。[ 13 ]アメリカ陸軍工兵隊は師団に分かれ、師団は地区に分かれている。[ 14 ]工兵地区は通常、本部が置かれている場所の名前が付けられるため、マーシャルの指揮はマンハッタン地区と呼ばれた。しかし、他の工兵地区とは異なり、地理的な境界はなく、マーシャルは師団技師の権限を持っていた。時が経つにつれ、プロジェクト全体が「マンハッタン」として知られるようになった。[ 13 ]レスリーR. グローブス准将は1942 年 9 月にマンハッタン計画の責任者になった。 [ 15 ]マーシャルは 1943 年 8 月 13 日にニコルズに交代するまで地区技師を務めた。[ 16 ]
グローブスが指揮を執って最初に取り組んだことの一つは、原材料、特にウラン鉱石の供給を確保することだった。[ 17 ]当時、実験目的でさえウランが不足しており、最終的にどれだけの量が必要になるかは全く分からなかった。[ 18 ]結果的に、リトルボーイ砲型核分裂兵器は、約60キログラムの高濃縮ウランを使用するが、クリントン工兵工場での同位体分離プロセスで製造するために8,300キログラムの天然ウランが必要だった。[ 19 ]ファットマン爆縮型核兵器は約6キログラムのプルトニウムを使用するが、これにはハンフォード工兵工場の原子炉で約24,000キログラムのウラン塊を照射する必要があった。[ 20 ]
当初、ストーン＆ウェブスター社が原料調達の手配を行っていたが、プロジェクトの規模が拡大するにつれて、同社はY-12電磁プラントの設計と建設に専念し、調達と精製の手配はマーシャル＆ニコルズ社が担当することになった。[ 21 ]
1942 年 10 月、マーシャルはマンハッタン地区本部に、建築家であるトーマス・T・クレンショー・ジュニア中佐を責任者とする資材課を設立した。クレンショー中佐を補佐したのは、地質学者のフィリップ・L・メリット大尉とジョン・R・ルーホフ大尉であった。ルーホフはマリンクロット社に勤務する化学技師であった。陸軍に入隊した際、ニコルズは彼をマンハッタン地区に配属させた。同地区のセントルイス地区技師として、彼はウラン金属生産に携わっていた。[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]クレンショーは 1943 年 7 月にテネシー州オークリッジのクリントン工兵工場の運営責任者となり、資材課長の後任として中佐に昇進したルーホフが就任した。[ 21 ] [ 25 ]
翌月、マンハッタン地区本部はオークリッジに移転したが、資材課とその後継部署は1954年までニューヨークに留まった。[ 25 ] [ 26 ]ニコルズは、ここは入港地、鉱石倉庫、飼料原料を供給するいくつかの企業の本社に近いため、より良い場所だと考えた。彼はこの部署をマディソンスクエア地区として再編成した。技術者地区は通常その場所にちなんで名付けられ、事務所はマディソンスクエアの近くにあった。[ 25 ]
地域技師として、ルホフは1944年までに約400人の軍人および民間人の職員を担当しており、そのうち4分の3はニューヨークにいた。調達を担当するフィールドオフィスは2つあり、ニューヨークのマーレーヒルとコロラド州グランドジャンクションのコロラドであった。飼料原料の処理を担当するフィールドオフィスは5つあり、アイオワ（アイオワ州エイムズ）、セントルイス、ウィルミントン、ビバリー、トナワンダであった。[ 25 ] [ 27 ]ルホフの後任は1944年10月にWEケリー中佐で、ケリーの後任は1946年4月にGWビーラー中佐であった。[ 21 ]
1942年の飼料原料プログラムの当初の目標は、約1,500メートルトン（1,700ショートトン）の黒色酸化物を取得することであった。1946年末にマンハッタン地区が解散するまでに、約9,100トン（10,000ショートトン）が取得された。 1947年1月1日までの飼料原料プログラムの総費用は約90,268,490米ドル（2025年換算で1,301,561,313米ドルに相当）で、そのうち27,592,360米ドル（2025年換算で397,848,112米ドルに相当）が原材料の調達、58,622,360米ドル（2025年換算で845,262,791米ドルに相当）が精製および加工業務、3,357,690米ドル（2025年換算で48,413,787米ドルに相当）が研究開発および品質管理に充てられた。[ 28 ]
原料調達計画の第一の目的は、処理工場の原料に転換するための十分なウラン含有原料を調達することであった。当初の目標は、1944年半ばまでに1,700ショートトン（1,500トン）の黒色酸化物を調達することであった。 [ 29 ]
1939 年 5 月、ユニオン ミニエールの取締役であるエドガー センジエは、ロンドンで同僚取締役のストーンヘイブン卿を訪ねた。ストーンヘイブン卿はセンジエがヘンリー ティザード卿とヘイスティングス イズメイ少将に会うよう手配した。[ 30 ] [ 31 ]外務省はユニオン ミニエールに連絡を取り、同社が英国に59 メトリック トン (65 ショート トン)のウラン鉱石精鉱を保有しており、その相場は1 ポンドあたり6/4、つまり 19,000 ポンド ( 2025 年換算で920,000 ドルに相当) であることを知った。さらに180 メトリック トン (200 ショート トン)の精製ウラン酸化物がベルギーにあった。センジエはこの備蓄をベルギーから英国に移すことを検討することに同意した。その間、英国政府はユニオン・ミニエールのロンドン代理店から1トンの鉱石を709ポンド6シリング8ペンス（2025年換算で34,334ドル相当）で購入した。[ 31 ]センジエが会議を終えて立ち去ろうとした時、ティザールは彼にこう警告した。「気をつけろ。この物資が敵国の手に渡れば、お前の国と私の国にとって大惨事になるかもしれないことを決して忘れるな。」[ 30 ] [ 17 ]
ベルギーが侵略される可能性は真剣に受け止められた。1939年9月、センジエはベルギーとコンゴとの連絡が途絶えた場合に備えて業務を遂行する権限を与えられ、ニューヨークへ出発した。出発前に、ベルギーのオーレンにある同社の精製工場のラジウムとウランをイギリスとアメリカへ輸送する手配をした。約120グラムのラジウム（180万ドル相当、2025年換算で4137 万ドル）は到着したが、3200メトリックトン（3500ショートトン）のウラン化合物は、1940年5月にベルギーがドイツ軍に占領される前に輸送されなかった。 [ 32 ] [ 33 ]
1940年8月、センジエはドイツによるベルギー領コンゴの占領を恐れ、同地のウラン鉱石備蓄の一部をユニオン・ミニエールの子会社であるアフリカン・メタルズ・コーポレーションを通じて米国へ輸送するよう命じた。約1,139メトリックトン（1,256ショートトン）のウラン鉱石がアンゴラのロビトを経由してニューヨークへ2回に分けて輸送された。最初の輸送は470メトリックトン（460ロングトン）で、9月にロビトを出発し11月にニューヨークに到着した。2回目の輸送は669メトリックトン（658ロングトン）で、10月に出発し12月に到着した。[ 34 ] [ 35 ]鉱石は、高さ86 センチメートル (34インチ)、直径64 センチメートル (25インチ)の鋼鉄製ドラム 2,006 個に保管され、 [ 36 ] 「ウラン鉱石」および「ベルギー領コンゴ産」とラベルが貼られ、アーチャー・ダニエルズ・ミッドランド社が所有するスタテンアイランドのポートリッチモンドの倉庫に保管されていた。[ 35 ] [ 37 ]
1942年3月、米国が第二次世界大戦に参戦してから数か月後、センジエは国務省、金属備蓄会社、原材料委員会、経済戦争委員会が共催する非鉄金属に関する会議に招待された。彼はトーマス・K・フィンレターとハーバート・フェイズに会ったが、彼らはコバルトにしか興味がなく、ウランには興味がないことがわかった。国務省は1945年2月のヤルタ会談までマンハッタン計画について知らされなかった。 [ 38 ] 7月9日の会議で、アメリカの原子計画を担当していた科学研究開発局（OSRD）のS-1執行委員会は、カナダのエルドラド金鉱山会社に発注した60ショートトン（54トン）を超えるウラン鉱石の追加量は当面必要ないとの見解を示した。しかし8月、ユニオン・ミニエールとエルドラドの両社の代理人であるボリス・プレゲルがセンジエの鉱石500ショートトン（450トン）を購入しようとしており、それをエルドラドに送って精製するための輸出許可を申請していたことが判明した。S-1執行委員会は、北極から採掘・輸送するために支払っていた鉱石が、実際にはスタテンアイランドから来ている可能性があることに気づいた。9月11日、 OSRDの責任者であるヴァネヴァー・ブッシュは、ウランの輸出規制を陸軍に課すよう要請した。[ 39 ]
陸軍が関与すると、事態は急速に進展し始めた。1942年9月15日、ルホフはセンジエから100ショートトン（91トン）の鉱石の放出の承認を得て、それをオンタリオ州ポートホープにあるエルドラドの精錬所に送って酸化物含有量の検査を行った。[ 40 ]ニコルズは9月18日にブロードウェイ25番地のセンジエのオフィスでセンジエと会談し、 [ 35 ] 2人は8文からなる合意に達した。ニコルズはそれを黄色のリーガルパッドに記録し、センジエにカーボンコピーを渡した。この合意に基づき、米国はスタテン島に保管されている鉱石を購入することに同意し、ベルギー領コンゴにある3,000ショートトン（2,700トン）の鉱石を優先的に購入する権利を与えられた。この鉱石は米国政府の費用で輸送、保管、精錬される。アフリカン・メタルズは鉱石中のラジウムの所有権を保持する。 9月23日の会合で、彼らは価格に合意した。1ポンドあたり1.60米ドル（1kgあたり3.5ドル） （ 2025年には1kgあたり69ドルに相当）で、そのうち1ドルはアフリカン・メタルズに、60セントはエルドラドに精製料として支払われる。[ 41 ]センジエは支払いを受け取るための特別銀行口座を開設したが、連邦準備制度理事会はこれを無視するよう指示され、監査人は疑問なく受け入れるよう指示された。[ 42 ]契約は10月19日に署名された。[ 43 ]
スタテン島の鉱石は、安全のためにニューヨーク州ロミュラスのセネカ兵器廠に移送された。一方、ベルギー領コンゴから鉱石を輸送する手配がなされた。シンコロブウェ鉱山は1937年以来閉鎖されており、荒廃して浸水していた。米国陸軍工兵隊は鉱山を復旧し、レオポルドヴィルとエリザベスヴィルの飛行場を拡張し、鉄道を改良し、コンゴ唯一の海への出口であるマタディに港を建設した。陸軍はまた、シンコロブウェに残っていた鉱石を確保した。 [ 44 ]中立国アンゴラのロビト港は安全保障上のリスクとみなされていたため、1943年1月最終週から海上輸送されたすべてのウランは、「特殊コバルト」とマークされた密封された樽に入れられ、マタディを経由した。ウランはまずシンコロブウェから列車で北へ運ばれ、カサイ川沿いの鉄道終点であるポート・フランキ（現在のイレボ）に到着した。そこから密封された樽ははしけに積み込まれ、レオポルドヴィル（現在のキンシャサ）まで輸送され、そこから列車でマタディまで運ばれた。[ 44 ]
センジエは、船団ではなく、ドイツのUボートを振り切れる16ノット（30 km/h）の貨物船で鉱石を輸送する方が安全だと考えた。これが受け入れられ、最初の250メトリックトン（250ロングトン）の貨物船が10月10日に出港し、続いて10月20日に2回目の貨物船、11月10日に3回目の貨物船が出港した。これらの貨物は、ニューヨークとマタディ間の航路を運航していたアメリカン・ウェスト・アフリカン・ラインによって管理された。 [ 44 ]マンハッタン計画用のウランも、パンアメリカン航空のクリッパー便で空輸された。ブラジルと西アフリカを結ぶ航空路は、主に当時ベルギー領コンゴであった地域からウランを入手するために、レオポルドヴィルまで延長された。[ 45 ] [ 46 ]その後、1942 年 12 月から 1943 年 5 月まで、鉱石は月410 メトリック トン (400 ロング トン)の割合で出荷された。2 回の出荷が失われ、1 回は 1942 年後半に U ボートによって、もう 1 回は 1943 年初頭に海難事故によって失われた。約180 メトリック トン (200 ショート トン)が失われた。鉱石は処理できるよりも早く到着したため、セネカに保管された。後の出荷は一時的にクリントン エンジニア ワークスに保管された。1943 年 11 月、ニュージャージー州ミドルセックスのミドルセックス サンプリング プラントが保管、サンプリング、分析のためにリースされた。鉱石は袋で受け取られ、必要に応じて精製のために送られた。[ 47 ] [ 6 ] [ 48 ] [ 49 ]
1943年8月、ウィンストン・チャーチルとフランクリン・ルーズベルトは、イギリスとアメリカの原子爆弾計画を統合するケベック協定を交渉し[ 50 ] [ 51 ]、両国の取り組みを調整するために合同政策委員会を設立した[ 52 ] 。合同政策委員会は、国際市場でウラン鉱石とトリウム鉱石を調達し、世界の供給量を可能な限り確保して、それが間違った手に渡るのを防ぐために、1944年6月13日に合同開発信託を設立した[ 53 ] 。グローブスが会長に任命され、イギリスのワシントン駐在原材料使節団の責任者であるチャールズ・ハンブロ卿と財務省代表団のフランク・リーがイギリスの受託者となり、副大臣で合同生産資源委員会のメンバーであるジョージ・ベイトマンがカナダを代表した。[ 54 ] [ 55 ] 1944年、コンバインド・デベロップメント・トラストはベルギー領コンゴから1,560,000キログラム（3,440,000ポンド）の酸化ウラン鉱石を購入した。トラストの資金は、通常の監査や管理の対象とならない特別口座に保管された。1944年から1947年末にトラストを辞任するまでの間に、グローブスは合計3,750万ドル（2025年換算で6億8,585万ドルに相当）を預金した。[ 56 ]
1943年の秋、グローブスはシンコロブウェ鉱山を再開し、その産出物を米国に販売しようと試みた。[ 57 ]センジエは、同鉱山からさらに9,100メトリックトン（10,000ショートトン）の酸化物含有鉱石が産出可能だが、生産を再開するには新しい設備、浸水した鉱山から水を汲み出すための電力、そして労働力の編成が必要であり、これには18～20か月かかると報告した。[ 58 ]鉱山の修復と排水には約35万ドルかかり、さらに銅鉱山から電力を転用するために20万ドルが必要だった。[ 59 ]ユニオン・ミニエールの株式の30%は英国の株主が保有しており、ベルギー亡命政府はロンドンにあったため、英国が交渉を主導した。[ 57 ]交渉は予想以上に長引いたが、ジョン・アンダーソン卿と駐英米国大使ジョン・ウィナントは、1944年5月にセンジエとベルギー亡命政府との間で、鉱山の再開と1,560メートルトン（1,720ショートトン）の鉱石の購入に関する合意をまとめ、契約は1944年9月25日に署名された。[ 60 ]米国、英国、ベルギー間の協定は10年間続き、ベルギーの原子力エネルギー開発に資金を提供した。[ 61 ]
戦争中、コンゴ産のウランはすべて米国に送られ、アルソス・ミッションによってヨーロッパで捕獲されたウランも同様だったが、その一部は英国の手に渡った。[ 62 ]シンコロブウェの全生産量は1956年までコンバインド・デベロップメント・トラストに委託されていたが、1946年3月には、鉱山が1947年に枯渇し、深刻なウラン不足に陥るのではないかという（実際には起こらなかった）懸念があった。[ 63 ]交渉の結果、グローブスとマンハッタン計画の英国ミッションの責任者であるジェームズ・チャドウィックは、ウラン鉱石の生産を分割することに合意し、1946年3月まではすべて米国に送られ、それ以降は均等に分配されることになった。[ 62 ] [ 63 ]対日戦勝記念日から1946年3月31日までの間に、770メトリックトン（850ショートトン）の酸化物を含む鉱石が米国と英国に届けられた。その後、新しい機械の効果が感じられるようになり生産量が増加し、4月1日から7月1日までの間に1,786メトリックトン（1,969ショートトン）の酸化物が出荷された。[ 64 ]
1946年7月31日の合同政策委員会の会合で、財政上の取り決めが調整された。それまで両国は費用を均等に分担していたが、今後はそれぞれが受け取った分だけを支払うことになった。[ 62 ]そのため、イギリスは自国の核兵器計画である高性能爆薬研究に必要なウランを、アメリカに競り勝つことなく確保し、ポンドで支払うことができた。一方、この調整は対日戦勝記念日に遡及的に適用されたため、イギリスに割り当てられたがアメリカに渡った物資の払い戻しを受け、イギリスのドル不足が緩和された。[ 62 ] [ 65 ]ユニオン・ミニエールはドルでの支払いを希望していたが、ポンドでの半額を受け入れざるを得なかった。[ 64 ]
1947年1月1日、米国原子力委員会がマンハッタン計画を引き継いだ時点で、[ 66 ]約26,974メートルトン（29,734ショートトン）のアフリカ産鉱石から約3,501メートルトン（3,859ショートトン）の黒色酸化物が抽出されており、政府はこれに対して9,113,800ドル（2025年換算で131,409,858ドル）を支払った。さらに、ワシントン事務所は鉱石中の2,852メートルトン（3,144ショートトン）の黒色酸化物を約10,267,000ドル（ 2025年換算で148,037,593ドル）で入手した。[ 67 ]精製プロセス後に残ったラジウム含有スラッジはアフリカン・メタルズ社の所有物であり、戦後同社に返還された。低品位鉱石の残渣は、低品位鉱石を精製していたリンデ・エア・プロダクツ社の工場の近くにあるオンタリオ湖兵器工場に保管されていた。1947年1月1日までに、 18,333メトリックトン（20,209ショートトン）のスラッジがそこに保管され、1,492メトリックトン（1,645ショートトン）がアフリカン・メタルズ社に返還された。[ 67 ]
ベルギー領コンゴに次いで、ウラン鉱石の次に重要な供給源はカナダでした。カナダの鉱石は、北極圏のすぐ南にあるグレートベア湖地域のエルドラド鉱山から産出されました。[ 68 ] [ 69 ]この鉱山は、ギルバート・ラビーンと彼の兄弟チャーリーが共同設立したエルドラド・ゴールド・マインズ社によって操業されました。 [ 70 ] [ 71 ]エルドラド社はまた、オンタリオ州ポートホープに北米で唯一の処理工場を設立しました。この工場を運営するために、ラビーンはピエール・キュリーの下でラジウムの精製方法を学んだフランス人化学者マルセル・ポションを雇いました。[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]鉱石はポート・ラジウムで採掘され、グレートベア川、マッケンジー川、スレーブ川を経由してアルバータ州ウォーターウェイズに輸送され、そこから鉄道でポートホープに運ばれました。[ 75 ] [ 76 ]グレートベア湖は、7月上旬から10月上旬の間しか航行できず、それ以外の期間は氷に閉ざされているが、[ 77 ]鉱山活動は年間を通して続けられ、エルドラド・ラジウム・シルバー・エクスプレスが鉱山に人員と物資を運び、鉱石を空輸して持ち帰った。[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]
ユニオン・ミニエールとの競争は激しく、ラジウムの価格は1930年の1ミリグラムあたり70カナダドル（2025年換算で1,263ドル）から1937年には1ミリグラムあたり21カナダドル（2025年換算で448ドル）まで下落した。ボリス・プレゲルはユニオン・ミニエールとカルテル協定を結び、両社は自国市場への独占的なアクセス権を得て、世界の残りの市場をユニオン・ミニエールに有利な60:40で分割した。1939年9月の戦争勃発により、苦労して獲得したヨーロッパ市場へのアクセスが遮断され、ベルギーが占領された際にユニオン・ミニエールはオーレンの精錬所を失い、ポートホープのエルドラドの製錬所を使用せざるを得なくなった。[ 81 ]エルドラドは5年間の操業に十分な在庫を確保し、1940年6月に鉱山を閉鎖した。[ 78 ] [ 82 ]
1942年6月15日、カナダ駐在英国高等弁務官のマルコム・マクドナルド、ロンドン大学のジョージ・パジェット・トムソン、チューブ・アロイズ社のマイケル・ペリンが、カナダ首相のマッケンジー・キングと会談し、原子爆弾計画について説明した。同日、3人は軍需供給大臣のC・D・ハウとカナダ国立研究評議会会長のC・J・マッケンジーと会談する会合が設けられた。英国はウラン価格が上昇していることに気付き、プレゲルが市場を独占しようとするのではないかと懸念し、エルドラドを政府の管理下に置くよう強く求めた。マッケンジーは、株式を秘密裏に購入することでこれを実現することを提案した。[ 83 ]その後、ハウはギルバート・ラビーンと会談し、ラビーンは1,000,303株を1株あたり1.25カナダドル（2025年換算で23ドル）で売却することに同意した。これはラビーンにとって良い取引だった。当時、株価は1株あたり40セントだったが、取得した株式は同社の400万株のわずか4分の1に過ぎなかった。[ 84 ]
特許権、輸出管理、科学情報の交換に関して、アメリカ、イギリス、カナダの間で複雑な交渉が続いたが、1942年6月にチャーチルとルーズベルトが第2回ワシントン会議で会談した際に買収が承認された。 [ 69 ]その後18か月間、ラビーンとカナダ帝国銀行のジョン・プロクターは北米中を駆け回り、エルドラド金鉱の株を買い集めた。[ 84 ]同社は1943年6月3日に、より正確なエルドラド鉱業精製会社に社名を変更した。[ 78 ] 1944年1月28日、ハウはカナダ下院で、エルドラドが国営企業となり、残りの株主には1株あたり1.35カナダドルで払い戻しが行われると発表した。[ 85 ] [ 86 ]多くの株主はかなり高い金額を支払っていたが、政府はこれが公正な価格だと主張した。[ 87 ]最終的な市場価格は1株あたり1.31カナダドルだった。[ 85 ]
エルドラド金鉱山の国有化後まもなく、カナダ政府は同社の過去の経営慣行と運営に関する調査を開始し、不正行為を示唆する証拠が得られた。[ 88 ]その結果、1946年2月、マルセル・ポション、財務部長カール・フレンチ、ボリス・プレゲルは、犯罪的共謀と詐欺の罪で起訴された。彼らは秘密裏に管理されている会社のネットワークを通じてエルドラドから資金を横領したとされている。[ 89 ]しかし、ポション、フレンチ、プレゲルに対する刑事訴訟は取り下げられた。この決定は、カナダ政府が潜在的に機密性の高い戦時取引の公表を避けたいという意向によるものだったと伝えられている。エルドラドとの間で合意された和解条件は機密扱いのままだった。[ 88 ]また、関連する調査により、プレゲルが米国政府の許可を得て、戦時中に230kg （500ポンド）の酸化ウランをソ連に売却するのを手助けしていたという報告も明らかになった。この取引は、カナダ産ウランの分配がマンハッタン計画だけに限られていたわけではないことを示している。[ 90 ] [ 91 ] 1943年3月、レンドリース法に基づき、 680キログラム（1,500ポンド）のウランがソ連に供給された。グローブスは、ソ連のウラン要求を拒否すれば、米国が原子爆弾の開発に関わっているというシグナルを送ることになると考えた。[ 92 ]
1941年、S-1委員会はエルドラド社に7.3トン（8ショートトン）の酸化物を発注した。 [ 93 ]この発注量は54トン（60ショートトン）に増加し、そのうち41トン（45ショートトン）は1942年にシカゴ大学の実験用原子炉の燃料として必要になると委員会は見積もった。[ 94 ] 1942年5月から、製鉄所は月14トン（15ショートトン）の出荷を開始した。7月16日、プレガーはアメリカ側が1キログラムあたり6.3カナダドル（1ポンドあたり2.85ドル）（2025年換算で1キログラムあたり115カナダドルに相当）で320トン（350ショートトン）を購入する契約を交渉した。[ 95 ]
しかもこれで終わりではなかった。12月22日、プレガーのカナダ・ラジウム・ウラン社はさらに450トン（500ショートトン）の注文を出した。これは鉱山が再開されるだけでなく、1944年末までアメリカからの注文で完全に埋まることを意味していた。[ 96 ]イギリスは今や警戒していた。彼らは自分たちのために確保されていた18トン（20ショートトン）の酸化物を、より緊急性の高いアメリカに横流しすることを許していたが、今やモントリオール研究所の原子炉用のウランが全く手に入らず、完全に締め出される事態に直面していた。この問題は1943年8月のケベック協定で解決された。[ 95 ] [ 97 ]
1939年から1940年まで鉱山監督を務めていたエド・ボルジャーは、1942年4月に鉱山の再開に向けた取り組みを主導した。彼は25人の先遣隊とカナディアン・パシフィック航空の物資とともに空路で到着した。鉱山が閉鎖された際にドックに放置されていた鉱石の一部はすぐに出荷できたが、再開は複雑だった。鉱山は水で満たされており、それを汲み出す必要があり、水は木材を腐らせていた。1つの立坑にはヘリウムが充填された。岩を解凍するために電気ヒーターが持ち込まれ、換気が減らされたが、これにより鉱山労働者は放射性ラドンガスの蓄積にさらされた。ボルジャーは最も豊かな鉱床を探し出し、最初にそれを採掘した。ある鉱脈では酸化物含有量が5％にも達したが、月間生産量は一貫して目標を下回り、1943年8月の73,000トン（80,000ショートトン）のピークから12月には16,741トン（18,454ショートトン）にまで減少した。[ 82 ] [ 98 ]
毎年、約1,100 ～ 1,300 トン (1,200 ～ 1,400 ショートトン)の貨物が水路でポート ラジウムに運ばれ、マッケンジー川沿いのノーマン ウェルズからディーゼル発電機用の石油2,300 ～ 2,700 トン (2,500 ～ 3,000 ショートトン)も運ばれた。ウォーターウェイズからの水路での物資輸送費は1 キログラムあたり 0.11 ドル (1 ポンドあたり 0.05 ドル) ( 2025 年換算で1 キログラムあたり2ドル) であったのに対し、エドモントンからの航空貨物輸送費は1 キログラムあたり 1.5 ドル (1 ポンドあたり 0.70 ドル) ( 2025 年換算で 1 キログラムあたり27ドル) であった。[ 76 ]ラビーンは、2 機の新型ロッキード モデル 18 ロードスター航空機をカナディアン パシフィックに迅速に納入するようアメリカ側に要請した。[ 82 ]米国とカナダの軍用機がポート・ラジウムからウォーターウェイズへ鉱石を輸送するために使用された。1943年には、270トン（300ショートトン）の鉱石が空輸された。[ 47 ]ラビーンはまた、カナダ軍から一部の人員を解放させることもできた。1944年までに、エルドラドの従業員数は230人に達した。[ 82 ]
1947年1月1日までに、マンハッタン地区はエルドラド社から3,755トン（4,139ショートトン）の鉱石精鉱を1,031トン（1,137ショートトン）の黒色酸化物として納入する契約を締結し、その費用は約5,082,300米ドル（2025年換算で73,280,555米ドルに相当）であった。[ 78 ]
米国では、バナジウム含有量を目的として、コロラド高原でカルノー石鉱石が採掘された。この鉱石には、約 1.75% の五酸化バナジウム( V 2 O 5 ) と 0.25% の二酸化ウラン ( UO 2 ) が含まれていた。バナジウムは鋼合金の硬化剤として戦時体制にとって重要であり、金属備蓄会社は生産量を増やすために融資や補助金を提供した。長年にわたるこの採掘活動から生じたカルノー石砂の尾鉱には、経済的に回収可能だが輸送するには非経済的な低濃度の酸化ウランが含まれていた。[ 99 ] [ 68 ]
マンハッタン地区は、供給業者であるメタルズ・リザーブ・カンパニー、バナジウム・コーポレーション・オブ・アメリカ（VCA）、およびユニオン・カーバイドの子会社であるユナイテッド・ステイツ・バナジウム・コーポレーション（USV）に、0.25%の酸化ウランを含む尾鉱を、10%から50%の酸化ウランを含む濃縮物またはスラッジに粉砕するよう手配した。[ 99 ] [ 68 ] VCAはコロラド州ナチュリタの製粉所で鉱石を濃縮し、ペンシルベニア州キャノンズバーグのビトロの処理工場に出荷した。USVはコロラド州ウラバンの製粉所で尾鉱を処理し、トナワンダのリンデの工場に納入した。マンハッタン地区はまた、コロラド州デュランゴ、ウラバン、グランドジャンクションに政府所有の製粉所を建設および運営するためにUSVと契約し、そこで尾鉱を処理することとした。[ 100 ]
1947年1月1日までに、約344,432トン（379,671ショートトン）の鉱石尾鉱が購入され、約1,224トン（1,349ショートトン）の黒色酸化物が得られた。このうち、808トン（891ショートトン）はUSVから、210トン（230ショートトン）はVCAから、122トン（135ショートトン）はMetals Reserve Companyから、24トン（26ショートトン）はVitro Manufacturing Companyから、61トン（67ショートトン）はその他の供給元からのものであった。アメリカからの調達の総費用は約2,072,330米ドル（2025年換算で29,880,466米ドルに相当）であった。[ 99 ] [ 68 ]
ウランを節約するため、戦時生産委員会は1943年1月26日にセラミックスに使用するウラン化合物の販売または購入を禁止した。8月には、写真産業におけるウランの使用は、必要不可欠な軍事および産業用途に限定された。マディソン・スクエア・エリアは入手可能な在庫をすべて買い占めた。これはウラン塩から回収可能な黒色酸化物240トン（270ショートトン）に相当し、費用は1,056,130米ドル（2025年換算で15,228,104米ドル）であった。[ 101 ]
アルソス・ミッションは、ヨーロッパで活動したマンハッタン計画の科学情報ミッションでした。ボリス・パッシュ中佐が指揮を執り、サミュエル・グーズミットが科学担当副官を務めました。連合軍の進軍に合わせて（時には連合軍より先に）移動しました。[ 102 ] 1944年9月、アントワープ解放後、ミッションはユニオン・ミニエールの本社を確保し、記録を押収しました。[ 103 ] 1,100ショートトン（1,000トン）を超える精製ウランがドイツに送られたが、約140トン（150ショートトン）がオーレンに残っていることを発見しました。[ 104 ]その後、彼らはオーレンに向かい、そこで62トン（68ショートトン）を発見したが、さらに73トン（80ショートトン）が行方不明になっていることが判明した。これは、ドイツ軍のベルギー侵攻に先立ち、1940年にフランスに輸送されていたものだった。[ 105 ]グローブスは回収したウランをイギリスに輸送し、最終的にはアメリカ合衆国に送った。[ 106 ]
アルソス調査団は、フランスに送られた貨物の回収を試みた。その一部がトゥールーズに送られたことを示す文書が発見された。[ 107 ]パッシュの指揮下にあるアルソス調査団は10月1日にトゥールーズに到着し、フランス陸軍の兵器庫を調査した。彼らはガイガーカウンターを使用して、ベルギーから送られた28トン（31ショートトン）のウランが入った樽を発見した。[ 108 ]樽は回収され、マルセイユに運ばれ、そこで米国行きの船に積み込まれた。積み込み作業中に1つの樽が水中に落ち、海軍のダイバーによって回収されなければならなかった。[ 109 ]残りの44トン（49ショートトン）は発見されなかった。[ 105 ]
1945年4月に連合軍がドイツに進軍すると、アルソス調査団はシュタットティルムを捜索し、ドイツの核開発計画に関する文書、原子炉の部品、7.3トン（8ショートトン）の酸化ウランを発見した。[ 110 ] [ 111 ]彼らは、1944年にベルギーから持ち出されたウラン鉱石がシュタットフルトのヴィルトシャフトリッヒェ・フォルシュングスゲゼルシャフト（WiFO）工場に輸送されたことを知った。[ 112 ] [ 113 ] [ 114 ]
これは4月15日にアメリカ軍によって占領されたが、ヤルタ会談でソ連に割り当てられた占領区域内であったため、パッシュ率いるアルソス使節団がマイケル・ペリンとチャールズ・ハンブロを伴って4月17日に到着し、興味深いものをすべて持ち去った。続く10日間で、ウラン鉱石、ウラン酸ナトリウム、フェロウランを積んだトラック260台分、総重量約910トン（1,000ショートトン）が回収された。ウランはヒルデスハイムに運ばれ、その大部分はイギリス空軍によってイギリスに空輸された。残りは列車でアントワープに送られ、船に積み込まれてイギリスに送られた。[ 112 ] [ 113 ] [ 114 ]
ハイガーロッホでは、ドイツの実験用原子炉[ 115 ]と、重水ドラム3本、畑に埋められていたウラン金属インゴット1.4トン（1.5ショートトン）が発見された[ 116 ] 。アルソス・ミッションは、ヨーロッパで合計436トン（481ショートトン）の黒色酸化物を様々な化合物の形で回収した[ 8 ] 。
ヨーロッパ戦争の終盤、機密技術を日本へ輸送する途中だったドイツの潜水艦U-234がアメリカ軍に降伏した。捕獲された積荷の中には、鉛製で金で内張りされた10個の容器に分けられた（おそらく自然発火性による危険を避けるため） 560キログラム（1,230ポンド）の（未濃縮）酸化ウランが含まれていた。これは、日本からの要請を受けてドイツが日本に送ろうとしていたもので（公式にはブタノール製造の触媒として使用される予定だったが、おそらく日本の小規模な核研究計画向けだったと思われる）。このウランは、降伏後に潜水艦が向かったポーツマス海軍造船所で、極秘裏にマンハッタン計画の代表者によって押収された。ウランはインディアンヘッド海軍基地に移送され、そこから不明な場所へ運ばれた。 1945年6月以降にU-234から回収されたウランの正確な処分については、これまで完全に文書化されていませんが、マンハッタン計画の元保安責任者であるジョン・ランスデール少佐は1995年に、ウランはその後クリントン工兵工場に直接送られ、兵器計画の一環として濃縮される原料に追加されたと述べています。[ 117 ] [ 118 ]
ウラン鉱石は精製され、マンハッタン計画の生産プロセスに必要な原料に加工されなければならなかった。[ 120 ]
エルドラド社のポートホープ製油所は、オンタリオ湖畔に位置し、元々は1847年に穀物ターミナルの一部として建てられた建物の中にありました。[ 121 ] 1933年1月に生産が開始された当時、[ 122 ]従業員はわずか25人でしたが、1943年には287人に増加しました。[ 123 ]マンハッタン計画の需要増加に対応するため、新しい建物が追加され、生産はバッチ式から連続式に切り替えられました。[ 121 ]その商業プロセスは、黒色酸化物を処理するように設計されていました。戦前、ポートホープの生産能力は月27トン（30ショートトン）でしたが、月140トン（150ショートトン）に増加しました。 [ 124 ]
鉱石は、重力選鉱と水選鉱によって黒色酸化物の割合が35～50%に増加した後、ポート・ラジウムから到着した。ポート・ホープでは、精鉱が粉砕され、磁石を使って鉄が除去された。その後、593 ℃（1,100 °F）に加熱され、分解によって硫化物と炭酸塩が、揮発によってヒ素とアンチモンが除去された。次に、塩（ NaCl ）で再焙焼され、塩化ウラン（UCl 4）が生成された。これを硫酸（H 2 SO 4）と炭酸ナトリウム（NaCO 3）で処理して炭酸ウラニルナトリウム（Na 4 UO 2 (CO 3 ) 3）を生成し、これを硫酸で分解した。次に、苛性ソーダ（NaOH）が加えられ、二ウラン酸ナトリウム（ソーダ塩）（Na 2 U 2 O 7）が生成された。沸騰により過剰な硫化水素（H₂S ）が除去され、水酸化アンモニウム（NH₄OH）が添加されて二ウラン酸アンモニウム（（NH₄）₂U₂O₇）が形成され、銀の除去が容易になった。二ウラン酸アンモニウムはるつぼで燃焼され、黒色酸化物が生成され、その後粉砕されて袋詰めされ出荷された。[ 125 ] [ 123 ]
純度が大きな問題だった。マンハッタン地区は不純物、特にガドリニウムのような希土類元素を嫌っていた。なぜなら、それらは中性子毒になる可能性があるからだ。しかし、より高い純度を得るには、繰り返し水酸化アンモニウム浴が必要で、時間と費用がかかる。99%の純度を目指すよりも、97%で満足し、セントルイスのマリンクロットにその問題を任せる方がましだった。 [ 126 ] 1947年1月1日までに、エルドラドはアフリカの鉱石から約1,662トン（1,832ショートトン）の黒色酸化物を生産し、平均処理コストは約1ポンドあたり0.69ドル（2025年の10ドルに相当）だった。アフリカの鉱石に加えて、ポートホープはカナダの鉱石からも768トン（847ショートトン）の黒色酸化物を生産した。[ 124 ] 1946年5月、マリンクロット社はセントルイスに新しい加工工場の建設を開始し、同年5月に完成した。[ 127 ]
カナダ産の鉱石はすべてエルドラド社で処理されたが、アフリカ産の鉱石精鉱は他の3か所でも処理された。[ 128 ]ペンシルベニア州キャノンズバーグの工場で、ビトロ・マニュファクチャリング社は高品位のアフリカ産鉱石を処理した。この工場はもともと、戦前にスタンダード・ケミカル社がカルノー石鉱石を処理するために建設したものであった。マンハッタン地区は、アフリカ産およびアメリカ産の鉱石を精製および処理するための工場を建設および運営するために、リンデ・エア・プロダクツ社と契約した。交渉された契約はコストプラス固定料金制で、料金は操業段階にのみ適用される。[ 127 ]ニューヨーク州トナワンダの工場は1943年7月に完成し、12月までに設計能力である月47トン（52ショートトン）の黒色酸化物の110%で稼働していた。その時点で、工場は低品位のアフリカ産鉱石の処理に切り替えられた。 1944年11月、マディソンスクエア地区の要請により、鉱石抽出効率を93%から95%に高めるために工程が変更されたが、これによりコストは1ポンドあたり80セントから85セントに増加した。操業は1944年12月にアメリカ産鉱石精鉱に戻されたが、1946年2月までにこれらが枯渇し、工場は再びアフリカ産鉱石の処理を再開した。[ 127 ]
化学処理工場や金属加工工場の工業プロセスでは、ウラン酸化物を抽出できるスクラップ材料が生産された。その多くは、X-10（プルトニウム）計画の原子炉用燃料棒の製造から生じたものであった。この一部を取り戻すため、デュポン社はニュージャージー州ディープウォーターに、同社の褐色酸化物工場に隣接してスクラップ回収工場を設立した。操業は1943年9月に開始され、1947年1月1日までに約891トン（982ショートトン）の黒色酸化物が回収された。これは、スクラップ材料中のウラン含有量の98%以上を占めていた。[ 129 ]
精製プロセスの次の段階は、黒色の酸化物をオレンジ色の酸化物 ( UO 3 )に変換し、次に茶色の酸化物 ( UO 2 ) に変換することでした。[ 130 ] 1942 年 4 月 17 日、[ 131 ]マンハッタン計画の冶金プロジェクトの責任者であるアーサー・コンプトン、 [ 132 ]フランク・スペディングとノーマン・ヒルベリー、[ 133 ]マリンクロット社の会長であるエドワード・マリンクロット・シニアと会談し、[ 134 ]マンハッタン計画が必要とする極めて純度の高いウラン化合物を同社が製造できるかどうかを尋ねました。硝酸ウラニル( UO 2 (NO 3 ) 2 ) はエーテル( (CH 3 CH 2 ) 2 O )に溶解することが知られており、これを使用して不純物を取り除くことができました。[ 133 ]このプロセスは商業規模では試みられたことがなかったが、1世紀前にウジェーヌ＝メルキオール・ペリゴによって実験室で実証されていた。実験室で十分に実証されていたのは、エーテルが不安定で爆発性があり、取り扱いが危険であることだった。 [ 135 ] [ 136 ]マリンクロット社は作業を引き受けることに同意した。[ 133 ] [ 137 ]パイロットプラントは、セントルイスのダウンタウンにあるマリンクロット社の25番ビルとKビルの間の路地に設置された。[ 138 ]パイロットプラントは5月16日に最初の硝酸ウラニルを生産し、サンプルはシカゴ大学、プリンストン大学、国立標準局に送られて試験された。[ 139 ] [ 137 ]
製造工程では、3,800リットル（1,000 USガロン）のステンレス鋼製タンクに入った高温の濃硝酸に黒色酸化物を加えて硝酸ウラニル溶液を生成した。これをステンレス鋼製フィルタープレスでろ過し、蒸気コイルで120 ℃（248 °F） （硝酸ウラニルの沸点）に加熱した1,100リットル（300 USガロン）のポットで濃縮した。溶融した硝酸ウラニルを80 ℃（176 °F）まで冷却し、氷水熱交換器で0 ℃（32 °F）まで冷却したエーテルにポンプで送り込んだ。精製された物質を蒸留水で洗浄し、沸騰させてエーテルを除去し、橙色の酸化物を生成した。[ 137 ] [ 139 ]これを水素雰囲気中で加熱して褐色の酸化物に還元した。[ 130 ]製造工場は2つの空きビルに設置され、溶解と濾過は51号棟で、エーテル抽出と水性再抽出は52号棟で行われた。工場は24時間稼働し、[ 137 ] [ 139 ] 7月には週6日、1日あたり1トンの褐色酸化物を生産していた。[ 130 ]
コンプトンは後に、ニコルズが彼のオフィスに立ち寄り、「ついにマリンクロット社と最初の60トンのウランを処理する契約を締結しました。これは私がこれまで経験した中で最も異例な状況でした。契約条件が合意され、署名される前日に、最後の材料が彼らの工場から出荷されました」と告げたことを回想している。[ 140 ]精製された褐塩は、エンリコ・フェルミの指揮の下で建設された実験的な未臨界原子炉で使用され、褐塩を燃料とし、黒鉛で減速された原子炉の実現可能性が実証された。[ 141 ] 1942年12月2日、最初の原子炉であるシカゴ・パイル1号機が臨界に達した。燃料はマリンクロット社の褐塩と、マリンクロット社の褐塩から製造されたウラン金属のみであった。[ 142 ]
様々な改良が工程に組み込まれた結果、工場の生産能力は設計上の月間47トン（52ショートトン）から月間150トン（165ショートトン）に増加した。同時に、褐色酸化物のコストは1キログラムあたり2.45ドルから1.54ドル（1ポンドあたり1.11ドルから0.70ドル）（2025年換算で1キログラムあたり47ドルから30ドルに相当）に下がったため、マリンクロット社は政府に332,000ドル（2025年換算で6,542,000ドルに相当）を返金した。 [ 130 ]工場は1946年5月に閉鎖された。1945年5月、マリンクロット社は新しい褐色酸化物工場を建設することを決定した。建設は1945年6月15日に開始され、1946年6月15日に完了した。[ 130 ]
他の褐色酸化物工場は、リンデ社がトナワンダで操業し[ 143 ] 、デュポン社がニュージャージー州ディープウォーターで操業し[ 144 ]、マリンクロット社が考案した製法を使用していたが、オレンジ色酸化物も出荷していたのはマリンクロット社だけであった[ 130 ] 。ディープウォーターでの生産は1943年6月に開始され、1947年1月1日までに1,790トン（1,970ショートトン）の褐色酸化物を生産した[ 145 ] 。ディープウォーターの原料の多くは回収されたスクラップ材料であった。これはウラニル過酸化物（UO4 ）に変換され、黒色酸化物のように褐色酸化物製造工程に投入することができた。[ 146 ]トナワンダでの生産は1943年8月に開始され、1944年初頭に閉鎖されるまでに270トン（300ショートトン）の褐色酸化物を生産した。マリンクロット社は既にマンハッタン計画の150トン（160ショートトン）の要求に対し、月100トン（110ショートトン）の褐色酸化物を生産しており、ユニオン・カーバイド社はK-25（気体拡散）同位体分離プロジェクト用のニッケル化合物生産にこの施設を利用したいと考えていた。[ 145 ]
ウラン金属の製造工程には、緑色の塩（UF₄ ）が必要でした。マンハッタン地区が調達の責任を引き継ぐ前に、OSRDはデュポン社とハーショー化学会社と、緑色の塩を製造するための新しいプロセスの開発と少量生産に関する取り決めを交わしていました。過去に使用されていたプロセスは高価で複雑であり、大規模生産には適していませんでした。彼らが考案したプロセスは、褐色の酸化物をフッ化水素酸（HF）雰囲気中で高温に加熱するというものでした。このプロセスは、わずかな違いはあるものの、すべての工場で採用されました。[ 147 ]デュポンは1942年7月に新プロセスのパイロットプラントを建設した。生産プラントが順調に稼働し始めると、それ以上の研究開発は考えられなくなり、パイロットプラントは不要になったため、1943年10月19日に閉鎖された。デュポンは本格的なプラントを建設し、1943年2月に稼働を開始した。生産能力が褐色酸化物の供給を上回った1944年半ばまで稼働した。デュポンのプラントで生産された緑色の塩は他のプラントで生産されたものよりも高価だったため、閉鎖された。[ 148 ]
マリンクロットは、セントルイスにある自社の敷地に隣接する建物をサッシュ＆ドア社から借りて、グリーンソルト工場を設立した。ここでは、鋼鉄製のレトルト内にグラファイト製の箱を使用するプロセスが採用された。生産は1943年4月に開始された。リンデは、コストプラス固定料金契約の下でグリーンソルト工場を建設し、運営した。生産は1943年10月に開始され、1946年7月1日まで続いた。[ 149 ] [ 150 ]ハーショーもオハイオ州クリーブランドでグリーンソルト工場を運営していた。[ 151 ] [ 152 ]ハーショーにもパイロットプラントがあり、1943年初頭に月産25ショートトン（23トン）に生産能力が拡張された。当初のプロセスでは、マグネシウムで裏打ちされた鋼管内にマグネシウム製のトレイを使用していたが、後にニッケル製のトレイと鋼管に変更された。 1947年1月1日までに、 1,640ショートトン（1,490トン）のグリーンソルトが生産された。最後のバッチは1944年7月21日に生産された。この時点で工場は生産を続けていたが、その生産物はすべて六フッ化ウラン（UF6 ）の生産に使われた。[ 148 ]
S -50（熱）およびK-25（気体）同位体分離プラントでは、ガス拡散プロセスで使用できるほど揮発性の高いウラン化合物はこれしか知られていなかったため、これを原料として使用した。 [ 153 ]ハーショーは、デュポンとの競争入札に勝利した後、六フッ化物製造のための大規模プラントを建設し、運営した。六フッ化物は、緑色の塩とフッ素の反応によって製造された。支払いは単価ベースで行われ、契約では当初、1944年中にプラントが週5.0メトリックトン（5.5ショートトン）のペースで79.4メトリックトン（87.5ショートトン）を生産することになっていた。1945年1月1日までに、1,465メトリックトン（1,615ショートトン）が納入された。[ 154 ]ハーショー社はまた、オレンジ酸化物のフッ素化により、マンハッタン地区向けに2.3メトリックトン（2.5ショートトン）のオキシフッ化ウラン（UO2F2）を生産した。この物質は特に取り扱いが難しく不快であったが、ハーショー社は1キログラムあたり1.06ドル（1ポンドあたり0.48ドル）を請求し、これは同社の緑色塩と同じ価格であった。[ 155 ]
マリンクロット社製のオレンジ色の酸化物はクリントン工兵工場に送られ、そこで電磁（Y-12）計画のカルトロンで使用される四塩化ウラン（UCl 4）に変換された。 [ 146 ]当初は、カリフォルニア大学バークレー校のウェンデル・ミッチェル・ラティマーが考案したプロセスが採用された。このプロセスでは、まず水素を使用してオレンジ色の酸化物を茶色の酸化物に還元し、次にそれを400 ℃（752 °F）で四塩化炭素（CCl 4 ）と反応させて四塩化ウランを生成する。[ 156 ]
ブラウン大学のチャールズ・A・クラウスは、大規模生産により適した別の方法を開発した。それは、高温高圧下で酸化ウランと四塩化炭素を反応させて五塩化ウラン（UCl 5）とホスゲン（COCl 2）を生成するものであった。四塩化ウランは吸湿性があるため、その取り扱いは五酸化リン（P 4 O 10 ）で乾燥させたグローブボックス内で行う必要があり、ホスゲンは致死性の毒ガスであったため、化学者は取り扱う際にガスマスクを着用しなければならなかった。オークリッジでの死亡事故の1件は、ホスゲンへの曝露が原因であった。[ 156 ]
1944 年 10 月 18 日、Y-12 から、可能な限り早く36 メトリック トン (40 ショート トン)の四塩化ウランを緊急に要求する要請が届いた。ハーショーは研究所で四塩化ウランを製造していたため、同社に発注した。大規模生産はわずか 3 週間後の 11 月 7 日に開始され、1945 年 1 月 1 日に注文が完了した。その後、さらに29 メトリック トン (32 ショート トン)の追加注文が出された。[ 145 ] 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 原料がS-50 液体熱拡散プラントから到着し始めた。S-50 から Y-12 への製品の出荷は 4 月に中止され、代わりに S-50 製品は K-25 ガス拡散プロセスに供給された。[ 157 ] 1945 年 3 月、Y-12 は K-25 から 5 パーセントに濃縮された原料の受け入れを開始した。[ 158 ] S-50 および K-25 プラントの生産物は六フッ化ウラン ( UF 6 )の形であった。これはオレンジ色の酸化物に還元され、その後、通常のプロセスを経て四塩化ウランに変換された。[ 159 ]
戦前、商業的に入手可能な唯一のウラン金属は、ウェスティングハウス電気製造会社が光化学プロセスを使用して製造したものであった。ニュージャージー州ブルームフィールドにあるウェスティングハウス工場の屋上にある大きな槽で、褐色の酸化物がフッ化カリウムと反応した。[ 160 ]これにより、25セント硬貨ほどの大きさのインゴットが作られ、1グラムあたり約20ドルで販売された。ウランの製造を担当する冶金研究所のグループの責任者であるエドワード・クロイツは、実験用にオレンジほどの大きさの金属球を欲しがっていた。ウェスティングハウスのプロセスでは、これには20万ドル（2025年の3,940,937ドルに相当）の費用がかかり、製造に1年かかっただろう。[ 161 ]
水素化物または「ハイドラメット」法は、還元剤として水素化カルシウム（CaH 2）を使用するメタルハイドリデス社のピーター・P・アレクサンダーによって開発されました。[ 162 ] [ 163 ] [ 164 ]この方法により、マサチューセッツ州ビバリーにあるメタルハイドリデス工場[ 165 ]は、数ポンドのウラン金属を製造することに成功しました。残念ながら、使用された水素化カルシウムには、中性子毒であるホウ素が許容できない量含まれていたため、この金属は原子炉での使用には適しませんでした。国立標準局とユニオンカーバイドのクレメント・J・ロデンが十分に純粋な水素化カルシウムを製造する方法を見つけるまでには、数か月かかりました。[ 160 ] [ 166 ]メタルハイドリデス社は、1943年8月31日に操業が停止されるまでに37メトリックトン（41ショートトン）の金属を生産することに成功した。その後、スクラップウラン金属の再処理を開始し、1キログラムあたり0.73ドル（1ポンドあたり0.33ドル）のコストで990メトリックトン（1,090ショートトン）を生産した。[ 167 ]
アイオワ州立大学のエイムズ計画で、フランク・スペディングは塩からウラン金属を製造し、酸素の問題を回避できるかどうか疑問に思っていた。同僚のウェイン・H・ケラー[ 168 ]は、現在エイムズ法として知られる方法を調査した。この方法はもともと1926年にニューハンプシャー大学のJC・ゴギンズらが開発したものである[ 169 ] [ 170 ]。この方法では、四フッ化ウランとカルシウム金属を酸化カルシウムで裏打ちされた鋼鉄製の圧力容器（「爆弾」として知られる）で混合し、加熱した[ 171 ] 。ケラーは1942年8月3日にゴギンズの結果を再現し、20グラム（0.71オンス）の非常に純度の高いウラン金属のボタンを作成した。その後、このプロセスはスケールアップされた。 9月までに、腐食を防ぐために石灰で内張りされた長さ38センチメートル（15インチ）の10センチメートル（4インチ）の鋼管で爆弾が準備され、最大3キログラム（6.6ポンド）の四フッ化ウランが含まれていた。CFグレイはこれらのインゴットを受け取り、10.98ポンド（4,980グラム）、12.7×5.1センチメートル（5×2インチ）の純ウランのビレットに鋳造した。[ 172 ]
エイムズのパイロットプラントは、1945年4月1日に操業を停止するまで、1ポンドあたり平均1.56ドルのコストで882メトリックトン（972ショートトン）の金属を生産した。その後、エイムズはウラン金属切削屑の再処理のためのパイロットプラントを建設し、1944年4月26日から1945年12月31日までの間に、1ポンドあたり平均80セントのコストで289メトリックトン（319ショートトン）の金属を生産した。 [ 173 ]
マリンクロット社は、エイムズ法を用いて、グリーンソルト工場が入っている建物の2階にウラン金属工場を設立した。生産は1943年7月に開始され、 1947年1月1日までに1,237メトリックトン（1,364ショートトン）の金属が生産された。最初の82メトリックトン（90ショートトン）の契約単価は1ポンドあたり4.17ドルであったが、マリンクロット社はそれよりも大幅に低い価格で生産できることを発見し、1ポンドあたり2.20ドルを政府に自主的に返金した。1947年1月1日までに、価格は1ポンドあたり0.71ドルまで下落した。[ 175 ]
ニューヨーク州ナイアガラフォールズのエレクトロ・メタラージカル社（ユニオン・カーバイド社の一部門）は、コストプラス固定料金契約に基づき、自社の敷地内にエイムズ法によるウラン金属工場を建設した。同工場は1943年4月から1946年7月まで操業し、1,395メトリックトン（1,538ショートトン）の金属を1ポンドあたり平均0.67ドルのコストで生産した。[ 176 ]デュポン社はディープウォーターに工場を建設したが、操業中に様々な困難に直面し、 1944年8月にマンハッタン計画により閉鎖されるまでに、210メトリックトン（232ショートトン）の金属を1ポンドあたり平均1.72ドルのコストで生産したに過ぎなかった。[ 176 ]ウェスティングハウス社は、1943年10月15日に契約が終了するまでに、ブルームフィールドで63メトリックトン（69ショートトン）の金属を生産した。 [ 177 ]
ロスアラモス研究所は、アイオワ爆弾プロセスの改良版と電気分解プロセスの両方を使用して、濃縮原料から非常に純度の高い高濃縮ウラン金属を製造した。[ 178 ]約60kgの高濃縮ウランが、1945年8月の広島への原爆投下で使用されたリトルボーイ原子爆弾の核分裂性成分となった。 [ 179 ] [ 180 ]
ベリリウムはマンハッタン計画で中性子反射材として[ 181 ]、変調中性子起爆装置の構成要素として[ 182 ]使用されました。米国で商業的にベリリウムを生産していたのは、オハイオ州ロレインのBrush Beryllium社のみでした[ 183 ] 。エイムズ計画は1943年12月に、金属マグネシウムと硫黄ブースターを用いた爆弾内でフッ化ベリリウム（BeF 2）を還元する製造プロセスに取り組み始めました。ベリリウムを扱う上での主な難点は、その高い毒性でした。有毒なベリリウム粉塵が発生する可能性を最小限に抑えるため、密閉爆弾が使用されました。このプロセスは機能しましたが、硫化マグネシウム（MgS ）によって発生する高温高圧のため、爆発の危険性がありました。代替案として、金属カルシウムと塩化鉛（PbCl 2 ）ブースターを用いた爆弾内でフッ化ベリリウムを使用する方法が開発されました。その後、金属は真空中で鋳造されました。[ 184 ]
中性子吸収特性のため、ホウ素10はロスアラモス研究所で複数の用途が見つかり、[ 185 ]天然のホウ素とホウ素10同位体で濃縮されたホウ素の両方の需要が高まりました。[ 186 ]これにより、ニューヨーク市のコロンビア大学にあるマンハッタン計画のSAM研究所で2つの研究が行われました。1つはホウ素化合物を還元する方法の開発を目的としたもので、もう1つは同位体分別プロセスを使用してホウ素同位体を分離することを目的としたものでした。ハーショーは、純度97%以上の三フッ化ホウ素（BF3 ）を供給する契約を獲得しました。1946年3月1日までに合計41,930キログラム（92,450ポンド）が72,770ドル（ 2025年換算で1,201,450ドル）で供給されました。[ 187 ]
同位体分離の研究が十分に進展すると、石油業界では分留が一般的な手法であったため、インディアナのスタンダード石油会社に契約が与えられた。三フッ化ホウ素とジメチルエーテルはどちらも室温では気体であったが、それらの複合体は液体であった。アメリカン・シアナミド社は、三フッ化ホウ素／ジメチルエーテル複合体の処理契約を獲得した。スケジュールでは、できるだけ早く1キログラムのホウ素を生産し、1944年9月15日までに5キログラム、その後は毎月5キログラムを生産することになっていた。コネチカット州スタンフォードの工場は1944年7月7日に稼働準備が整った。[ 188 ]生産は1946年6月30日に終了したが、その時点でシアナミド社は結晶性ホウ素10を229キログラム（504ポンド）、ホウ素10同位体で濃縮されたフッ化カルシウム-三フッ化ホウ素複合体を390キログラム（850ポンド） 、ホウ素11同位体で濃縮されたフッ化カルシウム-三フッ化ホウ素複合体を110キログラム（242ポンド）納入していた。[ 187 ]
マンハッタン計画の原子炉では、中性子減速材として黒鉛が選ばれた。重水は優れた減速材ではあったが、必要な量がまだ入手できず、製造にも時間がかかりすぎたためである。[ 189 ]当初、黒鉛の調達は問題にならないと思われた。米国では毎年数百トンが生産されていたからである。問題は純度だった。[ 190 ] 1941年にコロンビア大学が入手した黒鉛は、ミシガン州サギノーのUSグラファイト社で製造されたものであった。市販品としては高純度であったが、中性子毒であるホウ素が2ppm含まれていた。[ 191 ]
国立標準局の科学者たちは、市販の黒鉛に含まれるホウ素は、その製造に使用された鋳造用コークスに由来し、石油由来のコークスの15倍のホウ素を含んでいることを発見した。石油コークスを代替し、製造工程の一部を変更することで、ニューヨークのナショナル・カーボン社とペンシルベニア州セントメアリーズのスピアー・カーボン社は、中性子の吸収量が20%少ない黒鉛を製造することができ、これは冶金研究所の厳しい基準を満たすのに十分であった。[ 192 ] [ 193 ] [ 194 ] [ 195 ]マンハッタン計画では、約6,400トン（7,000ショートトン）の黒鉛が使用された。[ 196 ]
ポロニウムは、最初の原子爆弾用に開発された変調中性子起爆装置の強力なアルファ粒子放出体として選ばれました。製造はオハイオ州デイトンのデイトン計画によって行われました。[ 197 ] [ 198 ] [ 199 ]ポロニウムはさまざまな鉱石に自然に存在し、ポートホープの精製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渣には、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ました。[ 200 ] [ 201 ] (ポロニウム1キュリーは約0.2ミリグラム(0.0031 gr)である。[ 202 ] ) 約32メトリックトン(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 TBq) (8 mg)のポロニウムが生成された。[ 203 ]二酸化鉛はカナダ政府が入手していたため、マンハッタン計画では購入されなかった。1945年6月、鉛は炭酸鉛スラリーとして沈殿し、乾燥してカナダに返送するためにマディソンスクエアエリアに輸送された。[ 204 ]
ポロニウムは、原子炉内でビスマスに中性子を照射することによっても製造できた。 [ 203 ]ビスマスは、アメリカン・スメルティング・アンド・リファイニング社から最高純度のものを購入した。それをハンフォード工兵工場に送り、そこで缶詰にし、原子炉内に100日間置いた。照射されたビスマスの塊はデイトンに送られ、そこで塩酸に浸してアルミニウムの缶詰を溶解した。これにより塩化アルミニウム溶液が生成されたが、アルミニウム中の鉄不純物のために放射能が非常に高かったため廃棄された。ビスマスの塊はその後、 1000 対 1 の濃度になるまで王水に繰り返し溶解され、ポロニウムは白金箔に電気めっきされた。このプロセスの主な問題は、王水のためガラス張りの容器が必要であり、放射性物質を安全に取り扱うための仕組みが必要だったことである。 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 TBq） （2.6 g）のポロニウムを含む物質を出荷していた。 [ 205 ]
トリウムが統合開発信託の管轄下に追加されたのは、グレン・T・シーボーグが中性子照射下でトリウムがウランの核分裂性同位体であるウラン233に変換できることを発見したためである。これは原子爆弾へのもう一つの可能性のある経路であり、特にウランからプルトニウムを分離するよりもウランからウラン233を分離する方が簡単であることが判明した場合であった。ウラン233の生産にはハンフォード原子炉の完全な再設計が必要であったため、それ以上追求されなかったが、1944年4月に冶金研究所のソーフィン・R・ログネスは、トリウムを含む原子炉は、トリウムを追加する以外に何も追加することなく、反応を維持するのに十分なウラン233を生成できると計算した。[ 206 ] [ 207 ]
そのため、トリウムは（誤って）希少であると考えられていたウランの代替品として提供された。コンゴ、カナダ、アメリカの資源を支配することで、コンバインド・デベロップメント・トラストは世界の既知のウラン埋蔵量の90パーセントを支配したが、世界のトリウム供給を同様に支配することは非現実的であった。それでも、コンバインド・デベロップメント・トラストはその大部分を確保しようとした。[ 208 ]
マンハッタン計画は鉱物の入手可能性に依存していたため、鉱物資源の供給源を見つけることが重要でした。マレーヒル地区は、鉱物資源の探査と開発を行うために1943年6月15日に設立されました。シェル石油会社の元地質学者であるポール・L・グアリン少佐が1946年3月まで指揮を執り、その後、アーサー・W・オーバーベック中佐が地区技師として後任となりました。その1か月後、マレーヒル地区はマディソンスクエア地区に吸収され、消滅しました。[ 210 ] [ 211 ]
ユニオン・カーバイドの子会社であるユニオン・マインズ・デベロップメント社が支援を請け負った。同社は世界のウランとトリウムの埋蔵量を調査するために、67,000冊の本（その半分は外国語）を参照し、56件の地質報告書を作成した。ガイガーカウンターを装備した現地調査隊が、米国地質調査所とカナダ地質調査所の支援を受けて、20か国と米国の36か国に派遣された。コロラド高原地域だけでも約45件の報告書が作成された。[ 212 ]
採取されたサンプルは、ナイアガラフォールズにあるユニオンカーバイドの研究所で分析され、その後トナワンダにあるリンデの研究所で分析された。コロラド高原の4つの鉱区が27万6000米ドル（2025年換算で398万ドル）で取得された。カナダのグレートベア湖地域のオプションもいくつか取得されたが、1943年9月15日にカナダ政府はユーコン準州とノースウエスト準州における放射性鉱物の新たな発見をすべて留保し、民間による採掘権の取得を禁止したため、これらの鉱物権はカナダ政府に移管された。[ 212 ] [ 213 ]
結論として、ウランの最良の供給源はベルギー領コンゴであり、次いでカナダ、米国、スウェーデンであった。調査では、チェコスロバキア、ポルトガル、南アフリカは「良好」、オーストラリア、ブラジル、マダガスカル、英国は「不良」と評価された。トリウムについては、最良の供給源はブラジルとインドであり、インドネシア、マレーシア、タイ、韓国、米国は「良好」とみなされた。[ 212 ]
