シンマン（核爆弾）

痩せた男
「シンマン」プルトニウム銃の試験ケース
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
仕様
長さ	17フィート（5.2メートル）
直径	38インチ（97cm）
充填	プルトニウム

「シンマン」は、アメリカ合衆国がマンハッタン計画中に開発していたプルトニウム燃料の銃型核爆弾のコード名である。 原子炉で生成されたプルトニウムは、同位体プルトニウム240の濃度が高いため、自発核分裂率が銃型設計には高すぎることが判明し、1944年に開発は中止された。

1942年、アメリカ陸軍がマンハッタン計画として知られる戦時中の原子力研究の統制を引き継ぐ前に、ロバート・オッペンハイマーは6月にシカゴ、7月にカリフォルニア州バークレーで会議を開催し、物理学者たちが核爆弾の設計問題を議論した。銃型の設計が選ばれ、2つの臨界未満のプルトニウムを「弾丸」を「標的」に撃ち込むことで近づけるというものだった。^[1]リチャード・トールマンは爆縮型核兵器の代替案を提案したが、はるかに複雑であったためほとんど考慮されなかった。^[2]

オッペンハイマーは1943年初頭に選択肢を再検討し、ガン型兵器を優先したが^{[2] 、事前}爆発の脅威に対するヘッジとして、セス・ネッダーマイヤーの指揮下でロスアラモス研究所に爆縮を研究するE-5グループを創設した。爆縮型爆弾は、圧縮された核分裂性物質がより急速に反応し、したがってより完全に反応するため、爆弾内の核分裂性物質の単位質量あたりの爆発収量の点で大幅に効率的であると判断された。しかし、不確実性が最も少ないプロジェクトであったため、プルトニウムガン型爆弾に研究努力の大半が投入されることが決定された。ウランガン型爆弾は、この爆弾からより簡単に転用できると想定された。^[3]

ガン型と爆縮型の設計には、それぞれ「シンマン」と「ファットマン」というコード名が付けられた。これらのコード名は、マンハッタン計画に参加したオッペンハイマーの元教え子、ロバート・サーバーによって考案された。彼は設計形状に基づいてこれらを選んだ。シンマンは非常に長い装置で、その名前はダシール・ハメットの探偵小説『薄汚い男』と同名の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おり、『マルタの鷹』のシドニー・グリーンストリートのキャラクターにちなんで名付けられた。リトルボーイウラン銃型の設計は後から登場し、シンマンと対比するためだけに名付けられた。^[4]ロスアラモスのシンマンとファットマンのコード名は、アメリカ陸軍航空隊(USAAF) によって採用された。シルバープレートは、フランクリン・ルーズベルト大統領（シンマン）とウィンストン・チャーチル英国首相（ファットマン）の米国秘密ツアーで使用するためにプルマン車を改造するというカバーストーリーが考案されました。 ^[5]空軍関係者は、電話でコードネームを使用して、まるでルーズベルトとチャーチルのために飛行機を改造しているかのように見せかけました。^[6]

プルトニウム砲の設計に取り組むため、オッペンハイマーはロスアラモス研究所で上級エンジニアのエドウィン・マクミラン、上級物理学者のチャールズ・クリッチフィールドとジョセフ・ハーシュフェルダーを含むチームを編成した。クリッチフィールドはサボを研究していたが、オッペンハイマーは、シンマンが臨界組立てに必要な高い砲口速度を達成するにはサボが必要だと考えていた。ハーシュフェルダーは内部弾道の研究をしていた。オッペンハイマーは1943年6月まで自ら設計作業を指揮したが、その後アメリカ海軍 大佐の ウィリアム・スターリング・パーソンズが着任し、兵器工学部門を引き継ぎ、シンマン計画を直接管理した。^[7]

この4人は1943年4月から1944年8月までの間にシンマン設計のすべての要素を作成し、テストした。海軍のために近接信管を開発したパーソンズは部門を運営し、他の機関との連絡を担当した。E-6発射体、標的、およびソースグループの責任者として、クリッチフィールドは臨界質量を計算し、20 mm機関砲と3インチ砲を使用したスケールモデルによる実弾テストのシステムを確立した。これらはすぐに簡単に入手できたが、フルスケールのシンマン砲身の製造には数か月かかった。^[8]プルトニウムはまだ入手できなかったため、プルトニウムでテストを行うことはできなかった。実際、金属の実際の物理的特性は、この時点では知識に基づいた推測に過ぎなかった。^[9]

ヒルシュフェルダーはE-8室内弾道グループを率いた。彼のグループは数学的計算を行ったが、適切な火薬、点火装置、雷管を特定する必要もあった。彼のグループは選択したものを使って実物大の試験を実施した。^[10]爆弾の物理的な大きさを決めることは、爆弾を運ぶのに適した航空機を選ぶ上で重要であることがわかった。^[9] E-8グループは砲口速度を約3,000フィート/秒（910 m/s）と推定したが、これは1944年に達成可能な最高速度に近いものであった。^[11]また、砲身内の圧力は最大75,000ポンド/平方インチ（520,000 kPa）になると計算した。^[9]

兵器の設計者たちは、単に臨界質量を集めるだけで十分だと考えていたが、サーバーは設計に起爆装置も含めるべきだと提案した。ポロニウム210 -ベリリウム起爆装置が選ばれたのは、ポロニウム210の半減期は140日で備蓄が可能であり、オンタリオ州ポートホープの天然鉱石から入手できるためである。オッペンハイマーは、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X-10グラファイト・リアクター、またはそれらが利用可能になったらワシントン州のハンフォード・エンジニア・ワークスのリアクターで製造することも要求した。^[12]

「シンマン」設計は、ウラン238の照射からプルトニウムが原子炉で生成される前に提案された初期の核兵器設計である。プルトニウムはウラン235と同様に、 1つの未臨界の破片を別の破片に撃ち込む銃型の方法によって臨界質量に組み立てられると想定されていた。事前爆発または「不発」を避けるために、プルトニウムの「弾丸」は少なくとも毎秒3,000フィート（910 m/s）の速度まで加速される必要があり、さもなければ組み立てが完了する前に核分裂反応が始まり、装置が早期に爆発する。^[11]

シンマンは全長17フィート（5.2メートル）、尾部と機首の幅は38インチ（97センチメートル）、中央部は23インチ（58センチメートル）であった。この長さは、プルトニウムの「弾丸」が「標的」に到達する前に十分な速度を出すために必要であった。最終兵器モデルの重量はおよそ8,000ポンド（3,600キログラム）であった。^[13] USAAFの在庫には、改造せずにシンマンを搭載できる航空機はなく、1943年にノーマン・ラムゼイは、33フィート（10メートル）の爆弾倉を持つイギリスのアブロ・ランカスターだけがシンマンを機内に搭載できる航空機であると提案した。^[14]しかし、アメリカのボーイングB-29スーパーフォートレスは、主翼桁の下の隔壁の一部と、2つの爆弾倉の間にある酸素タンクをいくつか取り外すことで、シンマンを搭載できるように改造することができた。^[15]この改造はボーイングウィチタ生産ラインの58番目の生産機、AAFシリアル番号42-6259に対して実施されました。^[16]

ラムゼーはランカスターを提案したが、アメリカ陸軍航空隊のヘンリー・H・アーノルド中将 は、アメリカ製のB-29を希望し、その提案を拒否した。シンマンとファットマンの模擬爆弾の投下試験に先立ち、マンハッタン計画の責任者レスリー・グローブス准将は、B-29は生産されていたもののまだ数が少なかったため、試験にはランカスターの使用を提案した。^[17]アーノルドは、B-29の開発に多大な時間と資金を費やしていたため、再びその提案を拒否した。^[18]

シンマン爆弾は全長が長すぎるため、空気力学的に不安定であった。1943年8月から、この爆弾の縮小模型が、バージニア州ダルグレンの米海軍試験場でグラマン TBF アベンジャーから投下された。 ^[19]爆弾は投下後横向きに回転し、地面に当たると分解した。^[20] 1944年3月には24回の投下が実施されたが、その後、シンマンの改良のため製造は中止された。爆弾はすぐには投下されず、較正テストは失敗に終わった。1944年3月16日のこのシリーズの最後のテスト飛行では、B-29がまだ試験場へ向かう途中にシンマンが予定より早く投下され、爆弾倉のドアに落下して、テスト機に深刻な損傷を与えた。^[13]爆弾倉に爆弾を吊り下げるために使われた改造グライダー牽引フック機構は、爆弾の重量が大きかったため、4つの故障すべてを引き起こした。それらは、ランカスターで12,000ポンド（5,400kg）のトールボーイ爆弾を運ぶために使われたイギリスのタイプGシングルポイントアタッチメントとタイプFリリースに置き換えられた。^[21]

プルトニウム爆弾の実現可能性は1942年に疑問視されていた。ジェームズ・コナントは11月14日、ブリティッシュ・チューブ・アロイズ計画の責任者ウォレス・エイカーズから、ジェームズ・チャドウィックが「プルトニウムは不純物のため、兵器用の実用的な核分裂性物質ではないと結論付けた」と聞いた。^{[22]コナントは}アーネスト・ローレンスとアーサー・コンプトンに相談したが、彼らはそれぞれバークレーとシカゴの科学者がこの問題を認識していることを認めたが、すぐに解決策を提示することはできなかった。コナントはマンハッタン計画の責任者レスリー・R・グローブス・ジュニア准将に報告し、グローブスはローレンス、コンプトン、オッペンハイマー、マクミランからなる特別委員会を組織してこの問題を検討した。委員会は、より高い純度を要求することで問題を克服できると結論付けた。^[23]

1944 年 4 月、ロスアラモスのエミリオ G. セグレと彼の P-5 グループが X-10 グラファイト原子炉から生成された原子炉プルトニウムの実験を行い、プルトニウムに同位体 プルトニウム 240の形で不純物が含まれていることが示されました。これはプルトニウム 239よりもはるかに高い自発核分裂率を持っています。最初の測定が行われたサイクロトロン生成物質にはプルトニウム 240 の痕跡がはるかに少なかった。原子炉で生成されたプルトニウムにプルトニウム 240 が含まれることは避けられないように思われました。これは、原子炉プルトニウムの自発核分裂率が非常に高いため、臨界質量の形成初期に早期爆発して爆発する可能性が非常に高いことを意味していました。^[24]プルトニウムを爆発が起こりにくい速度まで加速するために必要な距離は、既存または計画中の爆撃機には長すぎる砲身を必要とする。プルトニウムを実用的な爆弾に使う唯一の方法は爆縮であり、これははるかに困難な工学的課題であった。^[25]

1944年7月17日に開催された会議で、プルトニウムを使った銃型爆弾の実現可能性はないと合意された。マンハッタン計画における銃型爆弾の研究はすべてリトルボーイ濃縮ウラン銃の設計に向けられ、ロスアラモス研究所での研究のほぼすべてがファットマン爆弾の爆縮の問題を中心に再編成された。^{[25] [26]}

• Bowen, Lee (1959). 第1巻、プロジェクト・シルバープレート1943-1946 (PDF) 。原子力計画への空軍参加の歴史、1943-1953年。ワシントンD.C.：米国空軍、航空大学歴史連絡事務所。 2014年2月22日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2013年7月28日閲覧。
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• ホッデソン、リリアン、ヘンリクセン、ポール・W、ミード、ロジャー・A、ウェストフォール、キャサリン・L (1993)。『クリティカル・アセンブリー：オッペンハイマー時代、1943-1945年のロスアラモスの技術史』ニューヨーク：ケンブリッジ大学出版局。ISBN 0-521-44132-3. OCLC  26764320.
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