チューブ合金

チューブアロイは、第二次世界大戦中にカナダの参加を得て英国が核兵器開発を認可した研究開発プログラムである。米国のマンハッタン計画より前から始まっていたこの英国の取り組みは機密扱いで、政府の最高機関の間でも暗号で呼ばれる必要があった。

核兵器の可能性は戦争初期に認識されていた。バーミンガム大学では、ルドルフ・パイエルスとオットー・ロバート・フリッシュが共同で覚書を執筆し、少量の純粋なウラン235を使用すれば、 TNT火薬数千トン相当の爆弾の連鎖反応を起こすことができると説明した。これがMAUD委員会の結成につながり、同委員会は核兵器開発への総力を挙げた取り組みを呼びかけた。プロジェクトを監督したウォレス・エイカーズは、意図的に誤解を招くコード名「チューブアロイ」を選んだ。彼のチューブアロイ局は科学産業研究局の一部であった。

英国とカナダのチューブアロイ計画は、初の核兵器プロジェクトだった。敵国の爆撃範囲内で戦争を戦う英国にとってのコストが高かったため、チューブアロイは最終的に米国とのケベック協定によってマンハッタン計画に組み入れられた。協定では、両国は核兵器技術を共有し、相互の同意なしに核兵器を互いに使用したり、他国に対して使用したりしないことになっていた。しかし、米国はマンハッタン計画の結果の詳細を英国に完全に提供しなかった。ソ連は、英国と米国の両プロジェクトに潜入していた核スパイを通じて貴重な情報を入手した。

戦争が終わると、米国は1946年の原子力法に基づき協力関係を終了した。これをきっかけに英国は独自のプロジェクトである高性能爆薬研究を再開した。生産施設が設立され、英国の科学者たちは独立した英国のプログラムの支援の下で研究を続けた。1952年、英国は「ハリケーン作戦」というコードネームで核実験を実施し、世界第3位の核兵器国となった。1958年、スプートニク危機と英国の二段階熱核爆弾の実証を受けて、英国と米国は米英相互防衛協定に署名し、英国と米国 の核特別関係が再開された。

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た。 ^{[1] [2]} 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、加速された陽子を使ってリチウム原子を分裂させた。^{[3] [4] [5]}エンリコ・フェルミとローマの彼のチームは、遅い中性子で元素を衝突させ、より重い元素と同位体を生成させる実験を行った。^[6]その後、1938年12月、ベルリン・ダーレムのハーン研究所のオットー・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衝突させ、 ^[7]バリウムが生成され、ウランの原子核が分裂したことを発見した。 ^[6]ハーンは同僚のリーゼ・マイトナーに手紙を書き、マイトナーは甥のオットー・ロバート・フリッシュとともに理論的根拠を導き出し、1939年にネイチャー誌^{に発表した。 [8] [9]}この現象は新しいタイプの核崩壊であり、これまでに見られたものよりも強力だった。フリッシュとマイトナーは、崩​​壊ごとに放出されるエネルギーは約2億電子ボルトであると計算した。生物細胞の分裂との類推から、彼らはこのプロセスを「核分裂」と名付けた。^[10]

これに続いて、パリのコレージュ・ド・フランスの科学者グループが研究を進めた。フレデリック・ジョリオ＝キュリー、ハンス・フォン・ハルバン、リュー・コワルスキー、フランシス・ペランである。1939年2月、パリ・グループは、ウランで核分裂が起こると、2個または3個の余分な中性子が放出されることを示した。この重要な観察は、自立した核連鎖反応が可能かもしれないことを示唆した。^{[11] 「}原子爆弾」という用語は、 HGウェルズの1913年の小説「自由になった世界」を通じて、英国民にはすでに知られていた。^[12]多くの科学者にとって、少なくとも理論的には、極めて強力な爆発物を作ることができることはすぐに明らかになったが、ほとんどの人は依然として原子爆弾は不可能だと考えていた。^[13]ペリンは、連鎖反応を維持できる最小のウラン量を臨界質量と定義した。 ^[14]ウランの核分裂を引き起こすために使用される中性子は低速中性子と見なされますが、核分裂反応中に中性子が放出されると、はるかに速度とエネルギーの高い高速中性子として放出されます。したがって、持続的な連鎖反応を起こすためには、高速中性子を封じ込めて減速させ、使用可能なエネルギーレベルに達するまで減速させる中性子減速体が必要でした。 ^[15]コレージュ・ド・フランスは、水とグラファイトの両方が許容できる減速体として使用できることを発見しました。^[16]

1940年初頭、パリ・グループは理論的な根拠に基づき、重水が理想的な減速材であると決定した。彼らはフランス軍需大臣に対し、唯一の供給源であるノルウェーのヴェモルクにある大規模なノルスク・ハイドロ 水力発電所から、できる限り多くの重水を入手するよう要請した。フランスは、ドイツがすでにノルウェーの重水の全在庫を購入すると申し出ており、ドイツも原子爆弾を研究している可能性があることを知った。フランスはノルウェー政府に、重水の軍事的重要性の可能性について伝えた。^[17]ノルウェーは在庫187リットル（41英ガロン、49米ガロン）すべてを第2原子力局のエージェントに渡し、エージェントは1940年4月にドイツがノルウェーに侵攻する直前に密かにフランスに持ち込んだ。 1940年6月19日、ドイツのフランス侵攻後、重水はサフォーク伯爵とアルデール・ヴォーティエ・ゴールディング少佐の乗る蒸気船ブルームパーク号でイギリスに出荷された。^[18] 22,000ポンド相当の重水^{[19]は、当初は}HM刑務所ワームウッド・スクラブスに保管され、後にウィンザー城の図書館に秘密裏に保管された。^{[20] [21]パリ・グループは、ジョリオ＝キュリーを除いてケンブリッジに移った。ジョリオ＝キュリーはフランスに留まり、}フランスレジスタンス運動で活動した。^[22]

英国では、多くの科学者が原子爆弾が実用的かどうかを検討した。リバプール大学では、チャドウィックとポーランド難民の科学者ジョセフ・ロートブラットがこの問題に取り組んだが、彼らの計算は決定的なものにはならなかった。^[23]ケンブリッジでは、ノーベル物理学賞受賞者のジョージ・パジェット・トムソンとウィリアム・ローレンス・ブラッグが、政府にウラン鉱石を獲得するための緊急措置を講じるよう求めていた。ウラン鉱石の主な産地はベルギー領コンゴであり、彼らはそれがドイツの手に渡ることを懸念していた。どのように対処すべきか分からなかった彼らは、ケンブリッジ大学コーパスクリスティ・カレッジの学長であるウィリアム・スペンス卿に相談した。 1939年4月、彼は地元の国会議員であるケネス・ピックソーン卿に近づき、ピックソーンは彼らの懸念を帝国防衛委員会の事務局長であるヘイスティングス・イスメイ少将に伝えた。イスメイは次にヘンリー・ティザード卿に意見を求めた。多くの科学者と同様に、ティザードは原子爆弾が開発される可能性に懐疑的で、成功の確率を10万分の1と見積もっていた。^[24]

そのような大きな可能性があったとしても、危険は真剣に受け止めるに十分なほど大きかった。防衛調整大臣のチャートフィールド卿は財務省と外務省に確認し、ベルギー領コンゴのウランはユニオン・ミニエール・デュ・オー・カタンガ社が所有していることを突き止めた。同社の英国人副社長ストーンヘイブン卿は、同社の社長エドガー・サンジエとの会談を手配した。ユニオン・ミニエール社の経営陣は英国に友好的だったため、ウランを直ちに入手する価値はないと考えられたが、ティザードの防空科学調査委員会は原子爆弾の実現可能性に関する研究を継続するよう指示された。^[24]インペリアル・カレッジ・ロンドンの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、それぞれウランに関する一連の実験を行う任務を与えられた。 1940年2月までにトムソンのチームは天然ウランの連鎖反応を起こすことに失敗し、彼はそれを追求する価値がないと判断した。^[25]

バーミンガムでは、オリファントのチームは別の結論に達していた。オリファントは、この作業を2人のドイツ人難民科学者、ルドルフ・パイエルスとオットー・フリッシュに委託していたが、彼らは敵国人であり、必要なセキュリティ許可がなかったため、オリファントのレーダープロジェクトには参加できなかった。 ^[26]フランシス・ペランは、ウランの臨界質量を約40トン（39長トン、44ショートトン）と計算した。彼は、ウランの周りに中性子反射体を設置すれば、臨界質量は12トン（12長トン、13ショートトン）まで減る可能性があると計算した。パイエルスは、核分裂によって生成される高速中性子を使用することで問題を単純化しようとし、減速材の考慮を省略した。彼もまた、1939年に書かれた理論論文で、ウラン球の臨界質量を「トン単位」と計算した。^[27]

パイエルスは、連鎖反応を起こすための臨界質量の大きさの重要性とその実用的意義を理解していた。臨界質量球の内部では、核分裂性物質によって中性子が自発的に生成される。これらの中性子のごく一部は他の原子核と衝突し、大部分は球の表面から逃げ出す。パイエルスは、生成される中性子の数と逃げ出す中性子の数が等しくなるシステムの平衡を計算した。^[28]

ニールス・ボーアは、天然ウランの約0.7％を占めるのみの希少なウラン235同位体が^[29]高速中性子による核分裂の主な原因であると理論づけていたが、この理論はまだ広く受け入れられてはいなかった。^[30]フリッシュとパイエルスは、ウランの核分裂に必要な臨界質量の当初の見積もりを、それまでの想定よりも大幅に小さいものに修正することができた。彼らは、半径2.1センチメートル（0.83インチ）のウラン235の金属球で十分であると見積もった。この量は、ウラン235約1キログラム（2.2ポンド）に相当した。^{[31]これらの結果から}フリッシュ・パイエルス覚書が生まれ、これがイギリスの核兵器計画の発展の第一歩となった。これは、ウラン濃縮と原子爆弾開発に向けた積極的なアプローチの始まりとなった。彼らはウラン同位体をうまく分離できるプロセスの調査を開始しました。^[32]

オリファントは航空戦科学調査委員会（CSSAW）の委員長として、その調査結果をティザードに持ち込んだ。ティザードはそれを、CSSAWがウラン研究の責任を委任していたトムソンに渡した。^[33]コッククロフト、オリファント、トムソンの協議の後、CSSAWはさらなる調査を行うためにMAUD委員会を設立した。^[34]

MAUD委員会は1940年6月に設立された。この委員会はもともと航空防衛の科学的調査委員会の一部であったが、後に航空機生産省から独立した。^[35]委員会は当初委員長のトムソンにちなんで名付けられたが、すぐにもっと控えめな名前であるMAUD委員会に変更された。^[36] MAUDという名前は珍しい方法で付けられた。ドイツがデンマークに侵攻した直後、ボーアはフリッシュに電報を送った。電報は奇妙な一文で終わっていた。「コッククロフトとモード・レイ・ケントに伝えよ」。^{[37]最初は、}アナグラムに隠されたラジウムまたはその他の重要な核兵器関連の情報に関する暗号だと考えられていた。1つの提案は、yをiに置き換えて「ラジウムを奪取」にすることだった。^[38]ボーアが1943年にイギ​​リスに戻ったとき、メッセージはボーアの家政婦モード・レイとコッククロフトに宛てられたものであることが発覚した。モード・レイはケント出身であった。そのため、委員会はモード委員会と名付けられたが、大文字はコードネームであり、頭字語ではない。^{[37]会議は通常、ロンドンの}王立協会の事務所で行われた。トムソンに加えて、当初のメンバーはチャドウィック、コッククロフト、オリファント、フィリップ・ムーン、パトリック・ブラケット、チャールズ・エリス、ノーマン・ハワースであった。^{[37] [39]}

実験が行われる場所は4つの大学から提供された。バーミンガム大学の研究室は、爆発に必要な臨界質量の大きさなど、すべての理論的研究を担当した。この研究室はパイエルスが、仲間のドイツ人難民科学者クラウス・フックスの助けを借りて運営した。リバプール大学とオックスフォード大学の研究室では、異なるタイプの同位体分離の実験が行われた。リバプールのチャドウィックのグループは熱拡散を扱った。これは、等分配定理により、ウランの異なる同位体は異なる速度で拡散するという原理に基づいて機能する。オックスフォードのフランツ・サイモンのグループは、同位体の気体拡散を調査した。この方法は、異なる圧力ではウラン235はウラン238よりも速く障壁を拡散するという原理に基づいて機能する。最終的に、最も有望な分離方法は気体拡散であることが判明した。ケンブリッジ大学のエゴン・ブレッチャーとノーマン・フェザーのグループは、現在プルトニウムと呼ばれている別の元素が爆発性化合物として使用できるかどうかを研究した。フランスの科学者のおかげで、オックスフォードは世界で唯一の重水の供給源も手に入れることができ、ウランを電力として利用できる理論を構築するのに役立った。^[40]

MAUD委員会の研究は、1941年7月にMAUD報告書として知られる2つの報告書にまとめられた。最初の報告書「ウランの爆弾への利用」は、当時可能と考えられていたウランから超爆弾を作る可能性について論じた。2番目の報告書「ウランの動力源としての利用」は、爆弾だけでなく動力源としてウランを使うというアイデアについて論じた。MAUD委員会と報告書は、英国の核計画であるチューブアロイ計画の実現に役立った。それは英国で核計画を始める助けになっただけでなく、米国の計画を急成長させる助けにもなった。MAUD委員会の助けがなければ、米国の計画であるマンハッタン計画は数ヶ月遅れで始まっていただろう。その代わり、彼らは爆弾が可能であるかどうかではなく、どのように作るかについて考え始めることができた。^[41]歴史家のマーガレット・ゴーウィングは、「わずか数か月の時間スケールを変える出来事でも、歴史を変えることができる」と指摘した。^[42]

MAUDの報告書は科学諮問委員会の国防軍パネルによって検討された。この委員会はハンキー卿が議長を務め、エドワード・アップルトン卿、ヘンリー・デール卿、アルフレッド・エガートン、アーチボルド・ヒル、エドワード・メランビーが委員を務めた。パネルは1941年9月に7回の会合を開き、その報告書を評議会議長のジョン・アンダーソン卿に提出した。この時点では、ドイツの科学者が自国に原子爆弾を提供しようとしているのではないかと懸念されており、そのため英国が先に完成させる必要があった。報告書は最終的に、爆弾開発でそのような威力を持つ兵器が製造される可能性がわずかでもあるならば、英国が遅れを取らないようあらゆる努力をすべきであると述べていた。試験的な分離工場は英国に建設する一方、生産施設はカナダに建設すべきであると勧告した。^[43]国防軍パネルは1941年9月24日に報告書を提出したが、この時点で最終決定は既に下されていた。チャーウェル卿はこの件をウィンストン・チャーチル首相に持ち込み、チャーチル首相は1941年8月30日に核兵器計画を承認した最初の国家指導者となった。参謀本部委員会はこの決定を支持した。^[44]

チューブアロイの局がアップルトンの科学産業研究部門の一部として設立され、インペリアル・ケミカル・インダストリーズ（ICI）の研究ディレクターであるウォレス・エイカーズがその長に選ばれた。アンダーソンとエイカーズはチューブアロイという名前を考え出した。それは意図的に意味をなさないよう、「一見ありそうな雰囲気を漂わせて」選ばれた。^[45]その作業を監督するためにチューブアロイ諮問委員会として知られる諮問委員会が設立され、アンダーソンが議長を務め、ハンキー卿、チャーウェル卿、エドワード・アップルトン卿、ヘンリー・デール卿が委員を務めた。この委員会は政策問題を取り扱った。技術的な問題を扱うために技術委員会が設立され、エイカーズが議長を務め、チャドウィック、サイモン、ハルバン、パイエルス、ICIの上級役員であるローランド・エドガー・スレイドが当初の委員となり、^[45]マイケル・ペリンが書記となった。後にチャールズ・ゴルトン・ダーウィン、コッククロフト、オリファント、フェザーが加わった。 ^[46]

MAUD委員会が直面した最大の問題は、0.7%のウラン235を99.3%のウラン238から分離する方法を見つけることだった。2種類のウランは化学的に同一であるため、これは困難である。分離（ウラン濃縮）は大規模に達成する必要がある。ケンブリッジでは、エリック・リディールと彼のチームがガス遠心分離機の使用を検討した。^{[19]フリッシュは、最も簡単な方法と思われる}クルシウス管を使用したガス熱拡散を行うことを選択した。フリッシュの計算によると、必要な分離量を抽出するには10万本のクルシウス管が必要であることがわかった。パイエルスは、より大量生産に適した方法を見つけることを好んだフランツ・サイモンに相談した。^[47]

ムーンが、MAUD 委員会にガス熱拡散法を選択するよう提案したが、これを進めることに同意は得られなかった。委員会は分離方法についてパイエルスとサイモンに相談し、「通常の」ガス拡散法が追求すべき最良の方法であると結論付けた。これは、ガスが多孔質材料をその分子量によって決まる速度で拡散するという事実であるグラハムの法則に基づく。フランシス・ウィリアム・アストンは1913 年にこの方法を適用し、サンプルをパイプ粘土に何千回も拡散させることでネオンの 2 つの同位体を分離した。パイプ粘土のような厚い材料は、産業規模で効率的であるには遅すぎることが判明した。サイモンは、何百万もの微細な穴が開いた金属箔を使用することで分離プロセスをより速く進めることを提案した。^[47]彼は、天然ウランから1日あたり1キログラム（2.2ポンド）のウラン235を分離する工場の建設費は約500万ポンド、年間の運転費は150万ポンドで、その間に200万ポンドのウランとその他の原材料を消費すると見積もった。^[48] MAUD委員会は、原子爆弾が実現可能であるだけでなく、避けられないことを認識した。^[49]

1941年、フリッシュはロンドンに移り、チャドウィックと彼のサイクロトロンで研究を行った。フリッシュはそこでクルシウス管を作り、六フッ化ウランの特性を研究した。フリッシュとチャドウィックは、それがクルシウス法が機能しないガスの1つであることを発見した。^[50]これは小さな挫折に過ぎなかった。なぜなら、サイモンはすでに通常のガス拡散による分離の代替方法を確立しようとしていたからである。^[51]

ウランの気体化合物と純粋なウラン金属の製造に関する化学的問題は、バーミンガム大学とICIで研究された。当時バーミンガムのアストンにあるキノック工場で印刷技術に取り組んでいたマイケル・クラパムは、ウラン製造プロセスに関する初期の実験を行った。 ^{[52] ICIの}フィリップ・バクスターはフッ素化合物の取り扱い経験があり、1940年にチャドウィックのために最初の少量の六フッ化ウラン気体を製造した。ICIは1940年12月に、将来の研究のためにこの重要な材料を3キログラム（6.6ポンド）製造する正式な5,000ポンドの契約を受注した。^{[19]プロトタイプのガス拡散装置自体は、マンチェスターのトラフォードパークにある}メトロポリタン・ビッカース（メトロヴィック）で4台で15万ポンドの費用で製造された。 ^{[53]これらは}ウェールズのリディムウィン近くの谷間にあるMS工場に設置された。MSは補給省の略である。使用された建物はP6として知られ、試験装置が設置された。これらのユニットはパイエルスとフックスの指導の下、約70人のチームによって試験された。実験の結果、チェシャー州カペンハーストにガス拡散工場が建設された。1日あたり1ロングハンドレッドウェイト（51kg）の純粋なウラン金属と50〜100キログラム（110〜220ポンド）の六フッ化ウランを生産するICIパイロットプラントは、1943年半ばにウィドネスで稼働を開始した。 ^[54]

プルトニウムに関する画期的な発見は、キャベンディッシュ研究所のブレッチャーとノーマン・フェザーによるものだった。彼らは、ウランを燃料とする低速中性子炉は、理論的には副産物として相当量のプルトニウム239を生成することに気づいた。これは、ウラン238が低速中性子を吸収し、短寿命の新しい同位体であるウラン239を形成するためである。新しい同位体の原子核はベータ崩壊により急速に電子を放出し、原子量239、原子番号93の新しい元素を生成する。この元素の原子核も電子を放出し、原子番号94で半減期がはるかに長い新しい元素になる。ブレッチャーとフェザーは、元素94が核分裂性であること、つまり低速 中性子と高速中性子の両方によって容易に分裂し、ウランとは化学的に異なるという利点があることを理論的に証明した。^[55]

この新しい展開は、同じく1940年にバークレー放射線研究所のエドウィン・M・マクミランとフィリップ・アベルソンによる独立した研究でも確認された。ケンブリッジチームのニコラス・ケマーは、天王星の外惑星である海王星と冥王星（ウランは元素番号92）との類推から、新しい元素番号93にネプツニウム、94にプルトニウムという名前を提案した。幸運にもアメリカ人も同じ名前を提案した。 ^[55] 1941年にプルトニウムの最初のサンプルを生成し、特定したのは、カリフォルニア大学の原子炉ではなくサイクロトロンを使用したグレン・シーボーグであると一般に考えられている。1941年には、どちらのチームも相手の存在を知らなかった。^[56]

チャドウィックは、実用的な爆弾を作るためにこれほど純粋なプルトニウムが必要なことに懸念を表明した。彼はまた、プルトニウム爆弾の銃による爆発方法では、不純物のために早期爆発につながるのではないかと疑っていた。 1943年にロスアラモス研究所でロバート・オッペンハイマーと会った後、チャドウィックは彼らが爆縮式と呼んでいた爆弾の設計案について知った。 プルトニウムの未臨界質量は、同時に爆発するように配置した爆薬に囲まれることになっていた。これにより、プルトニウムの核が圧縮され、超臨界状態になる。核は劣化ウランタンパーに囲まれ、これが中性子を反応に戻し、それ自体が核分裂することで爆発に寄与する。 この設計は、銃タイプの核分裂兵器に必要なレベルを必要としないため、チャドウィックの純度に関する懸念を解決した。 この方法の最大の問題は、爆発レンズを作成することだった。チャドウィックはこの情報を持ち帰り、その方法をオリファントに説明した。オリファントはそれをイギリスに持ち帰った。^[57]

フランスのハルバンの重水チームは、ケンブリッジ大学で低速中性子の研究を続けたが、爆弾製造とは関係がないとみなされたため、プロジェクトの優先順位は低かった。プルトニウムへの道筋を提供していると認識されると、突然軍事的重要性を帯びるようになった。^[58]英国政府は、ケンブリッジのチームを、必要な原材料に近く、米国の研究が行われている北米に移転させたかった。しかし、ジョン・アンダーソン卿は英国チームが独自のアイデンティティを維持することを望み、米国が中性子減速材として重水ではなく核グラファイトを使用する原子炉設計に取り組んでいるため、そのチームが公平な資源の分配を受けられないのではないかと懸念した。 ^[59]米国側にも、特に安全保障に関する懸念があった。グループの上級科学者6人のうち英国人は1人だけだったためである。^[60]また、特許権についても懸念があった。フランスチームが戦前の研究に基づいて核技術の特許を取得しようとするのではないかという懸念があった。妥協案として、トムソンはチームをカナダに移転することを提案した。^{[59] [61]}

カナダ政府に打診が行われ、カナダ国立研究会議会長のジャック・マッケンジーは直ちにこの提案を歓迎し、支持した。費用と給与は英国政府とカナダ政府で分割されるが、英国の負担分はカナダからの10億ドルの戦時贈与から賄われることになっていた。^[62]最初の8人のスタッフは1942年末にモントリオールに到着し、マギル大学に属する家に入居した。3ヵ月後、彼らはモントリオール大学の新館の200平方メートル（2,200平方フィート）のスペースに移転した。研究所は急速にスタッフ300人以上に成長し、その約半数はジョージ・ローレンスが採用したカナダ人だった。理論家のサブグループが採用され、チェコスロバキアの物理学者ジョージ・プラチェクが率いた。プラチェクはグループリーダーとして非常に有能で、最高レベルの科学者としての地位を持ち、マンハッタン計画に関わった多くの主要な物理学者と個人的に親しい関係にあった唯一のスタッフとみなされていた。フリードリヒ・パネスが化学部門の責任者となり、ピエール・オージェが実験物理学部門の責任者となった。フォン・ハルバンは研究所の所長だったが、管理能力が悪く、カナダ国立研究会議との連携もうまくいかなかったため、残念な選択だった。アメリカ人は彼を安全保障上のリスクとみなし、パリグループ（ICIと提携）が主張したフランスの原子力特許に反対した。^{[63] [61]}

ジョン・アンダーソン卿は、ニールス・ボーアをチューブ・アロイ計画に招き入れることに熱心だった。ボーアは世界的に有名な科学者であり、その専門知識をプロジェクトに提供するだけでなく、マンハッタン計画との交渉において英国政府が優位に立つのにも役立つだろうからである。^[64] 1943年9月、ナチスがボーアの家族をユダヤ人とみなしており、逮捕の危機に瀕しているという知らせがデンマークのボーアに届いた。デンマークのレジスタンスは、1943年9月29日にボーアと妻が海路でスウェーデンに脱出するのを助けた。^[65]ボーアの脱出の知らせが英国に届くと、チャーウェル卿はボーアに英国に来るよう電報を打った。ボーアは10月6日に英国海外航空（BOAC）が運航するデ・ハビランド・モスキートに乗ってスコットランドに到着した。^[66]

マンハッタン計画の責任者、レスリー ・R・グローブス准将の招待により、ボーアは1943年11月にマンハッタン計画の現場を訪れた。グローブスはボーアに多額の報酬を提示したが、ボーアは当初、米国と英国の関係が真の協力関係であり続けることを確認したかったため、その申し出を断った。1943年12月、アルバート・アインシュタインとの会談後、ボーアと息子のオーゲはマンハッタン計画に取り組むことを約束した。^[67]ボーアは原子爆弾開発に多大な貢献をした。^[68]彼はまた、戦後のソ連との核軍拡競争を深刻な脅威とみなし、それを阻止しようとした。1944年、ボーアは国際的な核兵器管理に関して不可欠だと考えるいくつかの要点を提示した。彼は、他の国々がソ連の背後で爆弾を製造しているという前提でソ連が脅威を感じる可能性を減らすために、英国と米国がマンハッタン計画についてソ連に知らせるべきだと強く主張した。^[69]彼の信念は、ロシアがすでにマンハッタン計画について知っていたという確信から生まれたものであり、ロシアからそれを隠す意味はないと彼は信じていた。^[70]

ボーアの証拠は、彼がロシアのソ連の友人で科学者から受け取った手紙の解釈から得たもので、彼はそれをイギリスの治安機関に見せた。^{[70] [71]}彼は、アメリカとイギリスが核開発の進展を長く隠せば隠すほど、ロシアは脅威を感じ、自国で原子爆弾を製造する努力を加速させるだろうと推論した。アメリカ最高裁判所判事フェリックス・フランクファーターの助けを借りて、ボーアは1944年8月26日にフランクリン・D・ルーズベルトアメリカ大統領と会談した。ルーズベルトは当初、彼の核兵器管理の考えに共感を示していた。しかしチャーチルは、そのような研究をソ連に知らせることに断固として反対した。^{[72] [73] 1944年9月の}第2回ケベック会談で、ルーズベルトはチャーチルの側に立ち、原子爆弾計画を秘密にしておくことが国家の最大の利益になると判断した。さらに、彼らはボーアが潜在的に危険であり、彼が情報を世界、特にロシアに漏らさないようにセキュリティ対策を講じる必要があると判断した。^[74]

1940年8月、ティザード率いるイギリスの調査団がコッククロフトらとともにアメリカに派遣され、アメリカとの関係を築き、戦争技術の研究を進める手助けをした。レーダー、対潜水艦戦、航空工学、爆発物の進歩など、いくつかの軍事技術が共有された。^[75]特にアメリカのレーダー計画は、マイクロ波レーダーと近接信管の開発へのさらなる推進力を得て、活性化した。これがきっかけで、アメリカ人はMIT放射線研究所を設立し、これが後にロスアラモス研究所のモデルとなった。調査団は核分裂に多くの時間を費やさず、主にウラン濃縮について2回の会議を開いたのみであった。特に、コッククロフトはパイエルスとフリッシュの研究結果を報告しなかった。さらに、大西洋の両側で民間科学者が軍事技術の開発に重要な役割を果たすという考えが強化されました。^[76]

MAUD委員会の報告書は、核分裂の研究において米国との協力を継続すべきであると訴えた。国防研究委員会（NDRC）に勤務するカリフォルニア工科大学の物理学者チャールズ・C・ローリッセンはこの時期にロンドンに滞在しており、MAUDの会議に出席するよう招かれた。^[77]委員会は、同位体分離装置としてガス拡散法を用いた核兵器の急速な開発を推進した。^[78]彼は米国に戻ると、会議中に話し合われた詳細について科学研究開発局（OSRD）のヴァネヴァー・ブッシュ局長に報告することができた。^[78]

1941年8月、バーミンガム大学物理学部長でMAUD委員会の設立当初のメンバーであったマーク・オリファントが、レーダーに関してNDRCを支援するために米国に派遣された。^[79]訪問中に、彼はウィリアム・D・クーリッジと会った。クーリッジは、イギリスは高速で移動する中性子による連鎖反応を起こすにはウラン235がわずか10キログラムあれば十分だと予測していたとオリファントから聞かされ、衝撃を受けた。^[80]アメリカ滞在中、オリファントは、 OSRD S-1セクションの議長であるライマン・ブリッグスが、イギリスから転送されたMAUDレポート（初期の発見を含む）を閉じ込めており、S-1委員会のメンバーにそのすべての発見を報告していなかったことを発見した。^[79]

オリファントは、MAUD委員会が暴露したばかりの画期的な発見について、米国の科学界に啓蒙するために自ら率先して行動した。オリファントはまた、サイクロトロンの発明者アーネスト・ローレンスに会うためにバークレーを訪れた。オリファントがウランに関する報告書をローレンスに伝えた後、ローレンスはNDRC委員長のジェームズ・ブライアント・コナント、ジョージ・B・ペグラム、アーサー・コンプトンと会い、オリファントがローレンスに伝えた詳細を伝えた。^[78]オリファントはローレンスと連絡を取ることができただけでなく、コナントとブッシュにも会って、MAUDが発見した重要なデータを知らせた。オリファントが米国人に情報を提供したことにより、オリファントはローレンスを説得し、ローレンスはコンプトンを説得し、次にジョージ・キスティアコウスキーはコナントに核兵器開発を進めるよう説得した。オリファントのこれらの行動により、ブッシュはこの報告書を大統領に直接提出することとなった。^[81]

アメリカの努力は急速に増大し、すぐにイギリスを追い越した。これはアメリカ当局がイギリス当局と詳細を共有することに消極的だったためである。しかし、両国で個別に研究が続けられ、ある程度の情報交換が行われた。イギリスの主要科学者数名が1942年初めにアメリカを訪れ、入手可能なすべての情報に全面的にアクセスした。彼らは、当時アメリカの原爆計画が持っていた勢いに驚嘆した。イギリスとアメリカの情報交換と努力は続いたが、両国は協力せず、それぞれ別々に計画を進めた。さらに、1941年にイギリス政府は、イギリスとアメリカの協力関係を強化するためのブッシュとコナントの試みと提案を拒絶し、拒否権を発動した。^[82]

1942年6月、アメリカ陸軍工兵隊がOSRDからマンハッタン計画を引き継ぎ、グローブスが計画責任者となった。彼は警備を強化し、イギリスへの情報の流れを断った。アメリカ当局は、チューブアロイ計画に関与していたエイカーズやICIの他の人々が、アメリカの核科学知識を利用して戦後の利益を生む産業を作ろうとしていることを特に懸念していた。^[83] 1942年10月、ブッシュとコナントは、アメリカとイギリスの間で無制限の科学交流の合意があったにもかかわらず、アメリカが独自に原爆計画を開発すべきだとルーズベルトを説得した。^[84]

これはイギリスの努力に壊滅的な影響を与えた。人材、施設、機器、材料が不足していたからだ。そのため、チューブ・アロイ社はマンハッタン計画との競争で遅れをとった。1942年7月30日、アンダーソンはチャーチルにこう助言した。「我々は 、我々の先駆的な仕事 が減少する資産であり、これを迅速に活用しなければ追い抜かれるという事実を直視しなければならない。我々は今、『合併』に真の貢献をしなければならない。間もなく、ほとんど、あるいは全く貢献しなくなるだろう。」^[85]イギリスがそれに気付いたときには、状況は悪化していた。ブッシュはマンハッタン計画への外部からの支援はもはや必要ないと決定した。軍事政策委員会（MPC）はブッシュの主張を支持し、たとえアメリカの努力を遅らせることになっても、イギリスが核兵器計画の開発に利用できる機密情報へのアクセスを制限した。^[86]

アメリカは、重水製造、電磁分離法、プルトニウムの物理的または化学的特性、爆弾設計の詳細、高速中性子反応に関する事実など、あらゆる情報を共有しなくなった。これは、重水製造や研究計画のその他のいくつかの側面で協力していたイギリスとカナダにとって大きな失望であった。1943年までに、イギリスは科学者をアメリカに派遣するのをやめ、イギリスの科学者が主導する努力に依存していたアメリカでの作業のペースが遅くなった。1943年3月、コナントは軍事政策委員会に働きかけ、委員会はイギリスの援助がプロジェクトのいくつかの分野に役立つと判断した。チャドウィック、ウィリアム・ペニー、パイエルス、オリファント、その他のイギリス人科学者は、兵器設計の秘密を漏らすリスクを冒してでも、ロスアラモス研究所の爆弾設計チームが必要とするほど重要だった。^[86]

チャーチルは、莫大な費用がかかるにもかかわらず、英国独自のガス拡散工場、重水工場、原子炉を英国内に建設することについて情報を求めた。兵器級ウランを1日1キログラム生産するガス拡散工場の研究開発費は最大300万ポンド 、 戦時中の英国で建設するには5000万ポンドかかると見積もられた。1日当たりそれだけの量のプルトニウムを生産する原子炉は、カナダで建設する必要がある。建設には最大5年かかり、費用は500 万ポンドとなる。このプロジェクトには、必要な重水（500万 ～1000 万ポンド）とウラン金属（150 万ポンド）を生産するための施設も必要となる。プロジェクトには2万人の労働者（その多くは高度なスキルを持つ）、50万トンの鋼鉄、前例のない0.5ギガワットの電力が必要になると見積もられたため、圧倒的な優先順位が必要だった。他の戦時プロジェクトへの混乱は避けられず、ヨーロッパでの戦争の帰結に影響を与えるほどの完成は期待できなかった。全員一致の回答は、まずアメリカの協力を確保するためのさらなる努力をすべきだというものでした。^[87]

1943年7月、ロンドンでアメリカ当局はイギリスの動機に関する大きな誤解を解き、何ヶ月にも及ぶ交渉の末、 1943年8月19日のケベック会議でチャーチルとルーズベルトがケベック協定に署名した。イギリスはアメリカに資材を引き渡し、その代わりにアメリカから大統領への進捗報告書のコピーを受け取った。チューブアロイはマンハッタン計画に組み込まれた。^[88]ケベック協定の「チューブアロイに関する米国と英国の当局間の協力を規定する協定条項」と正式に名付けられた条項で、英国と米国は「チューブアロイ計画をできるだけ早期に実現させるため」に資源を共有することに同意した。^[89]両首脳はさらに次のことに同意した。

• 「まず、私たちはこの機関を決してお互いに利用しません。
• 第二に、お互いの同意なしに第三者に対して使用することはなく、
• 第三に、双方の同意がない限り、Tube Alloys に関する情報を第三者に開示することはありません。」

また、「産業上または商業上の戦後の利益」は大統領の裁量で決定されることでも合意された。^[89]ケベック協定により、マンハッタン計画を管理する統合政策委員会が設立され、米国からはヘンリー・スティムソン、ブッシュ、コナントが委員を務めた。英国側はジョン・ディル元帥とJJ・ルウェリン大佐、カナダ側はC・D・ハウが委員を務めた。^[90]ルウェリンは1943年末に英国に帰国し、委員会ではロナルド・イアン・キャンベル卿に交代した。キャンベル卿は1945年初頭に駐米英国大使のハリファックス卿に交代した。ディルは1944年11月にワシントンD.C.で死去し、英国統合参謀本部の長および統合政策委員会委員としてヘンリー・メイトランド・ウィルソン元帥に交代した。^[91]その後1944年9月19日に締結されたハイドパーク協定により、この協力は戦後まで延長された。^[92]

エイカーズはチャドウィック、オリファント、サイモン、パイエルスをアメリカに召喚した。彼らはケベック協定が調印された日にやって来て、あらゆる方法でマンハッタン計画を支援する用意ができていた。エイカーズは一般に嫌われており、アメリカ人は「受け入れられ、健全な判断力を持つ」イギリスのトップ科学者が代わりに任命されない限り、協力を進めることを拒否した。イギリス当局は、イギリスが自国の政府機関に独自の任命権を持つかどうかについて頑なに抵抗した。妥協案が成立し、チャドウィックが合同政策委員会のイギリス技術顧問、およびマンハッタン計画へのイギリス代表団の長に任命された。^[93]

この論争が解決したことで、共同研究は再び可能になった。チャドウィックは、グローブスが受け入れる限り、できるだけ多くのイギリス人科学者を参加させたいと考えた。チャドウィックの第一候補だったジョセフ・ロートブラットは、ポーランド国籍を放棄することを拒否した。そこでチャドウィックはオットー・フリッシュに目を向けた。チャドウィックが驚いたことに、フリッシュはすぐにイギリス国籍になることを受け入れ、アメリカに渡るための審査を開始した。チャドウィックは、1943年11月の最初の数週間を、マンハッタン計画の全体像を把握することに費やした。彼は、計画の新しい本部となったテネシー州オークリッジなどの施設の規模を理解し、ドイツで同様の工業施設が見つからなければ、ナチスの原爆計画が成功する可能性は非常に低いと確信できた。^[94]

チャドウィックが関与した主な目的は、ケベック協定が成功したことを示すことだった。最大限協力し、プロセスを迅速化することが英国の義務だった。チャドウィックはこの機会を利用して、できるだけ多くの若い英国の科学者に経験を与え、その経験を戦後の英国に持ち帰らせようとした。^[95]彼は最終的に、ロートブラットの目的に対する誠実さをグローブスに納得させ、ロートブラットは国籍を放棄することなくマンハッタン計画に受け入れられた。ロートブラットはチューブアロイの研究責任者を任され、チャドウィックが去ってから得た成果を持ち帰った。^[96]

カナダのモントリオールチームは、ブリティッシュコロンビア州トレイルにある米国の重水工場（米国との契約下）からの重水とプルトニウムに関する技術情報を米国に依存していた。米国は、原子炉建設の主な請負業者であるデュポンが提案した限定された方針に沿って研究を進めることに同意する場合に限り、モントリオールグループに重水を供給すると述べた。多くの良い仕事をしたにもかかわらず、1943年6月までにモントリオール研究所は完全に機能停止状態に陥った。士気は低く、カナダ政府はプロジェクトのキャンセルを提案した。1944年4月、ワシントンでの統合政策委員会の会議で、カナダが重水炉を建設することに合意した。米国は、情報と訪問でプロジェクトを支援し、重要なウランと重水を含む材料を供給することに同意した。モントリオール研究所は、アルゴンヌの冶金研究所の研究用原子炉とオークリッジのX-10黒鉛炉のデータにアクセスできるようになるが、ハンフォードサイトの生産用原子炉からはアクセスできない。また、プルトニウムの化学やプルトニウムを他の元素から分離する方法に関する情報も提供されなかった。この取り決めは、1944年9月19日の統合政策委員会で正式に承認された。ジョン・コッククロフトがモントリオール研究所の所長に就任した。チョークリバー研究所は1944年に開設され、1946年にモントリオール研究所は閉鎖された。このプロジェクトではZEEP原子炉が開発され、1945年9月に臨界に達した。^{[97] [61]}

チューブアロイズの科学者の一人、ウィリアム・ペニーは衝撃波の専門家だった。1944年6月、彼は英国代表団の一員としてロスアラモス研究所で働くためにアメリカに渡った。 ^[98]彼は核爆発の影響を評価する手段に取り組み、ドイツと日本への攻撃で最大の効果を得るには爆弾をどの高度で爆発させるべきかについての論文を書いた。^[99]彼はグローブスが日本の原爆投下都市を選ぶために設立した標的委員会のメンバーを務めた。 ^[100]また、アルバータ計画では特別顧問としてテニアン島に赴いた。 ^[101]彼は英国代表として派遣されたレナード・チェシャー大尉とともに、観測機ビッグ・スティンクから長崎への原爆投下を観察した。^[102]彼はまた、マンハッタン計画の戦後の広島と長崎への科学的調査団の一員となり、原爆による被害の範囲を評価した。^[103]

スミス報告書は1945年8月12日に米国陸軍省から発行され、原子爆弾の経緯と、現在公表可能な技術的詳細を説明した。この報告書はイギリスの原爆への貢献についてはほとんど触れておらず、マイケル・ペリンが急いで白書「原爆に関する声明」を起草した。この報告書はクレメント・アトリーがチャーチルに代わって首相に就任した直後に発行され、15年間イギリスの貢献に関する唯一の公式声明となった。^[104]

ソ連は、イギリスの原子力スパイであるクラウス・フックス、エンゲルベルト・ブローダ、メリタ・ノーウッド、そして悪名高いケンブリッジ・ファイブの一員であるジョン・ケアンクロスからイギリスの研究の詳細を入手した。アラン・ナン・メイは後にカナダで採用された。 1942年3月のラヴレンチー・ベリヤのスターリンへの報告書には、ケアンクロスが渡したMAUD報告書やその他のイギリスの文書が含まれていた。^{[105] [106]}

フックスはチューブ・アロイ計画に参加した時から、イギリスで原子爆弾が製造される可能性についてソ連に情報を漏らし始めたが^[107]、ソ連のスパイ活動への彼の貢献はマンハッタン計画の時の方が深刻であった。^{[108]フックスはロンドンを拠点とする}KPDのリーダー、ユルゲン・クチンスキーと連絡を取ることができ、^{[109]クチンスキーは彼を}ソ連大使館の武官秘書、シモン・ダヴィドヴィッチ・クレーマーと連絡を取った。クレーマーはGRU（ロシア語：Главное Разведывательное Управление）つまり赤軍の対外軍事情報局に勤務していた。3回の面会の後、フックスはロンドンへ行く口実を探さなくても済むように運び屋とチームを組んだ。彼女はウルスラ・クチンスキー、ユルゲン・クチンスキーの妹だった。彼女もまたドイツ共産主義者であり、ソ連軍諜報部の少佐であり、極東でリヒャルト・ゾルゲのスパイ組織と活動した経験豊かなエージェントだった。 ^[110]

戦争が終わると、英国と米国の特別な関係は「それほど特別なものではなくなった」。 ^[111]ルーズベルトは1945年4月12日に死去し、ハイドパーク協定はその後の政権には拘束力を持たないものとなった。^[112]事実、協定は物理的に紛失しており、ウィルソンが6月の合同政策委員会でこの問題を取り上げたとき、米国側のコピーは見つからなかった。^[113]英国は1945年7月18日にスティムソンにコピーを送った。^{[112]その時でさえ、グローブスは文書の信憑性を疑っていたが、数年後、ルーズベルトの海軍}補佐官 ウィルソン・ブラウン・ジュニア海軍中将の書類の中に米国側のコピーが見つかった。チューブ・アロイが何であるかを知らない誰かが、それが海軍砲と関係があると思い、誤ってファイルしたようだった。^{[113] [114] [115]}

英国政府は、アメリカが核技術を共有することを信頼していた。英国はそれを共同発見とみなしていた。1945年11月9日、マッケンジー・キングとクレメント・アトリー首相はワシントンDCを訪れ、ハリー・トルーマン大統領と核兵器と原子力発電に関する将来の協力について協議した。^[116]三人の指導者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、核兵器に関する協力の全面再開に対する英国の期待は失望に終わった。^[117]アメリカはすぐに、これは基礎科学研究に限定されることを明らかにした。^[118]

1946年8月に1946年原子力法（マクマホン法）が可決され、英国は米国の原子力研究にアクセスできなくなることが明らかになった。これは1946年2月にアラン・ナン・メイがスパイ容疑で逮捕されたことにも起因していた。^[119] 1947年1月8日、アトリーは6人の閣僚からなる秘密のGen 163内閣​​委員会を組織し、英国が世界政治における地位を維持するには原子爆弾が必要であると決定した。^[120]アーネスト・ベヴィン外務大臣の言葉を借りれば、「それは全くだめだ …我々はこれを手に入れなければならない …私自身は構わないが、バーンズ氏との話し合いで私が経験したように、この国の他の外務大臣が米国の国務長官から話しかけられたり、攻撃されたりするのは望まない。我々はどんな犠牲を払ってでもこれをここに持って行かなければならない …我々はその上に血まみれのユニオンジャックを置かなければならない。」^[121]

イギリス空軍元帥の ポータル卿がこの研究の指揮官に任命され、^[122]コードネームは高性能爆薬研究であった。^[123]オックスフォードシャー州ハーウェル近郊の原子力研究所( AERE)は、軍と民間の原子力研究開発の中心地として、1946年にコッククロフトによって設立された。 ^[124]ペニーは兵器研究主任 (CSAR、「シーザー」と発音) として爆弾の設計を指揮し、ケントのハルステッド砦にある補給省の兵器研究部 (ARD)とウーリッジの王立兵器廠の責任者となった。^[125] 1950年4月、放棄された第二次世界大戦の飛行場、バークシャーのアルダーマストン空軍基地が、後に原子兵器研究施設(AWRE)となるものの恒久的な拠点として選ばれた。 ^[126]ペニーは作業を開始するためにチームを編成し、まずアメリカのファットマン爆縮型核兵器の特徴、科学、アイデアを説明する報告書を作成した。彼はそれを再現するために必要な開発タスクを分解し、核兵器に関するさらなる研究が必要な未解決の疑問を特定した。^[127]

1952年10月3日、「ハリケーン作戦」というコード名の下、オーストラリア西海岸沖のモンテベロ諸島でイギリス初の核兵器が爆発した。 ^[128]スプートニク危機とイギリスの水素爆弾の開発により、1958年に原子力法が改正され、1958年の米英相互防衛協定に基づくアメリカとイギリスの核特別関係が再開された。^{[129] [130]}

• 「ケベック会議：原子力に関する協定」イェール大学。 2017年2月6日閲覧。
• 「チューブアロイプログラム研究室アシスタント、アイリーン・ドクスフォード氏へのインタビュー」。マンハッタン計画の声。 2017年2月6日閲覧。
• 「チューブアロイプログラム研究室アシスタント、ミファンウィ・プリチャード・ロバーツ氏へのインタビュー」。マンハッタン計画の声。 2017年2月6日閲覧。
• チューブ合金諮問委員会の議事録と覚書、1942年1月～1945年4月
• 「世界の破壊者」。 2015年7月4日アーカイブ。2023年9月1日に閲覧。「イギリスが爆弾を発明し、アメリカ人がそれを作った」経緯を説明するラジオ番組。