MAUD 위원회

MAUD Committee
MAUD 위원회 보고서의 첫 페이지인 1941년 3월

MAUD 위원회제2차 세계 대전 중에 결성된 영국의 과학 실무 그룹이었다.원자폭탄의 실현가능성을 판단하는 데 필요한 연구를 수행하기 위해 설립되었다.MAUD라는 이름은 덴마크 물리학자 닐스 보어(Niels Bohr)가 자신의 가정부 모드 레이(Maud Ray)를 지칭하는 전보에서 이상한 줄에서 유래했다.

MAUD 위원회는 1940년 3월 마크 올리판트(Mark Oliphant)의 지시로 버밍엄 대학에서 일하고 있는 나치 독일 출신의 두 물리학자인 루돌프 페에를스오토 프리슈가 작성한 프리슈-페를스(Frisch-Peierls) 각서에 대응하여 창설되었다.이 메모는 순수 우라늄-235의 작은 영역이 수천 톤의 TNT의 폭발력을 가질 수 있다고 주장했다.

MAUD 위원회의 의장은 조지 톰슨이었다.연구는 버밍엄 대학, 리버풀 대학, 케임브리지 대학, 옥스퍼드 대학 등 4개 대학으로 나뉘어 각각 별도의 프로그램 책임자를 두고 있다.원자로 설계와 마찬가지로 우라늄 농축의 다양한 수단, 우라늄-235의 성질, 당시 고화질 소자 플루토늄의 사용, 핵무기 설계의 이론적 측면 등을 조사하였다.

15개월의 연구 끝에 이번 연구는 MAUD 보고서로 통칭되는 '폭탄을 위한 우라늄 사용'과 '동력의 원천으로 우라늄 사용'이라는 두 가지 보고서로 절정에 달했다.그 보고서는 전쟁 노력에 대한 원자폭탄의 타당성과 필요성에 대해 논의했다.이에 대해 영국은 '튜브 합금'이라는 이름의 핵무기 프로젝트를 만들었다.MAUD 보고서는 미국에게 제공되었고, 거기서 미국의 노력에 활력을 불어넣어 결국 맨해튼 프로젝트가 되었다.이 보고서는 또한 소련에 원자 스파이들에 의해 공개되었고, 소비에트 원폭 프로젝트를 시작하는데 도움을 주었다.

오리진스

핵분열 발견

중성자는 1932년 2월 케임브리지 대학카벤디시 연구소에서 제임스 채드윅에 의해 발견되었다.[1][2]두 달 후, 카벤디쉬의 동료인 존 콕크로프트와 어니스트 월튼은 가속양성자로 리튬 원자를 분열시켰다.[3][4][5]1938년 12월 베를린-달렘에 있는 한 연구소의 오토 한과 프리츠 스트라스만은 우라늄에 느린 중성자를 퍼부었고, 바륨이 생산되었다는 것을 발견했다.[6][7]한씨는 동료 리즈 메이트너에게 편지를 썼는데, 조카 오토 프리슈와 함께 우라늄 이 갈라졌다는 것을 증명했다.그들은 1939년에 네이처에 그들의 발견을 발표했다.[8]이 현상은 새로운 형태의 핵분해였으며, 이전에 본 어느 때보다 강력했다.프리슈와 메이트너는 각 분해에 의해 방출되는 에너지는 약 200 메그레트론볼트 [MeV](32 pJ)라고 계산했다.생물 세포의 분열과 유사하게, 그들은 그 과정을 "배출"[9]이라고 명명했다.

닐스 보어와 존 A. 휠러는 보어와 프리츠 칼카르가 개발한 액체 낙하 모델을 적용해 핵분열 메커니즘을 설명했다.[10][11]보어는 낮은 에너지에서의 핵분열은 주로 우라늄-235 동위원소 때문이라는 깨달음을 얻었지만 높은 에너지에서는 주로 우라늄-238 동위원소가 풍부했기 때문이다.[12]전자는 천연 우라늄의 0.7%에 불과한 반면 후자는 99.3%[13]를 차지한다.프레데릭 졸리오 퀴리와 파리 동료 한스 할반과 르 코와르스키가 1939년 4월 네이처지에 발표한 논문에서 핵 연쇄 반응 가능성을 제기했다.[14][15]비록 대부분은 여전히 원자폭탄이 불가능하다고 생각하지만 이론상으로는 최소한 엄청나게 강력한 폭발물이 만들어질 수 있다는 것이 많은 과학자들에게 명백했다.[16]이 용어는 1913년 그의 소설 "The World Set Free"에 나오는 H. G. Wells의 글을 통해 영국 대중들에게 이미 익숙했다.[17]

영국의 반응

영국에서, 많은 과학자들은 원자 폭탄이 실용적인지 여부를 고려했다.리버풀 대학에서는 채드윅과 폴란드 난민 과학자 조셉 로트블라트가 이 문제를 다뤘지만 이들의 계산은 결론에 이르지 못했다.[18]케임브리지에서 노벨 물리학상 수상자인 조지 패짓 톰슨윌리엄 로렌스 브래그는 정부가 우라늄 광석을 획득하기 위해 긴급한 조치를 취하기를 원했다.이것의 주요 근원은 벨기에 콩고였는데, 그들은 그것이 독일의 수중에 떨어질 수 있다고 걱정했다.어떻게 해야 할지 확실하지 않은 그들은 케임브리지 코퍼스 크리스티 칼리지석사 윌리엄 스펜스 경에게 말했다.1939년 4월, 그는 지역 국회의원케네스 픽톤 경에게 접근했는데, 그는 그들의 우려를 제국 방위 위원회장관인 헤이스팅스 이스메이 소령에게 가져갔다.Ismay는 차례로 Henry Tizard경에게 의견을 물었다.많은 과학자들처럼, 티저드는 원자폭탄이 개발될 가능성에 대해 회의적이었으며, 성공할 확률을 10만 대 1로 추정했다.[19]

그렇게 오랜 시련에도 그 위험은 심각하게 받아들이기에 충분했다.국방부 조정관인 로드 차트필드 장관재무부와 외무부에 확인한 결과 벨기에의 콩고 우라늄은 유니온 미니에르하우트 카탕가 회사 소유라는 사실을 발견했다.영국 부통령 스톤헤이븐 경은 이 회사의 벨기에 사장 에드가 센지에르와의 만남을 주선했다.유니온 미니어 경영진은 영국에 우호적이기 때문에 우라늄을 즉시 취득할 필요는 없다고 여겨졌지만, 티저드 항공전 과학조사위원회(CSSAW)는 원자폭탄의 타당성에 대한 연구를 계속하도록 지시했다.[19]런던 임페리얼 칼리지의 톰슨과 버밍엄 대학의 호주 물리학자 마크 올리판트는 각각 우라늄에 대한 일련의 실험을 수행하는 임무를 맡았다.1940년 2월까지 톰슨의 팀은 천연 우라늄에서 연쇄 반응을 일으키는데 실패했고 톰슨은 그것을 추구할 가치가 없다고 결정했다.[20]

프리슈-펠스 각서

버밍엄에서 올리판트 팀은 다른 결론에 도달했다.올리판트는 이 임무를 독일 난민 과학자 두 명인 프리슈와 루돌프 페에렐스에게 위임했는데, 이들은 적성 외계인이기 때문에 올리판트의 레이더 프로젝트를 수행할 수 없었기 때문에 필요한 보안 허가가 부족했다.[21]프랜시스 페린임계 질량의 우라늄을 연쇄 반응을 지속시킬 수 있는 가장 작은 양으로 정의했으며,[22] 약 40톤(길이 39톤, 단거리 44톤)으로 계산했다.그는 중성자 반사체를 주변에 두면 12톤(길이 12톤, 단거리 13톤)으로 줄어들 수 있다고 판단했다.1939년에 작성된 이론 논문에서, Peierls는 핵분열에 의해 생성된 고속 중성자를 사용함으로써 문제를 단순화하려고 시도했고, 따라서 중성자 감속재에 대한 고려는 생략했다.그는 또한 우라늄의 한 영역의 임계 질량이 "톤 수"라고 믿었다.[23]

Peierls와 Frisch가 Frisch-Peierls 비망록을 작성한 버밍엄 대학교Poynting Physical 빌딩

그러나 보어는 우라늄-235 동위원소가 핵분열로 생성된 낮은 에너지를 가진 중성자로부터도 중성자와 핵분열을 포착할 가능성이 훨씬 높다고 주장했었다.프리슈는 열확산을 통한 우라늄 농축 실험을 시작했다.진척은 느렸다; 필요한 장비를 사용할 수 없었고, 레이더 프로젝트는 먼저 가용 자원을 호출했다.[24]순수 우라늄-235 구를 생산할 수 있다면 어떤 일이 벌어질지 궁금했던 것이다.그가 그것의 임계 질량을 계산하기 위해 Peierls의 공식을 사용했을 때, 그는 놀랄만한 대답을 받았다: 1킬로그램 미만이 필요할 것이다.[25]프리슈와 피에를스는 1940년 3월에 프리슈-피에를스 비망록을 제작했다.[26]그들은 5킬로그램의 폭탄이 수천 톤의 다이너마이트에 상당할 것이며, 심지어 1킬로그램의 폭탄도 인상적일 것이라고 보고했다.[27]잠재적인 방사능 낙진 때문에, 그들은 영국인들이 도덕적으로 받아들일 수 없다고 생각할지도 모른다고 생각했다.[28]

올리판트는 1940년 3월에 프리슈-피에를스 비망록을 티저드에게 가져갔다.그는 그것을 톰슨에게 넘겼고 톰슨은 콕크로프트와 올리판트와 의논했다.그들은 또한 노르웨이에서 중수 재고 전량 제거에 관여했던 프랑스 뒤시엠국의 자크 알리에르로부터도 들었다.그는 그들에게 독일인들이 중수에서, 그리고 파리의 프랑스 연구자들의 활동에서 보여준 관심에 대해 말했다.즉각적인 조치가 취해졌다: 경제 전쟁부는 독일에 의해 포획될 위험에 있는 우라늄 산화물의 재고를 확보하라는 요청을 받았고, 영국 정보 기관들은 독일 핵 과학자들의 활동을 조사하라는 요청을 받았고, 워싱턴에 있는 영국 과학 아태국 A. V. Hill은 미국인들이 무엇을 하는지 알아내라는 요청을 받았다.앤은 할 수 있었다.힐 차관보는 미국인들이 이 문제를 조사하고 있는 과학자들을 가지고 있지만, 그들은 어떠한 군사적 지원도 발견될 것이라고 생각하지 않았다고 보고했다.[29]

조직

Frisch-Peierls 비망록에 대한 대응으로 위원회가 만들어졌다.[30]1940년 4월 10일 런던 벌링턴 하우스로열 소사이어티 1층 본위원회실에서 첫 회의를 열었다.[31]그것의 회의는 항상 그곳에서 열렸다.원래 멤버는 톰슨, 채드윅, 콕크로프트, 올리판트, 필립 문이었고, 그 뒤를 이어 패트릭 블랙켓, 찰스 엘리스, 노먼 호워스항공기 제작부(MAP) 과학연구부장과 함께 추가되었다.MAUD 위원회는 CSSAW에 의해 정식으로 구성되기 전인 1940년 4월에 처음 두 번의 회의를 열었다. CSSAW는 1940년 6월에 폐지되었고, MAUD 위원회는 MAP 바로 아래에 왔다.톰슨은 위원회의 의장을 맡았으며, 처음에는 MAP가 비서를 제공할 때까지 바보짓으로 회의록을 작성하면서 비서 역할도 했다.[32]

MAUD 위원회가 만난 런던의 벌링턴 하우스

처음에는 새로운 위원회가 의장의 이름을 따서 톰슨 위원회라고 명명되었지만,[33] 이것은 곧 좀 더 겸손한 이름인 MAUD 위원회로 교환되었다.MAUD는 많은 사람들에 의해 약자로 추정되었지만, 그것은 그렇지 않다.MAUD라는 명칭은 특이하게 되었다.독일이 덴마크를 침공하던 1940년 4월 9일, 닐스 보어는 프리슈에게 전보를 쳤다.전보는 "Cockcroft and Maud Ray Kent"라는 이상한 문구로 끝났다.[32][34]처음에 그것은 라듐이나 다른 중요한 원자무기 관련 정보에 관한 암호로 생각되었고, 아나그램에 숨겨져 있었다.한 가지 제안은 'y'를 'i'로 대체하여 '찍은 라듐'을 생산하자는 것이었다.1943년 보어가 영국으로 돌아왔을 때, 이 메시지가 켄트 출신인 존 콕크로프트와 보어의 가정부 모드 레이에게 전달되었다는 것이 밝혀졌다.그래서 그 위원회는 MAUD 위원회로 명명되었다.비록 이니셜이 허무하게 서있었지만, 그것은 공식적으로 Maud 위원회가 아니라 Maud 위원회였다.[32][34]

이 프로젝트의 가장 비밀스러운 측면 때문에, 오직 영국 태생의 과학자들만 고려되었다.Peierls와 Frisch는 그들의 초기 기여에도 불구하고 MAUD 위원회에는 참여할 수 없었다. 왜냐하면 전쟁이 한창일 때, 적의 외계인이 민감한 프로젝트를 책임지게 하는 것이 안보 위협으로 여겨졌기 때문이다.[35]1940년 9월, Peierls와 Frisch를 회원으로 하는 기술소위원회가 구성되었다.그러나 할반은 프리스치나 피에를처럼 훌륭하게 MAUD 위원회에서 배제하는 것을 받아들이지 않았다.[36]이에 1941년 3월 MAUD 위원회와 MAUD 정책 위원회, MAUD 기술 위원회라고 불리는 기술 소위원회를 대신할 2개의 위원회가 신설되었다.당초 두 위원회와는 달리 참고문헌을 작성했다.[37]MAUD 정책 위원회의 참고 조건은 다음과 같다.

  1. 과학 연구 책임자인 MAP를 대신하여, 전쟁 노력에 기여하는 우라늄의 가능성에 대한 조사를 감독한다.
  2. MAUD 기술위원회의 권고를 고려하고 그에 따라 과학 연구 책임자에게 조언한다.[37]

MAUD 기술위원회의 위원들은 다음과 같다.

  1. 우라늄 조사에서 발생하는 문제를 고려한다.
  2. MAUD 정책 위원회에 기술적 가능성을 확립하는 데 필요한 실험 작업을 권고한다.
  3. 여러 조사단 간의 협력을 보장하기 위해서입니다.[37]

MAUD 정책 위원회는 소규모로 유지되었고 각 대학 연구소의 대표자 1명만 포함되었다.그 회원은 블랙켓, 채드윅, 콕크로프트, 엘리스, 호워드, 프란츠 사이먼, 톰슨, MAP의 과학 연구 책임자였다.MAUD 기술 위원회의 위원은 다음과 같다.모세 블랙먼, 에곤 브레츠허, 노먼 페더, 프리스치, 할반, C. H. 존슨, 코와르스키, 윌프리드 만, 문, 네빌 모트, 올리판트, 피에를스, 톰슨.그것의 회의에는 보통 윈스턴 처칠의 과학 고문인 프레드릭 린데만 또는 그의 대리인과 임페리얼 케미컬 인더스트리(ICI)의 대표가 참석했다.MAP의 바질 디킨스는 기술 위원회의 비서 역할을 했다.톰슨이 두 위원회의 의장을 맡았다.[37]

활동

MAUD 위원회의 연구는 버밍엄 대학, 리버풀 대학, 캠브리지 대학, 옥스퍼드 대학 등 4개 대학으로 나뉘어 있었다.처음에 그 연구는 대학들의 기금에서 지불되었다.1940년 9월에야 정부 자금 지원이 가능해졌다.[38]MAP는 캠브리지의 캐번디쉬 연구소에 3,000파운드를 주는 계약서에 서명했다(6,500파운드까지 증가), 옥스퍼드의 클라렌던 연구소에 1,000파운드(2,000파운드까지 증가), 버밍엄에 1,500파운드, 리버풀에 2,000파운드의 계약을 맺었다.대학들은 MAP에 의해 경비로 변상되었고, MAP는 또한 대학 직원들의 급여의 일부를 지급하기 시작했다.그러나 채드윅, 피얼스, 사이먼 등 교수들은 일부 연구직원과 함께 여전히 대학 자금에서 급여를 받았다.정부는 또 ICI와 함께 헥사플루오린화 우라늄 5kg(11lb)에 5000파운드를 발주했다.산화 우라늄은 미국으로부터 공급받은 Brandhurt 회사로부터 구입되었다.전시의 부족은 많은 연구 분야에 영향을 미쳤고, MAP는 과학자들에 의해 요구되는 품목에 대한 우선 순위를 요구하는 회사들에게 편지를 쓰도록 요구하였다.[39]

화학자와 물리학자들이 전쟁 업무로 전환되었기 때문에 인력도 부족했다.물론, 그 대학들은 많은 외국인이나 전직 익명을 고용했다.MAP는 특히 대부분이 적국이나 점령국 출신이기 때문에 처음에는 보안상의 이유로 그들의 고용에 반대했다.이들의 취업은 적외국인 취업이 허용되지 않은 MAP가 아닌 대학에 취업했기 때문에 가능했다.MAP는 점차 그 프로젝트에 대한 그들의 고용을 받아들이게 되었다.그것은 일부 사람들을 수감으로부터 보호했고, 보안 허가를 제공했다.적외국인 근로와 거주지에 대한 제한이 있었고, 차를 소유할 수 없었기 때문에 다른 대학을 방문할 수 있도록 허가를 받아야 했다.[40]역사학자 마거릿 고잉은 "모든 전시 비밀 중 가장 위대한 비밀은 다른 전쟁 작업에서 안보상의 이유로 제외된 과학자들에게 맡겨졌다"[41]고 썼다.

리버풀 대학교

브리스톨 대학교의 왕립 포트와 물리학과

리버풀에서 열린 MAUD 위원회의 분과는 프리슈, 로트블랫, 게리 피카반스, 모리스 프라이스, 존 라일리 홀트의 조력을 받은 채드윅이 이끌었다.리버풀의 사단은 또한 앨런 넌 메이와 세실 프랭크 파월이 포함된 브리스톨 대학의 작은 팀을 통제했다.[42]리버풀에서는 Frisch-Peierls 비망록에서 제시된 바와 같이 열확산을 통한 동위원소 분리에 초점을 맞췄다.[38]

이 과정은 두 기체의 혼합물이 온도 구배를 통과할 때, 무거운 기체는 차가운 끝에서, 가벼운 기체는 따뜻한 끝에서 집중되는 경향이 있다는 사실에 근거했다.이것이 동위원소 분리의 수단으로 사용될 수 있다는 것은 1938년 독일의 클라우스 클루시우스게르하르트 디켈에 의해 처음 증명되었는데, 그는 이것을 네온 동위원소를 분리하는데 사용했다.그들은 "기둥"이라고 불리는 기구를 사용했는데, 중심 아래로 뜨거운 전선이 있는 수직 튜브로 구성되어 있다.[43]기법의 장점은 디자인이 단순하고 움직이는 부품이 없다는 점이었다.그러나 평형에 도달하는 데는 수개월이 걸릴 수 있고, 많은 에너지가 필요하며, 육불화 우라늄에 문제를 일으킬 수 있는 고온이 필요했다.[44]

리버풀의 또 다른 연구 라인은 우라늄-235의 핵분열 단면을 측정하는 것이었다. 그 단면에는 프리슈와 페얼스의 계산이 의존했다.그들은 어떤 에너지의 중성자와 우라늄-235 핵 사이의 거의 모든 충돌은 핵분열을 발생시킬 것이라고 가정했었다.[45]이들이 핵분열 단면에 사용한 가치는 1939년 프랑스 연구진이 발표한 것이지만 1940년 3월 15일자, 4월 15일자 미국 학술지 '피지컬 리뷰'에 실린 자료에 따르면 훨씬 작았다.[46][47][45][48]

순수 우라늄-235는 구할 수 없어 리버풀에서 천연 우라늄으로 실험을 진행했다.결과는 결론에 이르지 못했지만 프리슈와 피에를 지지하는 경향이 있었다.[45]1941년 3월까지 알프레드 니어는 미국에서 미미한 양의 순수 우라늄-235를 생산하는데 성공했고, 워싱턴 카네기 연구소Merle Tuve 산하 팀이 단면을 측정하고 있었다.우라늄-235는 영국으로 샘플을 보내기에 너무 값진 것이었기 때문에 채드윅은 미국인들에게 그들이 수행하기를 원하는 측정 목록을 보냈다.최종 결과는 단면이 프리스치와 피에를스가 추정했던 것보다 작았지만, 그 결과 임계 질량은 여전히 약 8kg에 불과했다.[49]

한편, 프라이스는 원자폭탄의 폭주하는 핵 연쇄반응이 얼마나 오랫동안 계속될 것인가에 대해 조사하였다.[49]그는 핵분열에 의해 생성된 중성자의 에너지가 약 1 MeV(0.16 pJ)이므로 이는 1.4×109 cm/초의 속도에 해당한다고 계산했다.체인 반응의 주요 부분은 10×10초−8 (10 "쉐이크")의 순서로 완성될 것이다.핵분열 물질의 1~10%는 이 시기에 핵분열을 일으킬 것이다. 그러나 1%의 효율을 가진 원자폭탄도 TNT에서 무게의 18만 배나 되는 에너지를 방출할 것이다.

옥스퍼드 대학교

옥스퍼드 대학의 MAUD 위원회의 분과는 사이먼이 이끌었다.독일인 에미그레인 그는 시몬이 이미 동위원소 분리에 대한 연구를 시작한 것을 지적하면서 페에를스가 보증한 후에야 관여할 수 있었다.[51]옥스퍼드팀은 니콜라스 쿠르티, 커트 멘델스존, 하인리히 쿤, 헨리 암스, 하인즈 런던 등 영국인이 아닌 과학자로 대부분 구성됐다.그들은 기체 확산이라고 알려진 방법으로 동위원소 분리에 집중했다.[52][42]

이는 다공성 장벽을 통한 기체 유출 속도가 기체 분자 질량의 제곱근에 반비례한다는 그레이엄의 법칙에 근거한 것이다.두 기체의 혼합물이 들어 있는 다공성 장벽이 있는 용기에서 가벼운 분자는 무거운 분자보다 용기에서 더 빠르게 통과될 것이다.용기에서 나오는 가스는 가벼운 분자로 약간 농축되어 있는 반면, 잔여 가스는 약간 고갈되어 있다.[53]사이먼의 연구팀은 구리 거즈를 장벽으로 삼아 실험을 했다.우라늄을 함유하고 있는 것으로 알려진 유일한 기체인 헥사플루오라이드 우라늄은 희소성이 있고 다루기 어려웠기 때문에 이를 시험하기 위해 이산화탄소와 수증기를 혼합하여 사용하였다.[54]

이 작업의 결과는 1940년 12월 사이먼이 발표한 '실제 분리 공장의 규모 추정' 보고서였다.그는 99% 우라늄-235까지 농축된 우라늄을 하루에 1kg씩 생산할 수 있는 산업 공장을 묘사했다.이 발전소는 20단계에서 18,000개의 분리 단위로 70,000 평방미터(750,000평방피트)의 막 장벽을 사용할 것이다.이 발전소는 40에이커(16ha)에 달하며, 이 기계는 7만t(7만1000t)에 달하며 6만kW의 전력을 소비하게 된다.그는 약 400만 파운드의 비용으로 건설하는 데 12개월에서 18개월이 걸리고, 1200명의 인력이 필요한데, 운영하는데 연간 150만 파운드가 들 것이라고 추산했다.그는 "우리는 분리가 기술된 방식으로 이루어질 수 있다고 확신한다"고 결론지었다. "우리는 심지어 그 목적을 볼 때, 이 계획이 시간과 돈, 노력에 너무 많은 비용이 드는 것이 아니라고 생각한다"고 말했다.[55]

케임브리지 대학교

케임브리지 대학의 캐번디쉬 연구소

캠브리지의 MAUD 위원회의 분과는 브래그와 콕크로프트가 공동으로 이끌었다.[37]브레츠허, 페더, 할반, 코와르스키, 허버트 프룬드리히, 니콜라스 케머 등이 포함됐다.Paul Dirac은 비록 정식으로 팀의 일원은 아니었지만 컨설턴트로서 도움을 주었다.[42]1940년 6월 19일 독일군의 프랑스 침공 이후 할반, 코와르스키 등 프랑스 과학자들과 그 가족들은 귀중한 중수 비축과 함께 스폴크 백작과 아르데일 골딩 소령이 기선 브룸파크를 타고 영국으로 데려왔다.[56]2만 2천 파운드의 가치가 있는 이 중수는 처음에는 HM교도소 웜우드 스크럽스에 보관되었지만, 후에 윈저 성의 도서관에 비밀리에 보관되었다.프랑스 과학자들은 케임브리지로 옮겨가서 산화 우라늄과 중수 혼합물에서 핵 연쇄 반응이 발생할 수 있다는 것을 결정적으로 보여주는 실험을 했다.[57][58]

영국에 도착한 직후 쓴 논문에서 할반과 코와르스키는 느린 중성자가 우라늄-238에 흡수되어 우라늄-239를 형성할 수 있다는 이론을 세웠다.[59]1940년 6월 15일 물리 리뷰에 실린 에드윈 맥밀런과 필립 아벨슨의 서한에는 이것이 원자 번호 93을 가진 원소로 붕괴되고, 그 다음 원자 번호 94와 질량 239를 가진 원소로 붕괴되었다고 적혀 있는데, 이 원소는 여전히 방사능이 존재하지만 꽤 오래 지속되었다.[60]그런 민감한 주제에 관한 편지가 채드윅에게 여전히 발행될 수 있다는 사실이 알려졌고, 그는 미국인들에게 공식적인 항의를 보내줄 것을 요청했고, 그렇게 되었다.[61]

브레츠커와 페더는 이론적 근거에서 이 원소가 우라늄-235와 같은 빠르고 느린 중성자 둘 다에 의해 핵분열을 할 수 있을 것이라고 주장했다.만약 그렇다면, 이것은 원자폭탄이 원자로에 있는 더 풍부한 우라늄-238로부터 번식될 수 있고, 우라늄과의 분리가 다른 원소인 만큼 화학적 수단으로 이루어질 수 있기 때문에, 동위원소 분리의 필요성을 피할 수 있기 때문에, 원자폭탄으로 가는 또 다른 길을 약속했다.케머는 우라늄이 천왕성의 이름을 따서 명명되었기 때문에 93 원소는 다음 두 행성의 이름을 따서 넵투늄과 94개의 플루토늄으로 명명될 수 있다고 제안했다.나중에 미국인들이 같은 논리에 따라 독립적으로 같은 이름을 채택했다는 것이 밝혀졌다.브레츠허와 페더는 더 나아가 토륨의 조사로 인해 우라늄-233의 새로운 동위원소가 생성될 수 있으며, 이는 또한 고속 중성자와 저속 중성자 모두에 의해 핵분열에 취약할 수 있다고 이론화했다.[59]이 연구 외에도 에릭 라이달원심분리를 통한 동위원소 분리를 연구했다.[37]

버밍엄 대학교

버밍엄 대학교의 포아닝 물리학 건물.그 파란 명판은 Peierls와 Frisch의 작품을 기념한다.

버밍엄에서 열린 MAUD 위원회의 분단은 Peierls가 이끌었다.그는 호워스와 존슨 그리고 1941년 5월 28일부터 클라우스 푸치의 도움을 받았다.[42]Haworth는 화학자들을 이끌고 6불화 우라늄의 성질을 연구했다.한 가지 유리한 점은 불소가 한 개의 동위원소만을 가지고 있기 때문에 두 분자 사이의 무게의 차이는 전적으로 우라늄의 다른 동위원소 때문이다.[62]

그렇지 않으면, 6불화 우라늄은 이상과는 거리가 멀었다.그것은 120 °F (49 °C)에서 굳어졌고 부식성이 있었으며 물을 포함한 많은 물질들과 반응했다.그러므로 그것은 다루기 어렵고 위험했다.그러나 버밍엄의 화학자들에 의한 조사는 우라늄의 또 다른 가스성 화합물을 발견하는 데 실패했다.린데만은 ICI의 이사인 멜쳇 경과 함께 영향력을 발휘하여 ICI가 6불화 우라늄을 산업 규모로 생산하게 했다.ICI의 불산화수소는 가동 불능 상태였고, 대대적인 수리가 필요했기 때문에, 육불화 우라늄 1킬로그램의 견적은 5,000파운드에 이르렀다.그럼에도 불구하고 그 명령은 1940년 12월에 내려졌다.ICI는 또한 순수 우라늄 금속을 생산하는 방법을 탐구했다.[62]

Peierls와 그의 팀은 핵폭탄의 이론적인 문제를 연구했다.본질적으로 그들은 폭탄의 기술적 특징들을 알아내는 일을 담당했다.Fuchs와 함께 Peierls는 다른 실험실의 모든 실험 데이터를 해석하기도 했다.그는 그들이 동위원소를 얻는 다른 과정들을 조사했다.1940년 여름이 끝날 무렵, Peierls는 열 확산보다 기체 분산을 선호했다.[63]

조지 키스티아코프스키가 핵 무기는 주변 공기를 가열하는 데 대부분의 에너지가 소모되기 때문에 거의 피해를 주지 않을 것이라고 주장한 논문이 미국에서 접수되었다.화학 폭발물은 밀폐된 공간에서 매우 뜨거운 가스를 발생시키지만, 핵 폭발은 이렇게 하지 않을 것이다.[64]Peierls, Fuchs, Geoffrey Taylor, J. G. Kynch는 Kistiakowsky의 주장을 반박하기 위해 수역학을 연구했다.[65]테일러는 1941년 6월 '매우 강렬한 폭발에 의한 폭발파 형성'에 관한 논문을 발표했다.[64]

보고서

MAUD 위원회 최종 보고서 초안은 1941년 6월 톰슨이 작성했으며, 6월 26일 위원들 사이에 회람되었으며, 7월 2일 다음 회의에서 논의한다는 지침이 첨부되었다.주로 채드윅에 의해 상당량의 편집이 이루어졌다.이 단계에서 그것은 두 개의 보고서로 나뉘었다.첫 번째는 "폭탄을 위한 우라늄 사용"이었고, 두 번째 것은 "파워의 원천으로서의 우라늄 사용"이었다.그들은 MAUD 위원회가 완성한 모든 연구와 실험을 통합했다.[66]보고서는 다음과 같은 문구로 시작했다.

조사해야 할 사안이라고 느꼈지만 소신보다 회의적인 마음으로 프로젝트에 들어갔다는 점을 이 보고서 초반에 강조하고 싶다.우리가 진행하면서 우리는 원자력을 대규모로 방출하는 것이 가능하다는 것과 그것을 매우 강력한 전쟁 무기로 만들 수 있는 조건이 선택될 수 있다는 것을 점점 더 확신하게 되었다.우리는 현재 약 25lb의 활성 물질을 함유하고 있는 효과적인 우라늄 폭탄을 만드는 것이 1800t의 TNT와 동등한 파괴 효과와 또한 폭탄이 폭발한 장소 근처를 위험하게 만드는 많은 양의 방사성 물질을 방출할 것이라는 결론에 도달했다.인륜의 [67]인간생활

첫 번째 보고서는 폭탄이 실현 가능하다고 결론지었다.기술적으로 상세히 기술하였으며, 비용추계 등 개발을 위한 구체적인 제안을 제공하였다.하루 1kg의 우라늄-235를 생산하기 위한 공장은 500만 파운드가 들 것으로 추정되었고, 전쟁 노력의 다른 부분에도 필요한 대규모 숙련된 노동력이 필요할 것이다.그것은 2년 안에 이용할 수 있을 것이다.그것이 할 피해 규모는 1917년 핼리팩스 폭발 당시와 비슷한 것으로 추정돼 순식간에 모든 것을 초토화시켰다.반경 0.40km의 1/4마일.[66]보고서는 독일이 중수에 관심을 보였다고 경고했으며, 이는 폭탄에 유용한 것으로 간주되지는 않았지만 독일도 폭탄 제조에 나설 가능성이 남아 있었다.[68]

두 번째 보고는 더 짧았다.정부는 할반과 코와르스키가 대규모로 중수를 만들 계획이 있었던 미국으로 이주할 것을 권고했다.플루토늄이 우라늄-235보다 더 적합할 수 있으며, 플루토늄 연구는 영국에서 계속되어야 한다.그것은 우라늄의 통제된 핵분열이 기계에서 사용할 열 에너지를 생성하는데 사용될 수 있고 라듐의 대체물로 사용될 수 있는 다량의 방사성 동위원소를 제공할 수 있다고 결론지었다.중수 또는 흑연은 고속 중성자의 감속재 역할을 할 수 있다.그러나 결론적으로, 원자로는 미래의 평화적 사용에 대한 상당한 약속을 가지고 있지만, 위원회는 현재의 전쟁 동안 고려할 가치가 없다고 생각했다.[69]

결과

영국

MAUD 위원회 보고서에 대응하여 핵무기 프로그램이 시작되었다.그 노력을 조정하기 위해, 보안 목적을 위해 의도적으로 오해의 소지가 있는 명칭인 튜브 합금(Tube Alloys)을 새 이사회가 만들어졌다.평의회 의장 앤더슨 경은 책임 장관이 되었고 ICI의 월러스 에이커스는 튜브 알로이스의 이사로 임명되었다.[70]튜브 알로이스와 맨해튼 프로젝트는 정보를 교환했지만,[71] 표면적으로는 미국의 안보에 대한 우려 때문에 그들의 노력을 결합하지는 않았다.아이러니컬하게도 이미 소련을 위한 원자력 스파이들에 의해 침투되어 있던 영국의 프로젝트였다.[72]이 시기에 가장 중요한 것은 악명 높은 케임브리지 파이브의 일원인 존 케언크로스였는데, 그는 전쟁내각에서 포트폴리오가 없는 장관 핸키 경의 개인 비서로 일했다.Cairncross는 MAUD 위원회의 정보를 NKVD에 제공했다.[73]

영국은 미국의 인력이나 자원을 보유하지 못했고, 초기 그리고 유망한 출발에도 불구하고 튜브 알로이즈는 미국 상대국에 뒤떨어져 왜소해졌다.[74]영국은 미국의 도움 없이 원자폭탄을 생산할 것을 고려했지만, 그 프로젝트는 압도적 우선권이 필요했을 것이고, 예상 비용은 엄청날 것이고, 다른 전시 프로젝트들에 대한 붕괴는 불가피했으며, 유럽의 전쟁 결과에 영향을 미칠 수 있는 시기에 준비가 될 것 같지 않았다.[75]

1943년 8월 퀘벡 회의에서 처칠과 루즈벨트는 두 국가 프로젝트를 병합한 퀘벡 협정에 서명했다.[76]퀘벡 협정은 그들의 노력을 조정하기 위해 연합 정책 위원회연합 개발 신탁을 설립했다.[77]1944년 9월 19일 하이드 파크 협정은 상업과 군사적 협력을 전후로 확대시켰다.[78]

Akers가 이끄는 영국 임무는 뉴욕의 SAM 연구소에서 가스 확산 기술의 개발을 도왔다.[79]올리판트가 이끄는 또 다른 한 명은 버클리 방사선 연구소에서 전자기 분리 과정을 보조했다.[80]콕크로프트는 영국-캐나다 몬트리올 공동 연구소의 소장이 되었다.[81]로스 알라모스 연구소로 가는 영국 임무는 채드윅이 이끌었고, 후에 페에를스는 영국의 가장 저명한 과학자 몇 명을 포함시켰다.[82][83]차드윅은 영국임무의 총 책임자로서, 가깝고 성공적인 파트너십을 구축했고,[84] 영국인들의 참여가 완전하고 충실한 것을 보장했다.[85]

미국

1939년 아인슈타인-실라르 편지에 대한 응답으로 대통령 프랭클린 D. 루즈벨트는 1939년 10월 리만 브릭스 의장이 주재하는 우라늄 자문위원회를 만들었다.연구는 전력 생산을 위한 느린 핵분열에 집중되었지만, 동위원소 분리에 대한 관심이 증가하고 있다.1941년 6월, 루즈벨트는 바네바 부시를 소장으로 하는 과학연구개발국(OSRD)을 창설했으며, 개인적으로 대통령에게 책임이 있다.[86]우라늄 위원회는 OSRD의 우라늄 섹션이 되었고, 곧 보안상의 이유로 S-1 섹션으로 이름이 바뀌었다.[87][88]

부시는 노벨상 수상자인 아서 콤프턴과 국립과학아카데미를 약혼시켰다.그의 보고서는 1941년 5월 17일에 발표되었다.그것은 더 강력한 노력을 지지했지만, 폭탄의 설계나 제조에 대해서는 구체적으로 언급하지 않았다.[89]MAUD 위원회의 정보는 미국, 특히 Tizard Mission을 여행하는 영국 과학자들로부터, 그리고 1941년 4월과 7월에 열린 MAUD 위원회 회의에서 미국 관찰자들로부터 왔다.[90]Tizard 미션에 참여했던 Cockcroft는 미국 프로젝트가 영국 프로젝트보다 뒤처져 있고, 그렇게 빨리 진행되지 않고 있다고 보고했다.[91]

영국은 전쟁 중이었고 원자폭탄이 시급하다고 느꼈지만 미국은 아직 전쟁 중이 아니었다.미국 프로그램을 실행에 옮긴 것은 올리판트였다.그는 1941년 8월 말 미국으로 날아가서 표면적으로는 레이더 프로그램에 대해 논의했지만 실제로는 미국이 왜 MAUD 위원회의 조사 결과를 무시하고 있는지 알아냈다.[92]올리판트 대변인은 "리만 브릭스 우라늄위원회 부장에게 회의록과 보고가 전달됐으며 우리는 사실상 아무런 논평도 받지 못해 곤혹스러웠다"고 전했다.나는 워싱턴에 있는 브릭스에게 전화를 걸었는데, 다만 이 말이 없고 인상적이지 않은 사람이 그 보고서를 자신의 금고에 넣어두고 자신의 위원회 위원들에게 보여주지 않았다는 사실을 알아내기 위해서였다.나는 놀라움과 괴로움을 느꼈다."[93]

올리판트는 S-1 구역과 만났다.사무엘 K. 앨리슨시카고 대학의 새로운 위원회 위원, 실험 물리학자, 그리고 콤프턴의 원생이었다.알리슨은 "올리판트는 "회의와 같다"고 회상하며 "확실한 말로 '폭탄'이라고 말했다"고 말했다.그는 우리가 폭탄에 모든 노력을 집중해야 한다고 말했고 우리는 발전소나 다른 어떤 것에도 일할 권리가 없다고 말했다.그는 폭탄은 2500만 달러가 들 것이며 영국은 그 돈이나 인력이 없었기 때문에 우리에게 달려 있다고 말했다.[94]

이어 올리판트는 미국 노벨상 수상자인 친구 어니스트 로렌스를 찾아 긴박함을 설명했다.로렌스는 콤프턴과 제임스 B에게 연락했다. 1941년 10월 3일 톰슨으로부터 최종 MAUD 보고서 사본을 받은 코난트.또한 노벨상 수상자인 해롤드 유리조지 B. 페그램은 더 많은 정보를 얻기 위해 영국으로 보내졌다.[95]1942년 1월 OSRD는 연구 외에도 대규모 엔지니어링 프로젝트에 참여할 수 있는 권한을 부여받았다.[96]MAUD 위원회의 도움이 없었다면 맨해튼 프로젝트는 몇 달 늦게 시작되었을 것이다.대신에 그들은 어떻게 폭탄을 만들 것인가에 대해 생각하기 시작할 수 있었다. 그것이 가능한지 아닌.[97]고잉은 "몇 달만 시간 척도를 바꾸는 사건들은 그럼에도 불구하고 역사를 바꿀 수 있다"[98]고 언급했다.1945년 7월 16일 맨해튼 프로젝트는 트리니티실험에서 최초의 원자 폭탄을 터트렸다.[99]

소비에트 연방

소련은 핵스파이 푸흐스, 엥겔베르트 브로다, 케인크로스로부터 영국 연구의 세부사항을 받았다.NKVD의 수장인 라브렌티 베리아는 1942년 3월 소련 공산당 서기장 조셉 스탈린에게 MAUD 보고서와 케언크로스가 통과한 다른 영국 문서들을 포함한 보고서를 제출했다.[100]1943년 NKVD는 MAUD 위원회의 최종 보고서 사본을 입수했다.이 때문에 스탈린은 비록 자원이 매우 제한적이었지만 소련 프로그램의 시작을 명령하게 되었다.이고르 쿠르차토프는 그해 말 초창기 프로그램의 책임자로 임명되었다.[101]6년 후인 1949년 8월 29일 소련은 원자 폭탄을 실험했다.[102]

메모들

  1. ^ 클라크 1961 페이지 9.
  2. ^ Chadwick, James (1932). "Possible Existence of a Neutron" (PDF). Nature. 129 (3252): 312. Bibcode:1932Natur.129Q.312C. doi:10.1038/129312a0. S2CID 4076465. Archived (PDF) from the original on 2018-08-27. Retrieved 2020-05-24.
  3. ^ 1964년, 페이지 17-18.
  4. ^ Cockcroft, J. D.; Walton, E. T. S. (1 June 1932). "Experiments with High Velocity Positive Ions. (I) Further Developments in the Method of Obtaining High Velocity Positive Ions". Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 136 (830): 619–630. Bibcode:1932RSPSA.136..619C. doi:10.1098/rspa.1932.0107. ISSN 1364-5021.
  5. ^ Cockcroft, J. D.; Walton, E. T. S. (1 July 1932). "Experiments with High Velocity Positive Ions. (II) The Disintegration of Elements by High Velocity Protons". Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 137 (831): 229–242. Bibcode:1932RSPSA.137..229C. doi:10.1098/rspa.1932.0133. ISSN 1364-5021.
  6. ^ 클라크 1961 페이지 5
  7. ^ 클라크 1961 페이지 11.
  8. ^ 번스타인 2011, 페이지 240.
  9. ^ 1979년 113-117페이지
  10. ^ Bohr, Niels; Wheeler, John A. (September 1939). "The Mechanism of Nuclear Fission". Physical Review. American Physical Society. 56 (5): 426–450. Bibcode:1939PhRv...56..426B. doi:10.1103/PhysRev.56.426.
  11. ^ Bohr, N.; Kalckar, F. (1937). "On the transmutation of atomic nuclei by impact of material particles. I. General theoretical remarks" (PDF). Mathematisk-fysiske Meddelelser. XIV (10): 1–40. ISSN 0023-3323. Archived (PDF) from the original on 30 November 2020. Retrieved 24 May 2020.
  12. ^ Wheeler, John A. (1 November 1967). "The Discovery of Fission – Mechanism of Fission". Physics Today. 20 (11): 49–52. Bibcode:1967PhT....20k..43F. doi:10.1063/1.3034021.
  13. ^ 1964년, 페이지 389.
  14. ^ 클라크 1961 페이지 18-21.
  15. ^ von Halban, H.; Joliot, F.; Kowarski, L. (22 April 1939). "Number of Neutrons Liberated in the Nuclear Fission of Uranium". Nature. 143 (3625): 680. Bibcode:1939Natur.143..680V. doi:10.1038/143680a0. S2CID 4089039.
  16. ^ 클라크 1961 페이지 25-29.
  17. ^ 팜엘로 2013 페이지 15-24.
  18. ^ 팜엘로 2013, 페이지 123-125.
  19. ^ a b 1964년, 페이지 34-36.
  20. ^ 1964년, 페이지 37~39.
  21. ^ Szasz 1992, 페이지 3-5.
  22. ^ 클라크 1961 페이지 42.
  23. ^ 클라크 1961 페이지 42-43.
  24. ^ 1979년 122-125페이지
  25. ^ 1979년 125-126페이지
  26. ^ Peierls 1985, 페이지 154–155.
  27. ^ 1964년, 페이지 41.
  28. ^ Szasz 1992, 페이지 4.
  29. ^ 1964년, 페이지 43-44.
  30. ^ Laucht 2012, 페이지 41.
  31. ^ 클라크 1961 페이지 65.
  32. ^ a b c 1964년, 페이지 45.
  33. ^ 클라크 1961 페이지 74-76.
  34. ^ a b 클라크 1961 페이지 76–77.
  35. ^ 1964년, 페이지 46.
  36. ^ 1964년, 페이지 47.
  37. ^ a b c d e f 1964년, 페이지 48.
  38. ^ a b Laucht 2012, 페이지 42.
  39. ^ 1964년, 페이지 52-53.
  40. ^ 1964년 고잉, 페이지 53-54.
  41. ^ 1964년, 페이지 54.
  42. ^ a b c d 1964년, 페이지 53.
  43. ^ 1945년 SMyth, 페이지 161–162.
  44. ^ 1964년, 페이지 57.
  45. ^ a b c 1964년, 페이지 60-61.
  46. ^ 번스타인 2011, 페이지 443.
  47. ^ Goldstein, L. A.; Rogozinski, A.; Walen, R. J. (9 July 1939). "The Scattering by Uranium Nuclei of Fast Neutrons and the Possible Neutron Emission Resulting from Fission". Nature. 144 (3639): 201–202. Bibcode:1939Natur.144..201G. doi:10.1038/144201a0. ISSN 0028-0836. S2CID 4014074.
  48. ^ Hewlett & Anderson 1962, 페이지 22.
  49. ^ a b 1964년, 페이지 67–68.
  50. ^ 1964년, 페이지 401–402.
  51. ^ 1964, 페이지 46–47.
  52. ^ Laucht 2012, 페이지 45.
  53. ^ Jones 1985, 페이지 152.
  54. ^ 클라크 1961 페이지 90–91.
  55. ^ 1964년, 페이지 59.
  56. ^ Martin, Roy. "The Suffolk Golding Mission, A Considerable Service" (PDF). Archived (PDF) from the original on 31 May 2016. Retrieved 30 December 2016.
  57. ^ 클라크 1961 페이지 95-103.
  58. ^ 1964년, 페이지 50-52.
  59. ^ a b 1964년, 페이지 59-60.
  60. ^ McMillan, Edwin; Abelson, Philip (1940). "Radioactive Element 93". Physical Review. 57 (12): 1185–1186. Bibcode:1940PhRv...57.1185M. doi:10.1103/PhysRev.57.1185.2.
  61. ^ 1964년, 페이지 60.
  62. ^ a b 1964년, 페이지 62-63.
  63. ^ Laucht 2012, 페이지 44.
  64. ^ a b 클라크 1961 페이지 92-93.
  65. ^ Peierls 1985, 페이지 176–177.
  66. ^ a b 1964년, 페이지 77.
  67. ^ 1964년, 페이지 394.
  68. ^ 1964년, 페이지 395.
  69. ^ 1964년, 페이지 79-80.
  70. ^ Gowing 1964, 페이지 108–111.
  71. ^ 번스타인 1976년, 페이지 206-207.
  72. ^ 폴 2000, 페이지 26.
  73. ^ 로즈 1995, 페이지 52-53.
  74. ^ 번스타인 1976년, 페이지 206–208.
  75. ^ 1964년, 페이지 162–165.
  76. ^ 1962년 휴렛 앤더슨 페이지 277.
  77. ^ Hewlett & Anderson 1962 페이지 285–286.
  78. ^ 1964년, 페이지 340–342.
  79. ^ 1964년, 페이지 250–256.
  80. ^ Gowing 1964, 페이지 226–227, 256–258.
  81. ^ Jones 1985, 페이지 246–247.
  82. ^ Szasz 1992, 페이지 148–151.
  83. ^ 1964년, 페이지 260–268.
  84. ^ 1964년, 페이지 236–239.
  85. ^ 1964년, 페이지 242.
  86. ^ 슈라이더 2006, 페이지 14.
  87. ^ 1962년 휴렛 앤더슨 페이지 41.
  88. ^ 1964년, 페이지 121-122.
  89. ^ Hewlett & Anderson 1962, 페이지 29, 37–38.
  90. ^ Hewlett & Anderson 1962 페이지 40–43.
  91. ^ 1964년, 페이지 65-66.
  92. ^ Hewlett & Anderson 1962 페이지 43–44.
  93. ^ Oliphant, Mark (December 1982). "The Beginning: Chadwick and the Neutron". Bulletin of the Atomic Scientists. 38 (10): 14–18. Bibcode:1982BuAtS..38j..14O. doi:10.1080/00963402.1982.11455816. ISSN 0096-3402. Archived from the original on 30 May 2021. Retrieved 3 May 2012.
  94. ^ 로즈 1986 페이지 373.
  95. ^ Hewlett & Anderson 1962, 페이지 29, 43–44.
  96. ^ Hewlett & Anderson 1962 페이지 45–49.
  97. ^ 1964년, 페이지 77-80.
  98. ^ 1964년, 페이지 85.
  99. ^ 로즈 1986, 페이지 671–676.
  100. ^ Gordin 2009, 페이지 111–115.
  101. ^ 2001년 개논 페이지 224.
  102. ^ "U.S. Intelligence and the Detection of the First Soviet Nuclear Test, September 1949". National Security Archive. Archived from the original on 6 February 2017. Retrieved 18 April 2017.

참조

외부 링크