1939年1月6日、専門家たちの間に、人類初となる核分裂成功の知らせが広まりました。科学者オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンは、学術誌「ナトゥールヴィッセンシャフト」誌上で、ウランに中性子を照射する実験の結果を報告したのです。
原子を割る試みの歴史
原子を分割する試み自体は、当時すでに目新しいものではありませんでした。1919年、物理学者アーネスト・ラザフォードが最初の原子を「叩き壊し」、窒素を酸素へと変えることに成功しています。彼は一つの元素から別の元素を作り出したのです。ただし、酸素原子は窒素原子よりもわずかに重いだけであり、両者はよく似た存在でした。その後の年月、世界の著名な原子研究施設では次々と原子変換の実験が繰り返されることになります。
核分裂による発電は長らく絶望視されていた
当時の定説によれば、原子に粒子を衝突させても、元の元素と重さがほとんど変わらない元素しか生成されないとされていました。科学者たちは、原子核が真っ二つに割れることはあり得ないと考えていたのです。だからこそ、原子核が破裂する際に生じるはずの莫大なエネルギーを取り出すことは、永遠に不可能だとみなされていました。
最初の核分裂
ローマのエンリコ・フェルミ、ベルリンのリーゼ・マイトナーとオットー・ハーンといった経験豊富な実験研究者たちは、この前提のもとで何年もの間実験を重ねましたが、成果は得られず、新たな矛盾に次々と直面していました。1925年以来、マイトナーとハーンはベルリンのカイザー・ヴィルヘルム研究所の実験室で共同研究を続けてきました。そして1938年11月、ハーンはついに解決の糸口をつかんだと思ったのです。コペンハーゲンで著名な物理学者にしてノーベル賞受賞者のニールス・ボーアと会ったハーンは、「ウランがラジウムになる」という自身の考えについて意見を求めました。ラジウムはウランよりそれほど軽くはありませんが、ボーアはその重量差が大きすぎると判断しました。
ハーンはベルリンに戻り、仮説が正しいことを証明しようとしました。1938年12月、ハーンと同僚のフリッツ・シュトラスマンは、ベルリンのカイザー・ヴィルヘルム化学研究所でウラン原子に粒子を衝突させ、ラジウムを得ようと試みます。しかし思うような結果は得られませんでした。ところが、まったく予想外のことが起こったのです。ウランに核粒子を照射している最中に、ウランの半分の重さしかない元素バリウムが検出されました。これは核分裂によって生成されたものであるに違いありません。
リーゼ・マイトナーが現象を正しく解釈
数日後、ハーンはカイザー・ヴィルヘルム研究所の同僚である物理学者リーゼ・マイトナーに、この発見を手紙で知らせました。マイトナーはユダヤ人であったため、数か月前にドイツを去らざるを得なくなっていたのです。彼女は同じく物理学者である甥のオットー・ローベルト・フリッシュとともに、ウラン核分裂に対する初めての物理学的解釈を提示しました。
1939年初頭、ハーンとシュトラスマンは実験結果を論文として発表します。「ウランに中性子を照射した際に生成されるアルカリ土類金属の検出と挙動について」と題されたこの論文は、1939年1月6日付の学術誌「ナトゥールヴィッセンシャフト」に掲載されました。ハーンはこの発見の功績により、1944年にノーベル化学賞を受賞しています。
原子力エネルギーと核兵器
核分裂の研究は、新たな時代――原子力の時代――の幕開けをもたらしました。当時の核分裂の魅力は、原子核に蓄えられたエネルギーを利用できるという展望にありました。天然の放射能ではこれは不可能です。「一方、核分裂では連鎖反応によってエネルギーを生み出す核過程を倍増させることが可能です。各核分裂のたびに、さらなる核分裂を引き起こしうる数個の中性子が放出されるからです」と、例えばマインツ大学は説明しています。
この発見は国際的に、とりわけアメリカ合衆国で大きな波紋を呼びました。1942年12月2日、イタリア出身の物理学者エンリコ・フェルミの指揮のもと、世界初の原子炉がシカゴで稼働を開始します。現象を技術へと転化するまでには、わずか4年しかかかりませんでした。ただし、シカゴの施設は発電用ではなく、核兵器の建造を目標とするマンハッタン計画の一環でした。原子爆弾の開発と製造は膨大な労力を注いで推し進められ、第二次世界大戦中、アメリカは史上初めて核兵器を使用することになったのです。
民生用原子炉技術
医療診断などをはじめとする原子力エネルギーの平和利用は、主に戦後に知られ、広く活用されるようになりました。しかし1986年4月のチェルノブイリ原発事故により、民生用原子炉技術にも陰りが見え始めます。今日まで続く、原子力発電所の安全性をめぐる議論は、ここから始まったのです。
放射能と核分裂の仕組み
放射能は宇宙線として存在するなど、私たちの身の回りに遍在しています。標高の高い山では空気が薄いため、宇宙からの放射線を遮蔽する効果が弱まります。また、放射線は火山岩など、地面からも放出されています。
「放射能」という用語は、特定の物質が外部の影響なしに変化し、それに伴って特有の放射線を放つ性質を指します。原子はしばしば不安定であり、自然に崩壊して電離放射線、すなわち放射性の放射線を放出します。しかし、適切な励起エネルギーを供給すれば、原子の崩壊を人為的に引き起こすことも可能です。中性子を照射すると、原子核は二つ以上の、はるかに軽い原子核へと分裂します。
この分裂の際には運動エネルギーと強烈な放射線が放出されます。さらに2〜3個の中性子が生じ、これらは他の原子核に衝突させて分裂させるために利用できます。こうして雪崩のように広がる崩壊過程、すなわち連鎖反応が生まれるのです。核分裂はエネルギー生成に利用できる一方で、核兵器にも使用されうる、二面性を持った技術だといえます。