原題は『The peaceful atom』、著者は Bernice Kohn Hunt です。
　例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに感謝いたします。
　図版は省略しました。
　以下、本篇です。（ノー・チェックです）

*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「平和な原子」の開始 ***
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平和な原子

による

バーニス・コーン

イラスト：
ZENOWIJ ONYSHKEWYCH

プレンティスホール社

イングルウッド・クリフス。ニュージャージー州

同じ著者による他のプレンティス・ホール書籍:

ジョン・カウフマンによるイラスト『 小さな僕たち：カビと酵母』

Alikiによるイラスト であなたの役に立つコンピューター

『平和な原子』、バーニス・コーン著

国際汎米著作権条約に基づく著作権

©1963 バーニス・コーン

本書またはその一部を、レビューに短い引用を含める場合を除き、いかなる形式でも複製する権利を含め、すべての権利は留保されています。

米国議会図書館カタログカード番号: 63-9054

アメリカ合衆国で印刷 65524-T

コンテンツ
1.原子時代
2.最小のもの
3.放射線の謎
4.原子の中に何があるのか​​？
5.探求の始まり
6.新世界への旅
7.小さな原子、大きな力
8.輸送のための原子
9.追跡する原子
10.原子を変える原子
付録
用語集

1

原子時代
身の回りのものを見て、何でできているんだろうと不思議に思ったことはありませんか？木でできたテーブルを目にすることもあるでしょう。でも、木は何でできているのでしょう？あなたは何でできているのでしょう？ニンジン、鳥、自転車、野球ボールは何でできているのでしょう？

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[7ページ]

世の中のあらゆるものは原子でできています。原子は非常に小さいため、それを観察できるほどの性能を持つ顕微鏡は世界中にほんのわずかしかありません。この「i」の文字の上にあるのと同じくらい大きな点を作るには、約2000万個の原子が必要です。実際、ペンシルベニア州とカリフォルニア州の住民一人一人に原子が1個ずつあれば、ピンの先に全部収まるほどです！

でも、どんなに小さくても、原子はあらゆるものを作る基本単位です。あなたは確かに象には似ていませんよね？でも、あなたたちは二人とも原子でできているんです！スクランブルエッグにも、タオルにも、冷蔵庫にも似ていませんよね？でも、それらもすべて原子でできているんです！

原子はどこにでも存在し、あらゆるものなのです。私たちは原子時代に生きているのですから、原子について何かを学ぶべきです。

なぜ今は原子時代なのでしょうか？原子は最近発見されたのでしょうか？いいえ、そうではありません。人々はずっと昔から原子について知っていました。

では、この時代は何が違うのでしょうか？それは、私たちが原子を私たちのために働かせる方法を学んだことです。私たちはこの働きを「原子力」と呼んでいます。

あなたのお父さんとお母さんが子供だった頃、原子力について聞いたことのある人は誰もいませんでした。熱、光、そして機械を動かすためのエネルギーは、主にいくつかの源から供給されていました。水力や風力も少しありました。 [8ページ]電力は供給されていましたが、ほぼすべてのエネルギーは燃料の燃焼から得られました。

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長年にわたり、世界の主な燃料は石炭、石油、天然ガスでした。これらはすべて化石燃料です。つまり、何百万年も前に作られ、それ以来ずっと地中に閉じ込められてきたということです。これらの燃料が使い果たされれば、代替燃料は存在しません。もはや存在しなくなるのです。

1900年代初頭には、燃料不足を心配し始めた人々がいました。まだ燃料不足はなく、今後も長く続くことはなさそうでした。新しい炭鉱や油井は次々と発見されていました。しかし、いつか最後の炭鉱が発見され、燃料はすべて使い果たされてしまう日が来るでしょう。そして、その後はどうなるのでしょうか？

[9ページ]

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世界中で新たな産業が発展するにつれ、電力需要は高まり、同時に不安も増大しました。そして1942年、突如として、史上最大の発見の一つがもたらされました。原子時代が到来し、完璧な燃料が発見されたのです。

原子力は、これまで夢にも思わなかったことを可能にします。原子は、火も音もなく、巨大な発電所を動かすことができます。1ポンドの燃料に含まれる原子は、あなたの家の電灯を1000年間も灯し続けることができるのです！

[10ページ]

原子は、少量の燃料で、大型船を何度も海を往復させることができます。

原子はハンバーガーを凍らせずに数週間新鮮に保つことができます！

原子は時には病人を治すこともできるのです！

原子はパイプの漏れを発見したり、車のタイヤのゴムを検査したりすることができます。

原子は、さまざまな方法で私たちの生活をより楽に、より健康に、より良くしてくれます。

ところで、この素晴らしい原子とは何でしょうか？調べてみましょう。

[11ページ]

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[12ページ]

2

最も小さなもの
原子の物語は約2000年前、古代ギリシャに始まります。そこで、デモクリトスという賢人が、物が何でできているかを考え始めました。デモクリトスは、木、金属、キャンディーなど、どんなものでも小さな破片を取って半分に切ることができると推論しました。そして、その半分をさらに半分に切り、さらに その破片を半分に切り、というように繰り返していきます。そして最終的に、それ以上分割できないほど小さな粒子にたどり着くだろうとデモクリトスは言いました。彼はこれらの最小の粒子を、ギリシャ語の「分割できない」という意味の「アトモス」にちなんで、原子と呼びました。

世界中のあらゆるものが原子でできていると信じることは、人々にとって容易ではありませんでした。彼らはすぐにデモクリトスと彼の奇妙な考えを忘れ去りました。原子は2000年近くもの間、忘れ去られていたのです。

しかし18世紀になると、ヨーロッパの科学者たちは再び物事の構造に興味を持ち、実験を始めました。そして、興味深い発見がいくつかありました。

[13ページ]

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化学者たちは、水のような物質を水素と酸素という二つの物質に分解できることを発見しました。しかし、化学者たちがどんなに努力しても、水素と酸素は他の化学物質に分解できませんでした。食卓塩は簡単にナトリウム と塩素に変えられました。しかし、どんなに努力しても、ナトリウムと塩素を他の物質に分解することはできませんでした。

[14ページ]

そこで科学者たちは、私たちの周りにあるほとんどのもの、つまり水、塩、木、動物などは、物質の組み合わせでできていると判断しました。彼らはその組み合わせを化合物と呼び、分解できない物質を元素と呼びました。

現在、私たちは100種類以上の元素を知っています。1800年には、その約半分が発見されていました。そして、ちょうどその頃、イギリス人のジョン・ドルトンが、真に科学的な最初の 原子論を提唱しました。

ドルトンは、すべての元素は原子でできており、どの元素の原子も常に同じであると述べました。炭素原子は他のすべての炭素原子と常に同じです。そして、ドルトンはさらに、異なる元素の原子はそれぞれ異なる重さを持つと続けました。炭素原子は水素原子よりも重く、酸素原子は炭素原子よりも重いのです。

ドルトンは、原子の結合の仕方が重さによって異なることに気づきました。水は水素と酸素からできています。しかし、水を作るには水素原子2個 と酸素原子1個が必要です。この水の最小単位は分子と呼ばれます。分子とは、あらゆる化合物の最小単位です。

ダルトンのもう一つの貢献は、化学元素を表すための速記記号の使用でした。今日、私たちはそこから派生したシステムを使用しています。 [15ページ]ダルトンの。

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ジョン・ダルトン

[16ページ]

水分子を「水素原子2個と酸素原子1個」と呼ぶ代わりに、水素を「H」、酸素を「O」と呼び、単にH 2 Oと書きます。炭素の記号は「C」で、二酸化炭素はCO 2と書きます。これは、1つの炭素原子と2つの酸素原子が結合して1つの二酸化炭素分子を形成することを意味します。

ジョン・ドルトンは偉大な​​科学者であり、彼の原子論のほぼすべてが正しかったことが証明されました。彼の考えのうち、誤りであることが現在判明しているのはたった一つだけです。そして、その考えはデモクリトスにまで遡ります。二人とも、原子は考えられる最小の粒子であり、決して分割できないと考えていました。

確かにそう思えました。しかし、1800年代の終わり頃から、原子に関する驚くべき事実が明らかになり始めました。まだ誰も気づいていませんでしたが、人類は原子を変えようとしていました。そして、原子は世界を変えようとしていたのです！

[17ページ]

3

光線の謎
1895年、ドイツの科学者ヴィルヘルム・K・レントゲン（レントゲン）は、特殊な電気管の実験を行っていました。彼は管の片方の端を黒い紙で覆い、その近くには光が当たると光るスクリーンを設置しました。

レントゲンはたまたまスクリーンをちらりと見た――そして、自分の目が信じられなかった。スクリーンは輝いていた――しかし、覆われた管からは光が全く漏れていなかった！信じられないことに思えた――しかし、そこに光があった。

後に誰かがレントゲンに意見を尋ねたとき、彼は真の科学者としての返答をした。

彼は言い​​ました。「考えたんじゃない。調べたんだ！」

レントゲンはそれらの放射線が何なのか分からなかったので、X線と呼ぶことにしました。彼は、それらの放射線が黒い紙だけでなく、他の多くの物質も透過できることを発見しました。布や木材は容易に透過しますが、金属は透過を妨げます。レントゲンは、それらの謎の放射線が体の柔らかい部分を透過する一方で、骨によって遮られることを発見しました。

[18ページ]

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ヴィルヘルム・K・レントゲン

[19ページ]

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骨折した脚のX線写真

これは実に有益な発見でした。骨折した骨の影絵を撮影し、整復方法を確認できることが、医師にとってどれほど貴重だったか想像してみてください。おそらく歯科医は、虫歯の有無を調べるためにレントゲン写真を使って歯を撮影しているでしょう。

レントゲンの発見は大きな関心を呼び起こした。もしかしたら他にも様々な種類の放射線があるかもしれない。科学者たちはその探索を始めた。

探究者の一人に、フランス人のアントワーヌ・アンリ・ベクレル（Beck-er-EL）がいました。1896年、ベクレルはウラン塩の結晶を使った実験を行っていました。これらの結晶は太陽光にさらされると光を発しました。

ある日、ベクレルは写真フィルムの輝きを実験する準備を整えていました。しかし、まさに実験を始めようとしたその時、空が曇ってしまいました。太陽光がなければ実験は不可能だったため、ベクレルはフィルムを黒い紙で包み、その上に結晶を置き、その包みを引き出しにしまい込みました。

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ウラン

[20ページ]

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アントワーヌ・アンリ・ベクレル

太陽は数日間隠れたままで、ベクレルは実験を続けることができませんでした。しかし、彼はとにかくフィルムを現像することに決めました。すると、ウラン結晶があったまさにその真ん中に、黒い点が浮かび上がっているのを発見し、彼は驚きました。つまり、太陽光がなくても、結晶は自ら光を発していたのです！またしても謎です！

ベクレルはウランを含むいくつかの化合物を試験し、それらすべてが同様の放射線を発することを発見しました。なぜでしょうか？

[21ページ]

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マリー・キュリー

ベクレルの研究について聞いた科学者の一人は、パリで働いていた若いポーランド人女性でした。彼女の名前はマリー・キュリー（Cu-REE）でした。

キュリー夫人は、放射線を放出する元素はウランだけなのではないかと考えました。夫ピエールの助けを借りて、彼女は既知のあらゆる元素の放射線の検査を始めました。そして、この放射線を放出する能力を 「放射能」と呼ぶことにしました。

[22ページ]

数々の検査を経て、キュリー夫人はトリウムという 元素も放射性元素であることを発見しました。そこでキュリー夫妻は、放射性元素が2つあるなら 、おそらく他にもあるだろうと考え、探索を続けました。

ある日、奇妙な出来事が起こりました。キュリー夫妻はウランの鉱石である瀝青石からウランを精錬するのに忙しくしていました。ところが、突然、鉱石の放射能がウランそのものよりも強いことに気づきました。一体どうしてこんなことが起こるのでしょう？唯一の説明は、瀝青石にはもっと強い放射能を持つ別の元素が含まれているに違いない、とキュリー夫人は考えました。

1898年、キュリー夫妻は何トンもの瀝青鉱を分析した結果、ウランの900倍もの放射能を持つ新元素の粒子を分離することに成功しました。彼らはこの新元素をラジウムと名付けました。

キュリー夫妻と他の科学者たちは大いに興奮しました。ウラン、トリウム、ラジウムという3つの元素が、いずれも強力な放射線を発しているのです。その放射線は一体どこから来るのでしょうか？科学者たちは、その放射線は元素の原子から来ているに違いないと確信していました。しかし、一体どうしてそうなるのでしょうか？原子より小さいものは存在しないはずなのに。それとも、本当に存在するのでしょうか？科学者たちは知りませんでした。それはまさに謎でした。

[23ページ]

4

原子には何が含まれていますか?
どんな謎にも、それを解き明かそうとする人が必ず現れます。放射能の謎も例外ではありませんでした。世界各地の科学者たちが手がかりを探し始め、少しずつ発見していきました。そして1930年代になってようやく、パズルの最後のピースがはまり始め、原子の構造がついに明らかになったのです。

[24ページ]

しかし、原子の構造について話す前に、家の構造について話しましょう。多くの家は木材、屋根板、ガラスで建てられています。しかし、同じ材料で建てられていても、見た目は全く同じではないかもしれません。ランチハウス、スプリットレベルハウス、コロニアルハウスなどがあります。

一方、建設業者が大規模な開発を行う際に、すべての家が全く同じ構造になっていることもあります。新しい友人がシェイディー・エーカーズ開発地に住んでいると言ったら、彼の家を思い浮かべてみてください。シェイディー・エーカーズにある他の家と全く同じ構造です。

これが原子とどう関係するのか疑問に思われるでしょうか？実は、すべての原子は同じ主要物質でできています。

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[25ページ]

それらは陽子、電子、そして中性子と呼ばれます。牧場風の家が植民地風の家と全く同じように見えることは決してないように、ある元素の原子が別の元素の原子と全く同じに見えることは決してありません。

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原子

しかし、シェイディー・エーカーズの家々のように、同じ元素の原子はどれも全く同じように見えます。水素原子は他の水素原子と全く同じように見えます。炭素原子は他の炭素原子と全く同じように見えます。しかし、水素原子は決して炭素原子と同じに見えません。

原子は別の意味でも家に似ています。2つの家や2つの原子に使われている建築材料は同じですが、家や原子の最終的な構造は、材料の配置方法によって決まります。

[26ページ]

もし原子を目に見えるほど大きくすることができれば、1 つまたは複数の惑星の周りを回る衛星 (または衛星群) を見ていると思うかもしれません。

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原子

原子の惑星、つまり中心は 原子核と呼ばれます。原子核は主に陽子と中性子でできています。原子核の周りを回る小さな衛星は常に電子です。

通常の原子は、陽子と電子の数が常に同じです。この数は原子番号と呼ばれます。同じ原子番号を持つ元素は2つとありません。陽子と電子の数によって、原子の種類が決まります。原子核に陽子が2つあり、その周りを電子が2つ回っている場合、原子核は [27ページ]ヘリウム 原子。2つの陽子と2つの電子がなければ、それはヘリウムではありません。

200
ヘリウム原子

ヘリウム原子の原子核には中性子が2つあります。通常、原子は陽子や電子の数を変えてもその種類は変わりませんが、中性子の数を変える ことは可能です。

同じ元素でありながら、原子核内の中性子の数が異なる原子は、同位体と呼ばれます。同位体が1つしかない元素もあれば、8つや10つもある元素もあります。

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ヘリウムの原子

[28ページ]

ウランには3つの主要な同位体があります。最も一般的なウランは、陽子92個、中性子146個、そしてもちろん電子92個で構成されています。（電子の数は陽子の数と一致しなければならないことを覚えていますか？）

原子核内の粒子の総数を合計すると、92 + 146 = 238となるので、このウランはウラン238と呼ばれます。143個の中性子を持つ同位体もあり、これは92 + 143 = 235となるため、ウラン235と呼ばれます。最後の同位体は中性子が142個で、ウラン234です。

原子の中で最も重い部分は原子核です。陽子と中性子は電子よりもはるかに重いです。そして、その周囲には広大な空間が広がっています。もし水素原子核（陽子は1つだけ）をテニスボールほどの大きさに拡大すると、電子は800メートルも離れたところまで到達するでしょう！

原子全体は非常に小さく、これほど小さなものを想像するのはほぼ不可能です。1インチの大きさにするには、ある種の原子であれば2億5000万個必要になります。しかし、同じインチを覆うには、その 5万倍もの電子が必要になります。

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[29ページ]

5

捜索開始
原子の構造については多くのことが分かってきましたが、まだ放射線の謎は解明されていません。さあ、今すぐ解き明かしてみましょう。

放射性原子は実際には一時的な原子です。バランスが崩れているため、バランスを取り戻すために自らの一部を放出します。原子が陽子、中性子、電子を放出することを「崩壊」といいます。虫歯になると、原子の一部が崩れ落ちます。原子にも同じことが起こります。

原子の陽子数が変化すると、異なる種類の原子になることは周知の事実です。そして、まさにそれが放射性元素に起こります。ウラン、トリウム、ラジウムはすべて鉛に変化します。他の放射性元素は崩壊して異なる元素になります。

原子が崩壊すると、3種類の粒子が放出されます。これらはギリシャ語のアルファベットの最初の3文字にちなんで命名され、アルファ粒子、ベータ粒子、ガンマ 線と呼ばれます。

[30ページ]

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放射性崩壊

放射性元素の中には、数秒で崩壊するものもあれば、数百万年かかるものもあります。元素が崩壊すると、その原子は粒子を放出します。元素の量が多いほど、放出される粒子の数も多くなります。しかし、元素が崩壊するにつれて、 [31ページ]残っている粒子の量は、最初は1秒間に100個放出しますが、サイズが小さくなるにつれて、1秒間に90個しか放出しなくなります。そして、1秒間に80個しか放出しなくなり、というように続きます。

この減速により、元素が完全に崩壊するまでの時間を計測することが非常に困難になります。半分崩壊する時期を計算する方がはるかに簡単です。そのため、放射性元素の寿命については決して言及しません。半減期について言及します。

毎秒100個の粒子を放出していた放射性元素が、毎秒50個しか放出しなくなると、放射能の半分が消費されたことがわかります。ラジウムの半減期は1690年、ウランの半減期は45億年です！

放射能は非常に興味深いものですが、その真の重要性を理解する前に、エネルギーについて少し学ばなければなりません。

私たちの多くにとって、エネルギーとは「元気」を意味します。科学者にとって、エネルギーとは仕事をする能力を意味します。エネルギーは「物」ではありません。目に見えません。見えるのは、それが何をするかだけです。エネルギーは決して消えることはありませんが、ある形から別の形へと変化します。

バットを振ってボールを打つとき、そのエネルギーの一部はボールを空中に飛ばすために使われます。手を叩くためにエネルギーを使うと、そのエネルギーの一部は音に変換され、音が聞こえます。もし [32ページ]電球では電気エネルギーが使用され、エネルギーの一部は光に変換され、一部は熱に変換されます。

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[33ページ]

暖房のために木を燃やすとき、私たちは木が太陽から得たエネルギーを利用しています。石炭や石油を燃やすとき、私たちは何百万年も前に蓄えられた太陽光エネルギーを利用しています。

このエネルギーはすべて、木材、石炭、石油などの原子に蓄えられています。しかし、これらの物質を燃料として燃やすと、放出されるのは 電子のエネルギーだけです。

さて、前の章で、原子核は原子の中で重い部分だと言いましたよね？そして電子はとても軽い、と。原子核は小さなサイズなのに、とてもとても重いので、この世の他の何物とも比べようがありません。もし原子核が米粒ほどの大きさだったら、その重さは200万トンにもなります！これほど小さなものは、非常に密集していない限り、これほど重くなることはありません。何かをこれほどしっかりと詰め込むには、膨大なエネルギーが必要です。

1930年代半ばまでに、科学者たちは原子核を分裂させることができれば膨大なエネルギーが放出されるだろうと考え始めていました。分裂の科学的な名称は核分裂です。

科学者たちは、原子核を分裂させて中性子を飛ばし、それぞれの中性子が [34ページ]弾丸を別の原子核に当てて分裂させる？そして新たに飛び出した中性子が他の原子核を分裂させる？これは連鎖反応になるだろう。

もし人類が連鎖反応を起こすことができれば、世界が夢にも思わなかったほどのエネルギーが生まれるはずです！ 様々な国々で、人々は考え、夢を描き、そして研究を重ねました。核連鎖反応の探求が始まったのです！

[35ページ]

6

新世界への旅
どんよりとした冬の朝だった。日付は1942年12月2日。場所はシカゴ大学。スタッグ・フィールドのフットボールスタンドの下には、かつてスカッシュコートだった大きな空き部屋があった。

授業へ急ぐ学生たちは、長い間使われていなかった部屋のドアから入ってきた数人の男たちに、ほとんど注意を払わなかった。その部屋で、科学史上最大の出来事の一つが起ころうとしていることを、誰も知らなかった。その日、原子時代が始まろうとしていることを、誰も知らなかったのだ。

秘密の部屋に集まったのは、世界屈指の科学者たちだった。グループのリーダーは、アメリカに渡ったイタリア人科学者、エンリコ・フェルミ（En-REE-ko FER-mee）だった。

数週間にわたり、作業員たちは静かに作業を続け、純粋な黒鉛のレンガを慎重に積み上げていた。レンガの間には、ウランの破片が散りばめられていた。フェルミは、レンガの山が一定の大きさに達すると連鎖反応が始まると考えていた。12月2日には、ちょうど良い大きさになったように見えた。

[36ページ]

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エンリコ・フェルミ

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炉心には3本の制御棒が入っていた。カドミウムという元素でできており、スポンジのように飛行する中性子を吸収する。制御棒が取り付けられている状態では反応は起こらない。制御棒を引き抜くと、反応が始まる。

堆積物が制御不能にならないように、3本の制御棒はそれぞれ異なる方法で操作されていました。1本目は電気スイッチで制御され、完全に自動でした。2本目は「ZIP」と呼ばれ、バルコニーのロープに結び付けられていました。緊急時には、斧を持った作業員が待機していました。ロープを切るだけで、ZIPは堆積物に激突しました。3本目の制御棒は手動で操作されました。

いよいよ開始の時が来た。フェルミは自動棒を引き抜く合図を出した。すぐに放射能を測定するカウンターが動き始めた。

するとフェルミは「ZIP 出て行け！」と命令した。ZIP はバルコニーのロープに引き上げられ、カウンターのカチカチという音はたちまち早くなった。

それからフェルミは最後の棒を操る男の方を向いた。この棒にはフィートとインチの目盛りが付いており、フェルミは言った。「13フィートまで引き出せ」

全員の視線が計器に注がれていた。まだだ。もう少し。あと30センチほど引き出せ。まだだ。慎重な作業が進むにつれ、男たちの緊張は高まっていった。

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連鎖反応

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午後3時25分頃、フェルミはついに機器と計算結果を最終確認し、こう言った。「あと30センチ引っ張ってみろ。これでうまくいく！」

誰も息をする勇気がなかった。カウンターの針の音はあまりにも速くなり、まるで一定のハム音のように聞こえた。計器の針はずっと振れ続け、そのままそこに留まった。最初の原子連鎖反応が達成されたのだ！

原子炉は28分間稼働させられた。その後、制御棒が元に戻された。突然、すべてが静かになった。カウンターの針も止まった。

彼らは連鎖反応を引き起こしただけでなく、それを止めることにも成功した。ついに人類は原子のエネルギーを制御できるようになったのだ。

出席者の一人、アーサー・H・コンプトンは電話に駆け寄り、米国国防研究委員会のジェームズ・B・コナント委員長に電話をかけた。しかし、1942年当時、我が国は戦争状態にあったため、この重要な秘密を電話で話すのは安全ではなかった。こうして、機知に富んだ歴史的な会話が、その場の勢いで始まったのである。

コンプトンはこう言った。「ジム、イタリアの航海士が新世界に着陸したばかりだということを知って興味を持つだろうね。」

進行中の実験を知っていたコナントはすぐに理解した。「そうなんですか？ 原住民は友好的だったんですか？」

[40ページ]

そしてコンプトンはこう答えた。「全員が無事に幸せに着陸しました。」

これが原子力時代の最初の日だった。原子炉は始動し、停止し、そして小さな懐中電灯一つを点灯させるのに十分な電力を生み出したのだ！

[41ページ]

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つの小さな原子、大きな力
原子力は 1942 年のその日以来急速に発展してきました。現在、原子力発電所は世界各地の大都市に電力を供給しています。

原子力は直接電気を生み出すのではなく、熱を生み出します。その熱が蒸気に変わり、その蒸気がタービンを回し、回転するタービンが発電機を駆動して電流を生み出します。

[42ページ]

通常の蒸気発電所は、熱を生成するために石炭、石油、ガスなどの化石燃料に依存しています。石炭だけを燃料として使用した場合、世界の供給量は350年で使い果たされるとの試算があります。石油とガスは40年しか持ちません。しかし、原子力燃料は少なくとも8,500年は持ちこたえられるほどの量が存在します。

原子力発電所にはいくつかの種類がありますが、最もよく知られているのは加圧水型原子炉です。この長い名称は、通常PWRと略されます。

PWRはシカゴのフェルミ原子炉とそれほど変わりません。同じ原子燃料（通常はウラン）の大きな燃料山があり、燃料棒の穴から制御棒が突き出ています。フェルミ原子炉と同様に、制御棒が押し込まれると、飛び交う中性子を吸収し、 [43ページ]反応はありません。制御棒が引き抜かれると、連鎖反応が起こります。

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加圧水型原子炉

連鎖反応の不思議な点の一つは、中性子の飛行速度が速すぎるとうまくいかないことです。中性子は新たな原子に猛スピードで衝突するため、跳ね返ってそのまま進み続けます。中性子が分裂するためには、減速する必要があります。フェルミはこの目的のためにグラファイトブロックを使用しました。PWRでは水が使用され、非常にうまく機能します。そして、水にはもう一つの役割があります。原子炉内で発生する大量の熱を吸収するのです。

水を高温に加熱すると沸騰することは誰もが知っています。しかし、この水は沸騰してはいけません。沸騰を防ぐため、水は非常に高い圧力下に置かれます。これが加圧水型原子炉（PWR）の名の由来です。

水は特殊なチューブに密封され、約 600° F の温度に達します。その後、チューブが他の水を加熱し、蒸気に変えます。

よりシンプルなタイプの原子力発電所は、沸騰水型原子炉（BWR）です。BWRは、原子炉と水を保持するタンクに過ぎません。この場合、水は加圧されておらず、連鎖反応によって発生する熱によって沸騰します。沸騰した水から発生した蒸気は、直接タービンへと送られます。

PWRであれBWRであれ、原子力発電所は普通の発電所とは全く異なります。煙も汚れも火もありません。 [44ページ]すべては自動スイッチで制御されており、視界内にはせいぜい 2 ～ 3 人の男性しかいないでしょう。

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世界初の原子力発電所はソ連で建​​設され、1954年に稼働を開始しました。現在、アメリカ合衆国には同様の発電所が数多く存在します。中でも最大のものは、ピッツバーグ近郊のペンシルベニア州シッピングポートにあるデュケイン・ライト社と、ニューヨーク州にあるコンソリデーテッド・エジソン社のインディアンポイント発電所です。

400
ニューヨーク州インディアンポイントの原子力発電所

[45ページ]

原子力は都市にとって重要ですが、燃料の入手が困難な遠隔地にとってはさらに重要です。例えば、北極圏のはるか北に位置するグリーンランドにある米軍キャンプ・センチュリーでは、電力の確保が常に問題となっていました。石炭や石油をそのような場所に輸送するコストがあまりにも高く、現実的ではありませんでした。人々はわずかな暖房や電力でやりくりしなければなりませんでした。しかし、もうそんな時代は終わりました。

キャンプ・センチュリーの新しい原子力発電所は、住民全員に熱と電力を供給しています。年間で原子力発電所が使用する燃料はわずか40ポンド（約18kg）です。もしディーゼル燃料で稼働していたら、年間85万ガロン（約36万リットル）も必要になります！

一部の原子炉（増殖炉 と呼ばれる）の最も奇妙な点の一つは、稼働するにつれて新しい燃料が作られることです。燃料がウランの場合、通常はウラン235とウラン238の混合物です。連鎖反応に使えるのはウラン235だけです。しかし、ウラン235から飛び出した中性子がウラン238に衝突すると、 プルトニウムという新しい元素に変化します。プルトニウムはウラン235と同様に優れた原子燃料です。一部の原子炉では、反応終了時に炉に供給されていた燃料よりも多くの燃料が残っていることがあります。

原子力発電所のあらゆる利点を考えてみてください。化石燃料の枯渇という問題を解決します。この発電所はほぼ完全に [46ページ]自動化されており、数人でも運転できます。重質燃料を遠方へ輸送するコストを節約できます。原子力発電所の中には、稼働中に新しい燃料を生成するところもあります。また、原子炉の灰は、すぐにおわかりになるように、様々な用途で非常に貴重です。

これほど多くの利点があるため、石炭火力発電所や石油火力発電所が間もなく過去のものとなることは間違いありません。もしかしたら、あなたが生きている間に、世界の電力の大部分が原子炉から供給されるようになるかもしれません。

[47ページ]

輸送のための8つの

原子
1819年、蒸気船が大西洋を横断したという知らせに、世界中が沸き立ちました。なんと素晴らしい航海だったことでしょう！その船は サバンナ号と名付けられました。蒸気ボイラー用の木材と石炭を積んでいましたが、30日間の航海に必要な燃料を積むには船体が小さすぎました。最初の7日間は蒸気船で航海し、その後は帆を上げて航海を続けました。

[図]
[48ページ]

今日、燃料を一度積むだけで3年半航行できる新しいサバンナが登場しました！その名は「原子力船サバンナ」。 燃料はウランです。蒸気ボイラーの代わりに加圧水型原子炉を搭載しています。

サバンナ号は全長約180メートルの美しい白い船です。でも、よく見ると何かが欠けているようです。煙突がないんです！煙が出ていないので、当然煙突はありません！

NSサバンナ号の最高速度は21ノット。9,400トンの貨物、60人の乗客、そして110人の乗組員を乗せることができます。わずか700ポンドの燃料で、この重量級の貨物を世界12周も運ぶことができます。

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NSサバンナ

[49ページ]

原子炉は既に船舶や潜水艦で使用されており、近い将来、他の輸送手段にも利用される可能性があります。北極圏で長い列のソリを牽引する原子力トラクターの実験も行われています。また、鉄道関係者の間では原子力機関車への関心が高まっています。

原子力機関車に関するこれまでで最も本格的な実験は、ソ連で行われてきました。ソ連は広大な国土を有するため、貨物輸送量が非常に多く、現在、国内で生産される石炭と石油の4分の1を鉄道が消費しています。ロシアは、時速75マイルで4,000トンの貨物を牽引できる原子力機関車の設計を完了しました。この機関車は、ほぼ1年間燃料を補給することなく走行し、ビー玉ほどの大きさのウランの塊でモスクワからリガまで（約1,600キロメートル）往復します。

国内外の設計者たちも原子力飛行機の構想を練り始めています。一つの設計案は、発電所の原子炉に似た原子炉を用いるものです。原子炉で蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを回し、タービンでプロペラを回転させます。

もう一つの設計はターボジェットの原理を利用し、蒸気を必要としない。空気を吸い込み、原子炉で加熱し、後部のジェットから噴射して機体を前進させる。

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原子面

しかし、原子力飛行機の設計には深刻な問題が存在します。最も解決が難しい問題の一つは、原子炉から排出される放射性廃棄物です。原子炉から排出される廃棄物はすべて放射能が非常に高く、人体にとって非常に危険です。重傷や死に至る可能性があります。人々はコンクリートや鉛などの厚い遮蔽物で放射性物質から保護されなければなりません。もちろん、飛行機ではそのような重い遮蔽物の重量が困難な問題を引き起こします。遮蔽物の重量は、原子燃料が置き換えたガソリンよりも重くなってしまうからです。

しかし、いずれこの問題の解決策が見つかり、原子力飛行機が開発されるでしょう。燃料切れの心配はなくなります。向かい風、海上を長時間飛行すること、燃料漏れといった問題も、乗客の安全を脅かすことはなくなります。そして、防護の問題が解決されれば、大型飛行機は50トンのガソリンを積む代わりに、50トン以上の乗客や貨物を運ぶことができるようになるでしょう。

これらすべての可能性は、今のところ単なるアイデアに過ぎません。しかし、いつか、もしかしたら、A列車やA飛行機、あるいはAカーが登場する前の古風な時代を懐かしんで、クスクス笑う日が来るかもしれません！

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原子が追跡する
同位体とは何か覚えていますか？同位体とは、同じ元素の原子で、原子核 （核の複数形）に含まれる中性子の数が異なります。同位体の中には、原子炉内で飛行する中性子に衝突すると、ラジウムのように放射線を放出し始めるものがあります。これらの同位体は放射性同位体と呼ばれます。

一部の放射性同位体は、特定の元素を原子炉に投入することで意図的に生成されます。しかし、多くの放射性同位体は、すべての原子炉において連鎖反応の自然生成物として生成されます。燃料が使用された後、放射性同位体は灰から除去されます。

ほとんどの元素は少なくとも1つの放射性同位体を持ち、多くの元素は複数の放射性同位体を持っています。それらは何千もの重要な用途があり、毎日新たな用途が発見されています。

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ガイガーカウンター

放射性同位元素には、それらを有用にするいくつかの特性があります。その一つは放射線を放出するため、ガイガーカウンター（ガイガーカウンタ）を使えばいつでも検出できることです。ガイガーカウンターは、原子線が当たるとカチカチと音を立てる計測器です。このカウンタを使えば、放射性同位元素をトレーサーやタグとして使用することができます。

トレーサーは様々な興味深い用途で使われています。その一つは、パイプの漏れを見つけることです。建物の床や壁に埋設されたパイプに漏れがある場合があります。建物を解体せずに漏れ箇所を特定するにはどうすればよいでしょうか？答えはとても簡単です。パイプ内の水に少量の放射性同位元素を加えるだけです。そして、パイプが囲まれている床や壁に沿ってガイガーカウンターを動かします。カチカチという音が止まるか、あるいは続くとしても広い範囲に広がったら、漏れ箇所を発見したことになります。

石油業界では、似たようなトリックがよく使われています。石油とガソリンを同じパイプラインで輸送することもあります。パイプラインの奥にいる作業員は、 [53ページ]パイプラインの役割は、石油の供給が止まったらバルブを閉め、ガソリンを適切なタンクに送るために別のバルブを開くことです。しかし、石油がなくなりガソリンが供給され始めるタイミングをどうやって知るのでしょうか？難しいことではありません。最後の1ガロンの石油に少量の放射性同位元素を混ぜるのです。作業員はパイプにガイガーカウンターを当てています。カチカチと音が鳴ったら、交換のタイミングです。

もしタイヤ工場があったら、どの種類のゴムが最も摩耗しやすいかどうやって調べるでしょうか？4種類のタイヤを作り、 [54ページ]それぞれのタイヤのゴムに少量の放射性同位元素を付着させる。車のタイヤであれば、昔のように何千マイルも走る代わりに、短い距離を走れば済む。タイヤが回転するにつれて、ゴムの小さな欠片が摩耗していく。タイヤの跡にガイガーカウンターを当てれば、どのタイヤのゴムの摩耗が最も少ないかがすぐに分かる。タイヤ会社はこの検査を広く採用している。

ワックスや研磨剤に放射性同位元素を混ぜると、洗車後にどれだけ残っているかが分かります。布に付着した放射性汚れから、どの洗剤が最も洗浄効果が高いかが分かります。 [55ページ]タンクの場合、タンクの外側に設置したガイガーカウンターで液体の上限が分かります。これは、タンクの一番上まで人を派遣してディップスティックで内容物を測るよりもはるかに簡単です。

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科学者たちは放射性同位元素である炭素14を大いに活用してきました。炭素14は空気中に自然に存在し、すべての生きている植物に取り込まれます。また、植物を食べるすべての人間や動物も炭素14を吸収します。しかし、生物が死ぬと、それ以上炭素14を取り込むことはありません。ところで、炭素14の半減期は約5,000年と非常に長いため、たとえ植物や動物が死後25,000年経っていたとしても、微量の炭素14がまだ残っています。その量をカウンターで測定し、同種の生きている植物や動物の量と比較することで、科学者は非常に古いものの年代を判定することができます。

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炭素14による年代測定

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聖書時代に関する古代の文書、いわゆる死海文書が発見された際、それらは亜麻布で包まれていました。亜麻の繊維から作られたこの亜麻布は、炭素14の検査で約2000年前のものであることが判明しました。同じ方法が、古代の木材、革、布、骨、そしてミイラの年代測定にも用いられてきました。

放射性同位元素トレーサーは農家にとって大きな恩恵をもたらしてきました。肥料に混ぜてガイガーカウンターで追跡することで、植物が肥料をどのように、そしてどのくらいの速さで利用しているかを観察できます。トレーサーは、特定の飼料が動物の肥育を促進することを明らかにしました。牛の乳生産、鶏の卵生産、羊の毛の成長に関する研究にも役立っています。

トレーサーの用途の中で最も重要なのは、おそらく医療分野でしょう。放射性ヨウ素、すなわちヨウ素131は、甲状腺の疾患の発見に用いられます。患者は少量のトレーサーを服用し、カウンターが甲状腺へのトレーサーの取り込み速度を示します。これは甲状腺の活動度を示します。トレーサーは脳腫瘍の発見にも役立ちます。また、血液循環の追跡にも使用できます。動脈が詰まると、血液が循環できずに死に至る可能性があります。カウンターは問題箇所を特定し、命を救うのに役立ちます。

医療トレーサーとして使用される放射性同位元素は人体に無害です。半減期が非常に短くなるように慎重に選択されています。 [57ページ]放射能は被害を与える前に消滅します。また、微量しか使用されません。

放射性同位体はトレーサーとして素晴らしい働きをしますが、他にも非常に興味深い用途があります。いくつか見てみましょう。

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原子を変える10個 の原子
放射性物質の放射線が他の物質の原子に当たると、変化を引き起こすことがあります。放射線への曝露を「照射（ひばく）」と呼びます 。放射線照射によって引き起こされる変化の一つに「電離（いんりょう）」があります。

放射性同位体は放射線照射によって私たちのために多くの重要な働きをします。産業界では、特定の石油やその他の物質が放射線照射によって特殊な燃料、油、さらには合成ゴムへと変化します。

放射線照射は、プラスチックの品質向上やゴムの加硫に用いられます。かつては加熱加硫に数時間かかっていましたが、今では数分間の放射線照射で同様の効果が得られます。

食品業界では、食品殺菌の新しい方法として放射線照射の実験が始まっています。ハンバーガー、ソーセージ、チーズ、パンなど、通常はすぐに腐ってしまう食品に放射線を照射します。放射線は食品の腐敗を引き起こす細菌をすべて死滅させます。食品はすぐに気密性の高いビニール袋に密封されます。完璧な状態を保ちます。 [59ページ]数ヶ月、あるいは数年も新鮮な状態を保てます。このプロセスにより、食品の缶詰や冷凍は全く不要になるかもしれません。

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放射線照射は発芽を防ぐ

玉ねぎやジャガイモなど、一般的に日持ちの良い食品でも、放射線照射によって改善されることがあります。処理によって袋の中にいる虫が死滅し、野菜の発芽も防ぎます。処理されたジャガイモは非常に長期間保存できます。ジャガイモを使った実験は数多く行われています。近い将来、放射線照射されたジャガイモが市場で売られるようになるでしょう。

放射線照射は、栽培中の食用作物やその他の植物の改良にもつながります。放射線によって引き起こされる変化は、すでに新たな [61ページ]トウモロコシ、ピーナッツ、オート麦の品種改良にも役立ちます。同じ量の放射線照射は別の効果ももたらします。作物に被害を与える害虫を死滅させるのです。

特定の医薬品に用いられる放射線療法は、患者の病変組織を破壊する可能性があります。多くの種類の癌がこの治療法で治療されています。場合によっては、 [62ページ]患者に放射性同位元素を注射します。場合によっては、特殊な装置から放射性同位元素を照射し、その放射線にさらすだけです。シードと呼ばれる同位元素の微粒子をがんに直接注入する場合もあります。また、「放射性カクテル」と呼ばれる特別な製剤に同位元素を混ぜて飲むように指示される場合もあります。

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同位体はトレーサーや照射装置としての多様な用途に加え、高価なX線装置の代替品としても大きな価値があります。同位体は多くの材料を透過し、その下のフィルムに画像を形成することで、厚さの違いやその他の欠陥を明らかにすることができます。この方法で検査される材料には、板金、紙、ゴム、プラスチックなどがあります。また、自動車エンジンのピストンリングや航空機エンジンバルブも検査対象となります。

医師もX線の代わりに放射性同位元素を使用することができます。X線装置は専用の部屋を必要とする巨大な装置で、数千ドルもかかります。放射性同位元素装置は大きなフルーツジュースの缶ほどの大きさで、重さはわずか10ポンド（約4.5kg）です。持ち運びも簡単で、緊急時やX線が利用できない場所で非常に役立ちます。

これらは、原子が私たちにできることのほんの一部に過ぎません。原子力はまだ発展途上です。今後、多くの変化が起こるでしょう。あなたの生きている間に、平和な原子は世界をより住みやすく、より健康で、より幸せな場所にしてくれるはずです。

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放射性同位元素装置

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付録
その他の重要な原子力の先駆者:

チャドウィック、ジェームズ: 1932 年に中性子を発見しました。

ジョリオ＝キュリー、イレーヌ、フレデリック：マリーとピエール・キュリー夫妻とその夫の娘。1933年に初めて人工放射性同位元素を製造した。

ラザフォード、アーネスト: 1902 年に放射能の性質を解明し、1911 年に原子核を発見し、1919 年に最初の原子を分裂させました。

ソディ、フレデリック: 1910 年に同位体を発見しました。

ユーリー、ハロルド: 1932 年に水素の重い同位体である重水素を発見しました。

用語集

原子力委員会 米国原子力委員会（AEC） 米国の原子力エネルギーはすべてAECの管理下にあります。委員会は、あらゆる核分裂性物質の供給源、製造、利用を担当しています。研究、建設、訓練、情報提供といった重要なプログラムを有しています。
人工
要素 自然界には存在しないが、原子炉で生成できる化学元素。
原子
炉 原子炉。
運河 作業員を守るために危険な放射性物質を保管するために使用される水槽。
棺桶 非常に放射性の高い物質を保管するために使用される厚い金属製の箱。
汚染された 偶然に放射能を帯びてしまったもの。
涼しくなる 放射性物質を放出しないようにするため。一部の物質は安全に取り扱う前に冷却する必要があります。
臨界サイズ 連鎖反応を起こすことができる最小量の原子燃料。
キュリー 放射線を測定するために使用される単位。1グラムのラジウムが1秒間に放出する放射線の量に相当します。
アインシュタイン、
アルバート アインシュタイン（1879-1955）はドイツ生まれで、ヒトラー政権下で亡命し、1940年にアメリカ市民権を取得しました。1955年、彼は原子力の発見の基礎となる輝かしい理論を発表しました。この理論は、物質もエネルギーも決して破壊されることはなく、物質はエネルギーに変換できるというものでした。アインシュタインはこれをE = mc^2という式で表現しました。これは、エネルギー（E）は質量（m）に光速（c）を掛け合わせたものに等しいことを意味します。質量とは、あらゆるものに含まれる物質の量です。光速は秒速186,000マイルです。
放出する 放出する。放射性物質は放射線を放射する。
濃縮
ウラン 核分裂性ウランが添加された通常のウラン。
核分裂性 原子燃料として利用可能。原子が分裂する物質。
融合 核分裂とは逆の、原子エネルギー源。原子核が分裂するのではなく、強制的に結合される。太陽エネルギーは核融合によって放出される。
熱い 放射性。
モデレータ 原子炉において中性子の速度を遅くするために使用される物質。グラファイトと水が一般的な減速材です。
原子力
エネルギー 原子核の変化によって生み出されるエネルギーの正しい名称。原子力は核エネルギーの一般的な名称です。
豚 放射性物質を保管するための重金属容器。棺桶に似ています。
ピッチブレンド ウランが最も多く含まれる鉱石。
遠隔
操作装置 操作者がシールドの内側にいて安全に作業できる一方で、放射性物質を機械的に取り扱うことができる装置。( マスタースレーブマニピュレーターとも呼ばれる。)
スクラム 原子炉を停止すること。緊急停止はファストスクラムと呼ばれます。
変換する ある種の原子を別の種類の原子に変化させること。

索引
アルファ粒子、30
原子力エネルギー、8
原子番号、27
原子核、36
原子力、42
原子理論、15

ベクレル、アントワーヌ・アンリ、20
ベータ粒子、30
沸騰水型原子炉、44
増殖炉、46

カドミウム, 38
炭素14, 56
連鎖反応, 35 , 36 , 44
化合物, 15
コンプトン・アーサー・H., 40
コナント・ジェームズ・B., 40
制御棒, 38
キュリー・マリー, 22
キュリー・ピエール, 22

ダルトン、ジョン、15
死海文書、57
腐敗、30
デモクリトス、13

電子、26、29元素
、15エネルギー
、32

フェルミ、エンリコ、36
核分裂、34
化石燃料、9、46

ガンマ線、30
ガイガーカウンター、53
グラファイト、36、44

半減期、32
ヘリウム、28

ヨウ素131、57電離
、60
放射線、60
同位体、28

中性子、26、28原子核 、27、29​​

ピッチブレンド, 23
プルトニウム, 46
発電所, 42
加圧水型原子炉, 43
陽子, 26

放射能, 22
放射性カクテル, 64
放射性ヨウ素, 57
放射性同位元素, 52 , 64
ラジウム, 23 , 30 , 32

レントゲン、ヴィルヘルム・K.、18

サバンナ、48、49​​

トリウム、23、30トレーサー
、53

ウラン、20、29、30、32、43​​​​​​​

ウラン234, 29
ウラン235, 29 , 46
ウラン238, 29 , 46

X 線、18、64

*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「平和な原子」の終了 ***
《完》