原題は『Our Nuclear Future: Facts, Dangers and Opportunities』、著者は水爆の父 Edward Teller と、Albert L. Latter 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します。
　図版は省略しました。
　索引が無い場合、それは私が省いたか、最初から無いかのどちらかです。
　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「私たちの核の未来：事実、危険、そして機会」の開始 ***
私たちの核の未来
私たちの核の未来…
事実、危険、そして機会
エドワード・テラーとアルバート・L・ラター

クライテリオンブックス • ニューヨーク

著作権 © 1958, Criterion Books, Inc.
米国議会図書館カタログカード番号 58-8783

シドニー・フェインバーグによるデザイン

アメリカ合衆国
ニューヨークのアメリカンブック・ストラットフォード・プレス社により製造

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序文
この本は、原子、爆弾、放射能について何も知らない一般人のために書かれています。世界が原子でできていること、爆弾が世界を破壊する可能性があること、そして放射能が世界を住みにくい場所にしてしまう可能性があることは知っています。

本書の利用について、いくつかアドバイスをしたいと思います。各章はそれぞれ単独で読むことができます。章は印刷されている順に読む必要はありません。すべてを読むことで、より完全な理解が得られます。時間があれば、配列されている順に読むのが最適です。最初の方の章には、事実が溢れているかもしれません。後の方の章には、もっと事実があればよかったと思うかもしれません。後者の章は、おそらく読者は容易に理解し、記憶するでしょう。読者は、その内容のすべてに同意するとは限りません。一方、より科学的な章 (II から VIII) は、疑問の余地はありませんが、読むことや記憶することが難しくなるかもしれません。次の点に留意すると役立つでしょう。どの章も他の章の続きではなく、ほとんどの章が関連し、本書の他の部分を支えています。

放射性降下物に関する知識は急速に増加しています。 6本書で提起さ​​れた疑問は、既に答えが出ている可能性があります。この新たな知識があれば、私たちの記述の一部はより定量的なものになっていたかもしれません。しかし、主要な結論は変わらないと考えています。

本書はスプートニクの登場以前に完成しました。現状では、原子力とはほとんど関係がありません。しかしながら、科学者以外の人々が、自らの安全と幸福、そして自国の安全と幸福に影響を与える可能性のある科学技術の側面を理解することが、ますます緊急の課題となっていると私たちは考えています。本書が、そうした理解に少しでも貢献することを願っています。

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コンテンツ
序文5
私。知る必要がある13
II.原子18
III.核26
IV.放射性崩壊の法則37
V.核の崩壊41
6.核間の反応49
七。核分裂と連鎖反応58
八。放射線の物質への作用68
9.テスト80
X.放射性雲87
XI.土壌から人間へ104
12.個人への危険116
13.人種への危険127
14.コバルト爆弾134
15.将来のテストについてはどうですか?137
16.天気に何か起こったのでしょうか?146
17.原子炉の安全性152
18.原子炉の副産物160
19.核時代168
用語集175
9
イラスト一覧
写真のセクションは96ページ と97ページの間にあります。

1. 地下浅部での爆発。
2. 原子核実験塔。
3. タワーショット。
4. エアショット。
5. Sr⁸⁹を注射した後のウサギの脚の骨。
6. ラジウム中毒で死亡した女性の脚の骨。
   7.コバルト⁶⁰のカプセル。
   8.コバルト照射。
7. 防空用原子兵器から噴き出す煙の輪。
8. 意図的な露出 ― 実験。
9. ウィルソン霧箱内で生成された凝縮の跡。
10. 密集した線が雲を形成します。
11. 原子炉の断面図。
    11
    私たちの核の未来
    13
    第1章
    知る必要性
    世界は変化しており、その変化はますます加速しています。この変化の原動力となっているのは科学的発見です。私たちは皆、科学の成果に深く影響を受けています。同時に、私たちの文明の高度な技術的基盤を理解している人はごくわずかです。このような状況下では、科学技術の進歩が不安や懸念を生み出すのは当然のことです。

未知なるもの、理解できないものへの恐怖は、古今東西、私たちと共にありました。人は、自らの命が尽きることを知りながら、しばしば、さらに恐ろしい悪夢――自らの世界そのものの終焉――の餌食となってきました。科学の時代において、過去の恐怖のほとんどは、無意味な空想に過ぎなかったことが明らかになりました。しかし、依然として残る脅威が一つあります。それは、私たち人間は互いに、そして自分自身に何をするのでしょうか、という、偉大で永遠の未知なるものです。

私たち自身の行動に対する不安は続くでしょう。自然に対する私たちの力が増すにつれて、不安は大きくなるかもしれません。この不安に対抗するための武器は二つあります。理解と勇気です。この二つのうち、勇気の方が重要ですが、まず理解がなければなりません。

私たちは想像上の危険にしばしば不安を感じますが、 14はるかに現実的なリスクを無視している。世論と技術進歩の間には密接な相互作用が存在するべきである。そのためには、現代の科学の発展を理解することが不可欠である。知る必要性はますます切迫している。この必要性を満たすための取り組みはほとんど行われていない。この必要性は実際には満たされないという意見が広まっている。

同時に、科学者や技術者自身が、自らのアイデアや発明によってもたらされた変化の責任を負っていると考える人も増えています。科学者は、自らが専門とする高度に専門化された分野だけでなく、その発見が影響を与えるより一般的な問題においても、自らの意見が反映される立場にあります。我が国における重要な決定の真の源泉は国民です。私たちは、これは当然のことであり、科学者がこれらの決定の重要な部分を掌握することは適切ではないと考えています。

技術者の責任には、確かに二つの重要な機能が含まれています。一つは自然を探求し、自然に対する人間の力の限界を見出すことです。もう一つは、発見したことを明確かつ簡潔で分かりやすい言葉で説明し、重要な決定を国民全員が下せるようにすることです。国民は本来、決定権を持ち、その決定の結果が最終的に誰に影響を与えるかを知るべき存在です。

科学技術的な事柄を説明するのは容易ではなく、すべての科学に精通することは不可能かもしれません。物理学という専門分野では、20世紀にアインシュタインの相対性理論やニールス・ボーアの原子論といった革命的な発展がありました。これらの新しい発見は理解が容易ではなく、優れた物理学者は皆、その意味を深く理解しようと何年もかけて努力してきました。そうした努力をしてきた私たちは皆、自然をより深く理解できたことで大きな報いを受けていると感じています。 15獲得した。しかし、ここでこれらの事柄について話す必要はない。

本書で論じる内容は、原子核物理学のより初歩的な分野と深く関連しています。本書で提示する事実は、一見難解に見える原子力と原子爆発の分野において、読者に方向性を示すのに十分なものです。

まず、原子と原子核について説明しなければなりません。これらは比較的小さな物体ですが、この状況は特に私たちを悩ませるものではありません。また、「想像を絶するほど」小さな物体について話しているからといって、怖気づく必要もありません。私たちの心は新しい次元に容易に適応します。原子核について話している間は、それより大きな物体の存在を一時的に忘れることができます。真の困難は、科学が常識に反するような法則を発見した場合にのみ生じます。これは頻繁に起こるものではなく、このような主題について深く考える必要はありません。

科学を説明することの難しさは、科学者たちが独自の言語を発達させ、互いに語り合うことでそれを実践し、磨き上げてきたという事実によってさらに増しています。科学者たちはまるで互いにのみ語り合っているかのような印象を受けることもあります。著者たちは、この科学言語こそが自らの「母国語」であると考えています。本書は、その翻訳を試みたものです。

放射能という特別なテーマには、更なる困難が伴います。この問題の重大な実際的重要性は、広島の爆発によって一般の人々に認識されました。これは恐ろしい出来事であり、その後の展開と見通しも同様に恐ろしいものです。核爆発に関連するすべてが同じように恐ろしいものである必要はありません。重要なのは、この問題に心を開き、人間として可能な限り感情を抑えて取り組むことです。感情は 16行動を決定したい段階に達した時にこそ、これらの要素は必要不可欠なものとなる。読者には、この段階は本書を読み終えるまで延期することをお勧めする。

放射線の危険性について議論する上で最大の困難は、生物の働きが関係している点にあります。基本的に、そのような生物がどのように機能するのかという疑問は、私たちには全く理解されていません。同様に、そのような生物が放射線によってどのように影響を受けるのかも、全く理解されていません。したがって、明らかな損傷が発生した場合を除いて、放射能が危険であるかどうかは、依然として疑問のままであるように思われます。放射能の直接的な影響は私たちの感覚では感知できないため、私たちは未知の規模の、目に見えない脅威という概念に直面しています。有害な影響の中には、何年も後に現れるものもあり、たとえ損傷が観察されなかったとしても、人々を安心させることはないでしょう。

幸いなことに、私たちの実践的な知識は、これらの記述が示唆するほど不足しているわけではありません。放射能、そして放射能に類似した現象は、地球上に生命が存在する限り、私たちを取り囲み、私たちの祖先も取り囲んできました。私たちは生命とは何かを知らず、放射能が生命にどのような影響を与えるかを詳細に知りません。しかし、人工放射能が自然放射能のバックグラウンドによって生じる影響と同様の影響を及ぼすという、広範かつ確かな知識は持っています。したがって、このバックグラウンドは、あらゆる人為的汚染を比較するための基準を提供してくれます。

放射能に関連する事柄の説明には、最後の障害があります。それは、原子力開発、特に原子力の軍事利用に伴う秘密主義です。兵器に関する情報を秘密にすべきだという主張は強力で、妥当であり、広く理解されています。しかしながら、そのような強力な主張は存在せず、事実上、その可能性もゼロです。 17兵器から発生する広範囲に拡散する放射能に関する秘密保持のため、この分野は厳重に管理されていました。この事実を認識し、この分野における秘密保持は完全に、そして適切に解除されました。解除までに時間がかかったのは当然のことです。行政上の決定が伴い、それらは決して急いで行われるものではありません。

世界的な放射能汚染は1955年以来、広く科学的議論の対象となってきたものの、その結果を広く普及させ、説明するための十分な時間がなかったように思われます。また、関連するすべての情報が利用可能であったかどうかについても、依然として疑問が残るかもしれません。しかし実際には、この重要なテーマに関する科学的情報は、現在、完全に、そして自由に入手可能です。

原子力の平和利用に関する情報も、完全にかつ自由に入手可能です。軍事利用の分野においても、重要な情報の多くは公開されています。

したがって、私たちは読者の皆様に、原子力の平和利用と軍事利用に関する最も重要な事実、すなわち、潜在的な危険性と最終的な利益についてお伝えできる立場にあります。たとえそれが成功しなかったとしても、秘密主義や問題の難しさを責めることはできません。確かにこの問題は関わっていますが、それは私たち皆が時折直面する日常的な問題と同じような程度です。所得税申告書や競馬申告書といった、感情的にかなり異なる二つの類推を理解するのに必要なだけの知的努力は必要としません。多くの概念は馴染みのないものですが、複雑なものではありません。さらに、それらは私たちの安全、幸福、そして生活の向上に大きく関わっています。ですから、読者の皆様には、普段の生活や娯楽に関わる他の事柄に費やすのと同じくらい、この問題にも注意を払っていただければ幸いです。

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第2章
原子
すべての物質は原子という非常に小さな物体で構成されています。光の波が小石をなぞるように原子の上を流れていくため、私たちは原子を見ることができません。原子の大きさは、通常の顕微鏡ではっきりと見える人間の細胞と比べると、ビリヤードのボールと人間の細胞の大きさと同じくらいです。もう少し正確に言うと、1億個の原子を並べた長さは約2.5cmになります。

ギリシャ語で「分割できない」という意味を持つ原子ですが、原子は複数の要素から構成されています。原子は中心の原子核から成り、原子核は正の電荷を帯び、その周囲には1個以上の負の電荷を帯びた電子が分布しています。電子が原子核の周りを軌道上で回転しているという説は、私たちの太陽系で惑星が太陽の周りを回っているのとよく似ています。しかし、これは必ずしも正確な説明ではありません。まず、電子は惑星よりも捉えにくいものです。惑星のように明確な軌道を回っているわけではないのです。また、軌道はより繊細です。電子の軌道を正確に解明しようとすると、原子を破壊してしまうでしょう。

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原子はこんな風には見えません。電子は明確な軌道を描いていません。原子の概念を図で伝えるのは、昨夜の夢を絵に描くよりも難しいのです。

惑星が太陽から遠ざかるのは、太陽の重力によるものではありません。しかし、電子と原子核は、正と負の電荷が互いに引き合うことで引き合っています。電子と原子核の間の重力による引力は、電気による引力に比べて非常に弱いのです。

原子の重さの大部分は原子核から来ています。既知の最も軽い原子核でさえ、電子の約1840倍の重さがあります。それにもかかわらず、原子核は原子全体の体積のほんの一部しか占めていません。実際、原子核が原子全体と比較した大きさは、原子が人体細胞と比較した大きさとほぼ同じです。2万個の原子核を並べると、その長さは原子の直径とほぼ同じになります。もし物質が密集した原子核だけで構成されているとしたら、1セント硬貨大の物体の重さは約4000万トンになります。

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後ほど、原子核の大きさが原子核同士の反応に大きな影響を与えることを理解します。まさにこの理由から、原子核の大きさは明確に定義された測定可能な量なのです。電子の大きさが何を意味するのかを正確に述べるのははるかに困難です。平均的な原子核の大きさよりもいくらか小さいと言えば納得できるでしょう。いずれにせよ、電子と原子核はどちらも原子全体の大きさに比べれば小さいことは確かです。したがって、原子は大部分が空間で構成されているに違いありません。これはもちろん、固体物質を見ると、目の前にあるのはわずかに実体が加わった空間であることを意味します。固体に強度を与えているのは、原子内部および原子間の電気的な引力と斥力の相互作用です。

電子や原子核などの荷電粒子が固体中を移動するとき、常に大きな電気力を受けています。このような粒子にとって、物質はそれほど透明には見えません。しかし、もし原子核と同程度の大きさの電気的に中性な粒子が存在するとしたら、その粒子は電気力を受けることなく物質内を自由に動き回り、時折原子核や電子に衝突する程度でしょう。実際、そのような粒子は存在し、1～2インチの固体物質を何にも衝突することなく通り抜けることができます。本書では後ほど、この中性子と呼ばれる粒子について詳しく取り上げます。

電子と原子核は荷電粒子ですが、原子全体は電気的に中性です。つまり、原子核の正電荷は、すべての負電子の総電荷と等しい大きさでなければなりません。すべての電子は全く同じ電荷を持っており、これはこれまで観測された中で最も小さい電荷です。特に奇妙でまだ説明されていないのは、他のすべての電荷が電子の電荷と同じ大きさ、あるいは2倍、3倍、あるいは100万倍も大きいという事実です。しかし、私たちは決して 21電子電荷で表される分数電荷を見つけなさい。物体が3.5個の電子電荷を持つことはありません。したがって、電子電荷は電荷の標準単位として便利に使用できます。

すべての原子は、その原子核の電荷によって区別できます。想像できる最も単純な原子は、1単位の正電荷を持つ原子核の周りを電子1個が回っている原子であることは明らかです。そのような原子は存在し、水素と呼ばれています。電荷2の原子核とその周りを電子2個が回っている原子はヘリウム、3、リチウム…6、7、8、炭素、窒素、酸素…92、ウランと呼ばれます。1から92までのほぼすべての電荷を持つ原子が自然界に存在し、92を超える電荷を持つ原子は事実上存在しません。43、61、85、87といった奇妙な電荷を持つ原子も存在します。これらの電荷が欠けている理由は、原子核の性質に関係しています。原子核はまもなく私たちの主な関心の対象となります。

原子に関する最も驚くべき事実は、その類似性、まさに同一の挙動です。もし二つの原子が同じ種類の原子核を持ち、その周りを回る電子の数が同じであれば、これら二つの原子は、両者にとって最も正確に同一の状態にあると考えられます。原子を構成する様々な構成要素は、それぞれ異なる方法で配列され、異なる運動状態にあると想像できます。その多様性は無限です。では、なぜ完全な類似性が得られるのでしょうか？この問いへの答えは、驚くべきものであるだけでなく、常識と矛盾しているようにさえ見えます。まさにこの理由から、説明は困難です。理解するのが最も難しいのは、複雑なものではなく、予想外のものなのです。

幸いなことに、我々の目的のためには、原子物理学のこの複雑な部分に立ち入る必要はない。電子の好ましい運動配置、あるいは運動パターンが一つ存在し、それが最大の安定性をもたらすと言えば十分である。 22原子の。電子がこの特定の運動状態（基底状態と呼ばれる）にある場合、他の運動状態にある場合よりもエネルギーが低くなります。原子には、これより不安定ではあるものの、それほど明確に定義されていない他の状態があり、これを「励起」状態と呼びます。原子がこのような励起状態にあるとき、不安定になりがちで、できるだけ早く基底状態に移行しようとします。基底状態は他のどの状態よりもエネルギーが低いため、原子は調整の過程でエネルギーを放出しなければなりません。放出されたエネルギーは電磁放射の形で現れ、多くの場合、小さな可視光のパルスとなります。この光の色は放出されたエネルギーの量によって決まり、エネルギーの量が増加するにつれて、赤から青に向かって虹色に変化していきます。

励起エネルギーが小さい状態はごくわずかです。しかし、強く励起された状態は非常に豊富にあります。この高い励起領域では、小さな付加的な変化が起こり得ます。したがって、私たちは経験と常識に沿って状況にアプローチします。つまり、運動のパターンはどんなに小さな量でも変化させることができるのです。

これまでの説明は、もちろん不完全です。なぜ特定の運動パターンしか可能でないのか、なぜ最も低い準位だけが安定しているのか、なぜ電子は原子核の引力に従ってエネルギーが減少する状態へと決して下がらないのかといった、重要な疑問については、ここでは触れないようにしなければなりません。同時に、これらの事実は完全に説明されていることを強調しておく必要があります。この説明は、物質の多くの性質について正確な予測を可能にしており、数学的手順を経なければ、物質の一般的な性質はすべて正確に予測できたはずだと確信できます。ニュートンが惑星の運動を説明したのと同様に、原子も完全に説明されています。

原子とは何か、あるいは例えば水素原子2つがなぜ全く同じなのかを理解するために、複雑な理由や深い意味を探す必要はありません。2つの原子は 23同じ種類のものは、チェスの駒2つと同じように、小さな一点を除いて同じです。駒の場合は違いを気にしませんが、原子の場合は違いはありません。これは単純な表現であり、単純な状況を正直に表現しています。科学の素晴らしさは、私たちが最も興味深く考える疑問に対する正しい答えが、その単純さゆえに驚くべきものであるという事実にあります。

原子を理解するには、一つの原子核の周りの電子の分布を考慮する必要があります。分子を理解するには、二つ以上の原子核の周りの電子の分布を考慮する必要があります。原子の化学的挙動とは、他の原子と相互作用する方法であり、二つ以上の原子が互いに接近したときに電子がどのように再配置されるかを正確に表します。原子間の相互作用は、主に最外殻電子間で起こります。異なる電荷と異なる電子数の原子核を持つ、全く異なる二つの原子が、最外殻電子の構造において類似している場合があります。この場合、二つの原子は類似した化学的性質を示します。例として、電荷3のリチウムと電荷11のナトリウム、また電荷2のヘリウムと電荷10のネオンが挙げられます。ここで最も重要な例は、化学的に類似した三つの原子、すなわち電荷20のカルシウム、電荷38のストロンチウム、そして電荷88のラジウムです。

2つ以上の原子が互いに近づくと、それが類似しているか異なっているかにかかわらず、それらの電子、特に最外殻電子は、近傍に原子核が1つしかなかったときに可能だった運動状態ではなく、新しい運動状態を見つけます。これらの新しい運動状態の中には、分離した原子の状態よりもさらに安定したものが存在する場合があります。この場合、原子は互いにくっつく傾向があり、電子は最大の安定性に対応する新しい運動状態をとることになります。 24原子の複合システムは分子と呼ばれ、その最大安定状態が分子の基底状態と呼ばれます。

他の原子と結合しても安定性を高めることができない、特に安定性の高い原子が存在します。例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴンが挙げられます。これらの原子は単独で存在し、比較的「恒久的な」気体状態で独立した運動を維持し、一般的に非社交的です。そのため、これらは希ガスと呼ばれます。[1]

分子形成の特に単純な例は、ナトリウムと塩素が結合して普通の食塩を作ることです。ナトリウム原子は、たまたま比較的緩く結合した外殻電子を持っています。塩素原子は、余分な電子を収容するのに都合の良い場所を持っています。したがって、ナトリウム原子から外殻電子を剥がすのに費やされたエネルギーは、その電子を塩素原子に付加することで、大部分が回収されます。残ったナトリウム「原子」は電子を一つ奪われ、正味の電荷を持ちます。[2]余分な電子を持つ塩素「原子」は、正味の電荷を負に持ちます。したがって、2つの「原子」は互いに引き合い、塩化ナトリウム分子を形成します。実際には、物質は凝集を続けます。多数の正電荷を持つナトリウム「原子」と負電荷を持つ塩素「原子」が、美しく規則的な格子構造をなして配列し、これが塩化ナトリウム結晶となります。

より大きな集合体を形成しない最も単純な分子は、2つの水素原子で構成されています。2つの水素原子核の周りには、2つの電子からなる非常に安定したパターンが形成されます。このことから、水素原子は対になって会合し、このパターンが実現可能になると考えられます。

原子が結合する方法は驚くほど多様です。外側の電子が 25自由に動き回り、電流を極めて容易に流す。原子や分子が緩く無秩序に結びついた液体を形成することもできる。独立して運動し、時折衝突することもある。これは気体の場合と同じだ。また、原子の集合体が一見単純な秩序を持たずに連なり、長い螺旋状の分子を形成することもできる。しかし、その構造は生命の営みと何らかの関連がある。

食塩の結晶中のナトリウムと塩素の「原子」の配置。

物質がどれほど多様な形で現れ、どれほど変化に富むかは、誰もが知っています。石や水しぶき、空気や昆虫、そして人間の脳でさえ、同じ数種類の原子で構成され、これらの原子は繊細で単純、そして正確に記述された法則に従っているという事実。これは、ニュートンが地球と天空に同じ科学が当てはまることを証明して以来、私たちが学んだ最も注目すべき事実です。

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第3章
核
これまで、原子は電子と原子核に分割できると考えてきました。しかし、電子と原子核は不可分な実体であるとみなしてきました。この見方は、化学のあらゆる事実と物理学のほとんどの事実を説明するのに十分です。物理学においてさえ、電子に内部構造を付与する必要はありませんでした。[3]この意味で、電子は真に素粒子です。しかし、いくつかの物理現象、特に放射能を理解するには、原子核が不可分ではなく、複数の部分から構成されていることを認識する必要があります。原子核の部分は陽子と中性子と呼ばれます。

前章で述べた簡潔な記述は、これらの小さな粒子にも当てはまります。すべての電子は等しい――まさに等しい。すべての陽子は等しい、すべての中性子は等しい。これらの粒子間の極めて小さな違いを明らかにする方法も存在します。しかし、そのような違いは発見されていません。私たちが知る限り、これらの粒子は 常に同じです。原子の場合のように、エネルギーを注ぎ込んで励起することはできません。 27これらの小さな粒子を考えてみると、世界の複雑な構造には終わりがあることがわかります。その代わりに、私たちが見出すのは単純なものです。

陽子と中性子の重さはほぼ同じです。陽子は正電荷を1単位持ち、つまり電子の電荷と符号が逆であることを除いて同じです。中性子は、その名の通り電気的に中性の粒子です。したがって、原子核の電荷は含まれる陽子の数に等しく、中性子の数とは無関係です。しかし、陽子（または中性子）を重さの単位とする原子核の重さは、陽子の数と中性子の数の合計に等しくなります。

原子核の陽子数は同じだが中性子数が異なる2つの原子があると想像してください。このような原子は自然界に存在し、同位体と呼ばれます。これらの同位体の特徴は、陽子数が同じであるため、同じ核電荷、同じ電子構造を持ち、したがってほぼ同じ化学的性質を持つことです。原子核の体積は多少異なりますが、いずれにしても原子核は小さいです。まるで、何もないことと、全く同じではないことの違いを探しているようなものです。中性子数の違いによる同位体の重さの違いは、その化学的挙動にほとんど影響を与えません。この事実の重要な帰結として、ある同位体が別の同位体に置き換えられただけの違いを持つ分子は、生物学的に区別がつかないということです。味も匂いも同じです。体内への摂取方法も、体内に蓄積・排泄される方法も同じです。

最も単純な同位体は水素の同位体です。自然界に存在する水素原子のほとんどは、陽子1個からなる原子核を持っています。これが一般的な水素、つまり軽水素です。しかし、少数の水素原子は陽子1個と中性子1個からなる原子核を持っています。これは重水素で、重水に含まれています。すべての天然水源には、これらの水素原子が含まれています。 282種類の水素が、どのサンプルでも実質的に同じ比率で混合されています。原子核の周りを回る電子は、余分な中性子の有無に関わらず、ほぼ同じように振る舞います。この電子の状態によって、原子とそれを含む分子のほとんどの性質が決まります。もちろん、重水素は普通の水素の2倍の重さがあり、重水は軽水よりもやや密度が高くなります。しかし、それ以外にはほとんど違いはありません。

水素同位体の発見にまつわる話は実に面白い。約半世紀前――同位体が発見される以前――二人の科学者が水の密度を測ろうとした。彼らは水を沸騰させて水蒸気を凝縮させ、精製した。しかし、精製を進めるほど、水はわずかながらも確実に軽くなっていった。ついに彼らは諦めた。水には密度がないらしい！

実際に起こったことはこうです。軽水は重水よりも少し沸騰しやすいのです。科学者たちは気づかないうちに、同位体を分離し始めていました。

何年も後、ハロルド・ユーリーは、他の人々の誤った実験結果に基づき、重水素が存在するに違いないと結論づけました。彼は重水素を探し、発見しましたが、予想よりもはるかに少ない量しか見つかりませんでした。重水素の量はあまりにも少なかったため、正しい実験に基づいていたとしても、ユーリーが重水素の存在を推測することは決してなかったでしょう。根拠のない考えは、考えがないよりもずっと実り多いようです。

天然に存在する元素のほとんどすべては、複数の同位体から構成されています。例えばウランは主に2つの同位体から構成されており、1つは143個の中性子を持ち、もう1つは146個の中性子を持ちます。これらの同位体はどちらも92個の陽子を持つため、質量はそれぞれ92 + 143 = 235、92 + 146 = 238となります。これらの同位体は慣習的にU²³⁵、U²³⁸と呼ばれます。原子炉や核燃料に有用なU²³⁵は、 29原子爆弾の製造に使用されるウランは比較的希少で、天然ウランの140分の1しか存在しません。この希少同位体を一般的なウラン238から分離することは、第二次世界大戦中の20億ドル規模のマンハッタン計画における主要な事業の一つでした。

ここで、放射能という概念につながる最も重要な疑問に迫ります。ある元素がどの同位体を持つかは、何によって決まるのでしょうか？例えば、ウランには235と238の同位体があります。自然界には少量のU²³⁴とU²³⁶も存在します。なぜU²³²、U²³³、U²³⁷、U²³⁹は見つからないのでしょうか？明らかに、92個の陽子と共存できる中性子の数は限られているのです。

もう一つの例、今回は最も軽い既知の元素である水素について考えてみましょう。水素には既に2つの同位体があると述べました。1つは重さ1の軽い水素（H¹と表記）で、原子核は陽子1個で中性子は0個です。もう1つは重さ2の重い水素（重水素とも呼ばれます）で、陽子1個と中性子1個で構成されています。後者の同位体は、天然の水素の約5,000分の1しか存在しません。また、陽子1個と中性子2個からなるトリチウム（H³）も微量に存在します。しかし、ここで一連の流れは終わります。H⁴、H⁵、H⁶などはどうなるのでしょうか？

この質問は、前の質問に関連しています。なぜ自然界には電荷 43、61、85、87 の原子が存在せず、また電荷 92 を超える原子も存在しないのでしょうか。これらの質問に答えるには、原子核内の中性子と陽子の運動を支配する法則と、中性子が中性子に及ぼす力、中性子が陽子に及ぼす力、陽子が陽子に及ぼす力の性質について、多少の知識が必要です。

原子核内の中性子と陽子の運動は、原子核内の電子の運動を支配するのと同じ法則に支配されています。原子核と原子には、より安定した運動の基底状態が存在します。 30（エネルギーが低い）他のどの状態よりも原子核内の電子の配置と運動は、もちろんこの一般則だけでなく、電子と原子核の間に働く力の電気的性質にも依存します。同様に、原子核内の中性子と陽子の配置と運動も、中性子と陽子の間に働く力の性質に依存します。

これらの力は、明らかに重力起源ではありません。重力による引力は、中性子と陽子の間の引力に比べて極めて弱く、原子核現象の領域では全く無視できるほどです。また、原子核の力は電気起源ではあり得ません。中性子は電気的に中性であり、陽子は電荷によって互いに反発し合います。原子核の力は全く新しいものです。これまでに遭遇した中で最も強い力であり、マクロな世界にはこれに相当するものはありません。

核力はまだ完全には解明されていません。しかし、核の安定性を理解するには、中性子と陽子（そしてついでに電子も）の挙動を支配する一つの特異な事実を知るだけで十分です。それは、それらは異なる存在でありたいと願うということです。それぞれの粒子には、状態または運動パターンを割り当てることができます。任意の2つの中性子を比較すると、それらの運動パターンは本質的に異なっているはずです。任意の2つの陽子についても同様です。しかし、中性子と陽子は、電荷が異なるため、似たようなパターンを示すことがあります。

さて、運動の可能なパターンの中には、低いエネルギーを持つものと高いエネルギーを持つものがあります。個々の中性子と陽子は、最小エネルギーの法則に従って、まず最も低いエネルギー状態を占め、最大の安定性を得ます。その後、差を求める要求によって、後続の粒子はより高いエネルギーのパターンへと移行します。

中性子は陽子が同じパターンになることを排除しないので、最も低いエネルギー状態は占有されている可能性がある。 31原子核は、1個の中性子と1個の陽子によって同時に励起されます。[4]さらに中性子または陽子が追加されると、より高いエネルギーの次の状態に移行する必要があります。このため、原子核は中性子と陽子の数が等しいかほぼ等しいときに最も安定すると予想されます。それほど重くない原子核の場合、これは確かに当てはまります。例えば、陽子を7個持つ窒素には、7個と8個の中性子を持つN¹⁴とN¹⁵という2つの安定同位体が存在します。しかし、重い原子核の場合、状況は少し異なります。

中性子と陽子の間の核力は、非常に短い距離でしか作用しません。つまり、粒子同士が強い引力を発揮するには、ほぼ接触している必要があるのです。したがって、中性子または陽子は、原子核内のすぐ隣の粒子とのみ相互作用します。一方、陽子間の電気的反発力は、はるかに長い距離で作用します。陽子は原子核内の他のすべての陽子と反発します。重い原子核の場合、この反発力は中性子の数に対する陽子の数を減少させるのに十分です。例えば、陽子数が82個の鉛には、122個、124個、125個、126個の中性子を持つ4つの安定同位体が存在します。

7個の陽子は7個または8個の中性子と安定的に結合することを説明しました。7個の陽子が6個または9個の中性子と結合してN¹³またはN¹⁶を生成するとどうなるでしょうか？この規則は、それらが互いにくっつくことを妨げるものではありません。陽子が中性子に変換される（6個の場合）か、中性子が陽子に変換される（9個の場合）と、これらの結合はより安定する、というだけのことです。

実際には7個の陽子と9個の中性子がくっついていますが、そのような原子核は安定しておらず、永遠に存在し続けることはありません。その理由は非常に単純で、少し意外なものです。 32中性子から陽子への変化は、実際には物理的に実現可能な過程であり、さらにエネルギーを放出します。同様に、陽子7個と中性子6個を含む原子核は、陽子から中性子への変化も起こり得るため、存在時間は有限です。もちろん、陽子は電荷を持ちますが、中性子は電荷を持ちません。これらの変化の際に電荷はどうなるのでしょうか？実際には、中性子は陽子ではなく、陽子と電子に変換されます。同様に、陽子は中性子と何か別のものに変換されます。この何か別のものは陽電子と呼ばれ、負の電荷ではなく正の電荷を持つことを除けば、あらゆる点で電子と同一です。

上で述べた変化は自然に起こります。これらは放射能の一例です。より正確には、電子（または陽電子）が原子核から放出される際にベータ線と呼ばれることから、「ベータ崩壊」過程と呼ばれます。このようなベータ放射性物質は、爆発や原子力発電所で原子力エネルギーが使用されるたびに生成されます。原子力エネルギーに関する多くの困難や懸念は、これらのベータ放射能に関連しています。私たちは、これらをしばしば有害なものとして、また時には有益なものとして懸念するでしょう。

原子核内で中性子が陽子と電子に変換されると、電子はすぐに原子核から脱出しますが、陽子は原子核内に残ります。同様に、陽子が中性子と陽電子に変換されると、陽電子は原子核から脱出しますが、中性子は原子核内に残ります。電子と陽電子は陽子や中性子に比べて重さが無視できるため、ベータ崩壊の過程で原子核の重さはほとんど変化しません。電子と陽電子は電荷を持っているため、ベータ崩壊の過程で原子核の電荷は1単位増加または減少します。

ベータ崩壊後、7つの陽子と6つの中性子を持つ窒素原子核（N¹³）は、6つの陽子と 337個の中性子を持つ炭素原子核（C¹³）は、質量13で安定な組み合わせです。同様に、7個の陽子と9個の中性子を持つ窒素原子核（N¹⁶）は、8個の陽子と8個の中性子を持つ質量16の酸素原子核（O¹⁶）になり、これは通常の安定酸素です。

ベータ崩壊後、残留核は中性子と陽子の数が「正しい」状態でありながら、エネルギーが過剰になることがあります。つまり、残留核は基底状態ではなく励起状態にあります。これは、既知のベータ崩壊例の約3分の2で発生します。例えば、N¹⁶がO¹⁶に崩壊する場合などがこれに当たります。

この状況では、励起された原子核は励起された原子のように振る舞います。読者の皆様もご存知の通り、励起された原子は電磁放射線（通常は可視光線または可視光線に近い光線）を放出することで余剰エネルギーを放出します。励起された原子核も全く同じように余剰エネルギーを放出します。唯一の違いは、原子核からの電磁放射線が運ぶエネルギー量は、原子核からの電磁放射線が運ぶエネルギー量の約100万倍であるということです。これは、原子核内に膨大な量のエネルギーが蓄えられていることを示しています。原子核から放出されるこのような高エネルギーの電磁放射線は、通常ガンマ線と呼ばれます。ガンマ線放出、あるいはガンマ崩壊は、​​ベータ崩壊と同様に、不安定な原子核を安定した原子核、あるいは少なくともより安定した原子核へと変化させるエネルギー放出過程です。より一般的には、自発的にエネルギーを放出する過程（原子核を安定化させる傾向があるもの）は放射能と呼ばれます。ベータ崩壊とガンマ崩壊はその一例です。後ほど、アルファ崩壊と呼ばれる3つ目の例を考えてみましょう。アルファ粒子はヘリウム原子の原子核であり、2つの中性子と2つの陽子で構成されています。

中性子の崩壊と陽子の崩壊は一見非常によく似た過程のように見えます。しかし実際には、両者の間には重要な違いがあります。自由中性子、つまり陽子ではない中性子は、 34原子核内に閉じ込められた陽子は陽子と電子に崩壊しますが、自由陽子は中性子と陽電子に崩壊しません。この違いは、陽子の質量が中性子よりもわずかに軽いため、エネルギーも小さいことに起因します。陽子が崩壊するには、他の陽子や中性子からエネルギーを吸収できる原子核内に存在する必要があります。

陽子-中性子（または中性子-陽子）変換によって互いに変換できる原子核対が時々存在します。しかし、どちらの変換も、先ほど説明したような方法では起こりません。その理由は、陽子-中性子変換または中性子-陽子変換では、追加の電子または陽電子が放出される必要があるからです。アインシュタインによれば、電子または陽電子の質量はあるエネルギー（E = mc²）に対応しており、中性子-陽子変換でも陽子-中性子変換でも、電子または陽電子を生成するのに十分なエネルギーが放出されない場合があります。

このような場合、原子の最内殻電子の1つが陽子と結合して中性子を形成する可能性があります。このような電子捕獲過程は、逆過程、すなわち中性子から陽子と電子への変化がエネルギー不足を伴う限り、常にエネルギーを放出します。したがって、2つのエネルギーが本当に完全に一致する可能性を除けば、中性子から陽子、または陽子から中性子への変化のいずれかが常に起こり得ます。

エネルギーは常に保存されるという法則は、最も確立された自然法則の一つです。したがって、ベータ線のエネルギーは、ベータ崩壊前の原子核のエネルギーとベータ崩壊後の原子核のエネルギーの差に正確に等しいと予想されます。しかし実際には、ベータ線のエネルギーは、この値ほど大きくなることはなく、むしろはるかに小さい場合が多いのです。エネルギーの一部は明らかに消失しており、その疑いは払拭されていません。 35エネルギーは結局保存されないかもしれないと発言した。しかし、失われたエネルギーは原子核から密かに持ち出されており、その密輸者（つい最近捕まったばかりだが）はニュートリノと呼ばれていることが判明した。

ニュートリノは中性子と同様に電気的に中性な粒子ですが、その重さは光線の重さと同様にゼロです。光線と同様に、ニュートリノは光速で運動します。

ベータ崩壊過程において原子核から放出されるエネルギーは、ニュートリノとベータ線にほぼ均等に分配されます。電子が様々な効果を引き起こすことは後ほど説明します。その中には有害なものもあります。しかし、ニュートリノは全く危険ではありません。理想的な密輸業者のように、ニュートリノは気づかれることなく、事実上痕跡を残さずに通り過ぎていきます。ニュートリノは物質と非常にわずかに相互作用するため、一度の衝突が起こる前に数十億個のニュートリノが地球全体をすり抜けていくこともあります。

ごく最近、この奇妙な小さな粒子が、対称性に関する最も疑問視されていない概念の一つを覆しました。私たちはこれまで、自然界には右手と左手の区別はなく、存在するあらゆる自然現象には、その鏡像も存在すると信じてきました。しかし、ニュートリノは例外です。ニュートリノは、ねじのように明確な対称性を持っています。[5]この事実は、科学の発展において最も重要なものとなるかもしれません。しかし、本書で論じる問題とは何の関係もありません。

ニュートリノは、太陽内部や爆発する恒星内部といった遠く離れた隠れた場所から地球に届きます。ニュートリノをメッセンジャーとして利用することで、恒星のエネルギーの起源となる核反応の種類を解明できる可能性があります。

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ニュートリノは、私たちが核エネルギーを放出するたびに放出されます。核エネルギーがもたらす数々の驚くべき実用的効果の中でも、ニュートリノは他に類を見ない特徴を持っています。それは、ニュートリノは決して有用でも有害でもないということです。ニュートリノが何らかの悪影響を及ぼすと疑われたことすらありません。

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第4章
放射性崩壊の法則
放射性原子核は、最終的には崩壊してエネルギーを放出します。しかし、それはいつでしょうか？

放射性原子核は誕生した瞬間から「老化」し始め、所定の時間が経過すると崩壊過程が始まると考える人もいるかもしれません。これは、決定論的な宇宙における放射能の作用の仕方です。しかし、放射性原子核に実際に何が起こるのかは、はるかに興味深いものです。

放射性原子核は、その生涯のどの瞬間においても、次の1秒以内に崩壊する確率を持ちます。この確率は原子核の年齢には影響されません。原子核がどれだけ長く生きてきたかに関わらず、次の1秒以内に崩壊する確率は常に同じです。まるでルーレットをプレイしているようなものです。ホイールが回転し、その数字が出れば原子核は最初の1秒以内に崩壊します。出なければ、ホイールは再び回転します。ホイールが回転するたびに、その数字が出る確率が存在します。この確率の正確な値は、それぞれの放射性物質によって異なります。確率が高ければ高いほど、原子核はより速く崩壊すると予想されます。しかし、特定の原子核は 38特定の時間に期待された動作を行わない。

確率（あるいは偶然）という概念は、多数の事例に適用された場合にのみ意味を持ちます。ある原子核が次の1秒間に崩壊する確率が100分の1であると言うことは、そのような放射性原子核の多数（例えば1億個）のうち、1%（100万個）が次の1秒間に崩壊することを意味します。しかし、どの原子核が崩壊するかを事前に予測することは絶対に不可能です。特定の原子核はすぐに崩壊するかもしれませんし、非常に長い時間を経て崩壊するかもしれません。しかし、全体としては、常に予想通りの挙動を示すでしょう。（これが保険会社が事業を行う原則です。）

この状況は、放射性物質の半減期と呼ばれる時間軸で説明するのが最も適切です。半減期とは、多数の同一の放射性原子核の半分が崩壊するのに必要な時間として定義されます。この大きな数値がどれだけ大きいかは問題ではなく、十分に大きいことだけが重要です。

数が十分に大きくない場合、変動が生じ、半減期中に崩壊する原子核の 50 % ではなく、40 % または 60 % になる可能性があります。実際には、40 % から 60 % の限界は、約 100 個の原子核のサンプル サイズに相当します。原子核が 10,000 個の場合、限界は 49 % から 51 % になります。私たちが通常扱う放射性原子核の数は、約 10²³ (100,000,000,000,000,000,000,000) です。これは、例えば約 1 オンスのラジウムに含まれる放射性原子核の数です。これほど多数の原子核の場合、半減期中に 50 % 崩壊からの偏差は、全く無視できるほど小さくなります。したがって、私たちは、マクロなスケールでは秩序があり、厳密な法則に従っているように見える宇宙に住んでいます。しかし、これらの法則の根底にあるミクロなスケールでは、自然は、個々のケースにおいてランダム性と不確実性に満ちた偶然のゲームを繰り広げています。

N（つまり、 39残存する放射性核の数は、時間tとともに変化します。グラフは、最初の半減期Tでは、元の放射性核の数N ₀ の半分が崩壊することを示しています。次の半減期では、残りの放射性核の半分が崩壊し、以下同様に続きます。時間 T を過ぎると、元の放射性核の半分がまだ残り、2 Tを過ぎると4分の1が残り、以下同様に続きます。

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放射性物質の種類によって半減期は異なります。ほんの一瞬のものもありますが、数十億年に及ぶものもあります。N¹⁶は半減期が約8秒でO¹⁶（電子とニュートリノを含む）に崩壊します。自由中性子は半減期が13分で陽子、電子、ニュートリノに崩壊します。質量90のストロンチウム（Sr⁹⁰）はベータ崩壊を起こし、半減期は28年です。（これは自然界には存在しない同位体ですが、核分裂過程でかなり大量に生成されます。）質量40のカリウム（K⁴⁰）は、通常のカリウム中に0.01%含まれており、半減期は10億年です。これは原始元素が形成された時から残っているものと考えられています。ガンマ崩壊の半減期はベータ崩壊の半減期に比べて非常に短く、通常はほんの一瞬です。

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放射能は、原子核から放出される粒子の種類（これまでの例ではベータ粒子とガンマ粒子）、その粒子が持つエネルギー、および放射性崩壊が起こる半減期によって特徴付けられます。

放射能による生物学的ハザードは、これら3つの特性すべてに依存します。放射性核種が原子爆発で生成されたか原子炉で生成されたかに関わらず、一般的には人間が被曝するまでにある程度の時間が必要です。この時間が放射性核種の半減期に比べて長い場合、ほとんどの核種は崩壊し、ハザードは軽減されます。一方、半減期がこの時間、そして人間の寿命に比べて長い場合、崩壊の速度は遅くなり、ハザードは軽減されます。

要するに、危険な半減期とは、長すぎず短すぎず、中間の半減期のことです。Sr⁹⁰がその一例です。

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第5章
核の崩壊
原子核内の正電荷は互いに反発し合います。最も電荷の重い原子核では、この反発力は非常に大きくなり、原子核は2つの部分に分裂し、同時にかなりのエネルギーを放出します。自発的な核分裂の場合 、2つの部分の大きさはほぼ同じです。 アルファ崩壊の過程では、一方の部分（アルファ粒子）はもう一方よりもはるかに小さくなります。

アルファ粒子は2つの中性子と2つの陽子で構成され、ヘリウム原子の原子核と同一です（この原子核の記号はHe⁴です）。2つの中性子と2つの陽子は同時に最低エネルギー状態を占めることができるため、アルファ粒子は特に安定した原子核単位です。その結果、重い原子核では、2つの中性子と2つの陽子が合体してアルファ粒子となり、脱出を試みることがあります。

しかし、アルファ粒子は原子核から脱出しようとする際、他の中性子や陽子による短距離の原子核引力によって大きな抵抗を受ける。アルファ粒子が受けるこの抵抗は 42原子核から出ようとする際の障壁は、通常「エネルギー障壁」と呼ばれます。アルファ粒子が少しでもエネルギーを得ることができれば、この障壁を乗り越えて原子核の引力から逃れることができます。原子核の外に出ると、原子核の引力が及ばないところで、アルファ粒子は2つの陽子と残りの原子核内の他の陽子との間の大きな電気的反発によって、激しく外側へ加速されます。

アルファ粒子が原子核から脱出する仕組み。A地点からB地点へは「上り坂」を進み、速度を失っていきます。B地点では速度はゼロとなり、ほぼ確実に方向転換します。わずかな確率でエネルギー障壁Bをすり抜けてC地点に到達することもあります。C地点を超えると、アルファ粒子は反発を受け、速度を増しながら脱出します。

アルファ粒子が脱出するには、ある程度の余分なエネルギーが必要です。古い物理学の法則によれば、アルファ粒子がこの余分なエネルギーを得ることは不可能であり、したがって脱出は不可能です。しかし、中性子と陽子の運動を支配する、より新しく発見された法則（量子力学の法則）はそれほど厳格ではなく、アルファ粒子がエネルギーを利用することを許可しています。 43エネルギー障壁を乗り越えるために「借りた」エネルギー。もちろん、アルファ粒子は必ずその借りたエネルギーを返済しなければなりませんが、残留原子核の反発範囲から抜け出す際に放出される膨大な電気エネルギーの蓄えがあれば、簡単に返済できます。この借りたエネルギーには利息はかかりません。

このようなエネルギー融資は、自然界では自動的に承認されるものではありません。融資が認められにくい要因が2つあります。金額が大きい場合と期間が長い場合です。これらの制限により、エネルギー融資を申請できる粒子は事実上制限されます。サイズや重量が大きい物体は融資の対象外となりますが、原子核世界の小さな粒子は融資の対象となることが多いのです。

アルファ崩壊後にアルファ粒子が持ち去るエネルギーが大きければ大きいほど、障壁を乗り越えるために借りるエネルギーは少なくなり、崩壊はより速く起こると予想されます。崩壊はアルファ粒子のエネルギーに非常に敏感であるため、2倍のエネルギーを持つアルファ粒子は100兆倍も速く放出されます。

アルファ崩壊の半減期は、ほんの一瞬から数十億年まで様々です。しかし、アルファ崩壊の最も短い半減期でさえ、アルファ粒子が原子核を通過するのに必要な時間と比較すると非常に長いです。これは、アルファ粒子が実際に原子核から脱出に成功するまでに、膨大な数の試行を繰り返すことを意味します。古い古典理論によれば、アルファ過程は決して起こるはずがなく、実際には非常に低い確率で起こります。

通常、単一のアルファ崩壊だけでは娘核の安定性をもたらすには不十分です。安定が達成されるまでには、通常、一連の放射性崩壊が必要です。アルファ粒子を放出する原子核のほとんどは、これらの放射性崩壊系列のいずれかに属します。

アルファ崩壊を起こす重い原子核はすべて、過剰な中性子を含んでいます。アルファ粒子はちょうど2個の中性子と2個の陽子を運び去るため、娘原子核における中性子数と陽子数の比が増加します。これは不安定化に影響を及ぼします。（実際には、 44より軽い原子核では、安定性を保つために中性子と陽子の比が1に近づく必要がある。そのため、娘核はベータ線放射を起こしやすく、中性子を陽子（および電子とニュートリノ）に変換することで、中性子と陽子の比を低下させる。このようにして、アルファ線とベータ線が交互に放出される一連の放射性崩壊が起こり、時折ガンマ線も放出される。

放射性連鎖は4つあります。その1つは、ウランの豊富な同位体であるU²³⁸から始まります。この同位体は数回のアルファ崩壊と数回のベータ崩壊を経て、電荷88、質量226のラジウムになります。世界中のラジウムはすべて、このようにして連鎖の5番目の崩壊で娘核種として生成されます。さらに数回の崩壊を経て、安定な鉛（質量206）が生成され、連鎖は終了します。

他の連鎖もU²³⁸連鎖に似ていますが、それほど長くはありません。1つの連鎖はウランの希少同位体であるU²³⁵から始まり、もう1つは質量232のトリウム同位体から始まります。これらはどちらも鉛の安定同位体で終わります。いずれの場合も、連鎖の最初の崩壊の半減期は非常に長くなります。U²³⁸の半減期は45億年、U²³⁵は7億1000万年、トリウムは140億年です。

4番目の放射性元素鎖は実験室で合成されましたが、その最初の同位体である質量数237のネプツニウムの半減期が短すぎるため、自然界には存在しません。ネプツニウムは200万年で崩壊しますが、この鎖の他の元素の半減期はさらに短くなります。つまり、ネプツニウム鎖は遥か昔に崩壊したのに対し、他の3つの鎖は元素が合成された当時から存在し続けているのです。

興味深いことに、U²³⁵はU²³⁸に比べて存在量が少ないため、半減期が短い。宇宙の始まりに両同位体が存在していたと仮定すると（そして、 45宇宙の年齢は激しく議論されている。年を追うごとに、宇宙は10億年ずつ古くなってきているように見える。現時点では、60億年という期間はそれほど的外れではないと思われる。

自然放射能は主に重元素に存在しますが、軽元素にも自然放射能を持つものがあります。その中でも、カリウム⁴⁰は電子放出または電子捕獲によって崩壊するため、特に興味深い元素です。その崩壊過程は以下のとおりです。

カリウム⁴⁰ → カルシウム⁴⁰ + 電子 + ニュートリノ、

（11億年）

そして

カリウム⁴⁰ + 電子 → アルゴン⁴⁰ + ニュートリノ。

（110億年）

カルシウム⁴⁰とアルゴン⁴⁰はどちらも安定な原子核です。第二の反応の直後にアルゴン⁴⁰からガンマ線が放出されます。地球の大気中に存在するアルゴンの1%は、ほぼすべて第二の反応から生成されます。これらの放射能は、人体組織には常に相当量のカリウム⁴⁰が存在することからも興味深いものです。

周期表の重い端にある原子核はすべて放射性アルファ線を放出します。例えばウランには安定同位体が存在せず、すべてアルファ崩壊を起こします。しかし、もう一つ別の安定同位体が存在します。 46ウランの自発崩壊の一種で、アルファ崩壊よりも頻度ははるかに低いものの、実用上ははるかに重要な崩壊様式です。これが核分裂過程です。

核分裂過程は、原子核が2つの破片に分裂するという点でアルファ崩壊と似ています。これらの過程の主な違いは、破片の相対的な重さにあります。例えば、U²³⁸のアルファ崩壊では、一方の破片の重さは4で、もう一方の破片の重さは234です。核分裂過程では、破片の重さはほぼ等しくなります。例えば、一方の破片の重さは90で、もう一方の破片の重さは148になることがあります。 [6]他の重さの組み合わせも可能です。

自発核分裂の説明は、本質的にはアルファ崩壊の説明と同じです。しかし、自発核分裂は、アルファ崩壊よりも核力によって2つの核分裂片がより強く結びついているため、起こりにくい過程です。エネルギー障壁を突破するには、より多くのエネルギーを借りる必要があり、その期間も長くなります。

自発核分裂とアルファ崩壊の相対的な確率は、次の事実から理解できます。1グラムのU²³⁸では、1時間に約4500万回のアルファ崩壊が発生しますが、自発核分裂は約25回しか発生しません。

エネルギー障壁を乗り越えると、アルファ崩壊または自発核分裂で放出されるエネルギーは、2つの核分裂片の電荷に比例します。アルファ崩壊の場合、電荷の積は2×90 = 180ですが、自発核分裂の場合、この積は通常約40×52 = 2,080になります。したがって、核分裂エネルギーの放出はアルファエネルギーの放出の10～15倍になると予想されます。実際には、核分裂エネルギーの放出はこの推定よりもさらに大きく、アルファエネルギーの放出の約30～50倍です。これほど大きなエネルギーが放出されることは、核分裂過程の非常に重要な特徴です。 47原子力の実用化の観点から。

ウランは周期表の端に位置するため、最大の安定性を得るためには中性子と陽子の比を大きくする必要があります。一方、核分裂生成物は周期表の中央に位置するため、安定を得るためには中性子と陽子の比をはるかに小さくする必要があります。これには2つの影響があります。

一つは、核分裂片自体が不安定であると予想されることです。中性子と陽子の安定した組み合わせに達するまで、核分裂片はベータ崩壊（電子放出）を数回連続して起こします。この核分裂生成物の放射能は、核分裂原子力エネルギーのあらゆる実用化において潜在的な危険となります。本書の後の章では、特に原子爆発で生成される放射性核分裂生成物のフォールアウトによる危険性、そして原子炉の運転と保守に伴う危険性について考察します。

中性子過剰の第二の帰結は、核分裂過程の直後に中性子が破片から蒸発する可能性があることです。これは、核分裂過程によって破片内部で多くの無秩序な内部運動が発生し、これらの破片が中性子をそれほど強く保持していないために起こります。放出された中性子の実用的な価値については、後の章で詳しく議論します。ここでは、これらの中性子が連鎖反応を可能にするメカニズムを提供していることのみに触れます。

92を超える電荷を持つ元素が自然界に存在しないのは、自発核分裂とアルファ崩壊によるものです。これらの元素が最初に作られたことはほぼ間違いありません。しかし、それらはずっと以前に崩壊しました。

自発的核分裂の興味深い例として、半減期が55日であるカリホルニウム²⁵⁴（電荷98）が挙げられます。この同位体は、超新星と呼ばれる特定の恒星爆発で大量に生成されます。1000年に一度、10億個の恒星の集合体のうちの1つが信じられないほどの輝きを放ちます。 48この一つの星は、数週間にわたって、普通の星10億個分のエネルギーと輝きを放ち、その後徐々に消えていきます。このように、最も強い放射線を持つ「新しい」星（新星）は、「超新星」と呼ばれます。

超新星爆発では多くの核反応が起こると考えられています。最初の光の爆発から数週間後、光の強度は55日ごとにほぼ1/2ずつ減少し、それが1年ほど続くことが観測されています。これは、この時期に恒星で発生したエネルギーがカリホルニウム²⁵⁴の自発核分裂によるものであるとすれば、まさに予想される結果です。ここでは、天然の放射性元素に何が起こるかを示すモデルを示しています。これらの元素のうち、地球上に残っているのはウラン、トリウム、カリウムなど、半減期が最も長い元素だけです。

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第6章
核間の反応
錬金術師たちは、ある元素を別の元素に人工的に変えようと試みました。熱や化学物質、さらには魔術さえも用いました。しかし、彼らは失敗しました。物質を加熱して変化させるという彼らの最も単純な方法は、実際には正しかったのです。問題は、彼らが用いた温度が1万分の1以上も低すぎたことです。必要なのは、数千万度というオーダーの温度なのです。

このような高温では、二つの原子核は電気的に反発し合っているにもかかわらず、時折接近することがあります。時には、原子核反応を起こすほど接近することもあります。もちろん、原子核の電荷が小さければ、これは比較的容易に起こります。電荷1を持つ水素原子核は、このような反応に最も容易に関与します。

恒星内部の温度は約1000万度から1億度の範囲で変化し、核反応が起こります。恒星におけるエネルギー生成の原因となる反応は以下のとおりです。

4H¹ → He⁴ + エネルギー

4つの陽子が結合してアルファ粒子を形成し、エネルギーを放出します。実際にはこの反応は必ずしも 50一度に起こるのではなく、いくつかの段階を踏む必要があります。アルファ粒子が非常に安定しているという事実から、エネルギーが放出されるはずです。軽い原子核が結合してより重い原子核を形成し、エネルギーを放出するプロセスは「核融合」として知られています。

星の中で進行する核融合反応は、陽電子、ニュートリノ、電磁放射、そして反応粒子の運動など、様々な形でエネルギーを放出します。陽電子は反応によって生じた余分な電荷を運び去ります。

ニュートリノは相互作用することなく恒星を通り抜け、そのエネルギーを宇宙空間へと運び去ります。おそらく二度と物質宇宙と接触することはないでしょう。核融合エネルギーの残りは恒星内部に蓄えられ、核融合反応が継続するのに十分な高温が保たれます。このタイプの反応には「熱核融合」という名称がふさわしいのです。

制御された熱核反応を起こすという課題に、多大な努力と想像力が注がれています。このプロジェクトの動機は、重水素（H²）などの良質な熱核燃料が豊富にあり、安価であるという事実にあります。世界中の海洋には、人類のエネルギー需要を何百万年も供給できるほどの重水素が存在します。もちろん、一つの難題は、反応のための容器を見つけることです。

恒星の環境下でも、核融合反応の速度はそれほど速くありません。原子核のわずか1%が反応するのに約10億年かかります。したがって、短時間で大量のエネルギーを生成するには、恒星よりもさらに高い温度が必要になります。しかし、数千度以上の温度に耐えられる物質は知られていません。一つのアイデアは、磁場を用いて「燃えている」燃料を物質の壁から遠ざけることです。

熱核反応に必要な極端な温度を使わずに核反応を起こす方法はあるのでしょうか？ 51実際にやろうとしているのは、2つの核粒子を核力が作用するほど十分に密着させることです。 冷却した標的物質を用い、その外側から陽子やアルファ粒子などの高エネルギー核弾頭を照射するという手法は、全く問題になりません。十分なエネルギーを持つ核弾頭は、標的の核の電気的反発を克服し、実際に貫通することができます。その結果生じる「複合」核は、不安定で瞬時に崩壊するか、ほぼ安定（つまり放射性）して一定時間後に崩壊するかのいずれかです。いずれの場合も、反応によって新たな元素の核が形成されると考えられます。この手順は単純に聞こえますが、実際には難しい点があります。

太陽内部。熱核反応は主に、非常に高温で高密度の中心領域（影で囲まれた部分）で起こります。この領域は半径約3万キロメートル（約2万キロメートル）に及び、密度は水の約80倍です。

主な難しさは、原子核が非常に小さな標的であるということです。その面積は、原子全体の面積の約1億分の1です。物質が高エネルギー粒子に衝突した場合、その粒子が原子核に向かうかどうかは偶然にのみ左右されます。確かに、粒子が一つの原子核を外れたとしても、その進路上にある他の原子核に衝突する機会は依然としてあります。 52しかし、粒子にはそのような機会はあまりありません。なぜなら粒子は荷電されているため、常に原子の電子と相互作用し、徐々にエネルギーを吸収して粒子の速度を低下させるからです。

粒子の速度が低下すると、たとえ粒子が原子核に向かってまっすぐ進んでいたとしても、その電荷と原子核の電荷との間の反発力により、原子核に衝突する確率は低下します。十分な速度がなければ、この反発力を乗り越えることはできません。

荷電粒子は、大きな電界を通して加速することで必要な速度を得ることができます。単位電荷が1ボルトの電位差で加速されると、1電子ボルトのエネルギーを得ます。核衝撃に必要なエネルギーは数百万電子ボルトのオーダーで、サイクロトロンなどの原子衝突装置によって供給できます。

これほど高いエネルギーであっても、実際に標的の原子核に到達する核粒子はごくわずかです。そのほとんどは電子によって減速され、標的物質を加熱するためにエネルギーを無駄にしています。おそらく100万分の1の粒子が、幸運にも核反応を引き起こすことができるでしょう。

もし核加速装置の目的が安価なエネルギーを生み出すことであれば、それほど価値はないでしょう。核反応は通常、500万から2000万電子ボルトのエネルギーを放出します。しかし、この反応を起こすには、百万個の粒子を数百万電子ボルトのエネルギーまで加速する必要がありました。回収・利用可能なエネルギーは、投入された総エネルギーのごく一部に過ぎません。

一方、科学的発見の手段として、原子衝突装置は極めて重要な役割を果たしてきました。百万分の一のこの出来事は、原子核物理学に関する多くの知識をもたらしました。

粒子衝撃による核反応の実現は、実際には人工の加速装置の発明を待つまでもありませんでした。高エネルギーのアルファ粒子は 53重元素の放射性崩壊から生じる。1919年、アーネスト・ラザフォードはこのような放射性元素をアルファ粒子源として用いた。アルファ粒子を通常の窒素に衝突させ、以下の反応を引き起こした。

ヘ⁴ + N¹⁴ → O¹⁷ + 陽子
（陽子2個） （7個の陽子） （陽子8個）
（中性子2個） （中性子7個） （中性子9個）
つまり、アルファ粒子と窒素¹⁴の原子核が反応して、（安定な）酸素¹⁷と陽子1個の原子核を生成します。酸素¹⁷は、陽子8個と中性子9個からなる原子核です。通常の酸素の豊富に存在する形態は、陽子8個と中性子8個で構成されています。天然の酸素には少量の酸素¹⁷が含まれています。

その後、1934年に、イレーヌ・キュリー・ジョリオ（ラジウムの発見者、キュリー夫人の娘）と夫のフレデリック・ジョリオは、天然に存在するアルファ粒子を用いて初めて人工放射性原子核を生成しました。その反応は次の通りです。

ヘ⁴ + アルミニウム²⁷ → リン³⁰ + 中性子
（陽子2個） （陽子13個） （15個の陽子）
（中性子2個） （中性子14個） （中性子15個）
リン³⁰は不安定な原子核であり、ベータ線（陽電子）を放出してシリコン³⁰（安定）になります。この崩壊の半減期は約2.5分です。ジョリオット反応は、人類が放射能を生成し、それを認識した最初の例でした。実際には、サイクロトロンはそれ以前の2年間、十分な量の放射能を生成していましたが、物理学者たちはこの事実に気づいていませんでした。

自然が私たちに原子を粉砕する機械を与えてくれたのは面白いことです。しかも、それはこれまで人類が考案したどんな装置よりもはるかに大きなエネルギーを生み出します。この機械は、星間空間における変動する乱流磁場の原理で動作します。宇宙粒子（主に陽子ですが、一部のアルファ粒子やさらに重い原子核も）は、この変化する磁場によって加速されます。 54そして時折、地球の大気圏に放出されます。これらの宇宙粒子のエネルギーは膨大で、数十億電子ボルトから百万倍ものエネルギーにまで及びます。

宇宙粒子が地球の大気圏に入ると、すぐに窒素または酸素の原子核と衝突します。この原子核衝突から、これまでに述べたすべての基本粒子に加え、中間子と呼ばれる粒子が生まれます。中間子は電荷を帯びている場合と中性の場合があり、その重さは電子の数百倍です。これらの粒子の中には、原子核を束縛する力に関与していると考えられているものもあります。

衝突によって生じた核破片自体が非常にエネルギーが高く、他の窒素原子核と酸素原子核をさらに破壊します。やがて、電子、陽電子、中間子、中性子、陽子、そして電磁放射線の連鎖が地球の表面に向かって移動します。

地球の大気圏は、1平方インチあたり約1秒に1回、宇宙からこのような高エネルギー粒子を受けています。その結果生じるカスケードによって、透過性の放射線が地表に運ばれます。すべての生物は常にこの放射線背景放射にさらされています。この放射線の強度は大気中を通過する際に減衰し、デンバーやリマの住民はロサンゼルスやニューヨークの住民よりも多くの宇宙放射線を浴びているという重要な事実があります。

大気中での一次宇宙粒子の衝突によって生成された中性子の一部は、窒素原子核と衝突することがあります。この場合、以下の反応が起こります。

窒素¹⁴ + 中性子 → 炭素¹⁴ + 陽子
（7個の陽子） （陽子6個）
（中性子7個） （中性子8個）
炭素¹⁴は半減期が5,600年の放射性電子放出体である。この半減期は十分に長いため、今日地球上にある炭素¹⁴の多くは、おそらく10～20年前に作られたと考えられる。 55ウィラード・リビーはこのプロセスを綿密かつ定量的に研究し、大気中の放射性炭素が生物にどのような影響を与えたかを追跡し、歴史的遺跡の炭素¹⁴含有量を測定することで、考古学の全く新しい分野を開拓しました。

生物は空気中から炭素（二酸化炭素の形で）を呼吸によって取り込んでいます。この炭素の大部分は通常の安定した炭素¹² で、ごく一部が放射性の炭素¹⁴です。生物は2つの同位体を区別することができないため、大気中に存在する炭素¹² と同じ比率で炭素¹⁴を取り込みます。この比率は生物の生涯を通じて維持されますが、生物が死んで炭素が吸収されなくなると、炭素¹⁴の原子核が徐々に崩壊し、比率は低下し始めます。化石やその他の考古学的遺物中の炭素¹⁴と炭素¹² の比率を観察することで、死亡の日付を計算することができます。この方法で古代エジプトのミイラの年代が発見され、一部のセコイアの木は1,500年以上前のものであることが示されています。最後の氷河期の進行によって枯死した樹木の炭素¹⁴濃度を測定し、最終氷河期の生命の痕跡を調査することで、最終氷河期はこれまで考えられていた2万年前ではなく、わずか1万年前に発生したことが明らかになりました。したがって、炭素¹⁴年代測定は、歴史上知られている帝国が最も原始的な環境から出現した速さに関する私たちの考えを根本的に改めさせました。この議論の重要な部分は、同じ元素の同位体が化学的に区別できないという点です。

中性子が窒素に衝突したときに起こる可能性のある別の反応は、

N¹⁴ + 中性子 → 炭素¹² + H³
（7個の陽子） （陽子6個） （1陽子）
（中性子7個） （中性子6個） （中性子2個）
H³、トリトンも放射性であり、ベータ崩壊を起こして 56宇宙線トリトンはHe³（陽子2個と中性子1個）となり、半減期は12.25年です。トリトンも古い物体、例えば古いワインの年代測定に利用できます。ワインを瓶詰めした後は、宇宙線トリトンでワイン内の水分を補充することはできません。そのため、12.25年ごとにトリトンの50%が消滅します。

ここでは、中性子衝突によって誘発される核反応の2つの例を挙げています。錬金術師にとって荷電粒子が核弾頭として不利な点を抱えていたことを思い出すと、中性子がこの目的に理想的であることは間違いないでしょう。中性子は電荷を持たないため、原子核によって電気的に反発されることも、電子との衝突によってエネルギーを失うことで常に減速されることもありません。大きな物質中を運動するほぼすべての中性子は、最終的に原子核と衝突する運命にあります。[7]中性子は理想的な核弾頭ですが、一つだけ欠点があります。それは、中性子を得るのが難しいということです。

陽子とアルファ粒子は、水素原子とヘリウム原子の核として自然界に豊富に存在します。しかし、中性子は自然界には存在せず、過去には荷電粒子によって引き起こされた核反応によって生成されました。例えば、

ヘ⁴ + ベリリウム⁹ → C¹² + 中性子
（陽子2個） （陽子4個） （陽子6個）
（中性子2個） （中性子5個） （中性子6個）
しかしここで、荷電粒子に関連する困難に再び直面する。100万個中1個のアルファ粒子だけが核反応を起こして中性子を生成する。もちろん、中性子は毎回核反応を起こす。つまり、全体として、100万個の核弾頭あたり1回の核反応ではなく、2回の核反応が生じることになる。このような方法では、昔の錬金術師たちよりはるかに良い状況にはならない。しかしながら、安価で豊富な中性子源があれば、 57ビジネス界の錬金術師。こうして希少元素や放射性同位元素を作ることができ、さらに重要なことに、集中した核エネルギーを活用できるようになる。

58
第7章
核分裂と連鎖反応
中性子は電荷を持たず、原子核に容易に接近し、強く相互作用するため、核衝撃に理想的な発射体です。1932年にジェームズ・チャドウィックによって発見されたこの中性粒子は、その後すぐにエンリコ・フェルミとその共同研究者によって周期表のほとんどの元素への衝撃に利用されました。これらの実験では、原子核が中性子を捕獲し、電荷に対して重量が大きすぎて不安定になることが頻繁に発生しました。その後、ベータ崩壊によって安定性が回復し、原子核の電荷は元の値より1単位増加します。1934年、フェルミはこの実験を、当時知られていた最も電荷の高い元素である電荷92のウランで試みました。彼は電荷93の超ウラン元素を作ろうとしたのです。

実験中、ウランは放射性カウンターで観測され、通常の天然状態よりもはるかに高い放射能を帯びていることが判明した。この放射能の原因は、中性子照射の過程で新たな元素が生成されたと仮定する以外には説明がつかなかった。化学分析の結果、ウランには何ら異常は見られなかった。 5986から91の電荷を持つ元素。この証拠からフェルミは、92未満の電荷を持つ元素は作られておらず、したがって放射能は92を超える電荷によるものであると結論付けました。彼は、超ウラン元素が実験室で作られたと結論付けました。

しかし、フェルミ自身も他の誰もこの結論に満足しませんでした。放射能の種類があまりにも多すぎて、安心できませんでした。電荷93の元素だけでなく、電荷94、95、そしてもっと多くの電荷を持つ元素も作られていると仮定せざるを得ませんでした。これは非常に理解しがたいことでした。化学者のアイダ・ノダック[8]は、この実験について別の説明を提案する論文を発表しました。ウランの原子核が中性子を捕獲すると、様々な重さと電荷を持つ2つの破片に分裂する可能性があるというものです。言い換えれば、彼女はフェルミが核分裂反応を起こしたのではないかと示唆したのです。

しかしフェルミは、核分裂過程は不可能だと信じていました。彼は、原子核の重さの測定値とアインシュタインの公式E = mc²に基づく説得力のある証明を持っていました。フェルミはこの公式から、ウランが2つの破片に分裂する際に放出されるエネルギーを計算し、破片間の電気的な反発エネルギーを考慮に入れ、エネルギー障壁が大きすぎて核分裂過程が起こり得ないことを発見しました。この証明は完全に正しかったのです。唯一の問題は、当時の原子核の重さの測定値がたまたま不正確だったことでした。

この事故がなければ、核分裂は1938年ではなく1934年に発見されていたでしょう。もし発見されていたら、ナチス・ドイツが原子爆弾を最初に開発した国になっていたかもしれません。当時、一部のドイツ人科学者は軍事応用の分野で活躍していました。アメリカの物理学者はまだこの分野にあまり関心を向けていませんでした。

60
フェルミの実験の重要な特徴は、彼が発見した放射能の量と多様性です。現在では分かっているように、この多様性の理由は、核分裂過程が単一の方法で進行しないからです。2つの主要な核分裂片の重量と電荷が等しいことは非常に稀です。平均して、軽い方の核分裂片の重量は約90で、重い方の核分裂片の重量は約140です。時には、軽い方の核分裂片の重量が75で、重い方の核分裂片の重量が160になることもあります。重量が変化すると、当然ながら電荷も変化します。軽い方の核分裂片の電荷は平均38（ストロンチウム）、重い方の核分裂片の電荷は54（キセノン）です。全体として、主要な核分裂片には100種類以上の原子核が含まれています。

これらの原子核は実質的に全て放射性であり、安定状態に達するまでに3～4回の崩壊を経ます。したがって、ウランの核分裂過程によって、数百種類の放射性種が生成されます。電荷43と61（自然界には存在しない）の元素が、相当量の核分裂生成物として特定されています。核分裂生成物のほとんどは短寿命の電子およびガンマ線放出元素であり、局所的かつ即時的な放射能災害にのみ寄与します。長寿命生成物のうち2つは豊富に存在し、重要です。それは、セシウム¹³⁷とストロンチウム⁹⁰です。

セシウム¹³⁷の半減期は30年で、60万電子ボルトのエネルギーを持つガンマ線を放出します。ストロンチウム⁹⁰の半減期は28年で、平均エネルギー22万電子ボルトの電子を放出します。この過程で生成される娘核はイットリウム⁹⁰で、平均エネルギー100万電子ボルトの電子を放出します。イットリウム⁹⁰の半減期は64時間です。したがって、ストロンチウム⁹⁰は実質的に2つの電子を放出し、それぞれ平均エネルギー60万電子ボルトです。長期的な放射性災害、特に原子爆発に伴う世界的な放射性降下物については、セシウム¹³⁷とストロンチウム⁹⁰の2つの同位体が、 61最も重大なのはストロンチウム90です。ストロンチウム90は骨に沈着し、長期間体内に留まるため、生体にとってより危険です。

放射能以外にも、核分裂過程にはもう一つ、あまりにも顕著な特徴があります。フェルミがなぜ気づかなかったのか、理解に苦しむかもしれません。それは、放出されるエネルギーの多さです。ウラン原子核1個の核分裂では2億電子ボルトものエネルギーが放出されますが、これは通常の放射性崩壊のエネルギーが500万から1000万電子ボルトであるのとは対照的です。（石炭原子1個の燃焼で放出されるエネルギーはわずか4電子ボルトです。）

核分裂で放出される2億電子ボルトのうち、約1,000万電子ボルトは核分裂プロセス自体で生成されるガンマ線と中性子に利用されます。このエネルギーは、即時的かつ局所的な放射線危険に寄与します。さらに2,400万電子ボルトは核分裂生成物の放射能に利用され、その約半分はニュートリノに利用されますが、これは危険でも有用でもありません。残りの半分は電子によって運ばれ、遅発性の放射能危険を引き起こします。しかし、エネルギーの大部分、1億6,000万電子ボルト以上は、2つの主要な核分裂片の運動エネルギーに利用されます。この量のうち、平均して1億電子ボルトは軽い方の核分裂片に利用されます。

1億電子ボルトの核分裂片は、もしフェルミの放射性計数管に到達できていれば、間違いなく検出できたはずでした。しかし、核分裂片は計数管に到達できませんでした。その理由は、フェルミが慎重な作業者だったからです。彼は、ウランの試料が中性子を照射する前から放射性粒子を放出することを知っていたのです。フェルミは、この自然放射能が実験で生成される放射能と混ざることを望まなかったのです。そこで彼は、ウランの試料と放射性計数管の間に吸収箔を置きました。核分裂片は箔を通り抜けることができませんでした。

面白いことに、その後すぐに別の著名な物理学者が 62フェルミの実験を繰り返したが、今回は箔を使わなかった。彼は、カウンターが原因不明の火花を散らし始めたため、有意な結果が得られなかったと報告した。

こうして核分裂は秘密のままであった。しかし、イギリスでレオ・シラードは核分裂連鎖反応に関する特許書類を入手した。彼は、一部の核反応では自由中性子が放出される可能性があることを指摘した。これらの中性子は、さらなる反応を引き起こし、さらに多くの中性子を生成する可能性がある。各反応で生成された中性子が少なくとも1個、別の原子核に反応を誘発できる場合、連鎖反応が発生する。

もちろん、主な問題は過剰な中性子損失を避けることだった。損失は主に2つの方法で発生する。1つは原子核における無駄な非再生的捕獲によるもので、もう1つは物質表面からの中性子漏洩によるものである。シラードは、この2つ目の損失は、十分な量の連鎖反応物質を用いることで最小限に抑えられることを示した。

重要なのは、核反応で発生した中性子が次の反応を引き起こすには、平均してある距離を移動しなければならないということです。連鎖反応を起こす物質の大きさがこの距離よりもはるかに小さい場合、発生した中性子のほとんど全てが物質表面から逃げ出してしまうため、連鎖反応は起こりません。一方、物質の大きさがこの距離に比べて大きい場合、漏れ損失は無視できるほど小さくなり、連鎖反応の可能性は、最初の種類の損失、つまり原子核への無駄な捕獲の大きさに完全に依存します。この損失がそれほど大きくなく、連鎖反応が起こり得る場合、平均して1つの反応につきちょうど1個の中性子が次の反応を引き起こすことができる物質の大きさの臨界サイズが存在することになります。このような臨界連鎖反応こそが、原子炉に必要なものです。

物質の大きさが臨界サイズより大きい場合、 63平均して、1つの反応につき1個以上の中性子が別の反応を引き起こし、連鎖反応が暴走します。例えば、2個の中性子が別の反応を引き起こす場合、第1世代では中性子が2個、第2世代では4個、第3世代では8個というように、中性子が次々に生成されます。これが原子爆弾の原理です。

約80世代後、物質中の核の相当部分が核変換を起こし、膨大なエネルギーが放出されるため、物質は次の世代を生み出すのに必要な短い時間でさえも、その状態を維持できなくなります。物質全体がばらばらに砕け散り始め、システムは亜臨界状態となり、連鎖反応は停止します。このプロセス全体は、わずか1マイクロ秒未満で終わります。

こうして、核分裂が発見される以前から、シラードは原子爆弾と原子核連鎖反応炉の建設の基礎を築いていた。連鎖反応を起こす可能性のある物質として、彼はトリウム、ウラン、ベリリウムを名付けた。ベリリウムについては、この原子の質量が誤っていたため、彼の推測は間違っていた。トリウムについては、彼の推測は正しかった。ウランについては、彼の推測は的中した。

1938年12月、ついに秘密が暴露された。ドイツのハーンとシュトラスマンは、中性子照射を受けたウラン標的の化学分析を行った。彼らは以前の研究者よりもはるかに徹底的な分析を行い、実験前には標的物質に存在しなかった電荷56のバリウムを発見した。唯一の説明は核分裂過程だった。数週間のうちに、計数管内で核分裂生成物によって引き起こされた激しい反動が発見され、その後数日のうちにこの実験は世界中で繰り返された。

中性子がウラン原子核の核分裂を誘発できることは疑いようがなかった。さらに数週間後、核分裂過程で中性子が放出され、それがさらなる核分裂を引き起こす可能性があることが確認された。

64
しかし、連鎖反応はまだ現実には程遠いものでした。ニールス・ボーアとジョン・ホイーラーは、ウランの核分裂反応において、中性子のエネルギーが約100万電子ボルトを超えない限り、中性子は核分裂を起こせないことを証明しました。核分裂過程で最初に生成された中性子の多くは、確かに100万電子ボルトを超えるエネルギーを持っています。しかし、核分裂を引き起こす前に、通常、中性子はウランの原子核と核分裂を起こさない衝突を数回起こします。この衝突により、中性子のエネルギーの一部は原子核に与えられ、残りのエネルギーは放出されます。その結果、原子核は核分裂を起こすにはエネルギーが不足し、中性子も次の衝突で核分裂を起こすにはエネルギーが不足します。このように、中性子が再生する数が少なすぎるため、連鎖反応は起こりません。

しかし、ボーアとホイーラーは、ウランの希少同位体であるU²³⁵は、どんな中性子、たとえ低速中性子であっても、衝突すると核分裂を起こす可能性があると示唆しました。したがって、U²³⁵では連鎖反応が起こり得ます。これはその後まもなく、コロンビア大学のジョン・ダニングとアルフレッド・ドライヤーらの共同研究者によって実験的に確認されました。

同位体235と238の挙動がこれほど異なる理由は、容易に理解できます。235は238よりも小さく、陽子同士の反発が強いため、爆発性が高く、核分裂を起こしやすいのです。さらに重要なのは、中性子が235に捕獲されると、短距離核引力によって、238に捕獲されるよりも大きな運動エネルギーを得ることです。これは、原子核の中性子（または陽子）の数が奇数の場合よりも偶数の場合の方が安定する傾向があるという単純な理由によるものです。中性子数が奇数であるU²³⁵は、既に中性子数が偶数である238よりも、さらに中性子を受け入れようとします。その結果、235による低速中性子の捕獲はほぼ常に核分裂プロセスで終わるが、238では、 65中性子はガンマ線の形で原子核から放出され、U²³⁸ は U²³⁹ になります。

U²³⁵ では連鎖反応が起こり得ますが、この希少同位体を豊富に存在する U²³⁸ から分離する必要があります。同じ元素の同位体は化学的に区別がつかないため、分離プロセスは決して簡単ではありません。この場合、重量の差でさえ 1 パーセントを少し超える程度です。ボーアは、「国全体を工場に変えなければならないだろう」と述べて、大規模な分離の考えを却下しました。もちろん、この作業が実際に第二次世界大戦中にマンハッタン計画の下で行われたことは、今となっては歴史の事実です。戦時中、ボーア (別名ニコラス・ベイカー) は再び米国を訪れ、分離プラントを見学しました。彼は、「私が正しかったことが分かりました。あなた方は国を工場に変えてしまったのです」と述べました。

天然ウランには、U²³⁵が1に対してU²³⁸が139の割合で含まれています。当初、この濃度であれば連鎖反応を起こすのに十分であり、高価な濃縮プロセスを回避できると期待されていました。これは、1電子ボルトの数分の1のエネルギーでは、中性子はU²³⁸よりもU²³⁵に捕らえられやすく、低濃度を補うことができるため、実現可能と思われました。実際には、中性子は温度によって引き起こされる全体的な攪拌に関与する他のすべての粒子のエネルギーと同じになるまで減速されます。このエネルギーは、目的を達成するには十分に低いものです。

しかし、核分裂過程において中性子は約100万電子ボルトのエネルギーで生成されます。十分に減速する前に、エネルギーが約7電子ボルトの段階を通過する必要があります。このエネルギー付近では、U²³⁸が中性子を捕獲してU²³⁹に変化する確率が非常に高くなります。他のエネルギー付近では、同様の吸収ハードルを越える必要がありますが、これはより小さいものです。したがって、天然ウラン単体では 66連鎖反応を起こすことはできません。1940年、当時アメリカで研究していたフェルミとシラードは、この問題を回避する方法を発見しました。

彼らのトリックは、天然ウランを、原子核が非常に軽いため中性子に衝突すると大きな反動を受け、中性子エネルギーの大部分を吸収する物質と混合することだった。こうして中性子は急速に、そして大きなエネルギージャンプを伴いながら低エネルギーまで減速 され、U²³⁸に捕捉される不利なエネルギー領域に長時間留まらず、あるいはこれらのエネルギー領域を全く逃してしまう。両者を均一に混合するのではなく、ウランを塊状のまま減速材に埋め込むことで、吸収をさらに効果的に回避することができる。

制御された連鎖反応を起こすには、濃縮法、減速法、あるいはその両方を用いることができます。しかし、激しい連鎖反応、つまり原子爆弾を発生させるには、濃縮法しか使えません。なぜなら、爆弾の全エネルギーは、爆弾が爆発するまでの時間、つまり1マイクロ秒の何分の一かという短い時間内に生成されなければならないからです。天然ウランを用いた場合、反応は遅く緩慢で、相当数の原子核が反応する前に消滅してしまいます。

60億年前、U²³⁸が崩壊して希少同位体となる前に、連鎖反応性物質が容易に得られていたと考えるのは興味深いことです。（当時、U²³⁵はU²³⁸とほぼ同じくらい豊富でした。）それでも化学的な分離は必要だったでしょうから、連鎖反応性混合物が若い地球上で自然に蓄積されたと考える必要はありません。

一方、60億年後にはウランは非常に希少となり、減速によって原子炉を稼働させることは不可能となるでしょう。同時に、同位体の分離は、分離対象となる同位体が初めて発見されて以来、最も高価なものとなるでしょう。 67分離されたUは、100万分の100未満の存在率で存在するでしょう。遠い未来を心配する人たちのために、原子力エネルギーを得る他の方法は今後も可能であることを付け加えておきます。いずれにせよ、恒星の爆発によってU²³⁵が新たに生成されると信じるに足る十分な理由があり、宇宙商人がそれを間違いなく供給できるでしょう。

現在の地球上の資源について言えば、ウランは他の重元素と同様に極めて希少です。しかし、地球は層状に分かれており、最上層10マイル（約16キロメートル）の層はスラグ状、あるいはスカム状になっており、非常に希少な化合物を多く含んでいます。特に、地球上のウランのほぼ全ては、私たちの足元に都合よく集められており、必要に応じて利用することができます。

68
第8章
放射線の物質に対する作用

高エネルギー粒子が物質（生物または無生物）中を移動すると何が起こるかは化学の問題です。化学とは、原子や分子における電子の配置と再配置を扱う学問です。化学的な再配置には通常、数電子ボルト程度のエネルギーが必要です。（既に述べたように、1電子ボルトとは、電子が1ボルトの電位、つまり標準的なコンセントの駆動力の1%弱の電位を通過するときに放出されるエネルギーです。）放射性崩壊で放出されるような高エネルギー粒子は、通常、数百万電子ボルトのエネルギーを持っています。したがって、そのような粒子1個には、約100万回の化学的な再配置の可能性があります。

高エネルギー粒子は、荷電粒子や中性粒子、軽い粒子や重い粒子、あるいは電磁気的な性質を持つ粒子など、様々な性質を持ちます。こうした多様性ゆえに、異なる粒子が物質に及ぼす作用を比較する共通の根拠は存在しないと考える人もいるかもしれません。それぞれの粒子は、それぞれに類を見ない多様な化学的転位反応を起こすと考えられます。しかし、実際にはそうではありません。

体内の特定の分子を攻撃する化学毒物とは異なり、高エネルギー粒子は、その邪魔になる原子や分子を攻撃します。 69この意味で、放射線はスレッジハンマーのように作用します。その影響は、打撃の強さ（またはエネルギー）から直接測定できます。同じ量のエネルギーが与えられ、同じ組織が影響を受ける（生物の場合）限り、どの粒子が打撃を与えるかはほとんど重要ではありません。しかし、打撃の後には、特定の化学作用が生じる可能性があります。体内の水やその他の分子が放射線によって分解されると、生成された破片自体が化学毒物となり、生物学的に重要な巨大分子を二次的に攻撃する可能性があります。実際、生体システムに健康面および遺伝面の両方で引き起こされる放射線損傷のかなりの部分は、このようにして発生する可能性が高いと思われます。

高エネルギー粒子は物質に対する究極的な作用、すなわち原子や分子の徹底的な破壊という点ではどれも共通していますが、その破壊をもたらす方法はそれぞれ多少異なります。荷電粒子、ガンマ線、中性子はそれぞれ異なる作用をします。まずは荷電粒子から議論を始めるのが最も分かりやすいでしょう。

最も重要な荷電粒子は、自然界に存在する放射能や宇宙線、そして核分裂過程に関連する粒子です。これらには、アルファ線、ベータ線、中間子、核分裂片が含まれます。復習のために、これらの粒子、そしてその他のいくつかの粒子の重さと電荷を表に示します。いつものように、単位は陽子の重さと電荷を使用しています。

粒子 重さ 充電
プロトン 1 1
アルファ 4 2
電子ベータ線 1840年1月 -1
陽電子​ 1840年1月 1
重陽子 2 1
トリトン 3 1
中間子 1/8 1、-1
平均軽い核分裂片 97 20
平均的な重い核分裂片 138 22
70
もし核分裂片から軌道電子が完全に剥ぎ取られていたら、表に示されている値よりもさらに大きな電荷を持つことになります。読者の皆様は、軽い核分裂片の原子核の平均電荷が38、重い核分裂片の原子核の平均電荷が54であることをご記憶されているでしょう。しかし、このように高い正電荷を持つ粒子は、電子に対して非常に大きな引力を発揮します。これらの電子の一部は、核分裂プロセスの最中でも電子に付着したままです。核分裂生成物は物質中を通過する際に速度を失っていくにつれて、より多くの電子を拾い上げ、徐々に電荷を失っていきます。

これらの高エネルギー荷電粒子が物質中を移動すると、原子内の電子と相互作用します。この相互作用の結果、電子は通常の運動状態から外れることがあります。相互作用が穏やかである場合（荷電粒子が原子からかなりの距離を通過する場合、または粒子が非常に高速で移動しているため相互作用が短時間しか続かない場合）、電子は乱されないことがあります。しかし、相互作用がより激しい場合、電子は同じ原子または分子内に留まりながら、より高エネルギーの運動状態に励起されるか、あるいは実際には放出され、別の原子部位に到達することがあります。後者の場合、元の原子は残留正電荷を持ち、 イオン化されると言われています。同時に、押しのけられた電子は、たまたま近くにある原子または分子と結合しやすく、このようにして負イオンを生成します。このプロセス全体は、イオン対の形成と説明できます。したがって、荷電粒子の後に、イオン化され励起された原子と分子が存在します。原子の再配置が起こり、新しい化合物が生まれます。しかし、私たちにとって重要なのは、これらの化学変化はイオン化を引き起こした粒子の種類にあまり依存しないということです。イオン化、励起、そして最終的な化学反応の割合は、ほぼ同じです。大まかに言えば、イオン対の数が多いほど、 71生きた細胞内で形成される量が多いほど、生物学的損傷の程度は大きくなります。

イオン対を作るには、ある程度のエネルギーを消費する必要があります。このエネルギー量は、粒子の重さ、電荷、エネルギー、そして粒子が移動する媒体に大きく依存しているように思えるかもしれません。しかし、そうではありません。もちろん、ある程度の依存はありますが、それはごくわずかです。空気、水、土壌、生体組織など、あらゆる媒体中を移動する荷電粒子は、そのエネルギーに関わらず、約32電子ボルトごとに1つのイオン対を生成します。100万電子ボルトの粒子は、エネルギーをすべて失う前に約3万個のイオン対を生成します。（エネルギーを失うと、正に帯電した粒子であれば、中性になるのに十分な電子を受け取ります。例えば、アルファ粒子は通常のヘリウム原子になり、陽子は水素原子になります。）

同じエネルギーを持つ2つの荷電粒子は、同じ数の電離を引き起こすと述べました。しかし、同じエネルギーを持つ荷電粒子であっても、重要な点において異なることがあります。それは、軌道に沿った電離密度です。特に、粒子の移動速度が遅く、電荷が大きいほど、一定の距離でより多くの電離と損傷を引き起こします。同時に、エネルギーの損失速度も速くなります。同じエネルギーを持つ2つの荷電粒子が物質に突入した場合、より深い溝を掘った方が、より早く停止します。

電荷が大きいほど、電気的相互作用が増大し、各原子電子がより強く乱されることは容易に理解できます。一方、粒子の動きが遅い場合（重い粒子の場合は通常そうなります）、原子電子の近傍に滞在する時間が長くなります。したがって、電気的相互作用の持続時間は長くなり、電子を放出する効果も高まります。同じ理由から、電子の軌道に沿った電離密度は 72特定の荷電粒子は、速度が低下するにつれてますます大きくなる傾向があるはずです。しかし実際には、核分裂片の場合、粒子が電子を拾い上げて電荷を減らす可能性が高まるため、この傾向は逆転します。その結果、これらの片の電離密度はむしろ均一になります。高電荷で低速の粒子が物質中を移動すると、多くの乱れた分子が残され、これらの分子が互いに反応する可能性があります。したがって、重電離は特異な効果をもたらす可能性があります。しかしながら、すべての電離粒子は、ほぼ同様の化学変化と破壊を引き起こします。

ベータ線を除くすべての荷電粒子は、電子に比べて非常に重い。そのため、物質中を移動して原子電子と相互作用しても、その進路は元の方向からほとんど変化しない。一方、ベータ線は原子電子と同じ重さであるため、相互作用によって大きく影響を受け、頻繁に方向転換を強いられる。そのため、その進路は曲がりくねり、ランダムになる。

ベータ線は直線的に進まないため、物質を透過する能力は経路長で測ってはいけません。経験則として、ベータ粒子の飛程、つまり元の方向に沿って移動する距離は、経路長の約半分です。しかし、より重い荷電粒子の場合、飛程と実際の移動距離を区別する必要はありません。

荷電粒子の飛程に関する最も重要な事実は、その短さです。例えば、典型的な放射エネルギーが数百万電子ボルトであるアルファ粒子は、水中（または生体組織）における飛程は数千分の1インチ程度です。このような粒子は紙一枚さえ貫通できません。核分裂片は、その大きなエネルギーにもかかわらず、アルファ粒子よりもさらに透過性が低いです。陽子の飛程はアルファ粒子よりもいくらか長いです。しかし、ベータ線は質量が小さいため、はるかに大きな透過性を持っています。 73荷電粒子の飛程範囲は、固体や液体の物質中ではわずか数インチ程度です。

次の表は、空気中および水中のいくつかの荷電粒子の飛程（インチ）をエネルギー（百万電子ボルト単位）の関数として示しています。

範囲
空気 水
（生体組織と同じ）
エネルギー 5 1 2 5 5 1 2 5
アルファ 0.1 0.2 0.4 1.4 0.0001 0.0002 0.0004 0.0014
プロトン 0.3 0.9 2.8 13.4 0.0005 0.001 0.003 0.014
ベータ 49. 130. 300。 770。 0.063 0.16 0.38 1.0
表は、荷電粒子が物質中を短距離しか移動しないことを示しています。そのため、これらの粒子は深刻な外部放射線の危険にはなりません。陽子とアルファ線は通常、30センチ未満の空気によって遮断されます。通常の衣服、あるいは皮膚の最外層（非生物細胞で構成されている）でさえ、それらを完全に遮断します。

ベータ線は、空気中70フィート以下、または固体物質の厚さ1インチ以下で遮られます。（実際には、核分裂過程で生成されるベータ線のほとんどは、100万電子ボルト以下のエネルギーしか持たないため、その飛程はさらに狭くなります。）衣服や身体にベータ放出体による放射能汚染が直接付着すると問題が生じる可能性がありますが、被曝後すぐによく洗い流せば、この問題は解消されます。家屋や建物の内部は、おそらく最もエネルギーの高いベータ線を除き、放射性物質から放出される荷電粒子の外部発生源からは全く安全です。荷電粒子の発生源が体内にあり、飛程が限られているにもかかわらず、粒子が敏感な組織に到達できる場合にのみ、危険が生じます。この場合、後の章で述べるように、危険は相当なものとなる可能性があります。

ある種類の荷電粒子は、ほぼ単独で存在します。これは宇宙線に含まれる中間子です。これらの粒子は高エネルギーベータ線と同じ速度で移動し、ベータ線と同様に単位電荷を帯びています。そのため、その生物学的影響は 74ベータ線の生物学的影響と同じですが、重要な違いが一つあります。宇宙線中間子ははるかに大きなエネルギーを運び、したがってはるかに広範囲に及ぶのです。ベータ線は皮膚で止まりますが、中間子は全身に損傷を引き起こす可能性があります。中間子は、全身に均一にベータ線を放出する物質と同じ影響を及ぼします。この事実は重要です。これにより、人工放射能の影響と、私たちが常に浴びている宇宙線の影響を比較することが可能になります。

宇宙線のエネルギーの全てが中間子によって運ばれるわけではありません。電子シャワーも観測されています。電子シャワーはベータ線とほぼ同じですが、エネルギーがより大きく、ほぼ平行な軌道をたどり、かなり頻繁にかなりの数で到達するという違いがあります。しかし、その影響は中間子と同じです。

これまで荷電粒子と原子電子の相互作用についてお話ししてきました。荷電粒子と原子核の相互作用についてはまだ触れていません。原子核相互作用は確かに時々起こりますが、荷電粒子の減速に及ぼす影響は概してごくわずかです。しかし、ベータ線には影響を与えます。

ベータ線が高電荷の原子核に衝突すると、ベータ粒子は激しく偏向します。この過程の激しさは、原子核の重い電荷とベータ粒子の小さな質量に起因します。この突然の速度変化により、電子を取り囲む電界の一部が解放され、その結果、X線と呼ばれる高周波放射線が発生します。このような電磁放射線の重要性は、物質のより深いところまで浸透できることです。私たちの体内では、典型的なベータ線エネルギーの場合、ベータ線エネルギーのごく一部しかX線に変換されません。しかし、多くの放射性過程において、ガンマ線（物理的にはX線と同じ）がかなり大量に生成されます。 75これらの放射線はベータ線と同等かそれ以上のエネルギーを運ぶ可能性があります。

物質中を移動する際に常に相互作用する荷電粒子とは異なり、ガンマ線は一度も衝突することなく長距離を移動することができます。実際の距離は、ガンマ線のエネルギー、ガンマ線が移動する媒体、そして純粋な偶然によって決まります。平均して、100万ボルトのガンマ線は水中で約15cm（6インチ）しか移動しません。400万ボルトのガンマ線は約30cm（1フィート）しか移動しません。生体内では、これらの距離はほぼ同じです。そのため、体外から来たガンマ線は体内の奥深くまで到達する可能性があります。

もちろん、ガンマ線が生体に照射されるだけで損傷を受けるわけではありません。ガンマ線が一度も体に触れずに通り抜ける可能性はわずかですが、もしそうであれば生物学的影響は生じません。影響はガンマ線が物質と相互作用した場合にのみ生じます。このような相互作用が起こる主な方法は3つあります。

一つの方法は、ガンマ線が原子電子の一つに吸収されるという単純な方法です。この過程でガンマ線は消滅し、電子はそのエネルギーをすべて獲得します。このエネルギーのごく一部は、電子が原子との結合を切断するために使われます。残りは電子の運動エネルギーとして使われます。こうして自由になった電子は、他の原子電子を励起・電離させることで生物学的損傷を引き起こす可能性があります。実際、これはかつてベータ線と呼ばれていたものと同じものです。

ガンマ線が物質と相互作用する2つ目の方法は散乱です。この場合、ガンマ線は消滅するのではなく、単にエネルギーの一部を原子電子に奪われるだけです。この場合も、ガンマ線は次の衝突へと進みますが、その間、電子は生物学的損傷を引き起こすことができます。

3番目の方法では、ガンマ線が 76ガンマ線は原子核に衝突して消滅し、百万電子ボルトを超えるエネルギーを持ちます（医療現場で用いられる通常のX線では、この過程が起こるほどのエネルギーはありません）。このような状況下では、ガンマ線は消滅し、電子と陽電子が同時に出現することがあります。これは、純粋なエネルギーから物質が生成される一例です。式E = mc²に従って、ガンマ線エネルギーの一部は、一定の質量を持つ粒子の生成に消費されます。これは、約100万電子ボルトに相当します。残りのガンマ線エネルギーは、2つの粒子の運動に使われます。この場合も、荷電粒子によるその後の電離によって生物学的損傷が生じます。陽電子は、電離過程で運動エネルギーを消費した後、電子と結合して消滅します。このエネルギーは、2つまたは3つのガンマ線の形で再び現れます（それぞれのガンマ線のエネルギーは、元のガンマ線よりも低くなります）。

いかなる場合においても、ガンマ線が直接的に生物学的損傷を引き起こすことはありません。損傷は常に、ガンマ線がそのエネルギーの一部または全部を電子（または陽電子）に移すことによって生じます。しかし、このことがガンマ線の危険性をさらに高めています。ガンマ線はまず体内の敏感な組織を透過し、その後電離を引き起こす可能性があります。

X線はガンマ線と同じであることは既に述べました。後者は励起された原子核によって発生し、前者は電子（またはベータ線）と原子核の衝突によって発生します。人工的に生成されるX線は、まず電子流を加速し、高電荷の原子核を含む標的に衝突させることで得られます。

X線の有用性は、言うまでもなくその透過力によるものです。そして、この透過力こそが、X線を危険なものにしているのです。X線を使えば、人体内部で何が起こっているかを調べることができます。しかし、X線の進路上にある組織に何らかの破壊と再配置を起こさずにこれを行うことはできません。その損傷は 77放射能や宇宙線によって引き起こされるものと同じ種類のもの。

中性子が物質に及ぼす影響は、ガンマ線の影響と非常に似ています。ガンマ線と同様に、中性子は相互作用することなく物質中を長距離移動できます。平均して、100万ボルトの中性子は、水中で何らかの衝突を起こす前に、数インチ（約8cm）進みます。また、ガンマ線と同様に、中性子自体は生物学的損傷を直接引き起こすことはありません。中性であるため、強く引き寄せられる原子核とのみ相互作用します。これらの相互作用の中で最も重要なのは、水素原子核との相互作用です。生体組織には、タンパク質や水分子の形で水素原子核が多数存在します。

水素原子核（すなわち陽子）との衝突は、中性子のエネルギーの大部分がその過程で伝達されるため重要です。これは、中性子と陽子の重さがほぼ同じであるためです。中性子が重い原子核に衝突した場合、そのエネルギーはごくわずかしか失われません。[9]水素またはより重い原子核と衝突した後、中性子は他の同様の衝突に進みます。しかし、原子核は電荷を帯び、エネルギーを帯びているため、原子電子の励起と電離を引き起こします。したがって、ガンマ線と同様に、高エネルギー中性子はまず原子核を貫通し、次に電離を引き起こすため、非常に危険です。

中性子は、エネルギーを持っていなくても危険です。エネルギーを持たない中性子は、生物の原子核と様々な方法で反応する可能性がありますが、特に起こりやすいのは2つの場合です。中性子が陽子に捕獲されて重陽子を形成する場合、その余剰エネルギーは200万ボルトのガンマ線として放出され、さらなる損傷を引き起こします。あるいは、中性子が窒素¹⁴（生物に豊富に存在する）の原子核と反応する場合もあります。 78炭素¹⁴の原子核と高エネルギー陽子を生成します。したがって、高エネルギー中性子は、高エネルギーガンマ線、または高エネルギー陽子と高エネルギー炭素¹⁴イオンの組み合わせと同等の生物学的効果をもたらします。

要約すると、荷電の有無にかかわらず、すべての粒子は物質に対して同様の作用を及ぼします。直接的または間接的に、それらは励起された原子、分子、およびイオン対を生成します。これらのプロセスは常に実質的に同じ割合で発生するため、生成されるイオン対の数は放射線の影響の尺度として使用できます。生体内で生成されるイオン対が多いほど、生物学的損傷の程度は大きくなります。このため、放射線の影響は、体のさまざまな部分で生体組織1グラムあたりに生成されるイオン対の数で説明するのが一般的です。各イオン対は約32電子ボルトのエネルギー移動に対応するため、蓄積されたエネルギーの量で別の説明を行うこともできます。この目的で一般的に使用される単位は レントゲンで、これは具体的には、（放射線が蓄積されている）身体を1/25インチ持ち上げるのと同等のエネルギーを意味します。これは、1オンスあたり約6千億のイオン対に相当します。 1 レントゲンが私たちの体の細胞に数千個のイオン対を沈着させると言うのは、正確性に欠けますが、より重要です。

もちろん、個々の細胞内の電離量は簡単に測定できる量ではありません。その代わりに通常知られているのは、多数の細胞からなる組織片へのレントゲン線量です。電離を誘発する荷電粒子が電子である場合（一次放射線がベータ線やガンマ線の場合）、電離は影響を受ける近傍の細胞間でほぼ均一に分布します。荷電粒子が重い場合（陽子やアルファ線など）、それが生み出す電離の密度ははるかに高くなり、一部の細胞はより多くのイオン対を受け取りますが、近くの他の細胞は全く受け取らない可能性があります。このため、単に 79組織が何本のレントゲンにさらされたかだけでなく、どのような種類の放射線が原因となったかが分かります。

後の章で、様々な量の放射線の生物学的影響について論じます。しかし、ここでは、数時間以内に1000レントゲンのX線またはガンマ線をほぼ均一に全身に浴びせられた場合、ほぼ確実に死に至ることを述べておきます。そして、自然が私たちに警告を与えていないのは驚くべき事実です。放射線は害を及ぼすものではありません。私たちの健康には影響を与えますが、感覚には影響を与えないこのプロセスを理解する必要性は、ますます高まっています。

80
第9章
テスト
原子爆弾の実験は通常、美しい環境で行われます。それには十分な理由があります。それは放射性降下物です。

放射性降下物の影響により、試験場は隔離された場所に設置する必要があります。人間の存在は自然環境の改善にはつながりません（ごく稀で、より顕著な例外はありますが）。また、試験場を清潔に保つため、試験は雨が降らない状況で実施する必要があります。そのため、試験場は通常、太陽の光と静寂に包まれています。

参加者にとって、自然の美しさは、困難で刺激的な実験の準備の背景となります。最後には、原子爆発は周囲の環境に比べて小さく見えてしまいます。しかし、爆発に至る作業は、閃光や爆発音とは全く異なる何かによって報われます。

実験の真に重要な結果は、写真乾板に残された痕跡です。乾板を製造した装置のほとんどは爆発で破壊されました。しかし、シャッターを押す瞬間からシャッターを押す瞬間までのほんの一瞬の間に何が起こったのかを推測するには十分なものが残されています。 81ボタンと観測者の知識、これが全てだった。ほんの一瞬の間に、天体物理学工学とでも呼べる構造に新たな要素が加わった。核爆発で何が起き、何が観測されるかは、星の内部における物質の挙動と密接に関係している。

核爆発の詳細は、三つの理由からここでは説明できません。第一に、詳細は秘密です。第二に、本書の分量と読者の寛容さが限界となっています。そして第三に、私たちはそのプロセスのほんの一部しか理解していません。こうした制限の中で、以下のことが起こります。

実際の核反応は、わずかマイクロ秒の何分の一か（1マイクロ秒は100万分の1秒）で起こります。爆弾のエネルギーはすべて、この短時間で放出されます。この期間の終わりには、核物質の本体が急速に離れ、この運動によってそれ以上の核反応は停止します。多かれ少なかれ秩序だった外向きの運動に加えて、エネルギーのかなりの部分は無秩序な温度運動に含まれています。この運動により、原子核からほとんどの電子が剥ぎ取られ、原子は自由に無秩序に運動する荷電粒子の集合体へと変化します。この時点で、元の原子核の多くは、核分裂プロセスと、もともと爆弾の物質に存在していたあらゆる種類の原子による中性子の捕獲によって、放射性物質の原子核へと変化しています。

エネルギーのさらに別の部分は電磁放射線として存在します。この放射線は光によく似ていますが、波長が短いため実際には目に見えません。しかし、あらゆる物質に吸収され、再放射されるため、爆発した爆弾の破片と激しいエネルギー交換を行います。

このすべての擾乱は、核反応が起こった領域から爆弾の周囲の構成要素へと外側へ広がります。外側への広がりの間に、 82より多くの原子とより広い空間が巻き込まれ、攪拌と放射の熱はいくらか低下します。

この高温領域は、衝撃波面と呼ばれる明確な境界によって限定され、秒速数百マイルの速度で外側へ移動します。この衝撃波面は最終的に、爆弾全体を包んでいた密度の異なる物質の限界に達します。そして、周囲の空気中に突き抜けます。そのすぐ近くの空気が加熱され、これが火球の始まりとなります。

そこから、高温の空気の圧力によってエネルギーが拡散し、鋭い衝撃波面が形成され、通常の音速をはるかに超える速度で外側へ移動し続けます。放射性物質はこの高温で膨張する球体の中に閉じ込められます。

火球が膨張し温度が下がるにつれて、可視光線の放出量はますます増加します。実際には、構造が膨張し冷却するにつれて表面の明るさは低下しますが、その大きさと放射線の放出に使える時間が長いため、この欠点は克服されます。最終的に、小型爆弾の場合は半径数百フィート、大型爆弾の場合は1マイル程度で、火球の膨張は停止します。これは、衝撃波面が空気を光らせるほど強くなくなるためです。光は前進を停止するだけでなく、ひどく扱われた空気分子が生成する吸収物質によって部分的に暗くなります。

爆発のこの段階に達するまでの時間は、爆弾のエネルギーによって異なります。2つの爆発を比較し、大きい方の爆発力が小さい方の1000倍だとすると、火球が最大限に膨張するまでの時間は、より激しい爆発の方が約10倍長くなります。いずれにせよ、この間、ある程度近い距離で観測する人は、目が見えないようにするためには、強力な吸収眼鏡を使用する必要があります。小型爆弾の場合、火球の膨張はあまりにも短く、観測できません。 83本当に大きな爆弾になると、膨張していく様子が目に見えて分かり、いつ止まるのかと不安になります。無防備な目には、小さな爆弾も大きな爆弾と同じくらい危険です。瞬きする暇もないほどですから。

その間、火球から分離された衝撃波は空気中を伝わり、元の爆発力のかなりの部分を引きずります。爆弾が引き起こす被害の重要な部分は、この目に見えない圧力波によるものです。この圧力波は音速に近い速度で数マイルもの距離を伝播し、やがて無害な轟音へと落ち着きます。

残りのエネルギーは、爆発が発生した地点付近の火球の中にまだ留まっており、熱気が上昇し始め、乱流のキノコ状へと分裂していきます。内部の高温部分は時折露出し、少なくともスローモーションでサイズが縮小された映画で見ると、物体は巨大な炎の塊のように見えます。放射状の舌状体は、通常の炎としては大きすぎ、速すぎます。

この段階では、放射能は徐々に薄れ、肉眼で確認できるようになります。元々高温だった物質の塊は、光の形で十分なエネルギーを放出し、十分な量の冷たい空気と混ざり合ったため、もはや激しく輝かなくなります。この中心部から上昇するガスの塊には、爆発で生成された放射能だけでなく、爆弾から漏れ出し、周囲の空気、水、地面にある様々な原子核に捕獲された中性子によって生成された放射能も含め、ほぼすべての放射能が含まれています。

そして今、爆発の余波は、観察者の目だけでなく、心と感情にもその出来事を追えるように、急速かつ計画的に拡大しつつある。最初の上昇気流によって形成されたキノコ状の物体は、次第に激しく揺れ動く沸騰する塊が上層に積み重なり、柱状へと成長していく。 84雪のような斜めの裾が両脇に垂れ下がっている。奇妙な形をした雲のように見えるこの白い塊は一体何なのだろう？数分のうちに、私たちの目の前で、高空（気象学者の言葉で言えば成層圏）まで達したのだ。

それは実際には雲です。雨になるには小さすぎるものの、太陽の白い光を反射するのに十分な大きさの水滴の集まりです。そして、雷雨の積雲と似た仕組みで形成されます。まさに、積雲が重なり合う多層構造の城の美しい例です。しかし不思議なことに、この雲を形成しているのは爆弾の熱ではありません。火の玉の残骸が巨大な風船のように急上昇する際に吸い込まれた空気塊の冷却です。この風船の下では空気が引き上げられます。この空気は上昇するにつれて冷やされ、それに含まれる水蒸気が水滴に凝縮します。これは、暑い夏の日に雷雲が発生するのと全く同じメカニズムです。

白いスカート（常に存在するわけではない）は、雲から落ちてくる物質からできているわけではありません。むしろ、湿った空気の層が雲の側面から吸い上げられ、そこに形成された水滴がスカートのような雲層を形成します。

大型爆弾では、上部に特に滑らかで白い氷の膜が見られます。これもまた凝結によるもので、水滴ではなく微細な氷の結晶に変化しています。爆発によっては、このような膜が複数形成されることもあります。

ついに雲は最大の高さに達した。爆弾の大きさにもよるが、高さは2万フィート、10万フィート、あるいはそれ以上にまで達するだろう。そして、様々な高度、様々な方向から吹く風が構造物を引き裂き、一部は東へ、一部は西へと吹き飛ばした。雲の中の放射性物質の残骸は移動を開始した。

この放射能が何をもたらすのか、それが生物にどのような影響を与えるのか、それが実際どれほど危険なのか、次の章で議論しましょう。 85章。しかし、一つだけ明らかなことがあり、それは核実験に参加するすべての人の心に常に刻まれている。それは、実験の危険性は、無制限の核戦争で大量の核兵器が使用された場合に起こり得る大惨事に比べれば取るに足らないものだということだ。

現在の核爆弾は大国の都市や産業を壊滅させる可能性があると頻繁に主張されています。なぜ更なる開発と実験を続けるのでしょうか？

答えは簡単です。戦争の主目的は敵の民間人居住区を破壊することではなく、むしろ敵の軍隊を打ち破ることです。そしてこの目的のためには、あらゆる種類と規模の、柔軟で洗練された兵器が必要です。また、自国の都市を守るための兵器も必要です。同盟国を守るための兵器も必要です。特に、侵略者に対しては効果を発揮し、罪のない傍観者への被害を最小限に抑える兵器が必要です。

特にこの最後の点においては、目覚ましい進歩が遂げられています。私たちは、爆風と熱によって効果を発揮しながらも、放射能をほとんど発生させないクリーンな兵器を開発しています。もちろん、爆風と熱は爆発点付近にのみ被害をもたらします。放射能は風によって運ばれ、人間の制御をかなりの範囲で逃れる可能性があります。

戦争が恐ろしいものであり、そしてこれまでもそうであったことは明らかです。私たちは戦争が常に私たちの身近にあるとは信じませんが、世界が半分自由で半分奴隷である限り、戦争の危険性を無視することはできません。

限定的であろうと無制限であろうと、核戦争は必ずしも過去の戦争よりも多くの苦しみを伴うわけではない。しかし、そのような戦争はおそらくより激しく、より短期間で終わるだろう。

物語によると、人類史上おそらく最も恐ろしい戦争は、次のようなメッセージから始まったという。「汝は戦争を選んだ。それは起こるだろう」 86何が起こり、何が起こるかは、私たちには分からない。神のみが知っている。」 おそらく、自由な人々にとって唯一可能な道は、戦争に十分に備えつつ、選択が自由である限り決して戦争を選ばないことだろう。しかし、何が起こるかは神のみが知っている。

87
第10章
放射能雲
1954年2月、ビキニ環礁で水素爆弾の爆発準備が進められた。3月1日が「準備完了」日とされていた。しかし、その日に実際に爆発が行われる可能性は低かった。なぜなら、爆発は相当な風況の下でしか不可能だったからだ。爆発によって大量の放射能、特に核分裂生成物が発生することが予想された。風下方向に居住地がない場合に限って、爆発は可能だった。

ビキニ環礁は楕円形のサンゴ礁で、マーシャル諸島と呼ばれるグループに属するいくつかの環礁の一つです。地図を見ると、ビキニ環礁の西200マイル（約320キロメートル）にエニウェトク環礁があることがわかります。そこで、我々の作業員は更なる実験の準備を進めていました。

ビキニの東約100マイルにロンゲラップ環礁があります。当時、そこには64人が住んでいました。彼らは環礁の南部にあるヤシの木でできた家に原始的な暮らしをしていました。北部は無人でした。

近くのアイリンギナエ環礁ではマーシャル諸島民18人が漁業に出かけており、さらに東のロンゲリック島には28人のアメリカ軍人が駐留していた。 88彼らはアルミ製の小屋に住み、そこで働いていました。主な仕事は気象データの収集でした。

マーシャル諸島の地図

ビキニ環礁からさらに東へ300マイル（約480キロ）離れたところにウティリック環礁があります。この環礁には157人のマーシャル諸島人が住んでいました。

3月1日の早朝、ロンゲラップ島の北方に日本の漁船が停泊していました。船名は「福竜丸」。英語で「幸運の龍」を意味します。乗組員は23名でした。実際には哨戒区域内にありましたが、哨戒機には確認されていませんでした。

実験の作戦は、第7統合任務部隊の艦艇から指揮されていた。3月1日の朝の数日前から、気象予報士たちは風の観測を行っていた。西風はエニウェトク環礁に悪影響を与えるだろう。東風はロンゲラップ環礁とロンゲリック環礁に悪影響を与える可能性がある。南風はクェゼリン環礁に影響を与える可能性がある。理想的な風向は真北だったが、そうなるのはおそらく数ヶ月後だろう。 89「撮影」された朝、風は北東に吹いていた。気象学者たちは「OK」を出した。1954年3月1日の夜明けだった。

経験豊富なジャック・クラーク率いる9名の射撃班が、最終的な準備作業を担当した。彼らは、爆弾投下地点から20マイル離れた環礁の南側にある防空壕にいた。その他1000人以上が、作戦の技術的側面を担当したアル・グレイブスの指揮の下、船上から見守った。艦艇はビキニの南、やや東に停泊していた。

ブロックハウスで爆発装置が作動を開始した。次々と信号が鳴り響き、様々な実験と観測が開始されたことを知らせた。ついに赤いランプが消え、パネルに緑のランプが点灯した。これは爆弾が爆発したことを意味していた。

船上の乗組員たちは、暗視眼鏡を通して巨大な火球を見つめていた。砲台に閉じ込められた射撃手たちは何も見ていなかった。数秒後、グレイブスの声が無線で「いい射撃だった」と告げた。素早く推定すると、15メガトンと推定された。

ゆっくりとした数秒が経ち、予想通りの地面の揺れがやってきた。まるで大地震のようだった。嫌な瞬間は過ぎ去った。堡塁は揺れたが、持ちこたえた。

1分ほど経つと、空気の衝撃は収まりました。蝶番が軋む音が聞こえましたが、もう怖くはありませんでした。

津波は防空壕に流れ込むだろうか？すべては水密だった。15分後、舷窓を開けたが、水は入ってこなかった。防空壕にいた男たちは、漂う原子雲を見るために外に出た。

彼らが見守る中、ジャック・クラークの放射線計が反応を示し始めた。射撃班は堡塁内へ呼び戻された。そこの一番下の隅、相当量の砂に守られた場所で彼らは安全だった。外では 90蒸発して凝縮したサンゴは、ますます多くの放射能を運ぶペレットとなって降り注いだ。

その間、船にも放射性降下物が降り注いでいた。射撃時間後、風向きは明らかに変わった。活動はすぐに鎮静化した。誰も危険な目に遭わなかった。しかし、出航するのが賢明だった。ブロックハウスに「夕方に迎えに来る」という連絡が入った。

1時間余り経つと、堡塁周辺の活動は徐々に衰え始めた。射撃手たちは連絡も取れず、明かりも灯らないまま、その日の残りの時間、堡塁内で辛抱強く待機した。

ついに船が戻ってきた。日没とともにヘリコプターが島へ向かった。日が暮れる頃、残りの日光を利用して、放射能が減衰する時間を可能な限り確保しようとしたのだ。クラークと仲間たちは、ベータ線を遮断し、放射性粉塵から身を守るためにシーツにくるまり、ブロックハウスから飛び出した。彼らは不必要な被曝を避けるため、できる限り速く移動した。

辛い経験でしたが、レントゲンはたった2本しか撮れませんでした。医療用のレントゲン検査を受けた時と同じくらいで、心配する必要はありませんでした。しかし、東の方には本当に困っている人がいました。

発射から6、7時間後、ロンゲリック基地の米兵たちは、高濃度放射性物質を帯びた塵が霧のように降下しているのに気づいた。風向きが変わり、原子雲は占領下のアイリンギナエ島、ロンゲラップ島、ロンゲリック島にまで運ばれた。その後の不安な数時間、どれほどの被害があったのか誰も分からなかった。

ロンゲリク島にいたアメリカ人は放射能の危険性についてある程度の教育を受けていました。彼らは体を洗い、重ね着をし、可能な限りアルミニウム製の小屋の中に留まりました。こうした行動は、ベータ線による皮膚の火傷を防ぐのに役立ちました。ロンゲラップ島とアイリンギナエ島にいたマーシャル諸島人はその危険性を全く知らず、何の予防措置も講じませんでした。彼らの多くは重度の皮膚火傷を負いました。

91
被曝した人々は全員、タスクフォースの施設が許す限り速やかにクェゼリン環礁へ避難した。しかし、放射線測定器を持ったスタッフが環礁を巡視し、被曝レベルを調査する手配が整うのは、爆発から1週間ほど経ってからだった。

ロンゲリクの南端で放射線量を測定したところ、アメリカ兵は約78レントゲンの放射線を浴びたと算出されました。これは朗報でした。50～100レントゲンの被曝では致死量にはならず、病気を引き起こすケースも稀だからです。いずれにせよ、数日以内には完全に回復すると期待できます。

ロンゲリック環礁周辺を巡回する中で、測定チームは放射線レベルがはるかに高かった場所を発見した。北端では、1人当たり200レントゲン以上を浴びていたとみられる。

アイリンギナエにおける測定値はロンゲリックにおける測定値とほぼ同等であった。アイリンギナエの人々への推定被曝線量は69レントゲンであった。

ロンゲラップ島では状況はさらに深刻でした。環礁南部での測定結果によると、ロンゲラップ島の人々は約175レントゲンの放射線を浴びていました。この線量は致命的ではありませんが、少なくとも一部の人々は病気にかかっている可能性があります。

乗組員はその後、環礁の残りの部分の探査に着手しました。北へ進むにつれて、放射線量はどんどん高くなっていました。環礁の中央、居住区からわずか10～15マイル（約16～24キロメートル）の地点では、400レントゲン（約400レントゲン）の放射線を浴びたことになります。このレベルであれば、生存率は五分五分です。

約30マイル離れた環礁の北端では、被曝量は1000レントゲンを超えていたでしょう。このような被曝量であれば、1ヶ月も経たないうちに確実に死に至るでしょう。

次の表に、発生した事象の概要を示します。

92
人数 射撃後の放射性降下物落下時間（時間） 射撃後の避難時間（時間） 線量（レントゲン）
ロンゲラップ 64 4～6 51 175
アリリンギナ科 18 4～6 58 69
ロンゲリック 28 7 32 78
ウティリック 157 22 65 14
幸運のドラゴン 23 4 200
クェゼリン島では、マーシャル諸島の人々は手当てを受け、医学的観察を受けました。彼らはできるだけ早く、皮膚と髪を石鹸と水で洗い流されました。髪に付着していたココナッツオイルのせいで、除染は困難でした。

その間ずっと、その海域に日本の漁船が存在していることは全く疑われていませんでした。爆発から2週間後、小さな漁船が焼津港に戻ってきて初めて、世界はそれを知りました。この時点で、23人の漁師は深刻な体調不良に陥っていました。漁師たちが浴びた放射線量は正確には分かりませんが、推定では約200レントゲンでした。残念ながら、漁師のうち1人が亡くなりました。おそらく放射線被曝に伴う合併症が原因でしょう。[10] しかし、残りの22人は健康状態は良好で、仕事に復帰しています。

マーシャル諸島民に関する医療情報は完了しました。クェゼリン環礁に3ヶ月滞在した後、彼らはマジュロ環礁に移送され、そこで住居が建設され、事件以来、継続的な監視下に置かれています。通訳を介したコミュニケーションの問題により多少の支障はありましたが、頻繁かつ徹底的な医療検査が実施されました。

最初の24時間で、犠牲者の中には吐き気、発熱、腹痛を訴える者もいました。しかし、これらの症状はいずれも治療を必要とせず、すぐに治まりました。皮膚のかゆみや灼熱感を訴える人もいましたが、これらの症状も数日間しか続きませんでした。 93それから1週間ほどは、何の不満もなく、快適な状態が続きました。その後、皮膚病変と脱毛が始まりました。

被曝期間中のベータ線の50～80パーセントは、平均30万電子ボルトのエネルギーを持っていました。このエネルギーの大部分は、厚さ2/1000インチの皮膚の外層で阻止されました。ベータ線の残りは平均60万電子ボルトのエネルギーを持っていました。これらのベータ線は、生体の皮膚のより深い層に容易に浸透します。しかし、最も重要な事実は、薄い木綿の布地でさえ、どんな種類の衣服でもすべてのベータ線から身を守ることができたということです。病変は、体の被曝部分と、物質が蓄積しやすい脇の下や首のしわなどの他のいくつかの場所にのみ発生しました。裸足は特にひどかったです。急性期には、かかとで歩く人もいました。

6ヶ月後、抜け毛は質感も色も変わらず再び生えてきており、皮膚の損傷も治癒していました。全員が健康で正常な状態に戻り、明らかな後遺症もありませんでした。

被爆当時、ロンゲラップの女性は4人の妊娠を経験していました。1人は死産でしたが、他の3人は全く正常でした。死産が放射線の影響によるものであるという証拠はありませんでした。実際、ロンゲラップの人々の死産率は通常高く、統計的に見ても4人に1人という割合は異常ではありません。

事故から3年以上が経過した現在、マーシャル諸島とアメリカの犠牲者は全員完全に回復したようです。悪性腫瘍や白血病の兆候は見られませんが、これらの長期的な影響については、原子力委員会（AEC）の医療グループが引き続き注意深く監視しています。

全体として、深刻ではあるものの、限定的な被害が発生しました。危機一髪でした。どれほど危なかったかは、下の地図を見れば一目瞭然です。これは48時間被曝した場合のレントゲン線量を示しています。ロンゲラップ島の南端では、 94住民が住んでいた場所では、線量は175レントゲンでした。しかし、そこから30マイルも離れていない北端では、線量は1000レントゲンを超えました。もし風向きがもう少し南に向いていたら、おそらくアイリンギナエ島、ロンゲラップ島、ロンゲリック島の住民全員が亡くなっていたでしょう。

放射性降下物発生後最初の48時間における投与量

この爆発は、長年議論されてきた事実を証明した。放射能は原子爆発の単なる偶発的な事象ではないということだ。ロンゲラップ島の人々は爆風や熱の影響の危険範囲からは程遠かった。しかし、彼らは相当量の放射線を浴びた。実際、爆発から30マイル（約48キロメートル）離れた場所に無防備で立っていても、爆風や熱線から完全に安全だったかもしれない。しかし、同じ距離、風下側にいた場合、放射性降下物が降り始めてから数分以内に致死量の放射線を浴びていたであろう。

放射性降下物の影響により、実験場は世界の辺鄙な場所に設置せざるを得ません。人口密集地から十分に離れた場所であれば、風向きに左右されずに実験を行うことができるため、理想的です。しかし残念ながら、爆弾は大きすぎ、地球は小さすぎます。

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そのため、すべての試験の前に風向を監視し、風向きが適切になるまで試験を延期する必要があります。マーシャル諸島で起きた事故は、発射時に風がもっと真北から吹いていたら避けられたかもしれない事故でした。この事故以来、試験における風向の要件ははるかに厳しくなり、危険性に関する知識は深まり、安全規則はあらゆる面で改善されました。1954年3月1日以降、多くの高出力兵器の試験が行われてきましたが、これ以外の事故は発生していません。このような事故は現在では極めて起こりにくいと確信できます。

ネバダ州の米国核実験場では、人口密集地域への大規模な放射性降下物の発生はこれまで確認されていません。おそらく最も懸念される事態は、1953年春のアップショット・ノットホール実験シリーズにおいて発生したでしょう。9回目の実験後、雲はユタ州セントジョージ（人口約5000人の町）の上空を東へ移動しました。午前9時少し前に放射性降下物が発生しました。午前9時半頃、原子力委員会の職員は住民に対し屋内退避を勧告する警報を発令しました。正午までに警報は解除され、住民は通常の生活を送ることができました。この事故は皆を多少の恐怖に陥れましたが、2～3レントゲンを超える放射線量を受けた人はいませんでした。

実験場から数百マイル圏内で発生する局所的な放射性降下物についてお話ししてきました。爆発で発生した放射性物質の全てがこの降下物に含まれるわけではありません。その一部は爆心地から数百マイルどころか数千マイルも離れた非常に長い距離を移動します。この放射性物質は世界中に拡散し、人間の制御を完全に逃れます。確かに、この放射性物質が地球の表面の大部分に拡散する頃には、放射線量は非常に微量で、メガトン級の爆発による1万分の1レントゲンにも満たない量です。人が死亡したり、あるいは重篤な状態になったりする危険は全くありません。 96この量の放射線では軽度の病気にしかならない。しかし、骨肉腫、白血病、遺伝子変異といった長期的な影響が生じる可能性もある。

言うまでもなく、世界的な危険は主に大型爆弾によるものです。ネバダ州で実験されているような小型爆弾は、約10キロトン（TNT火薬換算）の核分裂エネルギーを放出します。太平洋で実験されている大型爆弾の中には、数メガトンの核分裂エネルギーを放出するものもあります。放射能の量は放出される核分裂エネルギーに比例するため、大型爆弾1発は小型爆弾数百発、あるいは千発に相当する可能性があります。ネバダ州では、これまでに合計60発から70発しか爆発していません。太平洋で爆発した大型爆弾による世界的な放射性降下物を最小限に抑えることが望ましいかもしれません。しかし、ネバダ州で爆発した小型爆弾については、地域的な放射性降下物を最小限に抑えることの方がおそらく重要です。地域的な放射性降下物に含まれる放射能の量、世界全体に放出される放射能の量、そしてこれらの相対的な量をどのように制御できるかが、本章の残りの部分で主要な論点となります。

爆発で生成される放射能のすべてが、地域的にも世界的にも、放射性降下物に寄与するわけではない。放射性核分裂片（ガンマ線放出体）の中には半減期が非常に短いものもあり[11]、爆弾が分解する前に崩壊してしまうものもある。また、原子雲が上昇する最初の数分間に崩壊する放射性核分裂片も非常に多い。これらの初期の急速な崩壊で放出される高エネルギーのベータ線とガンマ線は近距離で停止し、爆発現場の混乱をさらに悪化させるだけである。

USAEC—テスト情報共同オフィス

1. 地下浅部での爆発。放射能と地中の土砂が混ざり合う。

USAEC—ルックアウトマウンテン研究所、アメリカ空軍

2. 高さ 500 フィートの原子実験塔。

USAEC

3. タワーショット。茎に沿って地面の土が舞い上がりますが、火球と混ざる量はほとんどありません。

エルトン・P・ロード—USAEC

4. 空中ショット ― 地上3,500フィート。土埃はなし。
5. Sr⁸⁹を注入してから10分後に屠殺された生後3ヶ月のウサギの脚の骨。黒く塗られた部分はストロンチウムが沈着した場所を示しています。Sr⁹⁰と通常のSr⁸⁸は同じ場所に沈着するはずです。骨の石灰化した部分において、沈着がほぼ均一であることは重要な事実です。

ヴォーン、タット、キッドマン共著『原子力の生物学的危険』（ハドウ編、オックスフォード大学出版局、1952年）より

6. ラジウム中毒で死亡した女性の脚の骨。明るい部分はラジウムが沈着した場所を示しており、ホットスポットがはっきりと見える。

オーブらによる論文「体内に蓄積した放射性物質の人体への後遺症」より。医学専門誌『医学』第31巻第3号、1952年9月

USAEC—ノールズ原子力研究所

7. 水槽に遮蔽されたコバルト⁶⁰カプセル。この強力なガンマ線源から発せられる放射線に匹敵するには、現在の世界供給量の2倍にあたる1億3000万ドル相当のラジウムが必要となる。

USAEC
8.コバルト照射。

1. 金属元素コバルトは、10セント硬貨よりわずかに大きいウェハーに加工されます。
2. ウェハーは端から端までアルミニウム容器内に配置され、原子炉または反応炉に挿入されます。
3. 中性子の衝撃により、コバルト原子の核が励起され、放射線、つまり光線を放出します。
4. 原子炉内で一定時間「加熱」された後、コバルトは取り出され、輸送のために遮蔽容器に入れられます。
5. 放射性コバルトはサバンナリバー工場からオークリッジに送られ、そこから全国の医療センターに再輸送されます。
6. 医療センターでは、遠隔治療機器に搭載されています。その強力な放射線は、がんと闘う医療専門家の助けとなります。

NTO—ルックアウトマウンテン研究所の写真

9. 防空用原子兵器から噴き出す煙の輪。

ワイドワールドフォト
10.

カリフォルニア大学放射線研究所

11. これらの縞模様は、ウィルソン霧箱内で荷電粒子によって生成された凝結雲です。霧箱が照明に照らされており、凝結雲が通常の雲と同様に光を反射するため、明るく見えます。

カリフォルニア大学放射線研究所

12. ウィルソン霧箱のもう一つの写真。多数の密集した軌跡が雲を形成しています。（軌跡が曲がっているのは磁場の影響です。）

USAEC—アルゴンヌ国立研究所

13. 原子炉の断面図。原子炉の心臓部は、核分裂エネルギーが発生する中心部の小さな領域です。重量と容積の大部分は、冷却装置と放射線を遮蔽するための遮蔽材に使用されます。

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放射能が爆発地点から遠く離れた地域に影響を及ぼすには、原子雲が上昇し、水平風に漂う間にかなりの時間が経過する必要があります。この間に、主に短寿命核による崩壊がさらに起こります。短寿命核が消滅するにつれて、崩壊の速度は減少し続けます。大まかに言えば、崩壊速度は時間に比例して減少します。より正確には、崩壊速度はやや速く減少し、時間が7倍になると10倍に減少します。爆発後1分で、放射能は1秒時の1%未満になります。1時間後には、1分間の1%未満になります。核分裂生成物の放射能減少に関するこの法則は、もちろん、単純な放射性崩壊の法則とは全く異なります。後者の法則は単一の放射性種に適用されます。核分裂生成物は、どの瞬間においても、多くの異なる放射性種で構成されています。それぞれは放射性崩壊の単純な法則に従いますが、全体としては異なる法則に従います。

放射性崩壊によって生成される原子核自体が放射能を持ち、半減期が異なる場合があることに留意する必要があります。例えば、ストロンチウム90があります。この同位体は核分裂過程で直接生成される量はわずかです。核分裂過程で大量のクリプトン90が生成され、これは半減期30秒でルビジウム90に崩壊します。ルビジウム90の半減期は3分で、ストロンチウム90に崩壊します。このようにして、ストロンチウム90は実質的にすべて爆発で生成されます。したがって、放射能の強度と性質は時間とともに変化し続けます。

これらの事実は、放射能が最終的に雲から落ちて地表に降り積もったときに、その危険の大きさと性質を決定づけるものであり、重要です。雲の中で崩壊する放射性粒子は、その放射線が雲の下にいる生物に影響を及ぼすことはないため、心配する必要はありません。雲が地表から数百フィート以上高い場合、これらの崩壊で放出されるベータ線とガンマ線は、空気を電離させることでエネルギーを消散させるだけです。

放射性残骸が雲の中に留まる時間は、ある要因に最も大きく依存する。それは、 98爆発が地表に降り注ぐ。地表が土か水かという性質も影響する。爆発が地上、つまり土の表面で起こった場合、多くの大きく重い土の粒子が火の玉に取り込まれ、雲の上昇が止まる前に重力の作用で落下し始める。この降下は数時間から半日ほど続く。同時に、これらの土の粒子に付着していた放射性核分裂生成物も一部降下する。これが、爆弾のエネルギーと風の強さに応じて、爆発の風下数マイルから数百マイルまで及ぶ、いわゆる近距離降下物または局所降下物の発生源である。地表爆発の場合、全核分裂生成物の約80%はこの近距離降下物による。1954年3月1日の爆発は、この種類のものであった。

至近距離における放射性降下物の量に影響を与える方法はいくつかあります。一つは、深海で爆弾を爆発させることです。この場合、至近距離における放射性降下物は30～50%になります。これは、放射性粒子が付着した水滴の多くが、地面に落ちる前に蒸発してしまうためです。一方、浅瀬では、火球が実際に海底に接触した場合、至近距離における放射性降下物は陸上での爆発の場合と同じく約80%程度になります。地下や水中での爆発の場合、至近距離における放射性降下物は地上での爆発よりもさらに高くなります。実際、非常に深い地下や水中での爆発は完全に封じ込められ、放射能が拡散することはありません。

近距離の放射性降下物を減らすもう一つの可能​​性は、火球が地表に触れないほど高い塔の上で爆弾を爆発させることです。この場合、近距離の放射性降下物の量は80%から約5%に減少します。もちろん、火球の直径が1マイルほどになるような非常に大きな爆弾用の塔を建設するのは現実的ではありません。 99この場合、爆弾は飛行機から投下され、同様の効果をもたらす可能性があります。広島の爆発は、小型爆弾による空中爆発の例です。このケースでは、至近距離での放射性降下物は非常に少量でした。そこで発生した放射線障害は、爆発自体によって直接放出されたガンマ線と中性子によるものでした。

火球が地面にほぼ接触する地表付近の爆発の場合、至近距離への放射性降下物もわずか5%程度です。これは少々意外な事実です。なぜなら、この場合の写真には、実際の地表爆発と同様に、大量の地表物質が雲に吸い込まれていく様子が写っているからです。

この物質は確かに大きく重い土粒子で構成されており、その後雲から落ちてきます。しかし、そのほとんどはどういうわけか放射性核分裂生成物と接触しません。

この特異な現象は、火球がどのように上昇していくかを詳細に観察することで理解できます。当初、火球の中心部は外側よりもはるかに高温であるため、より速く上昇します。しかし、上昇するにつれて冷えて外側の周りを落下し、ドーナツ状の構造を形成します。このプロセス全体は、通常の煙の輪の形成に似ています。ほとんどの写真では、ドーナツは発生する水蒸気に隠れていますが、天候が非常に乾燥している場合には、完全に見えることもあります。穴を通る空気の比較的整然とした循環の間、爆弾の破片と吸い込まれた土砂は分離されたままです。（写真1～4参照）

近距離の降下物は放射能のほんの一部に過ぎず、高高度からの投下では1%未満、地上への投下ではほぼ完全に沈着する場合もあります。地球規模の降下物については、残りの放射能がどうなるかが重要です。これは、原子雲が上層風によって長距離輸送される方法に依存します。この点において、大型爆弾と大型爆弾を区別することが重要です。 100そして小さな爆弾。大気圏の下層と上層をそれぞれ対流圏と成層圏と呼ぶことも重要です。

大気は太陽によって間接的に加熱されます。太陽光線は空気を温めることなく通過し、代わりに大気の底部、つまり地面を温めます。大気は、台所のコンロで沸騰した鍋が熱せられるのと同じように加熱されます。熱は下から供給され、上昇気流に乗って上層へと運ばれます。

大気の場合のみ、明確な上限はありません。気流は高度30,000～50,000フィートまで上昇し、その後方向を変えて下降します。この大気の沸騰する部分は対流圏または熱域と呼ばれます。その上空では鉛直運動は弱まります。上層は成層圏または成層圏と呼ばれます。

小型爆弾の場合、原子雲は成層圏に到達する前に上昇を停止します。一方、約1メガトン（TNT火薬換算で100万トン）を超える大型爆弾の場合、原子雲は成層圏にまで達し、10万フィートほどの高さまで上昇を続けます。

成層圏に関する最も重要な事実は、そこには天候がほとんど存在しないということです。雲、雨、雪、霧、もやといった気象現象のほとんどは、大気圏の下層、つまり対流圏に限られています。しかし、成層圏には実質的に水が存在しません。

さて、雲が対流圏に残る小さな爆弾が、アメリカの核実験場の一つで爆発したと仮定しましょう。ネバダ核実験場は北緯37度、太平洋核実験場は北緯12度にあります。これらの中緯度、対流圏では、風は主に西から東へ吹き、平均時速約20マイルです。これに加えて、わずかに南向きまたは北向きの動きも加わります。しかし、概して放射性雲は非常に狭い範囲に留まります。 101爆発が起こった緯度の周囲に帯状の模様が描かれています。

最初の数時間後、近距離の放射性降下物が減少すると、雲の中に残った放射性粒子は軽くて微細になりすぎて、重力の作用で落下できなくなります。この時点で天候が重要になります。雨、霧、またはミストが放射性粒子を捕らえ、雨水に混じって地表に降り注ぎます。これがいわゆる対流圏降下物です。[12]この降下物が発生する平均的な時間は、約2週間から1ヶ月です。この間、放射性粒子は爆発の緯度内に多かれ少なかれ留まりながら、実際に地球を周回している可能性があります。

大型爆弾の雲は成層圏まで高く舞い上がります。成層圏の風は、緯度方向に大きく吹くわけではありません。さらに重要なのは、雲が成層圏に何年も留まり、その間に放射能が地球のあらゆる地域に拡散されることです。つまり、大型爆弾による放射性降下物は、まさに世界規模で発生するのです。

対流圏への放射性降下物は約1か月かかります。成層圏への放射性降下物は5年から10年かかります。この違いの理由は天候、というか天候の欠如です。成層圏には放射性粒子を捕らえる雨や霧がないため、放射性降下物を生成する効果的なメカニズムがありません。実際、放射性粒子は重力で落下するには細かすぎるため、乱流によって再び対流圏へ押し下げられるまで待つしかありません。このプロセスには長い時間がかかります。

降雨が世界的な放射性降下物の発生に最も重要なメカニズムであることは、南カリフォルニアと南アメリカの特定の乾燥地域における放射性降下物の調査によって明らかになった。いずれの場合も、放射性降下物は相当な量であることがわかった。 102チリのある場所では雨が全く降らず、降水量は同緯度における平均的な降水量から予想される量のわずか1%に過ぎなかった。

年間降雨量が少なくとも数インチの地域では、降雨量は平均的に降雨量に比例する傾向があります。しかし、降雨量への比例性は気象の性質によって異なり、例えば、世界のある地域で20インチの雨が降っても、他の気象地域で同じ量の雨が降った場合ほど降雨量は多くない可能性があります。私たちはこのことを急速に理解しつつあります。

各種の放射性降下物の年代が判明したので、放射能が地上に降り積もった時点でどの放射性物質がまだ存在しているかを特定できる。近距離の放射性降下物は発生からわずか数時間しか経っていないため、短寿命同位元素を多く含み、体内に摂取または吸入される前に崩壊する。したがって、近距離の放射性降下物による危険は、主に全身へのガンマ線、そしてそれよりは少ないが皮膚への高エネルギーベータ線による外部被曝に起因する。衣服や通常の住居はガンマ線に対する遮蔽効果が比較的小さい。特別な防護シェルターが必要となる。戦時中、敵が超メガトン級兵器による地表爆発で我々の都市を爆撃した場合、近距離の放射性降下物は、シェルターのない住民にとって、爆風や熱線による放射線よりもはるかに大きな破壊力を持つだろう。

しかし、爆発から何年も経過した成層圏の世界的な放射性降下物においては、短寿命放射能はすべて消滅しています。1年ほど経つと、目に見える量で残っているガンマ線放出物質は、半減期が30年のセシウム¹³⁷だけです。しかし、そのガンマ線は透過力があまり強くありません。にもかかわらず、セシウム¹³⁷は長期的な放射性降下物において2番目に重要な危険物質と考えられています。1番目はストロンチウム⁹⁰で、これはベータ線放出物質で、半減期は28年です。これは十分に長いので、 103これらの核のほとんどは、成層圏で長期間滞留した後も依然として存在すると考えられます。ストロンチウムは化学的にカルシウムに似ているため、食品に汚染され、体内に容易に取り込まれます。体内に取り込まれると、長期間にわたって留まり、骨に蓄積されます。この危険性がどれほど深刻であるかについては、後の章で説明します。

対流圏、そしてそれほどではないが成層圏への放射性降下物には、セシウム¹³⁷とストロンチウム⁹⁰以外にもいくつかの放射性物質が含まれており、これらについては次章で論じる。しかし、概してそれらは（ヨウ素¹³¹を除いて）ほとんど影響を及ぼさない。これは、それらが体内に吸収されにくいか、あるいは放射線エネルギーがそれほど高くないためである。したがって、世界的な危険性は、体内ベータ線放出体と弱いガンマ線放出体の2つの同位体に限定される。

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第11章
土から人間へ
放射性降下物には驚くほど多様な放射性物質が含まれています。特定の条件下では、それらすべてが人体に危険を及ぼす可能性があります。実際には、実際に危険となるものはごくわずかです。

核分裂過程によって大量に生成され、ある程度の懸念材料となるものの、実際には人体にとって危険ではない放射性同位体の例として、ヨウ素¹³¹が挙げられます。放射性降下物中のこの同位体は、半減期が8日と比較的短いため、危険ではありません。

核爆発後の最初の数週間は、放射性ヨウ素が雲から降って放牧地を汚染する可能性があります。牛は数日間で数百ポンドの草を食べます。さて、ヨウ素は牛の体内、あるいはあらゆる哺乳類の体内で主に一箇所に集中しています。それは、人間では喉仏の近くにある甲状腺です。甲状腺は、多くの体の機能を調整する化学物質を分泌するため重要です。人間の場合、これには食べ物を燃焼させる方法や気分などが含まれます。放射性ヨウ素であれ天然ヨウ素であれ、体内に取り込まれるヨウ素全体の約 20 % が、この比較的小さな一つの腺に集中しています。このような濃度は、まさに私たちが警戒しなければならない種類の危険です。

核実験の直後、放牧地で放牧されている牛から異常に高い放射性物質が検出されました。 105ヨウ素は、有害になるほど多くはありませんが、人体内の放射性ヨウ素濃度は牛の100分の1以下です。これは、放射性同位体が人体に到達するまでに、大部分が崩壊して安定した無害なキセノンガスに変化するためです。

核爆発の放射性残骸には、潜在的に危険な同位元素が多数含まれています。しかし、そのほとんどは崩壊が早すぎて人体に影響を与えません。

人間の寿命に比べて極めて長い寿命を持つ同位体も、人体にとって危険ではありません。体内の放射性粒子は、人が生きている間に崩壊してエネルギーを放出しない限り、無害です。

長寿命放射性同位元素の例として、爆弾の燃料として使用され、爆発後に大量に残留する可能性のあるウラン²³⁵とプルトニウム²³⁹が挙げられます。ウラン²³⁵の半減期は7億1000万年で、危険とするには長すぎます。プルトニウムの半減期は2万4000年で、プルトニウムよりやや危険です。プルトニウムの危険性は、高エネルギーのアルファ線を放出することから生じます。

放射能の危険性は、放出される粒子の種類（アルファ線、ベータ線、ガンマ線）と、これらの放射線が体内から攻撃するか体外から攻撃するかによって異なります。体外から攻撃する場合、ガンマ線が最も危険で、アルファ線が最も危険ではありません。体内から攻撃する場合は、順序が逆になります。

外部から損傷を引き起こすには、放射線の透過力が非常に強くなければなりません。ガンマ線は体全体を透過できます。ベータ線は皮膚組織で遮断されます。アルファ線は、無生物の皮膚の保護層さえも透過できません。

しかし、体内の敏感な臓器では、アルファ線の飛程が短いため、極めて危険です。エネルギーは少量の組織に集中し、 106深刻な被害をもたらします。ベータ線はやや集中度が低く、ガンマ線は最も集中度が低いです。

放射能は、私たちが食べる食物や呼吸する空気中の汚染物質として体内に取り込まれる可能性があります。しかし、放射能が危険となるには、腸管、肺、あるいはその他の重要な臓器に長時間留まり、崩壊が起こり、生細胞を電離させて損傷を与える必要があります。

幸いなことに、食物に含まれるプルトニウムは体から容易に排出されます。摂取したものの数千分の1パーセントしか実際に吸収されません。吸入した場合、大きな粒子は鼻腔で止まります。小さな粒子は肺に入りますが、すぐに吐き出されます。中程度の粒子だけが吸収されます。しかし、吸収されたプルトニウムは一般的に骨に蓄積され、長期間そこに留まります。全体として、私たちが日常的に扱う少量のプルトニウムは、人体にとってそれほど危険なものではありません。おそらく、その最も不快な特性は、アルファ線を放出するため、検出が非常に難しいことです。アルファ粒子はほとんどの放射線測定器の表面を透過しないため、検出するには特別な機器が必要です。

摂取すると容易に吸収される2つの核分裂生成物は、ストロンチウム⁹⁰（Sr⁹⁰）とセシウム¹³⁷（Cs¹³⁷）です。化学形態にも多少依存しますが、Sr⁹⁰は約35%、Cs¹³⁷は全量が吸収されます。これらの同位体はどちらも核分裂過程で大量に生成されます。さらに、これらの半減期は約30年と非常に「危険な」ものです。これは、爆発から人体への接触までの間は崩壊が無視できるほど長い一方で、接触後は崩壊が起こる可能性が高いほど短い半減期です。

このような議論から、Sr⁹⁰とCs¹³⁷が世界的な放射性降下物による内部被ばくにとって最も重要な同位体であると結論付けられる。慎重かつ広範囲にわたる調査の結果から、他に重要な同位体は存在しないと合理的に確信できる。 107研究では、私たちの体内に有意な量の核分裂生成物は見つかっていない。核分裂生成物のベータ線放射は常に容易に検出できるため、見落とされているのではないかと心配する必要はありません。

私たちが答えなければならない2つの主要な疑問は、危険な元素であるSr⁹⁰とCs¹³⁷が体内でどのように分布するのか、そして分布した後、どのような損傷を引き起こすのか、ということです。

生体の化学反応については、第二の疑問に完全に答えるにはあまりにも知識が不足しています。したがって、実際の危険性を正確に述べることはできないと認めざるを得ません。

幸いなことに、直接的な経験から、最大でどの程度の損害が生じる可能性があるかを適切に評価するのに十分な知見が得られています。本章では、危険な元素が体内に取り込まれる過程について、既知の事実を説明します。続く章では、生物学的影響について考察します。

まず、Cs¹³⁷とSr⁹⁰の危険性を比較してみましょう。これらの同位体は、核分裂過程でほぼ同数生成されます（全核分裂生成物のうち、約2～2.5%がSr⁹⁰、3%がCs¹³⁷です）。これらの放射性半減期はほぼ同じです。しかし、重要な点で異なります。Cs¹³⁷は体全体にほぼ均一に沈着しますが、Sr⁹⁰は骨に集中します。

Cs¹³⁷は放射性エネルギーの大部分をガンマ線の形で放出し、体内で均一に電離を引き起こします。一方、Sr⁹⁰はエネルギーのすべてを2つのベータ線の形で放出し、骨内での到達距離はわずか数インチです。したがって、前者の場合、放射性崩壊エネルギーは体全体に分散されますが、後者の場合、エネルギーは骨にのみ蓄積されます。

骨は体重の約10％を占めるため、10倍の放射線にさらされる。 108線量。骨は放射線に非常に敏感であり、過剰摂取は骨がんを引き起こし、骨髄における血球生成を阻害する可能性があります。したがって、Sr⁹⁰はCs¹³⁷よりもはるかに大きな潜在的危険性を持つという結論に至ります。さらに、Cs¹³⁷は吸収後、6ヶ月未満で体内に留まり、その後排泄されるという点も、同じ結論に至ります。一方、Sr⁹⁰は長年にわたって体内に留まります。

一方、Cs¹³⁷はSr⁹⁰では引き起こせない種類の損傷、すなわち生殖細胞への損傷を引き起こす可能性があります。Sr⁹⁰の影響は骨と隣接または近傍の骨髄に限定され、生殖器官には及ばないと考えられます。遺伝的危険性については後の章で取り上げますが、その際にCs¹³⁷に特に注目することになります。しかし、本章の残りの部分では、Sr⁹⁰に焦点を当てることにします。

体内に取り込まれたストロンチウム90の大部分は体内に留まるため、残る最も重要な疑問は、それがどのようにして体内に取り込まれるのか、そしてどれだけの量が体内に取り込まれるのかということです。この点において重要な事実は、ストロンチウム90は通常、水に容易に溶解する化学的形態で降下物中に存在しているということです。水は植物に吸収され、葉や根から吸収されます。動物は植物を食草とします。人間は植物を食べ、放牧動物の乳を飲むことで、ストロンチウム90に曝露することになります。（図5および6参照）

Sr⁹⁰は天然に存在する同位体ではなく、人類が初めて核分裂反応で作り出したものなので、心配する人もいるかもしれません。この未知の毒物が地球上に撒き散らされています。人類がどれだけの量を吸収するのか、見当もつかないのではないでしょうか。

その答えは、本書全体を通して強調してきた事実、すなわち、同じ元素の同位体は化学的にも生物学的にも区別がつかないという事実にかかっています。放射性ストロンチウムは、安定した天然の同位体と全く同じように振る舞います。特に、Sr⁹⁰と安定ストロンチウムの比は 109人体中のストロンチウム90の比率は、食物中の比率と同じでなければなりません。この前提から、人体にどれだけのストロンチウム90が到達するかを予測できます。

これまでのすべての核実験で放出された核分裂エネルギーの総量から、Sr⁹⁰がどれだけ生成されたかを正確に計算することができます。その量は約100ポンドです。

この量の約半分は、至近距離の放射性降下物として核実験場およびその周辺に降り注いでいます。（放射能の大部分は大型爆弾に由来し、そのほとんどは地上または浅瀬で爆発しています。）100ポンドのうち、ごく一部は雲の中で崩壊しました。残りの約50ポンドは、一部は依然として成層圏に存在し、一部は対流圏および成層圏の放射性降下物として世界中に拡散しました。現時点での測定結果によると、実際に地表に戻ったのは25ポンドから30ポンドです。地域によって値は異なり、世界平均の約3分の1から2倍以上となっています。

アメリカ合衆国北部の降雨量の多い地域では、測定値は世界平均の約2倍です。南緯10度から北緯50度までの緯度では、平均値は世界平均より約50%高くなります。世界のその他の地域では、多少の変動はあるものの、世界平均の約3分の1です。

Sr⁹⁰の降下物の大部分は土壌の表層5～7.5cmに捕捉されます。Sr⁹⁰は水溶性の形で存在し、植物によって容易に吸収されます。また、土壌中にはSr⁹⁰と化学的に分離できない安定した天然ストロンチウムも存在します。植物、動物、そして人間は、この2つを区別することができません。

植物が利用できる形で天然ストロンチウムがどれだけ含まれているかを判断するのは容易ではありません。天然ストロンチウムの一部は不溶性であり、一部は根の深さより下に存在します。私たちの推定では、1エーカーあたり約60ポンド（約27kg）です。 110植物が実際に吸収できる量です。もちろんこれは平均値です。

人体に含まれる天然ストロンチウムの量は、私たちがよく知っている量です。綿密な測定により、成人平均で約 0.7 グラム、子供ではそれより少ないことが分かっています。土壌中の Sr⁹⁰ の希釈度と体内の天然ストロンチウムの量がわかっているので、骨に含まれる Sr⁹⁰ の予想量を計算できます。計算には多くの不確実性があるため、あまり正確に一致させることはできません。注目すべきは、小さな子供で測定された Sr⁹⁰ の量が計算値と一致することです。大人の場合、測定値は計算値よりもかなり少なくなります。これは、大人の骨の大部分が、環境中に Sr⁹⁰ が存在する前に作られているためです。

体内に現在どれだけのSr⁹⁰が存在するかを計算できることは、何が起こっているかを理解しているという確信を与えてくれるため、非常に重要です。特に重要なのは、現在行われている核実験が将来の体内Sr⁹⁰レベルにどのような影響を与えるかを予測するために、何が起こっているかを理解することです。

これまで述べた議論と、過去数年間の骨中のストロンチウム90含有量の記録から判断すると、既に実施された検査によってストロンチウム90濃度が2倍程度以上増加する可能性は低いと考えられます。実際には、この増加率はさらに小さくなる可能性があります。これは、ストロンチウムが土壌の深層部に混ざり合うことと、長期間地中に留まる放射性ストロンチウムが化学的に溶解性が低下し、化学的に利用できない天然ストロンチウムとより密接に混ざり合う傾向があるためです。この後者のプロセスは「化学的老化」と呼ばれています。

土壌から食物や骨に放射性ストロンチウムと通常のストロンチウムが入り込むのを追跡するのは容易なことではありません。私たちはストロンチウムの問題を懸念しなければなりません。 111土壌中の深度とストロンチウムの化学形態。Sr⁹⁰と通常のストロンチウムが完全に同一であるのは、両者が同じ場所に近く、同じ化学形態で存在する場合のみです。さらに困難なのは、最近まで通常のストロンチウムの挙動についてほとんど知られておらず、知識の蓄積がゆっくりと進んでいることです。

カルシウムについては、はるかに多くのことが分かっています。カルシウムとストロンチウムは全く同じ挙動を示すわけではありませんが、似たような挙動を示すことは確かです。土壌からヒトへと移行する際、カルシウムとストロンチウムの比率は一定に保たれるわけではありませんが、少なくとも多かれ少なかれ明確な変化を示します。実際、ストロンチウムの吸収に関する研究のほとんどは、ストロンチウムとカルシウムを比較することによって行われてきました。

カルシウムに関するデータを利用するには、カルシウムが人体に吸収された際にストロンチウムとカルシウムの比率がどのように変化するかを調べる必要があります。土壌中には、平均してカルシウム100に対してストロンチウムが約1の割合で含まれています。人体では、この比率は約1対1400です。

したがって、土壌から人間に到達する際に、ストロンチウムはカルシウムに比べて約 14 倍も差別されます。これが保護要因となります。

この結論を再確認し、土壌から人間へと段階的にカルシウムとストロンチウムの比率がどのように変化するかを調べてみるのは良いことです。土壌から植物へと移行する際には1.4倍、植物から牛乳へと移行する際には7倍、牛乳から人間へと移行する際には約2倍の比率になります。実際には、これらすべての要素を合わせると、土壌から人間へと移行する過程でカルシウムとストロンチウムの比率は20倍に増加すると予想されます。これは、前述の比率14と妥当ではありますが、完全に一致するわけではありません。

防護係数が確立されると、放射性物質が通常のストロンチウムではなくカルシウムによって希釈される方法から、予想されるストロンチウム吸収量を得ることができます。これはSr⁹⁰と通常のストロンチウムの直接比較よりも簡単ではありませんが、当面はより実用的な方法です。特に重要なのは、 112カルシウム含有量がかなり異なる土壌を比較する場合。

植物や動物はカルシウムを必要とします。カルシウムが不足すると、カルシウム飢餓状態になります。ストロンチウムは化学的にカルシウムに似ているため、土壌中のカルシウム不足は利用可能なストロンチウムによって容易に補われます。カルシウムの少ない土壌で育つ植物やそのような土地で飼育される動物は、天然ストロンチウム含有量が異常に高く、それに比例してストロンチウム（Sr⁹⁰）含有量も高くなると考えられます。実際、ストロンチウム（Sr⁹⁰）含有量が高いことが確認されています。例えば、ウェールズに生息する羊の中には、体内のストロンチウム含有量が平均の約10倍にも達する個体がいます。

幸いなことに、ほとんどの人々は互いに遠く離れた多くの地域から食料を得ています。カルシウムが不足している土壌は、個人の栄養のごく一部しか供給できない可能性が高いでしょう。しかし、大きな変動が起こる可能性は無視できません。その場合、是正措置が必要になります。簡単な対策としては、カルシウムが不足している土壌にカルシウムを補給することが挙げられます。

土壌をこの方法で効果的に処理できることは、ウェールズの現状によって実証されています。異常に高いストロンチウム⁹⁰含有量を示す羊はすべて、石灰を施用していない急勾配の痩せた牧草地から来ています。低地の牧草地から来た羊は（放射性降下物の影響ではなく経済的な理由で）石灰を施用していますが、その活性は上記の値の3分の1しかありません。

本章で強調したいのは、現在の人体中のストロンチウム90濃度は、元素の化学的類似性と同位体の同一性に基づく単純な議論によって十分に説明できるということです。これらの議論は、ストロンチウム90がどのように、そしてどれだけのストロンチウム90が土壌から人体に取り込まれるのかを正しく理解しているという確信を与えてくれます。

同時に、人体への吸収に影響を及ぼす要因がいくつもあることもわかりました。地理的な緯度、降雨頻度、ストロンチウムの化学形態などです。 113土壌中のカルシウム含有量、農法など、様々な要因が関係しています。米国は1952年以来、この調査を精力的に推進してきましたが、依然として課題の大部分は残されています。

例えば、アメリカ合衆国では、食事に含まれるカルシウムとストロンチウムの大部分は乳製品から摂取されています。しかし、日本では状況が多少異なります。日本ではカルシウムとストロンチウムの主な供給源は米です。そのため、土壌から人体へのストロンチウムとカルシウムの比率は異なる可能性があります。また、放射性降下物から放出されたストロンチウムは土壌のより深部まで浸透し、水溶性と不溶性の比率も異なる可能性があります。

ストロンチウム90の人体への吸収の複雑な性質を考慮すると、土壌、食物、そして私たち自身の体内のストロンチウム90の実際の濃度を注意深く追跡することが重要です。以下のグラフは、過去数年間の核実験によりこれらの濃度がどのように上昇したかを示しています。

土壌中の Sr⁹⁰ — 平方マイルあたり 1000 分の 1 グラム単位で測定されます。

114

米国の牛乳に含まれる Sr⁹⁰ の平均濃度 (1 クォートあたり 1 兆分の 1 グラム単位で測定)。

幼児の骨に含まれる Sr⁹⁰ からの平均放射線量 (米国) – 年間レントゲンで測定。

115
土壌、牛乳、そして幼児の骨に含まれるストロンチウム90の実際の量は、おおよそしか分かっていません。しかし、私たちが示そうとしているのは、1954年以降、ストロンチウム90の蓄積がかなり一定のペースで進んでいるということです。この蓄積はどこまで続くのでしょうか？

1954年の核実験で放出された放射能は、他のすべての年を合わせたよりも多かった。おそらくその放射能の半分以上がすでに放出されているだろう。それ以来、米国の核実験で生成された核分裂エネルギーは着実に減少している。さらに、我々は地上爆発を利用することで、放射能の大部分を実験場の至近距離の放射性降下物に放出し、世界的な放射性降下物を最小限に抑える方法を習得した。また、爆弾の近くに化学添加剤を配置することで、ストロンチウムをより溶けにくい形、あるいは爆発のすぐ近くに容易に落下する形に変換することも可能です。そして最も重要なことは、我々は爆風と熱は発生させるものの放射能を大幅に低減したクリーンな核兵器を開発しているということです。将来的には、これらのクリーンな兵器によって、放射能の過剰放出を完全に排除できるかもしれません。

すべての国の計画を予測することは困難です。もし我々が、そして他の国々も、クリーンな兵器が最も望ましいと判断すれば、ストロンチウム汚染の総量は現在の2～4倍を超えることはないでしょう。人命尊重、軍事的配慮、そして単なる健全性といったあらゆる理由から、一つの結論に至ると我々は考えています。核爆弾の開発においては、クリーンな兵器の開発に努めなければなりません。しかし、その真の理由は、実験によるわずかな汚染にあるのではありません。真の理由は、戦争が汚染を無数の人々にとっての危険へと転じる可能性があるからです。

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第12章
個人への危険

核実験はどれほどの害をもたらしているのでしょうか？一部の科学者は、過去の実験だけでも世界中で約5万人が早死にすると主張しています。この点については一般的な合意はありません。この数字はもっと少ないはずだと考える人もいます。放射能が寿命を縮めるのではなく、むしろ延ばす効果をもたらす可能性はあります。しかし、たとえ放射線の生物学的影響がすべて明らかになったとしても、依然として多くの疑問が残ります。もし実験が実際に人命を縮めるのであれば、実験は正当化されるのでしょうか？健康被害の可能性さえも、極めて深刻に受け止めなければなりません。一方で、実験を継続する必要がある理由はあるのでしょうか？

これらの疑問については、後の章で改めて取り上げます。しかしまずは、個人に対する放射性降下物の危険性について、既知の事実を読者の皆様にお伝えしたいと思います。そして、私たち全員がさらされている、より身近な他の危険と関連付けることで、この危険性を客観的に捉えてみたいと思います。次の章では、放射性降下物が将来の世代にどのような影響を与える可能性があるかについて考察します。

大量の放射線の危険性はよく知られています。 117全身に1000レントゲンを浴びると、30日以内にほぼ確実に死に至ります。400～500レントゲンでは生存率は五分五分です。100レントゲン未満であれば、即死の危険はありません。3年前、マーシャル諸島の人々は175レントゲンの放射線を浴びましたが、死者は出ませんでした。皆、健康状態は良好のようです。

長期間にわたって被ばくすれば、より大きな放射線量にも耐えられるようになります。生涯にわたって1000レントゲンを被ばくしても、個々の症例では明らかな生物学的影響は見られません。大まかな基準としては（あまり確立されていませんが）、一度に少量の放射線しか浴びなければ、5倍の放射線量でも耐えられるというものがあります。

一度に100レントゲンを浴びても、あるいは長期間にわたってその数倍の線量を浴びても、放射線が直接原因とされるような病気や死亡は起こりません。しかし、このような量の放射線は、より目に見えない有害な生物学的影響を及ぼす可能性があります。被曝した人は、骨肉腫や白血病など、特定の疾患に対する感受性が高まる可能性があります。白血病は、白血球が急速に増殖する致命的な病気です。

100レントゲンを浴びたからといって、必ずしも骨肉腫や白血病を発症するわけではありません。むしろ、生涯にわたってこれらの疾患を発症する確率が高まっている可能性があります。こうした知識は、統計の助けを借りてのみ得られるものです。

例えば、長期間にわたって多数のマウスが多量の放射線を浴びた場合、放射線を浴びた動物における腫瘍や白血病の発生率は、これらの病気の自然発生率よりも高くなることがわかります。

幸いなことに、人間に関する直接的な証拠は極めて少ない。広島・長崎の被爆者に関する統計と、放射線科医に関する統計が存在する。後者はおそらく生涯で数百レントゲンの放射線を浴びているだろう。さらに、 118胸腺肥大の治療に大量の放射線治療を受けた患者もいます。脊椎関節の痛みを伴う疾患である強直性脊椎炎の患者も、大量のX線治療を受けています。これらの症例の統計から導き出される結論は、大量の放射線は白血病やその他の癌によって寿命を縮める可能性を高めるということです。さらに、（主に動物実験から）少なくとも数百レントゲン程度の線量であれば、その可能性は被曝線量に比例するようです。

もちろん、これは恐ろしい話です。しかし、世界規模の放射性降下物による放射線量は、これまで議論してきたものとは全く異なるレベルのものです。はるかに小さいのです。平均して、人間の骨は放射性降下物中のストロンチウム90から年間約0.002レントゲンを浴びています。さらに、全身は主にセシウム1³7からほぼ同量のガンマ線を浴びています。これらの数値は、米国北部のストロンチウム90の環境で育った幼児の新しい骨に当てはまります。ここは放射性降下物が最も多かった地域です。核実験開始前に骨の大部分が形成された成人は、ストロンチウム90から年間約0.0003レントゲンを浴びています。これらの数値はどれも、警戒すべきレベルには見えません。

現状の放射線量率では、米国北部における生涯被曝量はレントゲンのほんの一部に過ぎません。稀に、この数倍の放射線を浴びる人もいます。現在のペースで実験が続けば、放射線量は最大5倍にまで増加する可能性があります。しかし、このような状況下でも、世界的な放射性降下物によって5～10レントゲンを超える生涯被曝量を受ける人は想像しにくいでしょう。より合理的な推定値としては、平均生涯被曝量は数レントゲン以下でしょう。

これらの数字から、放射性降下物による危険は全くないと結論付ける人もいるかもしれない。しかし、この結論は必ずしも正しくないかもしれない。

119
このような微量の放射線による危険性を定義するのは容易ではありません。最良の統計手法をもってしても不十分です。何百万もの症例を研究した後に初めて現れる小さな影響を探すことになります。このような状況下では動物実験を実施することは極めて困難です。もちろん、人間を直接制御された実験で検証することは不可能です。結果として、実験データが得られている高線量レベルにおける影響から結論を導き出さざるを得なくなります。

これには様々な方法があります。一つの方法は、最小の線量まで比例の法則が成り立つと仮定することです。これは、1レントゲンの放射線が骨肉腫や白血病を引き起こす件数が、100レントゲンの放射線が引き起こす件数の100分の1であることを意味します。この法則はもっともらしいものですが、決して証明されているわけではありません。

このように議論すると、実験場から世界中に放射性降下物として放出される核分裂エネルギー1メガトンごとに、白血病または骨肉腫によって約400人の寿命が縮まることがわかります。現在の実験条件下では、核分裂生成物の約半分が実験場内および周辺に近接放射性降下物として降り注ぎます。したがって、爆発する核分裂エネルギー1メガトンごとに、おそらく200人が白血病または骨肉腫を発症する可能性があります。この数字は実際にはもっと高く、1メガトンあたり1000人以上になる可能性もあります。あるいは、もっと低い可能性もあります。ゼロになる可能性もあります。

ある強度以下の放射線は、骨肉腫や白血病を全く引き起こさない可能性があります。過去には、少量の放射線は有益であると考えられていました。しかし、これは科学的根拠によって裏付けられていませんでした。今日では、多くの知識のある人々は、たとえ微量であっても放射線は有害であると信じています。この主張は権威ある形で繰り返されてきました。実際、放射線が個々の細胞に害を及ぼすことはほぼ疑いの余地がありません。しかし、生物は非常に複雑な存在です。細胞のごく一部に損傷を与えることが、生物全体にとって有益である可能性もあります。 120マウスを使ったいくつかの実験では、少量の放射線被曝が動物の寿命を延ばすことが示されているようです。科学的真実は、それが完全なものである限り、確固たるものとなります。少量の放射線が人間のような複雑な動物にどのような影響を与えるかという証拠は、まだ初期段階にあり、不確かなものです。

いずれにせよ、放射性降下物による白血病や骨肉腫の追加症例数は、これらの疾患の自然発生率に比べて明らかに少なすぎて、注目に値しない。

今後30年間で、世界中で約600万人が白血病と骨肉腫で死亡するでしょう。約50メガトンの核分裂エネルギーを用いた過去の実験では、さらに50×200、つまり1万人の症例が発生する可能性が示唆されています。統計的手法では、600万人と601万人の差を見出すことはできません。放射性降下物によって引き起こされた白血病と骨肉腫と、自然に発生する症例を区別することは不可能です。

1万人の命が縮まる可能性があるというのは、かなり不吉に思えるかもしれません。しかし、単なる数字だけでは誤解を招く可能性があります。放射性降下物の危険性をより深く理解するには、より身近な他の危険と比較してみるのが良いでしょう。宇宙線や地球、そして私たちの体内に存在する放射能といった自然界の危険と比較してみましょう。

私たちは常に、そして逃れようもなくこの放射線にさらされています。私たちの祖先も、この放射線にさらされてきました。人類は、このような放射能に汚染された環境で進化してきました。さらに、さまざまな種類の放射線による生物学的影響は、レントゲンという単位で比較することで、意味のある方法で比較することができます。したがって、Sr⁹⁰の危険性は、あらゆる点で未知のものではありません。私たちを含むすべての生物が、同じように危険な環境で日々を過ごしてきたため、ある意味では、非常によく知られています。私たちは、岩石に放射能を含み、水にも同様の放射能を帯び、そして地球に晒されている地球に住んでいます。 121あらゆる方向から放射性物質と同じ効果を生み出す粒子の雨を降らせます。

同じ強度（同じレントゲン数）を持つ放射線がすべて全く同じ効果を持つわけではありません。生じる損傷は、電離・分裂した分子の間隔にも多少依存します。しかしながら、宇宙線とストロンチウム90はこの点でも非常に類似しています。

読者の皆様は、電離の間隔は電離粒子の電荷と速度のみに依存することをご記憶のことと思います。Sr⁹⁰からの電離粒子は高エネルギーのベータ線であり、電荷は1で速度は光速に近いです。私たちの骨に到達する背景放射線の大部分は宇宙線に由来します。宇宙線の大部分は中間子によるものです。中間子はベータ線と同様に単位電荷を持ち、速度は光速に近いです。したがって、これら2つの粒子は同一の生物学的効果をもたらすと考えられます。両者の効果の唯一の違いは、ベータ線は骨から放出されるほどのエネルギーを持っていないのに対し、中間子は非常にエネルギーが高いため、骨だけでなく全身にエネルギーを蓄積するということです。したがって、Sr⁹⁰の線量と宇宙線の同量を比較した場合、骨への影響は同じであると予想されます。しかし、宇宙線は私たちの体にさらなる影響をもたらします。

米国の海抜0メートル地点に住む平均的な人の骨への自然放射線量は、年間約0.15レントゲンです。このうち、約0.035レントゲンは宇宙線によるものです。高度が上昇すると、宇宙線量も増加します。デンバーでは、高度5,000フィート（約1,500メートル）で、宇宙線は年間0.05レントゲンを骨に与えます。

上記の数値は、現在世界中で骨に降り注ぐ放射性降下物による放射線量（ストロンチウム90などの放射線源から年間約0.003レントゲン）と比較すべきである。つまり、放射性降下物による放射線量は、自然宇宙放射線のわずか数パーセントに過ぎない。変動と比較しても、なお微々たるものだ。 122海面から 5,000 フィートまでの間の宇宙線の強度。

白血病および骨肉腫の発生頻度と自然放射線の強度との相関関係が調査されてきました。兵器実験開始前の1947年に関する統計がいくつか入手可能です。これらの統計には、人口10万人あたりのこれらの疾患の症例数が示されています。

骨がん 白血病
デンバー 2.4 6.4
ニューオーリンズ 2.8 6.9
サンフランシスコ 2.9 10.3
デンバーでは、宇宙線から受ける放射線量は、放射性降下物による放射線量の何倍にもなります。しかし、表には骨肉腫や白血病の発生率の上昇は見られません。それどころか、デンバーではこれらの疾患の発生率が低いのです。

自然放射線のすべてが宇宙線によるものではありません。一部は土壌や飲料水中の天然放射性元素に由来します。これらには、ウラン、カリウム⁴⁰、トリウム、ラジウムが含まれます。ラジウムはカルシウムやストロンチウムと同様に作用し、骨に沈着します。これらの影響は、私たちの知る限り、デンバー地域においてもサンフランシスコやニューオーリンズと同程度に顕著です。

デンバーにおける骨肉腫と白血病の発生率が低い理由の一つとして、放射線のような破壊的なプロセスは、少量であれば必ずしも有害ではないことが挙げられます。生物の細胞は、細胞の劣化と再生を常に繰り返しています。これらのプロセスをわずかに加速させることは、生物にとって有益である可能性も考えられます。放射線はがんを引き起こす可能性がありますが、高線量で照射することで、がんの進行を遅らせ、時には治癒させることさえ可能になったことを忘れてはなりません。これは、一部のがん細胞が正常細胞よりも放射線によって強く損傷を受けるためです。

しかし、この表にもかかわらず、実際には骨肉腫や白血病の傾向が高まっている可能性がある。 123デンバーに住んでいることによる結果です。もしそうだとすれば（そしてこれが肝心な点ですが）、その影響は他の影響と比べて目立たないほど小さいでしょう。デンバーはニューオーリンズやサンフランシスコとは（標高以外にも）多くの点で異なり、こうした違いも統計に影響を与えている可能性があることを忘れてはなりません。

背景放射線をより徹底的に検討すると、この放射線がSr⁹⁰の現在または予想される影響よりも重要であるというさらなる証拠が得られます。飲料水から骨に沈着するラジウムは、年間0.55レントゲンに達することが観測されています。さらに、ラジウムから放出される重く遅いアルファ粒子は、より狭い間隔で電離反応を引き起こすため、Sr⁹⁰による電離反応よりも有害です。さらに悪いことに、ラジウムは小さな結節（ホットスポット）として骨に沈着します。そのため、局所的な損傷の可能性が高まります。

私たちが浴びる背景放射線は、予期せぬ理由で変化します。最近、レンガには木材よりも多くの自然放射能が含まれている可能性があることが指摘されています。レンガ造りの家と木造の家に住むことの違いは、私たちが現在放射性降下物から浴びている放射線量の10倍にもなる可能性があるのです。（レンガからの追加放射線量は、年間0.03レントゲンにも及ぶ可能性があります。）

人間は自然発生源だけでなく、人工発生源からも放射線にさらされています。例えば、夜光文字盤の腕時計を身につけること、医療目的でX線を浴びることなどが挙げられます。これらの発生源はどちらも、放射性降下物よりもはるかに多くの放射線を放出します。

私たちが浴びる電離放射線の中で、X線は最も重要です。医療用X線は、場合によっては著しく有害な強度を示すことがあります。しかし、この損傷は、X線によって明らかになる問題を正しく認識することによる利益に比べれば、ほとんど重要ではありません。

124
まとめると、次のようになります。放射性降下物の影響に関する私たちの知識は不十分です。どれだけの命が損なわれたり、短くなったりするのかを正確に断言することはできません。一方で、私たちの知識は、放射性降下物の影響が統計的に観測可能な限度以下であると断言するには十分です。また、海面からデンバーのような宇宙放射線の強度が高い高地に移動することによる影響よりも、はるかに小さいものです。さらに、毎年胸部X線検査を受けるよりも小さいのです。言い換えれば、世界的な放射性降下物による危険性は、これまで人々を不安にさせておらず、現在も不安にさせていない他の多くの放射線影響よりも小さいと断言できるだけの十分な知識があるということです。

我々は、放射性降下物による放射線を他の発生源による放射線と比較した。放射性降下物の危険性を他の種類の危険性と比較することも可能であり、また有益である。この目的のために、すべての危険性を平均寿命の短縮という観点から表現するのが便利である。例えば、1日にタバコを1箱吸うと、平均寿命が約9年短くなると思われる。これは、タバコ1本あたり15分に相当する。もちろん、タバコがこれほど有害であるかどうかは確実には分かっていない。これは、統計データの分析に基づくハーディン・ジョーンズ博士による「最良の推測」である。ジョーンズ博士の統計的知見のいくつかを以下の表に挙げる。[13]

平均寿命の短縮
10％の太りすぎ 1.5年
1日にタバコを1箱吸う 9年
田舎ではなく都市に住む 5年
未婚のまま 5年
運動を伴う仕事ではなく、座りっぱなしの仕事をしている 5年
男性であること 3年
自動車事故 1年
1レントゲンの放射線 5～10日
世界的な放射性降下物（現在のレベルでの生涯被曝量） 1～2日
読者は、世界的な影響が、1オンス太りすぎたり、2か月に1本タバコを吸ったりするのと同じくらい危険であることに気付くでしょう。

125

放射線の浴び方
年間平均線量（レントゲン）

126
放射性降下物はまだ危険ではないものの、より多くの国が核兵器の開発と実験を進めれば、危険になるかもしれないという反論がなされるかもしれない。この点については、未来を予測することは容易ではないとしか言​​えない。しかしながら、楽観的な見方を正当化する要因もいくつかある。我々は、適切な環境下で爆弾を爆発させることで、放射性降下物を制御する方法を学んでいる。クリーンな爆弾の開発は、発生する放射能を大幅に削減するだろう。深部地下核実験は、放射性降下物を完全に排除するだろう。1954年に大気中に放出された放射能は、他のどの年よりもかなり多かった。米国の核実験によって発生した放射能は、今後も減少し続ける可能性が高い。

最後に、放射線の影響は非特異的であることを指摘しておくべきだろう。化学物質は特異的である。私たちの食事、医薬品、あるいは呼吸する空気中の新しい成分の影響については、放射線について知っていることよりもはるかに知識が乏しい。もし私たちが、放射線の影響の可能性を心配するのと同じように、化学物質に囲まれた環境に関する無知を心配するならば、私たちはあらゆる変化を止め、あらゆる進歩を阻害する保守主義に陥ることになるだろう。そのような保守主義は、​​ファラオの帝国よりも不動のものとなるだろう。

いかなる人命も危険にさらすことは間違っていると主張されてきました。全人類のより良い生活を目指して努力することこそが、より現実的であり、人道主義の理想に合致するのではないでしょうか。

127
第13章
人種への危険
放射線は個人に危害を及ぼす可能性があります。また、私たちの子供たちや人類に悪影響を及ぼす可能性もあります。私たちは、実験による放射線の危険性が、私たちが習慣的に負い、ほとんど常に無視している多くのリスクと比較すると小さいことを目の当たりにしてきました。実際、この文明社会で生き続けるためには、これらのリスクを無視せざるを得ないのです。さらに、個人への危険性が本当に存在するかどうかさえ、私たちは確信が持てません。

しかし、放射線が私たちの子供たちに何らかの有害な変化をもたらすことはほぼ疑いようがありません。さらに恐ろしいのは、これらの変化が私たちの子供たちに現れるのではなく、その子供たち、あるいはさらにその子孫にのみ現れる可能性があることです。何世代にもわたって潜在する可能性のある危険は、特に、このような放射線の影響はすべて有害であると繰り返し述べられてきたことを考えると、より恐ろしく思えるかもしれません。

私たちは、非常に奇妙かつ集中的な方法で、自らの資質を次世代に伝えます。子供は母親と父親から、それぞれ24本ずつ、多数の染色体を受け継ぎます。[14]これらは、資質の実際の担い手である遺伝子が連なる構造です。

128
私たちは遺伝子の本質について、ある意味理解し始めています。遺伝子は非常に大きな螺旋状の分子のようです。遺伝子は、私たちの体、そして性格の全体計画を、奇妙な化学コードで担っているのです。

遺伝の法則は、同じ特性が両親からそれぞれ受け継いだ遺伝子によって影響を受けるため、複雑です。多くの場合、これら2つの遺伝子は異なる行動を指示し、結果として妥協が生じます。妥協は、時には公平で、時には不均衡です。しかし、2つの遺伝子のうち、次世代の子供に受け継がれるのは1つだけです。妥協は一時的なものであり、本来の特性が再び現れることもあります。染色体のペア（あるいは2つの遺伝子集合体）のうち、どちらが受け継がれるかは偶然です。細胞の世界でも原子の世界でも、未来を決めるのは偶然であり、運命ではありません。

これらの事実の中で、特に注目すべき点が一つあります。遺伝の単位はほぼ一定ですが、完全に不変というわけではありません。どの遺伝子も変異を起こす可能性はわずかながら存在します。つまり、新たなコードと特性を持つ新たな化学物質に変化する可能性があるのです。

遺伝子は極めて精緻かつ精密に構成された物体です。これほど小さな物質の中に、人種のあらゆる過去を担うには、そうでなければなりません。偶然による突然変異は、ほとんどの場合、この秩序を破壊します。突然変異の大部分は有害であり、多くは致命的です。

こうしたほぼ常に有害で、決して計画通りには進まないランダムな突然変異が、長い目で見れば、自然が生み出した多くの美しく完璧な生物（人類も含む）の誕生につながったというのは、信じ難い事実です。単細胞から細胞群、蠕虫、魚類、脊椎動物、哺乳類、そして人間へと繋がる糸は、決して偶然の産物とは思えません。ましてや、小さな改善のチャンスを1回賭けて、奇形や死の千のチャンスを賭けた結果とも思えません。それでもなお、 129それは、人間の肉体と、ある意味では人間の精神をも生み出した、非常に恐ろしい偶然のゲームなのです。

大きな数字というのは不思議なもので、巨大な集団を構成する各メンバーに個別に注意を払わなければならないとなると、数字の真価はさらに理解しにくくなります。数十億もの世代にわたる現代の生活が、ギャンブルによって生み出される人生の調和という驚くべき結果をもたらしたのです。

放射線は確かに破壊的な影響を与えます。突然変異を引き起こします。遺伝子は単一の分子のように見えるため、電離や励起といった単一のプロセスで変化が生じる可能性があります。前述のように、ごく微量の放射線でがんや白血病が引き起こされるかどうかは疑問です。しかし、どんなに少量の放射線でも突然変異が引き起こされることはほぼ間違いありません。放射線量が少なければ少ないほど、その可能性は低くなります。しかし、可能性は常に存在します。

自然突然変異率の大幅な上昇は、確かに恐ろしい影響をもたらす可能性があります。しかしながら、核実験による放射線は、突然変異の可能性をごくわずかにしか高めないことはほぼ確実です。

この議論は、個体への危険性に関する議論と本質的に同じです。これらの検査は、ヒトの生殖細胞に年間0.001～0.002レントゲンの放射線を照射します。これは、1世代あたり約0.05レントゲンに相当します。この放射線の大部分は、地表に沈着したり体内に吸収されたCs¹³⁷からのガンマ線によるものです。この放射線によって引き起こされる突然変異の数は、自然突然変異の数と比較されます。

自然突然変異の中には、熱や化学物質によって引き起こされるものもあります。また、背景放射線、宇宙線、あるいは体内やその近くにある天然放射性物質から放出されるガンマ線やベータ線によって引き起こされるものもあります。私たちの推定では、自然突然変異の10%は背景放射線によるものです。

130
一世代にわたって、ヒトの生殖細胞に照射される背景放射線量は約5レントゲンです。線量と突然変異の数の間に単純な比例関係があると仮定すると、自然突然変異の総数（背景放射線とその他のすべての原因による）に等しい数の突然変異を誘発するには、50レントゲンの放射線量が必要になります。つまり、50レントゲンは「倍加線量」です。

したがって、核実験は突然変異の数を約0.05÷50、つまり0.1%増加させていることになります。このような突然変異率の増加は、深刻な懸念材料にはならないと思われます。

実際、実験による突然変異の数は、自然放射能の地理的および高度的変動と比較しても非常に少ない。インカ帝国はペルーの高地で何世代にもわたり栄えた。チベットの人々は、より薄い大気層を通して降り注ぐ、より強力な宇宙線に何世代にもわたってさらされてきた。彼らは、核実験によって引き起こされるいかなるものよりもはるかに強い放射線にさらされてきた。しかし、ペルーやチベットの人類、そして他のいかなる生物種においても、遺伝的差異は確認されていない。ここで私たちが議論しているのは、確かに一部の個人にとっては深刻な問題かもしれないが、コミュニティや民族の観点からは深刻なものではない。

放射線による突然変異はすべて有害であると繰り返し述べられてきました。放射線による突然変異は、他の突然変異と本質的に異なるものではないと信じるに足る十分な理由があります。では、すべての突然変異が有害であると真剣に信じるべきでしょうか？ほとんどの突然変異が有害であることは認められています。もしすべての突然変異が常に有害であるならば、進化の最も単純な事実を否定しなければなりません。

人類には改善の余地がないと主張する人もいるだろう。そのような主張は反論の余地がない。 131それはまた不合理です。これ以上改善できないものが完璧であり、人類が完璧であると主張できる人は多くないでしょう。

もう一つ、より説得力のある議論が提唱されている。野生状態では、生物は自然淘汰によって自らを完璧にする。人間社会は不完全で欠陥のある個体をケアすることで、自然淘汰を排除してきた。したがって、さらなる突然変異は人類を改良することはない、というものである。

この問題を議論するのは非常に困難です。その理由は単純で、この議論には規模も種類も極めて異なる2つの過程の相互作用が関係しているからです。一方では、氷河のようにゆっくりと慎重に進む進化を扱います。他方では、雪崩のように勢いを増してきた、技術的・社会的変化を伴う人類文明の過程に注目します。この勢いは今も存在し、さらに増大し続けており、私たちがどこに着地するかはわかりません。雪崩に運ばれながら氷河の動きを考えることは、物事の釣り合いを完全に崩してしまいます。現在の突然変異の速度が人類に何らかの影響を及ぼすずっと前に、私たちは全く異なる世界に住み、今日では予見できない方法で、自然淘汰であろうとなかろうと、選択を含む私たち自身の行動に影響を与え始めているでしょう。

文明が自然淘汰にどのような影響を与えるかという問題を議論する場合、確固たる答えを得ることを期待して議論するわけではない。むしろ、同じ尺度で測ることのできない二つのプロセスの相互作用に関するあらゆる議論がいかに疑わしいかを示すために議論するのである。

遺伝的弱さゆえに自然死するであろう子どもたちの命を、私たちが救うことができるのは事実であり、実際にそうしている。また、私たちは、その子に対する理由や感情に基づいて、そして、いかなる理由もなくそうしているのも事実である。 132人種への影響については、必ずしもそうではありません。しかし、現在の文明社会においては、化学薬品の投与や外科手術によって治せる病気は、もはや事実上病気とは言えません。現在の状況においては、そのような命は、表面的な欠陥を持たない命と同様に、社会にとっても人種にとっても価値のあるものとなり得ます。このようにしてより多くの命を救うことができ、実際にそうしているという事実は、かつて重要だった生物学的差異が、現在の状況においてはもはや重要ではなくなったことを強調するに過ぎません。

一方、社会生活においては、かつて野生生物にとって無関係であった多くの特性が、非常に重要な意味を持つようになりました。コミュニケーション能力や仲間との良好な関係を築く能力は、その一つに過ぎませんが、おそらく最も明白な特性の一つと言えるでしょう。生存競争はより穏やかになり、ある個体が子孫に受け継がれる可能性は、新たな行動様式によって左右されるようになりました。しかしながら、文明生活に適応した個体と適応していない個体との違いは極めて重要であり、今後さらに重要性を増していくでしょう。文明は人類の進化を阻害することはないと思われます。むしろ、人類を新たな道へと導くでしょう。

しかし、最大の変化は全く異なる方向からもたらされるかもしれない。私たちは人類の遺伝の複雑さを真に詳細に理解しようとするだろう。そうすれば、私たちは様々な問題に直面し、全く新しい、異なる種類の可能性を見出すだろう。人が子供に抱く関心は、単なる表面的なものではない。それは生物学、社会学、そして歴史学において、最も強く、そして永続的な力の一つである。遺伝の詳細を明確に理解することは、いくつかの重大な困難をもたらすかもしれない。なぜなら、新たな状況は既存の生活様式に容易に適合するものではないからだ。最終的には、より深い理解が、これまで達成されてきた価値ある成果のすべてを取るに足らないものに見せるような、ある種の改善をもたらすかもしれない。

遺伝における放射能の真の重要性は 133核放射線の真の重要性は、1000年で氷河の速度を1インチ加速させる可能性があるという事実にあります。むしろ、放射線が生命の不思議なプロセスや、世代を次の世代に繋ぐ不思議な物質を理解するのに役立つことにあります。

134
第14章
コバルト爆弾
核爆発が恐ろしいと思える理由は数多くある。第二次世界大戦の殺戮のクライマックスとして、無防備な世界に劇的なサプライズとして提示されたのだ。その破壊力は計り知れない。私たちが原子爆弾に対する考え方を変える前に、さらに強力な兵器、水素爆弾が発明された。そして最悪なのは、破壊への恐怖に未知への恐怖が加わったことだ。核兵器に関する議論が純粋に理性的なレベルで進んでいないのも無理はない。

原爆と水素爆弾の悪夢に、現実ではなく更なる脅威としてコバルト爆弾が加わった。この爆弾の狙いは、核爆発の最も恐ろしい側面である放射能を増幅させることだ。この放射能は敵を毒殺するために利用される可能性があり、制御不能に陥れば、誰もが毒に侵される可能性がある。

コバルト⁶⁰は、比較的一般的な金属コバルトの放射性同位体です。天然の安定したコバルト⁵⁹から低速中性子を吸収することで容易に生成できます。半減期は5年で、透過性ガンマ線を放出します。これらの特性により、がん治療に有用です。

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多くの癌性腫瘍は、健康な組織よりも放射線に対して感受性が高い。そのため、放射線は危険な腫瘍を縮小させ、時には破壊するために用いられる。コバルト60の透過性放射線は、人体の深部にある癌にも到達することができる。コバルト60の寿命は十分に長いため、この物質は病院に容易に設置できる。

しかし、コバルト60を有用にする特性は、同時に潜在的に危険でもあります。核爆発は多くの中性子を発生させますが、これらは通常のコバルトに吸収される可能性があります。このようにして生成された放射能は、広範囲に拡散するのに十分な寿命を持ちます。その放射線は、30センチほどの石材や数百フィートの空気を容易に貫通します。コバルト爆弾は、まさに非常に恐ろしい物体となるでしょう。（ 写真7と8を参照）

広く議論されている可能性の一つは、将来の核実験がコバルト爆弾やその他の放射線兵器開発に利用されるというものです。実際には、実験はコバルト爆弾とはほとんど関係がありません。水素爆弾のような強力な核兵器が手に入れば、放射線爆弾を作るのは比較的容易です。更なる実験は必ずしも必要ではありません。実験を行う必要があるとしても、ある爆弾が放射線兵器としてどのように機能するかを調べるために、適度な量の物質を放射化するだけで十分です。この種の実験では、大気中に放出される放射能はごくわずかです。したがって、実験計画に関して、コバルト爆弾や関連する実験について心配する必要はありません。コバルト爆弾や放射線兵器全般に関する問題は、それが実行可能かどうかではなく（実行可能ではありますが）、むしろそれが軍事的に有用な目的を果たすかどうかです。

放射能戦が軍事的に有利となる状況が発生する可能性は否定できない。コバルトの代わりに、他の物質を核爆弾の近くに置くこともできる。こうして他の放射性物質を生成することも可能だ。そのような物質を適切に選択することで、 136放射性物質を入手し、それを爆発地点の近くに堆積させることで、軍事的要請に応じて調整可能な期間、その場所を汚染することができます。放射性物質の寿命は、人々に汚染地域から脱出する機会を与えるほど長い可能性があります。同時に、爆発付近のほぼすべての活動を早期に停止させることで、遠方の地域が深刻な影響を受けないようにすることも可能です。したがって、放射線戦争を人道的に使用することも考えられます。この種の兵器を島の近くで爆​​発させることで、人命を失うことなく避難を強制できる可能性があります。いかなる道具も、たとえ兵器であっても、それ自体は悪ではありません。すべては、その使用方法によって決まります。

世論は、核兵器は軍事目的ではなく、最大多数の人々を恐怖に陥れ、殺害するために使用されるだろうとほぼ確信している。これは技術的には可能であり、実際、原子爆弾さえ必要としない。過去100年間、この可能性は存在していた。細菌戦は広範囲にわたる破壊をもたらす可能性がある。しかし、誰もこの恐ろしい戦争手段に訴えた者はいない。誰も、敵、そして最終的には自分自身を無差別な細菌戦や放射線戦にさらそうとはしないだろう。この危険に対する保証は、それが不可能だということではない。保証となるのは、人間性のより良く健全な部分、すなわち生存への意志と共通の良識感覚である。

137
第 15 章
将来のテストについて
多くの人々が、核実験は中止すべきだと考えています。この感情は広く根強く、強く広がっています。核実験の問題は明らかに重要です。それは個人としての私たちの安全に影響を与える可能性があります。そして、国家としての安全にも確実に影響を与えるでしょう。自由で民主主義的な国では、大多数の人が何かをすべきだと考えているのであれば、それは実行されるでしょう。民主主義における主権者は「国民」です。国民が関連するすべての事実について、正直かつ完全に情報を得ることが最も重要です。それ以外の方法では、健全な判断を下すことはできません。基本的かつ関連する事実は簡潔です。不必要な飾りや過度の感情を排して、物語を伝えることができます。これが行われれば、卓越した知性ではなく、常識によって正しい判断が下されるでしょう。

残念ながら、核爆発実験の継続に関する議論の多くは、非常に感情的で混乱した形で行われてきました。実験に関する一つの議論は非常に突飛なので、言及する価値があります。 138まさにその理由から、核爆発によって地球の軸が変化する可能性があると主張されてきたのです。

もちろん、核爆発はそのような変化をもたらします。ただし、その変化は非常に小さいため、観察は不可能であり、推定することさえ困難です。過去の核実験に関連して、地軸や北極の位置をずらすような影響を探してみましたが、原子サイズほどの位置変化を引き起こすような影響は見つかりませんでした。そのような変化を引き起こすことを明確な目的とした実験を計画することは可能ですが、これらの人為的な影響は自然の力とは比べものになりません。メキシコ湾流の動きは北極にわずかな影響を与えますが、その影響はいかなる核爆発によってももたらされる影響とは比べものにならないほど大きいのです。私たちが暮らしているこの古き良き頂点には、確かにある程度の安定性があるというのは、喜ばしいことです。

世界的な放射性降下物に関する議論はさらに深刻です。放射性降下物は危険であり、その危険性の程度を私たちは知らないという主張です。

狭義の文字通りの意味においては、これらの記述はどちらも正しい。しかし、これまでの章で、その危険は限定的であることを確認した。その危険がどれほど大きいかは正確には分からない。しかし、その危険は、私たちが何の心配もなく浴び続けている他の放射線による危険に比べれば、かなり小さいことは分かっている。核実験による危険は、医療現場で用いられるX線の影響と比較すれば、極めて小さい。放射性降下物は、海岸からコロラドのような標高の高い場所へ人が移動する際に受ける宇宙線の影響の増加のほんの一部しか生み出さない。人々が放射性降下物によって損害を受けるかどうかは分からない。しかし、その損害は私たちが普段意識するレベルをはるかに下回っていることは間違いない。

実験場付近の放射性降下物は被害をもたらしました。過去には被害はそれほど大きくありませんでしたが、太平洋での実験では深刻な被害が出ました。その後、警戒が強化され、 139将来の事故は完全に回避されることを期待できます。原子力委員会の安全記録は、同規模の他の機関と比べても遜色ありません。

更なる核実験への反対の根源は、おそらく放射性降下物とは関係がないと思われます。根源はもっと深いのです。更なる核実験に反対する真の理由は、軍縮と平和への私たちの願いと結びついています。

平和への願いは、地球上の思慮深く誠実なすべての人々が深く抱いていることに疑いの余地はありません。私たちは皆、戦争という惨禍が避けられることを心から願っています。この偉大で普遍的な平和への願いこそが、軍縮への願いの原動力です。ほとんどの人々は、すべての国が核兵器実験を停止すれば、軍縮に向けた重要な一歩となると考えています。この考えは広く信じられていますが、必ずしも十分な根拠があるわけではありません。実際、反対意見も存在し、慎重に検討する必要があります。

第一次世界大戦は軍拡競争によって引き起こされたと一般に信じられています。どういうわけか、第二次世界大戦が軍縮競争とも言える状況によって引き起こされたことを、ほとんどの人は忘れています。平和を愛する強国は軍事力を放棄しました。ドイツのナチス政権が急速な戦争準備計画を採用したとき、世界の他の国々は不意を突かれました。当初、彼らはこの脅威の事実を受け入れようとしませんでした。危険が明白になったとき、最も残酷な戦争を回避するには遅すぎ、ヒトラーの世界征服を阻止するにはほとんど手遅れでした。残念ながら、軍縮が安全であるのは、誰も武力によって隣国に自国の意志を押し付けようとしないときだけです。

今日の不安定な世界において、一方的な軍縮を主張する理性ある人はいないでしょう。人々が望むのは、すべての関係国が軍事力の削減に合意し、それによってより平和的な雰囲気に貢献することです。核実験の廃止は、2つの国にとって可能かつ適切であるように思われます。 140理由はいくつかあります。一つは、核実験は人目に触れるため、実験が実際に全員によって阻止されたかどうかを確認できると考えられていることです。もう一つは、核爆発物が既に非常に恐ろしい威力を持っているため、更なる実験は無益で非合理的に見えることです。これらの議論は単純で、ほぼ普遍的に受け入れられています。しかし、それらは誤解に基づいています。

核爆発は暴力的な出来事ですが、地球の広大な領域においては、適切な隠蔽措置を講じれば、そのような実験は効果的に隠蔽することが可能です。それが可能であることに疑いの余地はありません。問題は、実験を隠蔽するのにどれだけの費用がかかるか、そして、一定の費用で秘密裏に実行できる爆発の規模はどの程度か、ということです。

核実験中止の合意が成立すれば、米国は必ずやその合意を守るだろう。我が国の社会・政治構造そのものが、多くの人々が国際的な約束を破ることに協力する可能性を排除している。ロシアがそのような合意を守るか否かは、ロシア人の創意工夫、経済的犠牲を払う覚悟、そして誠実さにかかっている。これら3つの要素のうち、最初の要素については我々は確固たる意見を持つことができる。ロシア人は確かに秘密裏に核実験の方法を編み出すほど創意工夫に富んでいる。他の疑問、すなわちロシア人がその努力を惜しまないかどうか、そして約束を守るかどうかについては、各人が自らの意見を持つ権利があると考える。過去の経験からすると、核実験中止の合意の後には、鉄のカーテンの背後で秘密裏に、かつ成功裏に核実験が行われる可能性が高い。

もっと一般的な言い方をすれば、次のような疑問が浮かぶだろう。誠実さが尊重するが、不誠実さが回避できるような合意を結ぶのは賢明なことだろうか？独裁政権の絶対的な権力と比べて、自由で民主的な政府を不利な立場に置くべきだろうか？新たな形の禁酒法を導入して、より大規模な酒類密造を引き起こすべきだろうか？ 141禁酒と密造酒の競争では、密造酒業者が勝つことはほぼ確実です。

しかし、もし更なる核実験を行っても望ましい結果が得られないのであれば、これらの議論はすべて無意味になってしまう。我々は今や、いかなる敵の都市も壊滅させるのに十分な核爆弾を保有していると、何度も繰り返し言われてきた。これ以上何が必要なのだろうか？

核爆弾実験をさらに進める主な目的は、もちろん、都市破壊兵器をより恐ろしいものにすることではありません。私たちは核兵器を全く使わずに済むことを望んでいます。核兵器は、私たち自身が壊滅的な攻撃を受ける危険に対する対抗手段として保有しているのです。実験で私たちが実際に何をしようとしているのかを理解するためには、いくつかの軍事的問題をより詳しく検討する必要があります。

第二次世界大戦において、戦略爆撃は初めて真に大規模な規模で使用されました。このような戦略爆撃が将来繰り返される可能性は高く、実際、おそらくそうはならないでしょう。

都市爆撃には二つの軍事的理由があります。一つは、都市には工場が集中しており、これらの工場が戦争遂行を支えているからです。もう一つは、都市が軍需物資の輸送拠点となっていることです。これらの拠点を破壊することで、軍需物資の流れを遮断することができます。

核戦争は過去の紛争とは大きく異なるものになる可能性が高い。核兵器がもたらす強力な火力集中は、敵のどこにいても、極めて短期間で攻撃することを可能にする。これは、敵の航空機、船舶、戦車、あるいは部隊の集中を攻撃しようとしているかどうかに関わらず当てはまる。核火力の優れた機動性は、核戦争が短期間で終わる可能性を極めて高くしている。この紛争中に工場で生産されるものは、戦闘の帰結には影響を与えない。誰もが頼りにできる唯一の兵器は、 142すでに備蓄されている兵器です。したがって、工場を爆撃しても軍事的に無意味です。

機動力という同じ事実は、軍需物資の大規模な輸送を維持する必要がないことも意味する。事実上すべての移動は、飛行機、潜水艦、そして小規模な戦闘部隊といった軽量かつ高速な手段で実行可能である。このような状況下では、都市は輸送拠点としての重要性を失うだろう。

都市爆撃の唯一の目的は、敵に恐怖を広めることです。過去の戦争ではほとんど行われていませんでした。実際、テロは相手側の報復を誘発するため、自滅的です。

将来の戦争における核兵器の役割は、決して数百万人の民間人を殺害することではないと我々は考えています。むしろ、侵略者の軍事力を阻止することです。これは容易なことではありません。なぜなら、核兵器だけでなく、開発が難しく、完成させるのもさらに難しい、非常に特殊な種類の核兵器が必要となるからです。しかし、適切な実験と適切な計画があれば、核兵器の防衛的使用は可能です。

戦術核兵器という発想は新しいものではない。小規模戦争における核爆発物の使用可能性は、これまで頻繁に議論されてきた。こうした小規模戦争に対処し、防衛が必要となるあらゆる場所で人々の自由を守るためには、どのような兵器が必要だろうか。小規模戦争には小型兵器が用いられ、大規模戦争には大型兵器が適しているという意見がしばしば挙げられる。しかし、このような主張はあまりにも単純化しすぎており、現実とは無関係である。いかなる場合においても、適切な兵器とは、無関係な傍観者に不必要な損害を与えることなく敵の軍隊を阻止する役割を果たす兵器である。この目的のためには、特定の目的に適応可能で、輸送と配備が容易であり、状況に応じた効果を発揮する兵器が数多く必要である。

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例えば、核兵器は戦闘機に搭載され、攻撃してくる爆撃機を撃墜するために使用される可能性があります。戦闘機の搭載能力には大きな制限があるため、この目的で使用される兵器は小型軽量でなければなりません。試験プログラムの主要な目的は、このような純粋に防衛的な兵器を開発することです。

戦闘機と爆撃機の遭遇は、我が国の人口密集地上空で起こる可能性が十分にあります。この可能性は、爆発の真下に暮らす人々が被害に遭うことを恐れ、ほとんどの人々を不安にさせるでしょう。幸いなことに、ネバダ州で最近行われた核実験では、知識豊富で勇敢な5人の空軍将校が、爆心地の真下に立つことで、地上の人々は完全に安全であることを実証しました。

この重要な実験は、わずか数ヶ月前、1957年7月19日に行われました。海抜19,000フィートを飛行中のF-89ジェット戦闘機が、事前に指定された上空地点に空対空原子力ロケットを投下しました。爆心地の作業員たちは、そのすぐ下15,000フィートにいました。彼らはヘルメットもサングラスも防護服も着用していませんでした。

爆発の瞬間、男たちは見上げ、火の玉を見て熱を感じた。不快感はなく、ただ穏やかな温かさを感じた。それから彼らは衝撃波が到達するのを待った。約10秒後、衝撃波が来たとき、それは実際には大きな音だった。しかし、男たちの一人が本能的に頭を下げた。（写真9と10参照）

爆発と熱波は収まった。しかし、空軍兵たちはその場を耐え抜いた。一つの疑問がまだ残っていた。放射性降下物が出るだろうか？彼らは放射線測定器を確認し、雲がゆっくりと流れ去るのを待った。放射線レベルに大きな上昇はなかった。実験は完全に成功した。地上では爆発の影響は全く無視できた。しかし、上空では、たとえ核爆発がかなりの距離を逸れたとしても、敵機は破壊されていた可能性がある。

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核兵器が武装侵略者に対して効果を発揮するためには、大量の核兵器が必要であることは明らかです。そのような大量の核兵器は、その一部は地上爆発型でなければならないでしょうが、相当量の放射能汚染を引き起こし、この汚染は敵味方を問わず危険にさらすことになります。特に、放射能は、我々が自由を守ろうとしているまさにその国で人々を死に至らしめる可能性があります。そのため、汚染を最小限に抑えた核兵器を使用できることが最も重要です。近年の核実験では、このようなクリーンな兵器の開発にますます注目が集まっており、幸いなことに、これらの努力は着実に成功に向かっています。

核実験による放射性降下物は、規模は極めて限定的ですが、潜在的危険をもたらします。しかしながら、核戦争における放射性降下物の危険は現実的かつ甚大なものとなるでしょう。もし今、核実験を中止し、これらのクリーン兵器を可能な限り開発できなければ、多くの非戦闘員を不必要に殺害することになります。放射性降下物を最小限に抑える爆発物の開発を怠ることは、全く許されないことです。

唯一の選択肢は、核兵器を一切使用しないことです。これらの兵器は純粋に邪悪な道具として提示されているため、ほとんどの人は核兵器が決して使用されないことを願っています。実際、戦争、ひいては核兵器の使用が避けられることを願うべきです。

しかし、世界制覇を目指す強大な共産主義諸国との紛争において、途切れることのない平和を期待するのはあまりにも過大な望みかもしれない。軽量で機動力のある兵器を放棄すれば、赤軍は機会さえあれば国境付近の国々を次々と占領するようになるだろう。自由主義諸国は、このような断片的な侵略に対抗するために必要な、世界中に大規模な軍隊を維持することはできない。一方、クリーンな核爆弾の柔軟な威力は、我々を… 145事実上、世界のどこであっても、即座に侵略に抵抗できる立場にある。

我が国が表明した政策は、世界の平和と安定を維持することです。忍耐強く準備を整えることで、あらゆる人々にとって法と正義に基づく世界秩序の実現を目指しています。この政策は、アメリカ国民の圧倒的多数に支持されていることは疑いありません。この政策を強力に推進するためには、我が国の軍隊が最大限の柔軟性を持つ必要があります。このような柔軟性は、無差別破壊ではなく防衛のために使用できる、最も強力で、最も発達した、そして最もクリーンな兵器を保有して初めて実現できるのです。

核兵器を放棄すれば、侵略への扉を開くことになる。クリーンな爆薬の開発に失敗すれば、いかなる深刻な軍事紛争においても、人々を放射性降下物による災害にさらすことになる。私たちの考え方からすれば、これらは核兵器の実験と開発の継続を支持する強力な論拠となる。しかし、さらに別の、より一般的な視点も考慮すべきである。

過去数世紀にわたる科学、技術、そして日常生活における目覚ましい発展は、一つの重要な前提に基づいていました。それは、より深い知識と向上した技能がもたらすあらゆる結果を恐れることなく探求するというものです。核実験について語るとき、私たちは軍事的備えだけでなく、自然の力に対する洞察を深め、制御する能力を高める実験の実行も念頭に置いています。このような実験を放棄すべきではない具体的な政治的・軍事的理由は数多くあります。また、未知なるものを探求するという伝統という、ごく一般的な理由も存在します。私たちはこの伝統を継承しつつ、同時に、不用意に拡散した放射能が人命を脅かすことのないよう、より一層の注意を払うことができます。

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第16章
天気に何か起きたのか?
天気はもはやかつてほど予測不可能ではない。しかし、数時間先でさえ確実に予測できることはほとんどない。どんな予測期間も1週間程度が限界だ。優れた人物でさえ知識を欠くところでは、奔放な空想が大活躍する。天気は今のところ、会話や憶測の安全な話題であり続けている。

核爆発は、言うまでもなく、天候、あらゆる異常気象の原因だとされてきた。雨であれ、干ばつであれ、ハリケーンが多発する季節であれ、核実験はそれに引きずり込まれる。気象庁は「いいえ」と言う。しかし、気象庁の見解は常に正しかったわけではない。世論や報道機関が、核爆発と季節の気まぐれな動きの間に何らかの関連性を見出さなかったとしたら、それは奇跡に近い。

ある事例では――我々の知る限りではたった一つの事例だが――核実験に端を発し、異常な豪雨に終わる一連の出来事が起きた。1955年の春、ネバダ州で中規模の核実験が行われた。同時に、カリフォルニア州ではそのシーズン最後の嵐が収束しつつあった。気象学の通常の法則によれば、 147放射能雲は、温帯を吹き抜ける安定した偏西風によって東へ運ばれるはずだった。しかし今回は、雲はカリフォルニアで衰弱しつつあった嵐の渦に巻き込まれ、放射能の一部は西海岸へと運ばれた。

爆発から数時間後、カリフォルニアでは放射能雨が降り始めました。放射能の活動は弱く、心配するほどではありませんでした。しかし、驚くべきことが起こりました。活発な雲がカリフォルニア上空に到達すると、嵐が再び活発化し、その場所と時間では異例の大雨に発展したのです。私たちは、全く意図せずして、この天候に対して何か行動を起こしてしまったのでしょうか？

気象庁はこう答えた。「いいえ」。この一件だけでは何も証明できないことは認めざるを得ません。気象観測と気象予報の手法が大幅に向上しなければ、このような一連の出来事が因果関係の強いつながりから成り立っているのか、それとも単なる偶然の出来事の連続なのかを判断できないでしょう。

私たちの知識が不完全だとしても、少なくとも一つは心に留めておくべき単純な事実があります。ネバダ州の爆発で得られたエネルギーは、幅、奥行き、深さがそれぞれ1マイルの雲の中の水滴を蒸発させるには十分ではありませんでした。これはそれほど大きな雨雲ではありません。このような雲は、1平方マイルに約3分の1インチの雨を降らせる程度で、大した量ではありません。史上最大の水素爆弾でさえ、10マイル四方の雲を蒸発させるだけのエネルギーしか生み出せません。この雲は、対流圏と呼ばれる、空気の「沸騰」部分の最上部までそびえ立っています。これは、100平方マイルに約3インチの雨を降らせる程度で、もっと大した量ですが、広大な太平洋の中では消え去ってしまいます。

核爆発は十分に暴力的です。しかし、自然の力と比べれば、特に嵐でもない天候から毎日放出されるエネルギーと比べれば、私たちのすべての 148爆弾は取るに足らないものだ。私たちの周りで日常的に見られる風や雨といった巨大なエネルギー変化を、核の花火が揺るがすほどの力で制御できるとは、すぐには想像できないかもしれない。

しかし、雲と太陽光の相互作用、水の蒸発、凍結、降下、そして融解、つまり気象の気まぐれは、複雑で扱いにくいものです。小さな原因が大きな影響を引き起こすこともあります。海洋や大陸を吹き抜ける気団のプロセスの中には、抗うことができず予測可能なものもあります。一方、過熱した地面から最初に発生する熱気の上昇のように、激しい競争によって何らかの作用が引き起こされる場合もあります。これが気象予測を非常に困難にしているのです。

私たちが考えなければならない最も繊細なプロセスの一つは、水滴の形成です。水分子が空気分子と混ざると、湿った空気になります。この空気が上昇し、膨張して冷えると、水分子は攪拌運動を失い、互いにくっついて水滴を形成する傾向が強くなります。しかし、この共同作業を始めるのは容易ではありません。

2、3個の分子がくっついていれば、すぐにばらばらになってしまいます。しかし、2、3ダースも集まれば、水滴へと成長を始めるのに十分です。湿った空気を冷やすと、成長が始まる会合場所があれば、水滴が形成されます。そのような会合場所がなければ、水滴は形成されず、雲は形成されません。会合場所が少なければ、それぞれの会合場所にかなりの量の水が集まり、大きな水滴が形成され、雨が降ることもあります。会合場所が多ければ、多くの小さな水滴が形成され、それらは雲のように浮遊します。現在行われている雨を降らせようとする試みは、水滴の産児制限と関連しています。

先ほど、放射性崩壊のたびに荷電粒子が放出されることを見てきました。荷電粒子は軌道に沿って移動するにつれて、より多くの原子を破壊し、その後ろには 149荷電粒子。これらの荷電粒子は水分子を強く引き付けます。空気分子を引き付ける力ははるかに小さいです。これは、水分子では正電荷と負電荷がかなり分離しているのに対し、空気中の窒素分子と酸素分子では電荷がより均等に分布しているためです。その結果、放射性崩壊で放出された各粒子の軌跡には、水滴を形成するための多くの出会いの場が存在します。

実際、冷却された湿った空気は、高速荷電粒子の軌跡を可視化するために、何十年も前から利用されてきました。写真の1枚には、そのような「蒸気の軌跡」が写っています。これはウィルソン霧箱と呼ばれる装置を通して撮影されたものです。核爆発の残骸の中で無数の放射性崩壊が蒸気の軌跡を形成し、それが合体して本物の雲となることがあります。このようにして天候に影響を与える可能性があります。（写真11と12参照）

これらすべてにもかかわらず、現在行われているような核爆発実験が気象に影響を与えない可能性は依然として高い。放射能は確かに水滴形成の機会を提供する。しかし、水滴形成の原因となるものは他にも豊富に存在する。塵、煙、そして様々な形態の大気汚染も水滴形成の原因となる。海の波によって撒き散らされた泡は蒸発し、塩の粒を残す。この塩の粒子は風によって何マイルも運ばれ、やがて新たな水滴が凝縮する源となるかもしれない。私たちが浴びせられる宇宙線は、放射性崩壊生成物によって生成されるものと似た蒸気の軌跡を生み出す。自然の多くのプロセスと文明の通常の副産物の中で、数少ない核実験は重要な役割を果たしていない。この発言は確実性としてではなく、非常に良い推測として成り立つだろう。

未来に待ち受ける数々の驚きの一つは、天気と密接に関係しているかもしれません。飛行機の時代において、私たちは周囲の気団に関する情報をますます多く得るようになっています。航空旅行にはこうした情報が必要です。 150そして、それを提供する。レーダーなどの新しい技術は、雲の形成を検知し、遠く離れた場所から水滴の大きさを測定することができる。実際、得られる情報はあまりにも膨大であるため、私たちがそれを適切に理解し、活用できるかどうか疑問に思う人もいるかもしれない。

幸いなことに、もはや私たちは自分の脳だけに頼る必要はありません。人間の思考は驚くべきものですが、遅いものです。現代の計算機、いわゆる「電子頭脳」は、私たち一人ひとりが頭蓋骨に装着している装置に比べれば、取るに足らないものです。しかし、電子計算機には一つの利点があります。それは、高速であるということです。まもなく、私たちの思考プロセスの百万倍の速さになるでしょう。「思考と同じくらい速い」という表現は時代遅れです。馬車と同時代のものです。

電子機器は気象情報を受信するとすぐに処理できます。すでにある程度の進歩は見られます。数年後には、すべての気象予報が機械で行われるようになるかもしれません。

これは、天気が確実に、あるいは長期間先まで予測できることを意味するものではありません。些細で気づかれない乱気流から始まり、サイクロン規模にまで成長する可能性のある引き金となるプロセスは、あらゆる予測技術に限界を設けるでしょう。

しかし、天気は予測できない限り、影響を受ける可能性があります。小さな原因が大きな影響を及ぼす可能性があるのであれば、人間が利用できるわずかな手段でさえ、天気を変えることができるかもしれません。ただし、その手段をどのように、どこに適用するかを知っていればの話ですが。

まず、気象学という気象科学をより深く理解する必要があります。次に、適切な誘発メカニズムを探る必要があります。それは、適切な種類の塵の雲、あるいは化学物質、あるいは大量の放射性粒子かもしれません。何らかの形で原子爆発が誘発剤として使用される可能性はありますが、そのメカニズムの残りの部分を理解しない限り、その誘発メカニズムは効果を発揮しません。

もちろん、核爆発は本当に重要な用途には使えません 151非常に危険な放射性副産物を避ける方法を学ばない限り、核融合実験で得られる放射能の種類は制御できません。幸いなことに、水素爆弾で最もよく知られている核融合の利用により、得られる放射能の種類を制御することが可能になりました。人体に到達する前に崩壊してしまうような放射能だけを生成すれば良いのです。

経験が証明しているように、天気について話すこと自体は危険ではない。天気に対して何らかの行動を起こすことの方がリスクが高い。天気は政府の管理下に置かれるのだろうか？共和党の暴風雨と民主党の干ばつが続くのだろうか？こうなれば、最後の安全な話題も確実に失われてしまうだろう。

主権国家同士が（風が吹けば）数時間しか離れていないヨーロッパのような狭い地域では、状況ははるかに深刻になるだろう。しかし、より敏感な引き金に、より賢明な指が向けられれば、地球全体でさえ、激しく対立する利害関係には小さすぎることが証明されるかもしれない。

天候を操ることは非常に有益であり得る。地球上のすべての人々、そしてさらに何十億もの人々に豊かな生活をもたらすことができるだろう。そのような努力は確かに善であり、平和的に見えるだろう。しかし、この場合も他の多くの場合と同様に、知識は力につながり、力は知恵によって抑制されなければ、災いをもたらす。

しかし、この知識、あるいは同様の危険な知識は、私たちの生きている間に明らかになるだろう。核爆発だけが、潜在的な危害の源ではない。

152
第17章
原子炉の安全性
科学革命と産業革命の始まりにおいて、二つの古い野望は実現不可能な夢であることがわかった。一つは元素の変換、もう一つは永久機関である。

現代の原子核物理学者は、これらの主張の一つを撤回せざるを得ませんでした。「元素は転換できる」という主張です。しかし、その生成物は高価で、今のところ金よりもはるかに高価です。

永久機関は原理的には実現不可能ですが、実際には問題は解決されているとみなせるかもしれません。もちろん、機械が有用な仕事をするには、燃料を消費する必要があることは証明できます。しかし、燃料の価格は、機械の運転・維持にかかる費用よりも低い場合がほとんどです。

米国の多くの地域では、今日でも核燃料は通常の燃料とそれほど変わりません。核燃料は重くもかさばらず、そのため輸送も容易です。通常の燃料が高価な地域では、原子力エネルギーはまもなく非常に重要になるでしょう。さらに、私たちは希少で貴重な同位体であるウランに含まれるエネルギーだけでなく、ウランのエネルギーの大部分を活用することを学ぶでしょう。

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放射性U²³⁸を得るには、普通のU²³⁸に中性子を1個加えるだけで済みます。これは時間の経過とともにプルトニウムに崩壊します。この元素はU²³⁵のように利用することができます。核分裂反応によって大量のエネルギーと、その反応を継続させるのに十分な中性子を生成します。また、他の核燃料からエネルギーを抽出する方法も学ぶでしょう。トリウムはウランのように作用し、重水素は原子核を小さな破片に分解するのではなく、より大きな原子核を形成することでエネルギーを得ることができます。したがって、このエネルギー源はどこでも利用可能になり、非常に安価になります。これはまさに、私たちが永久機関を持っているのと同じくらい恵まれていることを意味します。

しかしもちろん、これらすべてが機械が無料で仕事をしてくれることを意味するわけではありません。永久機関であっても、整備とメンテナンスは必要です。残念ながら、原子力発電はそのような整備を頻繁に必要とするため、現時点では原子力エネルギーは最も安価なエネルギーとは言えません。

原子力エネルギー源、あるいは原子炉の運転が困難で費用がかかる主な理由は、原子炉が短時間の運転で強い放射能を帯びるようになることです。そのため、原子炉に近づくことはできず、遠隔操作で操作しなければなりません。空気や水のようにエネルギーが無料で手に入ることはまず期待できません。しかし、原子力機関を安価に操作する方法を習得すれば、地球上のどこでも手頃な価格でエネルギーを得ることができるでしょう。遅かれ早かれ、従来の燃料は枯渇するでしょう。しかし、原子力エネルギーは産業革命を継続させ、地球の隅々までその範囲を広げることを可能にするでしょう。

今後数十年の間に原子炉は飛躍的に増加し、次の世紀の初めには至る所で見られるようになることはほぼ間違いないでしょう。したがって、これらの原子炉を安全に運転することが極めて重要です。一見すると、原子炉は自動運転できるような鈍重な装置に思えるかもしれません。しかし、その操作の容易さは誤解を招きます。（図13参照）

原子炉が爆発するかもしれないと恐れる必要はない 154原子爆弾のように。核爆発物は、短時間で大量のエネルギーを放出できるよう、非常に綿密に設計されています。一方、原子炉は、エネルギーの放出速度が中程度になるように設計されています。原子炉によっては、不適切な取り扱いをすれば爆発する可能性がありますが、爆発の威力は、同重量の高性能爆薬の威力を大きく上回ることはありません。

それでもなお、原子炉事故は極めて危険な事態を招く可能性があります。原子炉には、中性子吸収によって生成される放射性核分裂生成物やその他の放射性物質が封じ込められています。これらの生成物の一部でも大気中に放出されるような事故は、風下方向にかなり離れた場所にいる人々を危険にさらすことになります。原子炉が危険な理由の一つは、原子炉の長期運転によって、より長寿命の核分裂生成物が蓄積されることです。まさにこれらの長寿命生成物こそが、人体に入り込む可能性が高く、より危険なのです。

現在、30万キロワットの電力を生産する原子炉が計画されています。このような原子炉が半年稼働した後、爆発して放射性物質を大気中に放出した場合、その放射能は水素爆弾に匹敵することになります。重要な点として、このような事故は水素爆発よりも深刻な事態を招きます。核爆発は放射性物質の大部分を高高度まで持ち上げ、有毒な放射能は下降する前に拡散・希釈されます。一方、原子炉からの放射能は地表近くにとどまり、数百平方マイルの地域に住む人々の生命を危険にさらす可能性があります。さらに広大な地域を汚染することになります。

アメリカ合衆国では多くの原子炉が大規模に稼働していますが、放射能による死亡者は未だ出ていません。これは極めて慎重な運転と幸運によるものです。遅かれ早かれ事故が起こることを覚悟しなければなりません。一方で、十分な予防措置を講じるよう努めなければなりません。 155上で述べたような壊滅的な事故を避けるためです。細心の注意を払えば、そのような事故は確かに避けられます。

あらゆる種類の人間が作った機械について考えてみると、飛行機のように高速で動いて危険に見えるものもあれば、浴槽のように静止していて一見無害なものもあります。しかし、飛行機よりも浴槽での事故の方が多いのです。あらゆる作業において最も危険な要素は人的要素です。私たち自身が最大の安全上の危険を構成しています。これは原子力技術でも他の技術でも同じ状況です。原子力技術の新しい点は、原子炉は通常は非常に安全ですが、予期せぬことが起こると極めて危険になる可能性があるということです。また、私たちは試行錯誤の方法を敢えて採用しません。原子炉事業における誤りは、水素爆弾の実験における誤りよりもはるかに多くの命を奪う可能性があります。経験から学ぶのを待つことはできません。事故を未然に防がなければなりません。

小国における原子炉の使用は、特に困難な安全上の問題と関連しています。深刻な事故は、隣国の人々の生命を危険にさらす可能性があります。そのため、現代の技術は国境を越えた協力を迫る可能性があります。

交通事故を避ける唯一の方法は、すべての人、特に運転手が注意を払うことです。同様に、原子炉の安全性は原子炉を運転する人々にかかっています。同時に、新しい原子炉を慎重に建設し、精査することで、多くの助けが得られます。

原子力委員会の最初の活動の一つは、原子炉保障措置委員会の設立でした。時が経つにつれ、この委員会はより重い責任を担うようになりました。当初は秘密裏に活動せざるを得ませんでしたが、原子炉の利用が拡大し、より広く一般に知られるようになるにつれ、安全に関する考慮事項はより一般の人々にとって身近なものになってきました。機械の安全な運転という問題は、安全対策と切り離すことはできません。 156機械の動作を完全に理解していない限り、原子炉や安全規則について適切な説明をすることはできません。一般的な説明をいくつかするだけで十分です。

稼働中の原子炉は中性子で満たされています。ほんの一瞬のうちに、これらの中性子は核分裂反応を起こし、新しい世代の中性子が生まれます。水素や炭素などの軽い元素を多く含む低速原子炉では、中性子の速度は音速をわずかに上回る程度で、一つの世代は1ミリ秒（1000分の1秒）ほど続くこともあります。一方、ウランや鉄などの重い元素をほぼ独占的に含む高速原子炉では、中性子の速度は光速の約3%という非常に高速です。この場合、一つの世代は1マイクロ秒（100万分の1秒）未満で次の世代に切り替わります。

幸いなことに、すべての中性子がそれほど急速に増殖するわけではない。一部の核分裂は遅延中性子を生成するが、これは通常数秒の遅延で放出される。安定して稼働している原子炉では、各世代は前の世代と同じ数の中性子を持つはずである。後続の各世代に少しでも余剰があれば、原子炉は高温になり、ほんの一瞬で爆発する可能性がある。安全な操作が可能な主な理由は、 遅延中性子を考慮に入れない場合でも、各世代の人口が増加した場合にのみ、高速増殖が起こり得るという事実である。わずかに過剰に活動している原子炉は簡単に制御できるが、休眠中のドラゴンが動き出す時点が来る。これは、遅延中性子を待たずに増殖が起こり得るだけの十分な中性子が生成されたときに起こる。その時点で、行儀の良いドラゴンは無害な行動をとる。例えば、導火線を飛ばすかもしれない。しかし、凶暴なドラゴンは放射性の火を吐くだろう。

ドラゴンが常に行儀よく振る舞うかどうかを予測するのは容易ではありません。しかし、注意深く分析すれば、そのような予測を立てることは可能です。例えば、次のような点について検討する必要があります。 157原子炉が安定しているかどうか。温度が上昇すると、原子炉の加熱速度がさらに上昇し、暴走してしまうのでしょうか？安定した原子炉では、過剰な熱によってエネルギー生産が停止し、原子炉は冷却されて通常の動作温度に戻るはずです。

しかし、安定性が高すぎると危険となる場合もあります。冷却機構によって加熱が過剰に補償されてしまう可能性があり、原子炉が冷えすぎた後、再び急激に加熱され、オーバーシュートする可能性があります。単純な暴走だけでなく、振動の増大にも注意が必要です。

多くの原子炉では、特殊な化合物が使用されています。原子炉事故は、特殊な条件下での特殊な化合物間の通常の化学反応に過ぎない場合もあります。しかし、この化学反応によって原子炉が破壊され、核分裂生成物が放出された場合、そのような化学事故は核起源の事故と同等の深刻な事態を引き起こす可能性があります。

原子炉内部では、材料が異常に強い放射線に曝されます。この影響により、一部の材料は化学的性質を変化させ、これまで建設材料として不活性であったものが、原子炉の運転中に危険な状態になる可能性があります。

おそらく最も重要な点は、機械的な制御装置の配置です。原子炉は、中性子を吸収する材料で作られたシートまたは棒のシステムによって調整されます。この配置は、制御棒が非常にゆっくりとした速度でしか引き出せないように設計する必要があります。しかし、制御棒を非常に速く戻すこともできなければなりません。何らかの危険信号が発せられたら、吸収装置は最大速度で押し込まれる必要があります。専門用語では「スクラム」と呼ばれます。

しかし、肝心なのは、あらゆる危険性と安全装置を研究し、綿密な研究を行えば原子力事故を回避できるということです。一部の原子炉は、現在では十分に理解されているため、将来の原子力技術者の訓練に安全に使用できるほどです。より強力な原子炉もあります。 158あるいはあまり研究されていない原子炉は、より慎重に使用する必要があります。一部の原子炉は気密容器に密閉されるべきであり、実際にそうしています。爆発が発生した場合、核分裂生成物は容器内に無害に閉じ込められます。もちろん、原子炉が容器を破裂させるほどの爆発を引き起こさないタイプのものであることを十分に確認する必要があります。さらに重要なのは、原子炉が完全に停止し安全な場合を除き、容器が確実に閉じられていることです。原子炉を地下に建設することが最善である場合も少なくありません。

もちろん、原子炉の安全性は、その用途に大きく依存します。一般的に、発電所は移動電源よりもトラブルを起こす可能性が低いです。原子力機関車が安全である可能性は低いでしょう。原子力船にはより多くのスペースがあり、より多くの安全対策を講じることができます。しかし、それでもなお、船舶は港内で事故を起こす可能性があるため、船舶に搭載される原子力エンジンの安全性は特に慎重に検討する必要があります。

緊急に進歩を遂げる必要性と安全が絶対的に必要であるという状況の間では、バランス感覚を保つのが難しく、不必要に慎重になるという過ちを犯しやすい。原子炉保障措置委員会がロングアイランドのブルックヘブン原子炉の地震災害を検討した際に、おそらくこうした不必要な慎重さが発揮されたのだろう。地震学者でイエズス会の神父が、委員会[15] にロングアイランドの地震の可能性と確率について話すよう依頼された。委員会の委員長[16]は、その専門家に長時間にわたり詳細な質問をした。30分後、原子炉保障措置委員会の質問は尽きた。しかし、イエズス会の神父は、答えが尽きる兆候を見せなかった。会議が終了すると、専門家は委員長の目をしっかりと見つめ、 159これまで以上に威厳のある口調で、彼はこう言った。「議長、私は最高の権威をもって、今後50年間ロングアイランドで大きな地震は起きないと断言できます。」

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第18章
原子炉の副産物
原子炉は核分裂を利用してエネルギーを生成します。核分裂が起こるたびに、放射性副産物が発生します。これらの核分裂生成物が原子炉から制御不能に漏れ出ないようにすることが最も重要です。幸いなことに、原子炉が適切な注意を払って製造され、運転されていれば、危険な生成物を原子炉内に留めておくことができます。

しかし最終的には、燃焼した、あるいは部分的に燃焼したウラン燃料を原子炉から除去し、新たな燃料を投入する必要があります。その際、核分裂生成物はどうなるのでしょうか？

原子炉の長期運転中、短寿命の核分裂生成物のほとんどは崩壊します。長寿命のものは蓄積されます。原子炉から排出される物質は強い放射能を帯びており、長年にわたって放射能を帯び続けます。この放射性廃棄物を不用意に処分することは絶対に避けなければなりません。しかしながら、このような廃棄物を合理的に安全に保管する方法は数多く存在します。

放射性物質をしっかりとした地下タンクに貯蔵し、放射能を集中させ、閉じ込めることもできる。 161コンクリートブロックに詰めて海底に沈める。もし本当に心配なら、放射能をロケットに詰め込み、宇宙空間で無害に崩壊させるという方法もあるだろう。こうした方法には費用がかかり、原子力エネルギーの費用を増大させるだろう。

放射性副産物を有用かつ安全な用途に利用する方法を見つけることができれば、はるかに良いでしょう。副産物の中には、実際に利用可能なものもあり、実際に利用されてきたものもあります。しかし、これらの用途には、ある種の危険性が伴います。さらに、核分裂生成物のうち、現在までに有効な用途に見出されたものはごくわずかです。しかし、核分裂生成物の重要性は高まっています。

私たちはそれらを研究に活用しています。放射性同位体は、あらゆる化学反応、そして生体内で物質が形を変える複雑なプロセスにおいて、非放射性同位体の挙動を模倣します。さらに、放射性物質は非常に容易に検出できます。安全な放射線量の100万分の1以下の濃度で検出可能です。顕微鏡が生物の構造の探究に果たしてきた役割と同様に、放射性元素は生体の化学的機能の理解において、より大きな役割を果たす可能性があります。

理解が深まるにつれ、放射性副産物を診断に利用できるようになる可能性が出てきます。X線の医療利用と同様に、放射線被曝による小さな損傷の可能性は、病気の早期発見と正確な診断によって得られる利益の代償と捉えるべきです。

患者の治療、特に癌患者の場合、放射線による病変組織の破壊は、外科手術によるメスの使用よりも好ましい場合が多い。このような放射線治療は新しいものであり、改善の余地は大きい。この目的のための放射性物質の適切な使用は、現在よりもはるかに強力な手段となり、より広範囲に普及する可能性がある。

しかし、これらのアプリケーションはすべて、消えゆく 162核分裂生成物の一部です。さらに、生物学的に重要な元素のほとんどはウランの核分裂では生成されません。原子炉における中性子吸収によって多くの有用な活性が生み出されます。しかし、ウランの破片のうち、直接生理学的利用に利用されているのは、おそらく放射性ヨウ素だけでしょう。

産業界では、生体組織よりも感受性の低い物体を扱っています。そのため、より多くの放射性物質を使用することができます。実際、放射能は様々な用途に利用されてきました。X線の透過力を利用して、板金の厚さを簡単かつ自動的に制御してきました。また、機械的摩耗や腐食にさらされる表面に放射能を注入し、表面と接触した潤滑剤やその他の流体の活性発現から、表面の摩耗速度を調べる方法もあります。

このような方法により、産業界は急速に数十億ドル規模の節約を積み重ねてきました。人々が新しい素材の使い方を学ぶにつれて、この節約額はさらに増加するでしょう。しかし、いずれの場合も、その活動が使用中および目的を果たした後も、誰にも害を及ぼさないことを確認することが重要です。

おそらく最も多くの放射能が必要となるのは、食品の殺菌と保存でしょう。放射能を棒に組み込むことで、物質を安全に保持しつつも、透過するガンマ線の相当部分を逃がすことが可能です。

食品を殺菌するということは、すべての微生物を破壊することを意味します。これらの微生物の多くは放射線耐性があり、5万レントゲン以上の放射線を照射する必要がある場合もあります。これは哺乳類の死滅に必要な放射線量の100倍に相当します。[17]このような大量の放射線照射は、 163食品自体に影響を与え始めます。場合によっては、放射線による殺菌は、煮沸や冷凍よりも食品に変化をもたらすことがあります。また、他の方法よりも望ましくない副作用が少ない場合もあります。

放射線を利用するもう一つの方法は、農産物の保存です。これは滅菌という困難な手順を経る必要はありません。害虫を駆除し、保存しようとしている種子の発芽を防ぐだけで十分です。したがって、ここでは滅菌に必要な放射線量の約1%で済みます。これほど微量の放射線では、食品は目立った変化を示さないでしょう。まさにこのようなプロセスにおいて、大量の物質を照射する必要があるため、核分裂生成物の相当な部分が利用される可能性があります。

あらゆる用途において、放射性物質が不用意に飛散しないよう注意が必要です。食品の殺菌や保存など、大量の放射性物質が必要な場合は、より一層の注意が必要です。テキサス州ヒューストンで発生した事例は、こうした問題が発生する可能性があることを如実に示しています。

ある工業会社では、ベータ線とガンマ線を放出する放射性イリジウム¹⁹²を使用して、金属部品のX線写真を撮影していました。粉末ペレット状の放射性物質を遠隔操作で開封しようとしていたところ、容器内の圧縮ガスが爆発し、放射能が周囲に飛散しました。現場は遮蔽されていましたが、放射性粉塵の一部が建物全体に漏れ出しました。遠隔操作装置を操作していた2人の男性が汚染されました。2人は体を洗い、周囲を清掃しまし​​たが、この事故を報告しませんでした。

数週間後、標準的な放射線検査で、工場は依然として放射能を帯びていることが判明しました。会社幹部は懸念を抱き、専門家を招集しました。この最終段階で、工場は徹底的に除染されました。2人の男性の自宅も検査され、わずかに放射能が検出されたのです。 164男性とその家族は、家の片付けが終わるまで一時的に立ち退かされました。帰宅すると、近所の人や友人から疎外されました。男性の一人の4歳の息子は遊び友達を失いました。人々は家に入るのを恐れていました。家の一つは売りに出されましたが、誰も買いたがりませんでした。

家屋が放射線測定器で検査され、汚染されていないことが確認されたこと、そしてイリジウム¹⁹² の半減期はわずか 75 日であるため放射能の痕跡は比較的短期間で消えるであろうという事実は、人々の不安を払拭しなかった。

この事故で重傷者が出なかったのは幸いでした。しかし、この事故から学ぶべき重要な教訓があります。それは、無知は放射能よりも大きな害をもたらす可能性があるということです。放射能汚染が除去されたにもかかわらず家の価値が下がってしまうこと、放射能がペストのように伝染するかのように小さな男の子が避けられること。これらは、人間の苦しみの最大の源泉の一つである、理不尽な恐怖によって引き起こされる苦しみの例です。

核分裂生成物の将来における最大の可能性は、さらに別の方向にあるかもしれない。放射能は突然変異を引き起こす可能性がある。これがどの程度危険であるかについては、前の章で論じた。動物や植物に変化をもたらそうとする育種家にとって、放射能は非常に有用なものとなる可能性がある。

もちろん、ほとんどの突然変異は有害であるのは事実です。また、人工的な突然変異が何十年もの間生み出されてきたことも事実です。しかし、今ではシンプルで安価なツールをより多くの人々の手に届けることが可能になりました。そのため、多くの誤った突然変異の中から、改善につながる少数の決定的な変化を見つける可能性が高まるでしょう。

危険物質をこれほど多くの人々の手に委ねるなど、到底できるでしょうか？ 放射性物質は、有能で責任ある人々だけが手にするということを、確実に理解した上で、そうすべきではありません。 165これは可能です。薬剤師は毒を調合し、医師や生物学者は実験室で増殖する細菌という脅威を培養してきました。これらはすべて安全に行われ、そして今もなお、すべての人々の大きな利益のために行われています。

放射能は検出が容易なため、その使用はより安全であると考えられます。毒物や細菌は紛失すると発見が困難になる可能性があります。しかし、放射性物質は存在を明白に証明します。もちろん、干し草の山から針を見つけるのは容易ではありません。しかし、放射能を帯びた針であれば、見つけられる可能性ははるかに高くなります。

放射性副産物は、今日のような汚れや危険物として、処分・隠蔽されるべき状態のままである必要はありません。しかし、近い将来、放射能を安全な場所に保管するために、ある程度の費用がかかることは避けられません。

長寿命のクリプトン⁸⁵（半減期：10.4年）のようなガス状副産物は、今後も深刻な問題を引き起こし、多大な費用がかかる可能性があります。問題は、クリプトンのような希ガスは、いかなる物質とも強固に結合できないことです。長寿命ガスを放出することは賢明ではないかもしれません。一方、それらの吸着や低温・高圧下での貯蔵には、かなりの費用がかかる可能性があります。

原子力発電の副産物処理の問題についてお話してきましたが、現在私たちが利用している種類のエネルギーの副産物についても考慮しなければ、この問題は適切な形で現れないでしょう。

煙やスモッグが嫌いなのは明白です。しかし、不完全燃焼による残留物がどの程度がんやその他の損傷を引き起こすのかは、まだ分かっていません。化学は放射線よりも扱いにくいものです。化学物質のゆっくりとした生物学的影響に関する知識の不足は、放射線に関する未解明な点よりもはるかに大きいのです。

不完全燃焼の生成物によって引き起こされる明らかな迷惑と心配に加えて、完全燃焼の結果に関連する興味深い疑問が存在します。 166地質時代を通じて石炭や石油として堆積してきた炭素は、徐々に消費され、無色、無臭、無害なガス、つまり二酸化炭素に変換されています。大気中には常に二酸化炭素が存在し、その量は通常の空気中の約300ppmです。産業革命の始まり以来、燃焼されてきた炭素はすべて、大気中の二酸化炭素濃度を10%増加させ、330ppmまで上昇させていた可能性があります。

この増加は重大なものとなる可能性があります。二酸化炭素は、ある種の放射線に対して、毛布やバルブのような役割を果たします。日中、私たちは太陽から可視光線という形でエネルギーを受け取ります。この形態の放射線は、二酸化炭素ガスを問題なく透過します。しかし、入射する放射線は、昼夜を問わず地球から宇宙へと放出される目に見えない熱放射によってバランスを取られます。この赤外線は、私たちの目が感知できないという点を除けば、光と性質が非常に似ています。二酸化炭素ガスは、この放出される熱放射に対して、部分的にしか効果のないバリアのような役割を果たします。大気中の二酸化炭素含有量が過度に増加すると、温室のガラスのような役割を果たし、地球の気候は温暖化してしまうでしょう。

大気中の二酸化炭素濃度が10%増加すれば、気温の上昇が観測されるはずである。しかし、実際には、そのような気温上昇は観測されていない。その理由は、燃焼過程で発生した二酸化炭素の全てが大気中に留まっているわけではないからだ。そのほとんどは、巨大な海洋貯水池へと流れ込み、一部は海底に石灰として堆積している。しかし、二酸化炭素が大気から除去され、海洋に到達するにはある程度の時間を要す。したがって、大気中の二酸化炭素濃度は少なくともわずかに増加しているはずである。測定結果は、それが事実であり、増加量は約2%であることを示している。 167パーセントですが、これは気候を変えるには小さすぎます。

しかし、燃料消費量が増加の一途を辿れば、大気中の二酸化炭素濃度が地球の平均気温を数度上昇させるほど高くなる可能性が高いと考えられます。もしそうなれば、氷床は溶け、海面は全体的に上昇し、ニューヨークやシアトルのような沿岸都市は水没するかもしれません。

したがって、通常の化学燃料を用いた産業革命は、文明の恩恵が地球全体に行き渡る前に終焉を余儀なくされる可能性がある。しかし、核燃料の使用は依然として可能かもしれない。核燃料を用いることで、産業革命と人類への計り知れない恩恵は、地球のあらゆる場所で継続する可能性がある。核時代の副産物は、石炭や石油経済の副産物よりもかさばらないため、取り扱いが容易である。原子力エネルギーの主な利点は、適切な注意を払えば、利用可能なエネルギー源の中で最もクリーンなものになるかもしれないということである。

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第19章
核時代
未来は人間にかかっています。人間は予測不可能です。したがって、未来も予測不可能です。しかし、人類の一般的な状況の一部は、技術の発展、人間による自然への支配、天然資源の限界といった要因に左右されます。これらは、ある程度の確信を持って予測することができます。未来は未知ですが、ある意味では、その大まかな概要を推測することは可能です。

こうした推測は重要です。それは私たちの現在の見通しや行動に影響を与えます。

核時代はまだ始まっていない。我々のエネルギー源はまだ核資源ではない。最も急速に発展した軍事分野においてさえ、軍の構造は核時代の現実にまだ現実的に適応できていない。政治において、原子核は約束と脅威として登場した。我々が基盤を築き、信頼を置くべき事実としてではなく。

いくつかの技術的な予測は安全だと思われます:

原子力エネルギーは、近い将来、古い発電所を時代遅れにすることはないだろう。しかし、原子力エネルギーは 169産業革命のペース、いや、加速さえも維持することが可能になります。必要なエネルギーはすべて、適度なコストで生産できるようになります。さらに、そしてこれが重要な点ですが、このエネルギーは地球上のどこでも、ほぼ均一なコストで入手可能になります。電力需要が高まれば高まるほど、原子炉の力でその需要を満たすことがより早く実現可能になるでしょう。

原子力エネルギーは、最も異様な場所でも利用可能だ。南極大陸でも使用可能だ。海の底でも稼働させることができる。

工業化の拡大最前線は「高まる期待の革命」と呼ばれてきました。原子力エネルギーがこの拡大最前線の流れと激動に巻き込まれることは避けられません。

科学技術の発見が世界の人々の関係に与える影響について、もう少し詳しく述べることができます。新たな発見があれば、原材料はかつてのような切迫した需要はなくなるでしょう。ほとんどの物質において代替物が見つかっています。これは、経済的な自立をさらに促進するかもしれません。

一方で、新たな可能性も生まれます。私たちは空気を制御し、海を耕す方法を学ぶでしょう。そのためには、協力と相互依存の強化が求められるでしょう。

放射性副産物による危険性も同様に作用するでしょう。原子炉事故から放出される放射性雲は、核爆発よりも危険である可能性があります。このような雲は国境で止まることはありません。何らかの適切な形の国際責任を確立する必要があるでしょう。

核兵器の存在が国家の共存にどのような影響を与えるかは、私たちの未来に影響を与える他のどの問題よりも理解されておらず、探究も進んでいない。ほとんどの人は恐怖感を抱いてこの問題から目を背けている。 170冷静な理性で、あまり感情に流されずに問題を検討するのは簡単です。

いくつかの予測は不安に思えますが、実現可能性は高いです。

核の秘密は守られない。核兵器に関する知識は、少なくとも独立国家が存在する限り、諸国家の間で広まるだろう。

禁止は機能しない。「してはいけない」という言葉で始まる法律や協定は破られる可能性があり、これからも必ず破られるだろう。もし希望があるとすれば、それは「する」という言葉で始まる協定の方向にあるはずだ。「平和のための原子力」という構想が成功したのは、具体的な行動をもたらしたからだ。

大国間の全面核戦争は起こり得ますが、反撃の態勢を維持すれば、そのような事態は起こらないと期待できます。誰も自国の破滅を招きたいとは思わないでしょう。

原子爆弾は都市に対して使用される可能性があります。しかし、都市を破壊しても軍事的利点はありません。短期かつ機動力の高い戦争では、補給・通信拠点も大規模な生産手段も意味を持ちません。都市が爆撃される場合、それは主に心理戦を目的として行われます。私たちはこの種の戦争に備えなければなりませんし、備えもしていますが、それはあくまで報復措置としてのみです。全面戦争に備えている限り、民間人が核攻撃の被害を受けることはないと信じるに足る十分な理由があります。

反撃の確実性は、全面戦争に対する真の防御となる。領土や目的が限定された戦争に対しては、そのような防御は存在しない。人類の歴史において、このような戦争は最も頻繁に発生してきた。こうした限定戦争が終結した兆候は全くない。我々は、効果的かつ機動力のある部隊でこうした紛争に備えなければならない。そのためには、核火力の使用が必要となる。

核兵器は、こうした限定的な戦争に間違いなく甚大な影響を及ぼすだろう。しかし、その影響の全てがより大きな破壊をもたらす必要はないし、ましてや、より大きな破壊をもたらすものであってはならない。

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核戦争において、大量の人員を投入することは無意味です。そのような集中は、核兵器にとって格好の標的となるでしょう。巨大で高価で人目を引く戦争兵器を使うのは賢明ではありません。そのような兵器は、鎧をまとった騎士が銃火器に倒れたように、核爆発によって打ち負かされるでしょう。

核戦争におけるいかなる戦闘部隊も、小規模で機動力があり、目立たず、独立行動が可能なものでなければならない。海上、陸上、空中を問わず、そのような部隊は固定された補給線に頼ることはできず、また頼るつもりもない。領土を占領したり、固定された明確な戦線で戦闘をしたりする可能性も必要性もない。もし戦争が軍事的理由と軍事的優位性のために行われるのであれば、それは技能と高度な技術を要する、短期かつ激しい局地戦闘となるだろう。大量虐殺を行う、あるいは虐殺される大衆を伴う戦闘ではない。

侵略者が極度に分散した場合、核兵器で撃破することは不可能になります。しかし、極度に分散した軍隊は、決意を固めた地元住民によって打ち破られる可能性があります。したがって、核兵器の主な役割は、攻撃部隊を分散させ、故郷を守る人々の抵抗を決定的なものにすることにあると言えるでしょう。核兵器は、集結した軍隊への解決策となり、権力を本来あるべき場所、つまり人々の手に取り戻すことができるかもしれません。

ここで、本書の主題である放射能に戻ります。限定的な核戦争では、放射性降下物によって多くの無辜の傍観者が命を落とす可能性があります。核実験プログラムがもたらす危険は、私たちが何の心配もなく平然と受け入れている多くのリスクよりもはるかに小さいことを私たちは見てきました。核戦争では、たとえ限定的なものであっても、状況はおそらく全く異なるでしょう。戦争で非戦闘員が苦しむことは今に始まったことではありません。核戦争では、敵味方、兵士、民間人を区別なく殺す放射性毒物によって、この苦しみはさらに増大する可能性があります。

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幸いなことに、解決策があります。初期の核爆発は核分裂を利用していました。核分裂の過程では、多種多様な放射性物質が生成され、その中には非常に毒性の強いものもあります。近年、核融合によってエネルギーを生成する方法が開発されました。核融合は生成される放射能の量が少なく、危険性もはるかに低くなります。実際、核融合反応の副産物である中性子は、ほとんどあらゆる物質に吸収され、再び様々な放射性原子核を生成する可能性があります。しかし、特定の物質だけを熱核爆発の近くに置くことで、放射能が無害な兵器を製造できる可能性があります。このように、クリーンな核爆発の可能性は私たちの前に広がっています。

クリーンで柔軟性があり、あらゆる規模の兵器を容易に配備できれば、これらの爆弾を私たちが望むように、つまり防衛手段として使用することが可能になります。侵略者を阻止する際に、自由を守りたい場所に死を広げるような大量の放射性原子を放出することはありません。クリーンな核兵器は、都合よく包装された高性能爆薬と同じであり、それ以上のものではありません。

クリーンな爆発の可能性は、新たな発展、すなわち平和利用のための核爆発の可能性を切り開きます。従来型の高性能爆薬は、戦争時と同様に平和利用においても十分に活用されてきました。鉱業からダム建設まで、ダイナマイトは様々な重要な用途に利用されてきました。一方、核爆発は同様の用途には使用されていません。その理由は放射能の危険性です。クリーンな爆発技術を完全に習得すれば、平和利用も可能となり、自然の力を制御する新たな一歩が踏み出されるでしょう。

もちろん、これらすべては、人間の力と責任が増大する過程のほんの一部に過ぎません。昨日まで不可能だったことが今日では既成事実となっている今、私たちはこの縮小する地球上の隣人への意識をますます高めなければなりません。平和の芸術は、 173実りある協力関係につながるのと同じくらい簡単に、利害の対立につながることもある。もし私たちが世界の気候を制御できるようになるなら、ある国は他の国と、同じ川の水を使わなければならない二人の農民のような関係に陥るかもしれない。

ライバルとは、川の支配権をめぐって争う者たちのことである。「ライバル」という言葉が、川やその他の資源の共同利用を最善にするための協力を意味するようになる時、それは法と平和の時代となるだろう。これはユートピアのように聞こえるかもしれないが、誰もその道筋を見出せない。しかし、私たちが進むべき方向は、原子爆弾や放射能を悪魔の発明品と見なすことではない。むしろ、たとえ最初は恐ろしく思える可能性であっても、自然界に潜むあらゆる結果と可能性を、より深く探求すべきである。最終的に、これこそがより良い生活への道である。原子力時代には異様に楽観的に聞こえるかもしれないが、私たちは人類はタフであり、長期的には理性的であると信じています。

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用語集
放射能：放射能の略。1秒あたりの崩壊回数で測定される放射性物質の強さ。

空中爆発：火球が地表に触れない高度での核爆発。空中爆発では、局所的な放射性降下物はほとんど発生しない。

アルファ線（粒子）：重い放射性原子核から放出される、高エネルギーだが透過性のない放射線。アルファ粒子は2個の中性子と2個の陽子で構成され、通常のヘリウム原子の原子核と同一の構造を持つ。

原子: 負に帯電した電子に囲まれた正に帯電した原子核。

原子爆弾：核分裂爆弾。

原子雲：爆発のエネルギーが衝撃波と熱放射によって運び去られた後に残る雲。凝縮した水蒸気、地表物質、放射能を含む爆弾の残骸で構成される。

原子力：核分裂などの核反応で放出されるエネルギー。「原子力」と「核エネルギー」は同じ意味ですが、後者の名称の方が適切です。

原子炉：原子炉と同じ。

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背景放射線: 宇宙線、地球、大気、私たちの体内の放射性物質による自然放射線。

ベータ線（粒子）：一部の放射性核種から放出される高エネルギー電子または陽電子。実質的にすべての核分裂生成物はベータ線（電子）放出体である。

爆風：衝撃波と同じ。

セシウム¹³⁷：放射性核分裂生成物。50万ボルトのベータ線と70万ボルトのガンマ線を放出し、半減期は30年です。娘核種は安定したバリウム¹³⁷です。

連鎖反応：自己維持的な核分裂の連続。ある原子核の核分裂によって放出された中性子は、別の原子核の核分裂を誘発するために利用される。

染色体：細胞内に存在する不規則な形をした小さな物体。染色体は遺伝を司る遺伝子を運びます。

クリーン爆弾：熱と爆風は発生するが、放射能はごくわずかである核爆弾。この爆弾のエネルギーはほぼ完全に核融合プロセスから得られる。

コバルト⁶⁰：放射性同位元素。弱いベータ線を放出しながらニッケル⁶⁰に崩壊する。この崩壊の半減期は5.3年である。ニッケル⁶⁰は直ちに2本のガンマ線を放出し、そのエネルギーは合計250万電子ボルトである。

コバルト爆弾：大量のコバルト⁶⁰を生成する放射性爆弾。

制御棒: 原子炉の出力レベルを制御するために使用される中性子吸収物質の棒。

宇宙線：宇宙からやってくる高エネルギー粒子。地球の大気圏で核反応を引き起こし、背景放射線に寄与します。この宇宙線は、海面よりも高高度でより強くなります。

カウンター: 核放射線を検出する装置。

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臨界質量：安定した連鎖反応を維持するために必要な核分裂性物質の量。臨界量を下回ると、中性子の損失が大きくなりすぎて反応が停止します。

サイクロトロン：荷電粒子を高エネルギーまで加速する装置。高エネルギー荷電粒子は核反応を誘発するために用いられる。

娘核: 放射性同位元素が崩壊した後に残る核。

崩壊: 放射性原子核がアルファ線、ベータ線、またはガンマ線を放出する自発的なプロセス。

遅発中性子：核分裂生成物から数分の一秒から30秒程度後に放出される中性子。核分裂過程で放出される中性子の総数の1%未満を占めるが、原子炉の制御に有用である。

重水素：安定した水素同位体。その原子核（重陽子と呼ばれる）は、1つの陽子と1つの中性子で構成されています。

崩壊: 腐敗と同じ。

線量: 放射線の量。通常はレントゲンで測定されます。

E = mc²：質量（m）とエネルギー（E）を関連付けるアインシュタインの方程式。光速（c）は比例定数として考慮されます。この方程式によれば、1ポンドの質量は10メガトンのエネルギーに相当します。核分裂過程においては、質量のわずか0.1%しか変換されません。したがって、核分裂によって10メガトンのエネルギーを生成するには、1000ポンドのウランが必要になります。

電磁放射線：電波、可視光線、赤外線、紫外線、そしてX線とガンマ線が含まれます。X線とガンマ線はエネルギーが高く、透過性の高い放射線です。

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電子: 単位負電荷を持ち、その重さが最も軽い原子 (水素) の 1/1840 に等しい粒子。

電子捕獲: 原子核内の電子が陽子と結合して中性子とニュートリノを生成するプロセス。

電子ボルト：1ボルトの電位で加速された電子が獲得するエネルギー量。通常、原子から電子を「叩き出す」のに必要なエネルギーは数電子ボルト程度です。放射性原子核から放出される粒子のエネルギーは、数十万から数百万電子ボルトです。

元素：原子核がすべて同じ電荷を持つ原子の集合。元素は複数の同位体から構成される場合がある。

濃縮物質: 天然鉱石に含まれるよりも多くの割合で 235 同位体を含むウラン。

励起状態：原子、分子、または原子核が過剰なエネルギーを持つ状態。この過剰なエネルギーはできるだけ早く放出され、系は基底状態に戻ります。

フォールアウト：原子爆発による放射性粒子。原子雲に運ばれて爆心地から遠くまで運ばれ、その後地表に「降り注ぐ」。

火の玉: 衝撃波が放出されるにつれて膨張し、冷える熱い空気と爆弾の材料でできた光る球。

核分裂：重い原子核が2つ以上の原子核に分裂すること。この過程で大量のエネルギーと一部の自由中性子が放出される。

核分裂性物質:低速中性子の照射により核分裂を起こす同位体: ウラン²³⁵ とプルトニウム²³⁹。

核分裂生成物: 核分裂生成物とその娘核種。数百種類の放射性物質を含み、その中にはストロンチウム⁹⁰やセシウム¹³⁷も含まれます。

核融合：軽い原子核がより重い原子核に結合すること 179エネルギーの放出。例えば、重陽子 + 三陽子 → アルファ + 中性子。この過程で約1800万電子ボルトが放出されます。

ガンマ線: 特定の放射性核から放出される、エネルギーが高く、透過性のある電磁放射線。多くの場合、ベータ線放出の後に放出されます。

遺伝子：染色体の一部。遺伝を決定する大きな分子です。

基底状態: 原子、分子、核のエネルギーが最も低く、安定性が最も高い状態。

爆心地: 核爆発の真上または真下の地表上の地点。

半減期: 多数の同一の放射性原子核の半分が崩壊するのに必要な時間。

H-bomb: 水素爆弾と同じ。

重水素：重水素と同じ。

重水：通常の水素を重水素に置き換えた水。

水素爆弾: 高威力の熱核爆弾。

ヨウ素¹³¹：半減期8日の放射性核分裂生成物。平均エネルギー20万電子ボルトの電子と、エネルギー40万電子ボルトのガンマ線を放出する。

イオン：電荷を帯びた原子または分子。イオンは、高エネルギーの荷電粒子が物質を通過する際に大量に生成されます。

電離：中性原子または分子から電子を取り除くプロセス。中性子、ガンマ線、そして高エネルギー荷電粒子は、電離を引き起こすのに非常に効果的です。

イリジウム¹⁹²：75日間の放射性同位体。平均電子を放出する。 180エネルギーは 0.2 百万ボルト、ガンマ線は 0.3 百万ボルトです。

同位体：原子核の陽子数は同じだが中性子数が異なる原子。このような原子は化学的に同じ挙動を示す。

キロトン: TNT 火薬 1,000 トンによって放出されるエネルギーの量。

クリプトン⁸⁵：放射性核分裂生成物。半減期は10年で、平均エネルギー20万ボルトの電子と50万ボルトのガンマ線を放出する。

白血病: 白血球が過剰に生成される、通常は致命的な病気。

局所的放射性降下物: 核爆発の周辺地域に降る放射性降下物。

メガトン: 100 万トンの TNT 火薬から放出されるエネルギーの量。

中間子：電子と陽子の中間の重さを持つ粒子。実際には、中間子にはパイ中間子とミュー中間子の2種類があります。パイ中間子は電子の276倍の重さがあり、原子核を束縛する力と関連しています。ミュー中間子は電子の212倍の重さがあり、宇宙線に大きく寄与しています。

マイクロ秒：100万分の1秒。光が1マイル進むのにかかる時間は5マイクロ秒です。

百万ボルト粒子: 百万電子ボルト粒子の略。

減速材: 原子炉内で中性子の速度を低下させるために使用される物質。

分子: 化学的に結合した原子の組み合わせ。

突然変異：子孫に受け継がれる遺伝的変化。 181遺伝的特徴に影響を与えます。このような遺伝子の変化は、放射線だけでなく、化学物質や熱物質によっても引き起こされる可能性があります。

ニュートリノ: ベータ崩壊の過程でエネルギーを運び去る、重さがなく電荷を持たない粒子。

中性子：中性粒子。原子核の基本構成要素の一つ。中性子は陽子よりわずかに重い。自由状態になると、陽子、電子、ニュートリノに崩壊する。

希ガス：ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン。これらは、自身を含め、いかなる元素とも化学的に結合しません。

核爆弾: 核分裂または核融合からエネルギーを得る爆弾。

原子炉: 制御された連鎖反応を維持するための機械。

原子核：原子核は中性子と陽子から構成され、その電荷は陽子の数に等しい。その重さは陽子の数と中性子の数の合計に等しい。

周期表：原子電荷の増加順に並べられた化学元素。類似した化学的性質を持つ元素は周期的に出現する。

プルトニウム：電荷94の元素。ウラン²³⁸に中性子を捕獲し、2回のベータ線放出によって生成される。ウラン²³⁵と同様に、プルトニウムは原子力燃料として有用である。

陽電子: 電子の正の反対物。

カリウム⁴⁰：天然の放射性同位体。半減期は10億年で、ベータ線とガンマ線を放出します。

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陽子：原子核を構成する元素。1単位の正電荷を持ち、質量は中性子よりわずかに軽い。

放射線：物質の電離を引き起こす高エネルギー荷電粒子、中性子、ガンマ線。放射線は核爆発で発生するだけでなく、宇宙線や私たちの周囲にある放射性物質の崩壊によっても自然発生的に発生します。

放射能: 自発的な原子核崩壊により、アルファ線、ベータ線、またはガンマ線が放出されます。

放射性同位元素: 放射性同位元素の略。

放射性爆弾: 放射能汚染を引き起こすように設計された爆弾。

ラジウム: 電荷 88 の元素。主な同位体の質量は 226 で、半減期が 1620 年のアルファ粒子を放出します。

飛程：高エネルギー荷電粒子が物質中を移動して停止するまでの距離。重い荷電粒子は物質中を直線的に移動しますが、電子は頻繁に進路を変えます。そのため、電子の飛程は移動距離全体の約半分にしかなりません。

原子炉: 原子炉と同じ。

レントゲン：放射線量の単位。照射された物質の単位重量あたりに蓄積されるエネルギー量で定義されます。生体組織に40万レントゲンの線量が照射されると、体温を1℃上昇させるのに十分なエネルギーが蓄積されます。人体にわずか400レントゲンの線量しか照射されない場合、50%の確率で死に至ります。

衝撃波: 爆発によって生じた高気圧と強風の拡大前線。

自発核分裂：中性子によって誘発されない自然な核分裂。ウラン²³⁸におけるこの過程の半減期は8×10¹⁵年である。

成層圏：気象帯の上空の大気。成層圏の高度は、緯度と季節によって30,000フィートから50,000フィートまで変化します。

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成層圏降下物：成層圏まで雲が上昇する巨大爆弾による、世界規模の放射性降下物。放射能は平均して約10年間成層圏に留まり、その後、地球の表面にほぼ均一に沈着します。

ストロンチウム⁹⁰：放射性核分裂生成物。半減期は28年で、平均総エネルギー120万電子ボルトの電子を2個放出します。ストロンチウムは化学的にカルシウムに似ており、骨に沈着します。

熱放射: 核爆発の火の玉から放射され、周囲の冷たい空気中を長距離伝達される、主に可視光線ですが、紫外線や赤外線も含む電磁放射です。

熱核爆弾: エネルギーの大部分を水素同位体の核融合から得る爆弾。

熱核反応：高温によって引き起こされる核融合反応。

トリウム: 電荷 90 の元素。主要同位体の質量は 232 で、半減期が 140 億年のアルファ粒子を放出します。

トリガープロセス: 大きな結果につながる小さな原因。

トリチウム：水素の同位体。その原子核（トリトンと呼ばれる）は、1つの陽子と2つの中性子で構成されています。トリトンは、半減期が12.25年である放射性ベータ線放出核種です。

対流圏: 海面から約 40,000 フィートまでの大気の気象部分。

対流圏降下物：主に小型爆弾（1メガトン未満）による世界規模の降下物で、その雲は対流圏に残ります。この降下物は、爆発後平均2週間から1か月後に発生し、爆発地点の緯度に近い緯度に留まります。

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ウラン：電荷92の元素。天然ウランは、U²³⁵ 1に対してU²³⁸ 139を含んでいます。U²³⁵は核分裂性物質であり、U²³⁸は核分裂性プルトニウムに変換されます。

X線：透過性電磁放射線。通常は金属ターゲットに高エネルギー電子を照射することで発生します。X線とガンマ線は実質的に同じものです。

脚注
[1]「高貴な」という言葉はおそらく誤称である。これらの原子は互いの仲間を求めさえしない。
[2]原子という単語が引用符で囲まれるのは、電子を1つ失ったため、もはや基底状態の通常の中性原子ではないためです。
[3]まだ。
[4]実際には、同じ状態を2つの中性子と2つの陽子が占める場合があります。これは、中性子と陽子がN極とS極を持つ磁性粒子であるためです。したがって、1つの中性子（または陽子）のN極が上向きで、もう1つの中性子（または陽子）のN極が下向きであれば、違いを求める要求は満たされます。
[5]電子と一緒に放出されたニュートリノは右ねじの対称性を持ち、陽電子と一緒に放出されたニュートリノは左ねじの対称性を持つようです。
[6]実際には、元の質量の一部を運び去る1つ以上の中性子が放出されるため、重量が元の238になることはほとんどありません。
[7]ベータ崩壊に最初に追い抜かれるのは、運の悪いごく少数の人だけです。
[8]彼女と夫は、レニウムとマズリウムという二つの元素を発見しました。そのうちの一つは現存しています。
[9]中性子が非常に高速であれば、エネルギーの大部分が失われる可能性があります。この場合、中性子は原子核の内部励起を引き起こす可能性があります。
[10]彼は最初の放射線被曝とは全く関係のない肝炎で死亡した可能性が高いようです。
[11]放射性原子核の半減期は爆発時の極端な温度や圧力、粒子の運動状態や場所の影響を受けません。
[12]少量は風に乗って地面に舞い降り、葉や草に付着する可能性があります。
[13]表の最後の行は私たち自身の推定に基づいています。
[14]最近の証拠によれば、この数は23であることもあると示唆されている。
[15]友人らからは「原子炉防止委員会」と呼ばれている。
[16]著者の一人。
[17]この違いは驚くべきものではありません。滅菌を行う際には、放射線に対して最も耐性のある細菌であっても、すべての 細菌を殺さなければなりません。さらに、小さな生物は偶然に放射線の影響を逃れることもあります。一方、大きく複雑な生物は、その必須組織の中で最も感受性の高い組織が破壊されると、機能を停止してしまいます。
転写者のメモ
いくつかのタイプミスを静かに修正しました。
印刷版からの出版情報を保持: この電子書籍は出版国ではパブリック ドメインです。
テキスト バージョンのみ、斜体のテキストは アンダースコア で区切られます。
*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「私たちの核の未来：事実、危険、そして機会」の終了 ***
《完》