マンハッタン計画と広島と長崎への原爆投下にたどり着くには、第二次世界大戦に至るまでの物理学の進歩を理解するのに役立ちます。1919年から1930年代初頭にかけて、科学者たちは原子の構造の重要な部分をつなぎ合わせていました。1919年、イギリスのマンチェスター大学で、ニュージーランドの物理学者アーネストラザフォードは、原子核にある正に帯電した粒子である陽子を発見しました。陽子は、中心の周りを周回する負に帯電した電子とともに原子を構成します。
1つの問題がありました-物理学者は、いくつかの要素が異なる量の重さである理由を説明できませんでした。これは、ラザフォードの同僚の1人であるジェームズチャドウィックが3番目の亜原子粒子である中性子を発見した1932年まで謎のままでした。電荷がない場合、中性子は原子核内の陽子と空間を共有します。陽子と電子の数はどの元素でも常に同じですが（たとえば、炭素には常に14個の陽子と14個の電子があります）、中性子の数は異なる可能性があります。これは、炭素が本質的に同じ元素であるにもかかわらず、炭素の重量が異なる可能性がある理由を説明しています。これらの異なる重量の原子は、同位体として知られています。
この頃、科学者たちは、原子を分裂させてエネルギーを生み出すことを期待して、粒子加速器を使用して原子核に衝撃を与え始めました。当初、彼らはほとんど成功しませんでした-初期の粒子加速器は、両方とも正に帯電した陽子とアルファ粒子を発射しました。高速でも、これらの粒子は正に帯電した原子核によって簡単に反発され、ラザフォード、アルバートアインシュタイン、ニールスボーアなどの人物は、原子力を利用することはほぼ不可能だと感じていました。
これは、1934年にイタリアの物理学者エンリコフェルミが爆撃に中性子を使用することを考えたときに変わりました。中性子は電荷を持たないため、反発することなく原子核に衝突する可能性があります。彼はいくつかの要素を攻撃することに成功し、その過程で新しい放射性要素を作成しました。フェルミがそれを認識せずにしたことは、核分裂の過程を発見することでした。オットーハーンとフリッツシュトラスマンの2人のドイツ人科学者は、1938年にウラン原子を2つ以上の部分に分割することに成功したときに、このプロセスを最初に公式に認めました。
地球上で最も重い天然元素であるウランは、これらの初期のプロセスの多くに関与し、いくつかの理由で物理学の大きな関心の対象となりました。ウランは92個の陽子を持つ最も重い天然元素です。対照的に、水素は非常に軽く、陽子は1つしかありません。しかし、ウランの興味深い部分は、陽子の数ではなく、同位体に含まれる中性子の数が異常に多いことです。ウランの1つの同位体であるウラン235は、143個の中性子を持ち、非常に簡単に核分裂を引き起こします。
ウラン原子が分裂すると、本質的に質量が失われます。アインシュタインの有名な方程式によれば、E =mc² Eは、エネルギー、mは質量、cはある速度光、物質がエネルギーに変換することができます。あなたが持っている問題が多ければ多いほど、あなたはより多くのエネルギーを生み出すことができます。ウランは陽子や中性子が多いので重いので、2つ以上に分かれると失う物質が増えます。この質量の損失は、原子のように小さいかもしれませんが、大量のエネルギーの生成に相当します。
これに加えて、余分な中性子が分割されたウラン原子の破片から分離します。1ポンドのウランには数兆個の原子が含まれているため、漂遊中性子が別のウラン原子に衝突する可能性は非常に高くなります。これは物理学の世界の注目を集めました-制御された連鎖反応は安全な原子力発電を生み出すことができましたが、制御されていない反応は荒廃する可能性がありました。
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