MVP ARCHIVE HISTORY｜Energy : Nuclear Energy 02 : Nuclear Fission / 核分裂の発見

2026年7月23日 12:16

核分裂の発見

1938年、ドイツのベルリンにあるカイザー・ヴィルヘルム化学研究所では、原子核に中性子を照射する実験が続けられていた。

実験を行っていた、化学者オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンは、ウランに中性子を照射した後に生じる物質を詳しく分析していた。
当時、多くの研究者は、ウランよりも重い新しい元素がつくられる可能性を考えていた。

しかし、実験結果はその予想と一致しなかった。
検出されたのは、ウランよりもはるかに軽い元素であるバリウムだった。

ウランの原子核は、当時知られていた中でも特に重い原子核だった。
そのウランから、質量が大きく異なるバリウムが生じたという結果は、従来の原子核の理解では簡単に説明できなかった。

ハーンとシュトラスマンは、慎重に実験を繰り返した。
化学分析の誤りである可能性を検討し、それでも結果が変わらないことを確認した。

1938年12月、二人は実験結果を論文として報告、ただし、この時点では、原子核そのものが分裂したとは明確に結論づけられていなかった。
観測された事実は示されたが、その現象が何を意味するのかは、まだ分かっていなかった。

ナチス・ドイツによる迫害を逃れ、1938年にスウェーデンへ亡命していた長年の共同研究者の物理学者リーゼ・マイトナーに、オットー・ハーンは手紙で実験結果を伝えた。

マイトナーは、甥で物理学者のオットー・ロベルト・フリッシュとともに、その結果について考え、ウランの原子核が一つのまま変化したのではなく、二つの比較的軽い原子核へ分かれたと考えた。

原子核が変形し、引き伸ばされ、最終的に二つへ分裂する。
この解釈によって、バリウムが生じた理由を説明することができた。

マイトナーとフリッシュは、原子核が二つに分かれる現象を、生物の細胞分裂になぞらえて「 Nuclear Fission 」と表現され、日本語では「核分裂」と呼ばれる。

フリッシュは実験によって、核分裂の際に大きなエネルギーが放出されることを確認し、アインシュタインの質量とエネルギーの関係を用いて、このエネルギーを説明した。

分裂前と分裂後では、原子核を構成する物質の質量にわずかな差が生じる。
そのわずかな質量が、大きなエネルギーへ変換されていた。

ウラン原子核が核分裂すると、エネルギーだけでなく複数の中性子も放出され、その中性子が別のウラン原子核に衝突すれば、さらに核分裂が起こる可能性がある。

一つの核分裂が、次の核分裂を引き起こす反応が連続して広がる現象が、核分裂の連鎖反応である。

1939年には、世界各地の研究者が核分裂を確認し、そのエネルギー利用の可能性について研究を始めた。
原子核内部に存在するエネルギーを、人間が取り出せる可能性が現実のものとなった。

核分裂が発見された時代、ヨーロッパではナチス・ドイツが勢力を拡大し、第二次世界大戦が始まろうとしていた。

科学者たちは、核分裂の連鎖反応を利用すれば、これまでにない威力を持つ兵器がつくられる可能性に気づいた。

核分裂研究は、純粋な科学研究から軍事研究へと急速に接続されていった。
アメリカでは マンハッタン計画 が開始され、1945年には世界で初めて核兵器が使用された。核分裂の発見から、わずか数年後のことだった。

核分裂は兵器だけでなく、エネルギー源としても研究された。
核分裂の連鎖反応を制御することで、継続的に熱を取り出すことができる。
この熱を利用して蒸気をつくり、タービンを回す仕組みが原子力発電へとつながった。

また、研究炉では放射性同位体の生成や、物質の分析、医学研究などにも利用されるようになった。
核分裂は、戦争、エネルギー、医学、産業を通じて、20世紀の社会を大きく変えていった。

核分裂の発見は、一つの理論から直接導かれたものではなかった。
始まりは、実験結果と予想の間に生じた不一致だった。
ウランを照射したにもかかわらず、バリウムが検出された。

ハーンとシュトラスマンは、その結果を化学分析によって確認した。
マイトナーとフリッシュは、その観測事実に物理的な意味を与えた。

実験と理論、化学と物理学。
複数の研究者による異なる視点が結びついたことで、核分裂という現象は理解されていった。

核分裂の発見は、原子核の内部に蓄えられた巨大なエネルギーを明らかにあすると同時に、科学的発見が社会へ及ぼす影響の大きさを、人類に突きつけることになった。