核兵器の歴史（かくへいきのれきし）では、核兵器の開発史を時系列で記述する。核兵器とは、核分裂および核融合を用いた大量破壊兵器の総称である。 1930年代になされた核物理学上の発見によって核兵器の実現可能性が示された後、1940年代には実用兵器として使用できる原子爆弾が開発され、冷戦期間中に、米ソ両国による核開発競争を招いた。21世紀現在においても核開発は続いている。
原子爆弾と呼ばれる核分裂を利用した兵器は、最初ケベック協定を背景としたアメリカ合衆国、イギリス、カナダの協力によるマンハッタン計画によって開発された。そしてその計画によって開発された核兵器は、第二次世界大戦の終わりに広島と長崎で実際に使用された。ソ連はその後独自の核兵器開発計画を進め、1949年に原爆を開発した。その後両国は、より強力な水素爆弾または熱核爆弾と呼ばれる核兵器を開発した。
冷戦期間中を通じて、米ソ両国は数千の核兵器を備蓄し、核弾頭を備えた世界のどこをも狙うことができるミサイルを多数配備した。50年代から60年代にかけて他3国が核兵器を開発した。21世紀初頭、少なく見積もっても9つの国が使用可能な核兵器を所持しているとされている。核兵器の脅威と新たな国への核拡散を防ぐために、国際的な交渉が数多くなされている。
これまで、少なくとも4回の大きな偽の核警報が発令されていて、最近では1995年に起こっている。それらは、アメリカとロシア両方の早期警戒手続き (early warning protocols) による核攻撃の可能性を招いているGeoffrey Forden, False Alarms on the Nuclear Front.。
1930年代の政治と物理
純粋科学としての研究 20世紀前半は、各国で物理学者らがものの本質をつきとめるという目的のために、民族・国籍に関わりなく、また特段の国家目的や国家要請とは何ら関係なく、コスモポリタン的な雰囲気の中で全くの純粋科学として原子核の研究を競い合っていた時代であった。
20世紀の最初の10年に、原子の性質について物理学上の革命的な発見がなされた。1898年に、フランスの物理学者のピエール・キュリーと、そのポーランド人の妻マリ・キュリーによってピッチブレンド (閃ウラン鉱) 内から放射性物質が発見され、彼らはその放射性物質をラジウムと名付けた。この発見を知った科学者と一般の人たち両方は、我々のまわりにある物質が、莫大な量の見えないエネルギーを有していることを知り、これを利用できるかもしれないと考えるようになった。
1911年にアーネスト・ラザフォードによって行われた実験によって、原子のほとんどの質量は、原子核と呼ばれる原子の中心部に存在しているということ、原子は陽子という正の電化を持った粒子と、そのまわりを囲む電子を含むことが示された。1932年に、ジェームス・チャドウィックは、原子核にはもう一つの基本的な要素、中性子を含むことを発見したJames Chadwick - Biography。 同年、ジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンは、原子を世界で初めて「分割」し、元素を別の元素に人工的に変換する実験を行なった1951年のノーベル物理学賞 (英語)。そして1933年、レオ・シラードは、中性子を用いた連鎖反応のアイデアを構想し、原子爆弾の理論的な可能性を提案したLeo Szilard - A Biographical Chronology。シラードの取得した原子力の利用に関する特許は、1936年、秘密裏にイギリス海軍に譲渡された。実際に核兵器を開発したわけではないものの、このことをもってシラードを学術的な原子爆弾の父と呼ぶものも居る。
1934年、マリ・キュリーの娘イレーヌ・ジョリオ＝キュリーとその夫フレデリックは、アルミニウムへα線を照射することによって、人工放射性同位元素の製造に成功し、翌年二人はノーベル賞を得た。また同年、イタリア人物理学者のエンリコ・フェルミは中性子をウランへ照射することで、同様に放射性同位体が得られることを雑誌のネイチャーで報告している。
核分裂の発見 1938年の12月、ドイツ人化学者のオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンはウランへ中性子を照射した後、ウランよりも原子量の小さいバリウムが発見されたと科学雑誌に発表したO. Hahn and F. Strassmann Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle (On the detection and characteristics of the alkaline earth metals formed by irradiation of uranium with neutrons) , Naturwissenschaften Volume 27, Number 1, 11-15 (1939) . The authors were identified as being at the Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie, Berlin-Dahlem. Received 22 December 1938.（核分裂の発見）。 同時に、二人はスウェーデンで働く物理学者のリーゼ・マイトナーにこの結果を手紙で相談した。マイトナーとその甥オットー・ロベルト・フリッシュは、すぐにこの結果が、核分裂 (このときはそうは呼ばれていなかったが) によるものだと解釈したLise Meitner and O. R. Frisch Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction, Nature, Volume 143, Number 3615, 239-240 (11 February 1939) . The paper is dated 16 January 1939. Meitner is identified as being at the Physical Institute, Academy of Sciences, Stockholm. Frisch is identified as being at the Institute of Theoretical Physics, University of Copenhagen.。 1939年1月13日に、フリッシュはこれを実験で確かめているO. R. Frisch Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment, Nature, Volume 143, Number 3616, 276-276 (18 February 1939) . The paper is dated 17 January 1939. The experiment for this letter to the editor was conducted on 13 January 1939; see Richard Rhodes The Making of the Atomic Bomb 263 and 268 (Simon and Schuster, 1986) .。 この実験の見学希望者の中に、ウィリアム・A・アーノルドというアイルランド系アメリカ人生物学者がおり、彼の言葉からバクテリアの細胞分裂になぞらえてこの現象を「分裂 (fission) 」と名付けたというローズ 「原子爆弾の誕生」 pp.465。
オットーとストラスマンの実験に対するマイトナーとフリッツの解釈は、すぐに公表前から大西洋を渡り、アメリカのプリンストン大学教授ニールス・ボーアのもとへ届けられた。プリンストンで働くコロンビア大学教授のイジドール・イザーク・ラービとウィリス・ラムの2人は、核分裂のニュースを聞き、それをコロンビア大学へ持ち帰った。そこで、ラービは数カ月前ノーベル賞を受けたばかりのエンリコ・フェルミにそのニュースを伝えたという。フェルミは核分裂が起こったという結果の正しさを確信した。その後すぐにボーアはフェルミに会うためにプリンストンへ向った。フェルミの教授室には彼が居なかったので、ボーアはプリンストン大学のサイクロトロンエリアへと降りていった。ボーアはそこで中性子の研究中の大学院生ハーバート・アンダーソンを見付けると、そこでウランの原子核の分裂と、その説明モデルについて語ったというローズ 「原子爆弾の誕生」 pp.474。
ウランへ中性子を照射したときに起きる核分裂によって放出されるエネルギーを計測する必要がある、とコロンビア大学の多くの科学者は考えていた。1939年の1月25日に、コロンビア大学の実験チームは大学内のピューピンホール（Pupin Hall）の地下で、アメリカ初の核分裂実験を実施したH. L. Anderson, E. T. Booth, J. R. Dunning, E. Fermi, G. N. Glasoe, and F. G. Slack The Fission of Uranium, Phys. Rev. Volume 55, Number 5, 511 - 512 (1939) . Institutional citation: Pupin Physics Laboratories, Columbia University, New York, New York. Received 16 February 1939.。
ナチスが1938年にチェコスロバキアへ、次いで1939年にポーランドへ侵攻し、第二次世界大戦が勃発すると、様相は一変する。ヨーロッパのトップ物理学者たちは差し迫った危機を避け、アメリカへと渡っていった。枢軸国側、連合国側両方の科学者たちは、核分裂を利用した兵器の実現可能性について自覚していたものの、その時点ではどのように実現されるのかまったく分かっていなかった。にもかかわらず、第二次大戦の初期の数年のうちに、物理学者たちは不意に核物理学について公表することを差し控えるようになった。敵対する側がどんなアドバンテージも得られないようにするための自主検閲であった。
1940年に英米で発表された日本の研究 1940年5月3日付けの理研の仁科芳雄と東京帝国大学理学部化学科の木村健二郎らの論文に、ウラン238に高速中性子を照射した実験において、今では核兵器の爆発によって生成することが知られているネプツニウム237 を生成した ことが記され、同年、米国の物理学誌フィジカル・レビューに掲載された。また、同実験では、１回の核分裂で10個以上の中性子が放出され核分裂連鎖反応(超臨界)を伴うことが知られている対称核分裂による生成物 が生成されたことが、『Fission Products of Uranium produced by Fast Neutrons(高速中性子によって生成された核分裂生成物)』と題して、同年7月6日付けの英国の学術雑誌ネイチャーに掲載されたY. NISHINA , T. YASAKI , H. EZOE , K. KIMURA & M. IKAWA(1940)"Fission Products of Uranium produced by Fast Neutrons".United Kingdo.Nature Research.2016年8月24日閲覧)。
ロスアラモスからヒロシマ・ナガサキへ
第二次世界大戦の初期、連合国側の科学者たちは、ドイツ国がノルウェーに対して重水の全在庫を購入する注文を行っていたことを察知し、ナチス・ドイツが既に独自の原子爆弾開発計画を始めているのではないかと懸念していた。連合国での最初の核兵器開発に関する組織的研究は、イギリスでチューブ・アロイズの一部として開始された。アメリカでは、レオ・シラードが同じハンガリー人の亡命科学者であるエドワード・テラー、ユージン・ウイグナーと話し合い、アインシュタインの知名度を利用して、ルーズベルト大統領に手紙を書いてもらうことを考えつき、1939年7月16日、シラードとウイグナーはアインシュタインを訪問、アインシュタインはこのとき初めて、連鎖反応と原爆製造の可能性を知って驚いたという。アインシュタインが手紙案の内容をドイツ語で口述し、それをウイグナーが書き取って持ち帰り英訳した。この文案を何度も書き変えた後、7月30日シラード、テラー、アインシュタインで再検討、アインシュタインが署名した。この「アインシュタインの大統領宛の手紙」は、大統領とつながりの深いアレキサンダー・ザクスによって10月11日に届けられた。この進言ののち同年、リーマン・ジェイムス・ブリッグス (:en:Lyman James Briggs) の指揮のもとでウラン諮問委員会によって、アメリカでもウラン兵器の開発可能性についての研究が始められることになった。核分裂制御方法・ウラン濃縮技術・放射性プルトニウム生産技術も全くないゼロからのスタートであった。結局、ナチスドイツの核兵器研究は初期にとどまったため、自ら作り出した幻影に怯えての開発であった。
イギリス人科学者によって、核兵器が数年以内に完成しうるという計算がなされたが、それを受けてアメリカで1941年には核兵器開発を計画する部局が設立、1942年にレズリー・グローヴス准将の監督のもとに「マンハッタン計画」としてアメリカで本格的な核兵器開発が始まった。
アメリカの物理学者ロバート・オッペンハイマーによって指揮されたこのプロジェクトは、当世最高の科学的知性の持ち主たち (その多くはヨーロッパからの亡命者であった) と、アメリカの工業力の粋を結集し、ドイツより先に核分裂を元とした爆発装置を作りあげるという目的に向かって邁進させた。イギリスとアメリカは、両国のリソースと情報をこの計画のために共有するという合意に至ったが、ソ連などの他の連合国には知らされなかった 。
莫大な工業力と科学力によって、マンハッタン計画は世界中の優れた科学者を研究・開発の両面に巻き込んでいった。アメリカは前例がないほどの莫大な投資をこの計画の戦時中の研究に費やし、この研究に関わった研究所はアメリカ・カナダの30ヶ所以上にも登る。科学的な研究は、主にロスアラモス研究所として知られる秘密研究所で行われた。
さて、ウランは自然界では2つの同位体、ウラン238とウラン235として出現する。ウラン235が中性子を吸収すると、核分裂を起こし2つの核分裂生成物を産みだす。そのとき同時に途方もないエネルギーと、平均2.5個の中性子を放出する。しかしウラン238は、中性子を吸収しても核分裂を起こさず、核分裂反応を止める働きを持つ（但し、これは低速な中性子線の場合であって、高速な中性子の照射によりU238も核分裂を起し、U235と同様に分裂に際して大きなエネルギーと中性子を放出する）。
ウランによる原子爆弾を作成するためには、ほとんど純粋な (少なくとも80 %の) ウラン235が必要であり、そうでなければウラン238が即座に核分裂の連鎖反応を止めるということが分かった。最大の難問は、天然ウランの中でたった0.7 %しか含まれず、化学的な性質も変わらないウラン235だけを濃縮することだ、とフェルミらマンハッタン計画の科学者チームは即座に認識した。
戦時のプロジェクト中に、遠心分離法、ガス拡散法そして電磁濃縮法という3つのウラン濃縮方法が開発された。そのどれも、ウラン238は235よりもほんの少しだけ原子量が大きいという物理的性質を利用したものである。このうち遠心分離法は効率が良くなく、更なる研究を要するため、早々に放棄された。アーネスト・ローレンスによって発明されたサイクロトロンによって可能になったのが電磁濃縮法で、この方法は質量の差によるローレンツ力の違いに基づいている。しかし、大金を投じて建設されたサイクロトロンによるウラン濃縮も思ったような成果を挙げられなかった。ガス拡散法は、原子の質量差による気体の拡散速度の差を利用したものであるが、これが当時一番効率が良く、別の秘密研究所がテネシー州オークリッジに建設され、ウラン235の製造と精製が大規模に行われた。
ウラン濃縮への投資は莫大であった。当時、オークリッジ内の工場の一つであるK-25 (:en:K-25) は、一つの建物にある工場としては世界最大のものだった。オークリッジの研究所では最大で1万人もの従業員を雇っていたが、彼らのほとんどは自分が何をしているのかについて知らされていなかった。
ウラン238は原子爆弾の最初の段階では使用できないものの、ウラン238が中性子を吸収すると最初不安定なウラン239となり、その後いくつかの不安定核への崩壊を経て、安定な核種である人工の原子プルトニウム239に崩壊する。プルトニウムも核分裂性の物質であり、核爆弾に使用しうる。反応の制御と持続が可能な原子堆 () —原始的な原子炉の呼び方—が世界で初めて、エンリコ・フェルミによってシカゴ大学の地下に作られ、その後大規模な反応炉が秘密裏にワシントン州のハンフォード・サイトとして知られる場所へ建設された。ハンフォード・サイトでは、コロンビア川の水を冷却水として使い、ウラン238を原爆のためのプルトニウムへ変化させていた。
核分裂兵器を作動させるためには、中性子が照射される際に臨界質量の核分裂性物質がなければいけない。最も単純な原子爆弾の動作方式は、ガンバレル型またはガンタイプと呼ばれるもので、臨界量に達しない核分裂性物質 (ウラン235など) に対して別の核分裂物質を衝突させ、臨界を起こさせ、速い速度で核分裂の連鎖を起こし、所望の爆発を生じさせるものである。1942年までに考案された核兵器には、ウランを使用した「リトルボーイ」、プルトニウム型の「シン・マン」、そして、爆縮方式による「ファット・マン」があった。
1943年の始め、オッペンハイマーは、シン・マンとファット・マンの両方の計画を続けるべきか決定しなければならなかった。プルトニウム砲身型は大量の研究資源を費やしていたにもかかわらず、最も核爆弾を製造できるか不確かなプロジェクトだった。1944年の4月にエミリオ・セグレによって、これはシン・マンに使われていたプルトニウムに、同位体のプルトニウム240が含まれており、それが不完全核爆発を起こしたためであるとされている。そのため、リトルボーイとファットマンの研究のみが続けられることとなった。
特に、爆縮方式によるファットマンの開発が優先されることになった。その方法は、化学的な爆発物を使い、臨界量以下のプルトニウムを周囲から強い圧力を掛けて圧縮し、臨界を起こさせるというものである。爆縮方式には、火薬の衝撃波を完全に均等な形でプルトニウムに伝えなければならないという難問がある。もし、わずかでも圧縮力が不均等だった場合、臨界を起こす前にプルトニウムもろとも木っ端微塵に飛散し、効果的な爆発を起こすことができなくなる。爆破加工に用いられていた爆薬レンズを応用し、光学的なレンズのように、燃焼速度の速い火薬と遅い火薬を組み合わせることで、対称な衝撃波を伝える、という方法によってこの問題は解決された。
Dデイの後、グローブス将軍は計画 (Project Alsos) として知られる科学者チームに命じて、ヨーロッパに上陸し東へと邁進する連合国軍に追従してドイツの核計画の進行状況を調べさせ、また同時に、侵攻してくるソ連軍にドイツの核物質や人材を奪われないようにさせた。ナチスドイツもヴェルナー・ハイゼンベルクらによって原爆製造を計画していたものの、結果としては、ナチスは計画に対して目立った投資をしておらず、それゆえ成功とはほど遠いものだったという。
一部の歴史家は、このとき科学者チームはナチスの核爆弾のラフな設計図を発見した、と主張しているDrawing uncovered of 'Nazi nuke'. BBC.com. Wednesday, 1 June, 2005, 13:11 GMT 14:11 UK.。研究は、ドイツ核エネルギー計画 (:en:German nuclear energy project) によって指揮されていた。1945年の3月には、物理学者クルト・ディーブナー (:en:Kurt Diebner) によってナチスの科学者チームが指揮されていて、原始的な核装置の開発に当たっていたとされるHitler 'tested small atom bomb'. BBC.com. Monday, 14 March, 2005, 17:33 GMT.。
1945年5月8日にドイツが連合国に対して無条件降伏した時点で、マンハッタン計画は、いまだ使用できる兵器の完成まで数ヶ月遅れていた。同年4月にはアメリカの大統領フランクリン・ルーズベルトが死去し、前副大統領であったハリー・トルーマンが後を継いだ。当時は戦時であり、なし崩し的に大統領の権限は拡大しており、トルーマンは大統領就任まで核開発計画について知らされていなかったと伝えられている足立（1987）pp.146。トルーマンは大統領就任後24時間以内に、この戦時秘密計画について初めて知らされたという。とはいえ、まったく無知であったわけではないようで、『トルーマン委員会』と呼ばれた上院国家防衛調査委員会において、莫大な戦費が使われていることを知り、調査活動に出たがスティムソン軍事長官の要請を受けて中止したという。
確実に動作するプルトニウム兵器を作るのは難しかったので、事前に核実験の実施が望まれた。トルーマンは、すぐ後に控えた戦後のヨーロッパ情勢を決定する会談を有利に進めるため、その前に核実験の結果を知りたいと望んでいた。1945年7月16日、ニューメキシコ州アラモゴード北の砂漠で、ガジェットと名付けられた原爆を用いてトリニティ実験というコードネームを付けられた人類最初の核実験が実施された。原爆はTNT換算で約19 ktものエネルギーを放出した。これは当時までに使用されたあらゆる兵器の威力を上回るものであった。実験成功のニュースは直ちにトルーマン大統領へ届けられた。
トルーマンは、科学者たちや軍上層部の日本への原爆使用方法についての意見を総合し、最終的に日本の都市へ原爆を投下することを決定した。一部には、原爆をデモンストレーション用として無人の地区に使用するべきとの意見 もあったが、大部分は人の住む都市で実際に原爆が兵器として使われることを望んだ。これには、日本政府に対して抗戦の意図を挫くために強力なメッセージを送り、特に日本本土に対しての上陸作戦を不要にすることによって、米軍将兵の犠牲を減らすという軍事的な動機に基づくものであったとされる。もし本土への上陸が行われれば、米軍将兵の死傷者は50万人を超えるトルーマン回顧録 とされており、また日本側にも同数以上の犠牲者が出ると想定されたので、トルーマンは「原爆の投下は戦争を短縮し、何百万もの生命を救った ("We have used it in order to shorten the agony of war, in order to save the lives of thousands and thousands of young Americans.")」トルーマンの原爆投下演説 (英語) 1945年8月9日 と主張している。
1945年5月10日ロスアラモス内のオッペンハイマーの執務室で、8月初めに使用予定の2発の原子爆弾の投下目標として、次の4都市がはじめて選定された。それは、京都、広島、横浜、小倉である。最終的には、広島と長崎がターゲットに選ばれ、1945年8月6日に広島へウラン型原爆のリトルボーイが、3日後にプルトニウム型のファットマンが長崎へ投下された。犠牲者については諸説あるが、2発の原爆で計20万人程度が亡くなったとされている。
日本に対する原爆の使用が不可避であったのかには議論がある日本への原子爆弾投下を参照 が、ソ連への示威行為であったとの指摘もある。
マンハッタン計画は米英加の共同作業であり、情報共有の賜物であったが、アメリカので導入された「ボーン・シークレット」である秘密資料の管理により、協力体制は実質的には一旦終わりを迎えた。 ソビエトの核計画
ソ連の原爆開発責任者となったハリトン博士も、ハーンの発見報告が核分裂と中性子による連鎖反応の可能性を示すことに気づいたという。ソビエト連邦（ソ連）は、アメリカ合衆国と他の連合国間による核開発計画の共有に参加できなかった。しかし、戦時中を通して、ソ連は多くの情報をフックスなどのマンハッタン計画内の自主的なスパイから受けとっていたとされている （ヴェノナ・プロジェクトも参照。ソビエトの暗号通信では、Enormozというコードネームで知られていた）。1943年には国家プロジェクトとして核兵器開発を進めることにした。
また、ソ連の核物理学者イーゴリ・クルチャトフは、連合国の兵器開発を注意深く見守っていた。そのため、ポツダム会談の席でヨシフ・スターリンはトルーマンに、アメリカが「強力な新型兵器」を開発した、と聞かされても驚かなかった。スターリンが興味を示さないことに、トルーマンはショックを受けたという。
マンハッタン計画でのソ連のスパイは、全員自主的なスパイであり、ロシア人はいなかった
。 スパイの中には、ドイツからの亡命者である理論物理学者のクラウス・フックスなどがおり、貴重な情報が彼によってソ連にもたらされたという。その他、ロスアラモスにいたスパイ (互いに面識はなかったが) には、セオドア・ホール (:en:Theodore Hall) やデビッド・グリーングラス (:en:David Greenglass) などが居る。しかしロシアはまだ大祖国戦争（独ソ戦）で忙しかったため、これらの情報を生かすのには戦後を待たなければならなかった。
第二次世界大戦直後の年、核兵器の国際的な統制の必要性が世界中で議論の的となった。原爆開発に関わったロスアラモスの科学者たちは、「原子力の国際統制」の必要性を説き、1945年11月には米英加3国によって原子力の国際管理を司る委員会の国連への設置が提案 、 12月27日の米英ソ外相級が臨席したモスクワ三国外相会議では国連での設置検討が声明として盛り込まれ、翌46年には原子力委員会を安全保障理事会のもとに設立することが決議された。それにもかかわらず、米国は国際管理体制が機能するようになるまでは原爆を保有し続ける姿勢を明確にしたため、早々とソ連の離反を招き、ソ連は独自の核兵器の開発を進めることとなった。国連原子力委員会は1948年5月に無期限休会した。
その後、マンハッタン計画から得た情報を元にしながら、ソ連はその工業力と人材を核開発へと注ぎ込んだ。ソ連の核開発計画でまず問題となったのは、兵器として使用可能なウランをどこから採掘するかという問題である。ソ連領土内からはウランを発見できず、またアメリカ合衆国は当時知られていた最大の (純度の高い) ベルギー領コンゴのウラン鉱山を独占していた。ソ連は囚人を使ってチェコスロヴァキア内の旧い鉱山を発掘させ、最終的にはウランを発見した。
ソ連は、NKVDの議長ラヴレンチー・ベリヤ（スターリンの腹心であり大粛清の実行者として知られる）の監督のもとで「原爆開発プロジェクト」を開始、それらのプロジェクトは「秘密都市」と呼ばれる地図にすら載らない都市の中だけで研究されていた。
ロスアラモスを模したソ連の都市、サロフでは物理学者のユーリ・ハリトンが原爆開発の科学的な指揮を取った。しかし、監督者たるベリヤは科学者たちのことも、集められたスパイの情報も信用していなかった。そのため、ベリヤは複数の科学者チームを (互いにそうとは知らせずに) 同じタスクに割り当てさせ、もしそれぞれが違う結果に至った場合のみ、彼らを互いに引き会わせ結果を議論させた。彼は研究の進行状況の二重確認のために科学者たちの間にスパイをもぐりこませたという。また、ベリヤは効率的な原爆の設計ではなく、アメリカによって成功が確かめられた、ファットマン型の原爆を開発することを決定した。