核兵器
核兵器として使えるだけの精製度の高い核兵器級核物質を得るには、ウランを濃縮するか、プルトニウム生産炉で生産したプルトニウムを精製する必要がある。ウラン濃縮には大がかりな設備が必要なため、核クラブの監視の目を潜り抜けて秘密裏に建造・運転することは極めて困難である。また、精製に必要となる莫大な電力を賄うために発電所を建設すれば電力需要に不釣合いな発電施設を保有することになり、疑念の目を向けられることになる。兵器級ウランの生産性は極めて低く、ウラン原爆を一発生産するにも多額の資金と長い年月が必要であるが、一方で失敗率が極めて低く信頼性が高い上、構造が単純で寿命が長いことから、一発だけでも何十年にわたって仮想敵国を恫喝することができる。他方、単価が極めて高いことから大量生産には向かず、現在配備されている核兵器は大量生産が可能で設備も小さく済むプルトニウムを使用するものがほとんどである。
ウラン濃縮に大電力を消費する遠心分離法ではなくレーザー法を用いれば低消費電力で実現可能であるという見方もあるが、レーザー法自体が実験室レベルでの研究に留まっているため、実際の消費電力は不明である。仮にレーザー法が低消費電力であっても、高度技術の導入が必要なのは確かである。また、実験室レベルでは実現可能であっても、兵器の工業的生産手段としての量的な実用性は別の問題である。なお、天然ウラン中のウラン235はわずか0.7%であり、兵器用には少なくとも濃縮度80%以上、実用的には90%が望ましい。他方発電燃料の濃縮度は3%から5%程度であり、全くと言ってよいほどの別物である。この濃縮度の大きな違いは特定国家のウランの核技術研究開発が平和目的であるか、軍事目的であるかを知る上で大切である。
世界初の原子爆弾の実使用は、1945年8月6日午前8時15分に広島に対して濃縮ウラン型原爆リトルボーイのB-29(エノラ・ゲイ)からの投下で実行された。ついで1945年8月9日午前11時2分には長崎に対してプルトニウム爆縮型原爆ファットマンがB-29(ボックスカー)から投下された。
原爆投下により両都市は一瞬にして壊滅し、数十万人が無差別に殺害された。原爆炸裂によるキノコ雲の頂点は17kmと成層圏に達し、雲からは放射性物質を含む黒い雨が30kmの範囲に降り注ぎ、被曝の人的被害を拡大した。
原爆の成功に軍当局は喜んだが、原爆使用の実体が明らかになってくると世界は震撼し、原爆開発に関係した科学者からも原爆反対の声があがっていくことになる。
核の力によるアメリカの単独覇権は想定通りとならなかった。予想以上に早く、1949年にソ連が原爆実験に成功したからである。これ以降、世界は核の均衡の上の冷戦の時代に突入する。
なお、ソ連の原爆開発には、CFR(外交問題評議会)メンバーであり、ルーズベルト政権の商務長官兼任大統領主席補佐官であったハリー・ホプキンスが、意図的にソ連に原爆技術を移転(ヴェノナ文書も参照)したという、レーシー・ジョーダン(en:George Racey Jordan)少佐のアメリカ議会委員会での宣誓供述がある。
核保有国からなる「核クラブ」(原子力供給国グループ)の国々では、包括的核実験禁止条約 (CTBT) に同意しているか否かに関わらず他国の新たな核兵器保有を認めていない。特にアメリカ合衆国を中心に地球規模での核開発阻止政策を推し進めており、そういった核クラブ国に証拠を掴まれずに核弾頭の生産や、運搬手段である弾道ミサイル、巡航ミサイル等の開発・運用を継続するのは困難な状況といえる。
核物資や核に関する技術と装置は、たとえそれが平和利用を目的とする原子力発電用のものであると主張しても、国際原子力機関 (IAEA) の厳しい監視下でしか導入は許されない。一部の国が平和利用を謳いながら核兵器開発に使用するのではないかと常に疑いを持たれており、国際的な核問題の中心課題となっている。
1930年代、中性子による原子核の分裂が連鎖的に行われれば、莫大なエネルギーが放出されると仮説が立てられていた。オットー・ハーンによるウランの核分裂の発見を経て、1939年、レオ・シラード、エンリコ・フェルミ、フレデリック・ジョリオ=キュリーの3グループはウランの中で中性子数が増倍する現象を発見し、これによって連鎖反応が可能になることを示した。それを受けて各国で原子炉の開発が開始された。
当初は必ずしも兵器目的ではなかったが、この年の9月に第二次世界大戦が勃発すると、核分裂の巨大エネルギーを兵器として利用する原子爆弾の可能性が活発に議論されることになる。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等の論文に、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。
原爆の秘密裏の検討は連合国側・枢軸国側ともに行われていたとされる。