ルイス・アレクサンダー・スローティン（/ ˈ s l oʊ t ɪ n / SLOHT-in ; 1910年12月1日- 1946年5月30日）は、マンハッタン計画に参加したカナダの物理学者および化学者であった。マニトバ州ウィニペグの北端で生まれ育ったスローティンは、マニトバ大学で理学士号と理学修士号を取得した後、1936年にロンドン大学キングス・カレッジで物理化学の博士号を取得した。その後、シカゴ大学の研究員としてサイクロトロンの設計に携わった。
1942年、スローティンはマンハッタン計画への参加を招かれ、その後、ウランとプルトニウムの 核を用いて臨界質量値を求める実験を行った。第二次世界大戦後、彼はニューメキシコ州のロスアラモス国立研究所で研究を続けた。1946年5月21日、彼は誤って核分裂反応を引き起こし、強力な放射線バーストを放出した。彼は病院に緊急搬送され、9日後の5月30日に亡くなった。スローティンは、前年に同じプルトニウム「悪魔の核」による関連事故で亡くなったハリー・ダリアンに続き、史上二人目の臨界事故の犠牲者となった。
スローティンは、同僚の死を防いだ迅速な対応により、米国政府から英雄として称賛されました。しかし、一部の物理学者は、事故前のスローティンの行動は無謀であり、彼の死は防ぐことができたと主張する人もいます。この事故とその余波は、数々のフィクションやノンフィクション作品でドラマ化されています。
若いころ
ルイス・スローティンは、ロシアの虐殺から逃れマニトバ州ウィニペグに移住したイディッシュ語を話すユダヤ人難民、イスラエル人とソニア・スローティン夫妻の3人兄弟の長男として生まれました。彼は東欧からの移民が多く住むウィニペグのノースエンド地区で育ちました。マクレイ小学校に通っていた幼少期から、セントジョンズ高校に通う10代の頃まで、スローティンは学業成績が優秀でした。弟のサムは後に、兄は「長時間勉強できるほどの並外れた集中力を持っていた」と述べています。
16歳で、スローティンは理学の学位を取得するためマニトバ大学に入学しました。学部生時代には、物理学と化学の両方で大学金メダルを受賞しました。 1932年に同大学で地質学の理学士号、1933年に理学修士号を取得しました。指導者の一人の援助により、キングス・カレッジ・ロンドンで研究奨学金を得て、応用電気化学と光化学を専門とする化学学科長アーサー・ジョン・オールマンドの指導を受けました。
キングス・カレッジ・ロンドン
キングス・カレッジ・ロンドン在学中、スローティンは大学のアマチュア・バンタム級ボクシング選手権で優勝し、アマチュアボクサーとして頭角を現した。後に彼はスペイン共和国のために戦い、イギリス空軍で戦闘機操縦の訓練を受けたという印象を与えた。作家ロバート・ユンクは、マンハッタン計画の初期の歴史を記した著書『千の太陽よりも明るい：原子科学者の個人史』の中で、スローティンは「政治的な理由よりも、むしろスリルを求めてスペイン内戦に志願した。彼は高射砲手としてしばしば極度の危険にさらされた」と記している。数年後のインタビューで、サムは兄が「スペインでウォーキングツアー」に出かけ、以前考えられていたように「戦争には参加していなかった」と述べた。
スローティンは1936年、キングス・カレッジ・ロンドンで物理化学の博士号を取得しました。「化学反応における不安定分子の中間体形成に関する研究」と題する論文で賞を受賞しました。その後、ダブリンのグレート・サザン鉄道で特別研究員として6ヶ月間勤務し、ダブリン・ブレイ線で使用されていたドラム式ニッケル亜鉛充電式電池の試験を行いました。
キャリア
シカゴ大学
1937年、カナダ国立研究会議への職に応募したが不合格だったスローティンは、シカゴ大学に研究員として受け入れられた。そこで彼は核化学の最初の経験を積み、米国中西部で最初のサイクロトロンの建設に貢献した。仕事は薄給で、スローティンの父親は2年間彼を支えなければならなかった。1939年から1940年にかけて、スローティンはシカゴ大学の生化学科長であるアール・エバンスと共同で、サイクロトロンから放射性炭素（炭素14と炭素11 ）を生成した。共同研究を行っている間、2人は炭素11を使用して、植物細胞が炭素固定を通じて炭水化物の合成に二酸化炭素を使用する能力があることも実証した。
スローティンは、1942年12月2日、エンリコ・フェルミの「シカゴ・パイル1号」と呼ばれる世界初の原子炉の起動に立ち会っていた可能性があるが、その出来事に関する記録は、この点については一致していない。この間、彼は放射線生物学の分野でいくつかの論文も発表した。この分野における彼の専門知識は米国政府の注目を集め、その結果、原子爆弾の開発活動であるマンハッタン計画に参加するよう招かれた。スローティンは大学で、後にノーベル賞受賞者となるユージン・ウィグナーの指導の下、プルトニウムの製造に携わり、その後はテネシー州オークリッジのオークリッジ国立研究所に勤務した。1944年12月、彼はロバート・バッハーの爆弾物理学グループで働くため、ニューメキシコ州のロスアラモス国立研究所に異動した。
ロスアラモスで働く
ロスアラモスにおけるスローティンの任務は、危険な臨界試験であり、最初はオットー・ロバート・フリッシュの実験でウランを用い、後にプルトニウムの炉心を用いた。臨界試験は、大量の核分裂性物質を臨界レベル近くまで加熱し、臨界質量値を確立することであった。科学者たちは、核連鎖反応の可能性を試みることを「ドラゴンの尻尾をくすぐる」と呼んだ。これは、物理学者リチャード・ファインマンが実験を「眠れるドラゴンの尻尾をくすぐる」ことに例えた発言に基づくものである。1945年7月16日、スローティンは最初の核爆発装置であるトリニティの炉心を組み立て、核兵器組み立てにおける専門知識から「合衆国の主席兵器工」として知られるようになった。スローティンはこのプロジェクトへの貢献により、鉛と銀でできた小さな円形の記念ピンバッジ2個を授与された。
1945年から1946年の冬、スローティンはクリントン・パイル内部の水深6フィート（1.8メートル）に埋もれた機器を、原子炉の停止まで1日も待たずに、稼働中に修理するという大胆な行動で同僚たちに衝撃を与えた。彼は線量計バッジを着用していなかったが、被ばく線量は少なくとも100レントゲンと推定された。1グレイ（≈100レントゲン）の被ばくは、10%の症例で吐き気や嘔吐を引き起こす可能性があるが、通常は生存可能である。
ハリー・ダリアンの死
1945年8月21日、スローティンの親しい同僚の一人である実験助手ハリー・ダリアンが臨界実験中に、誤って重いタングステンカーバイドの塊を6.2キログラム (14ポンド)のプルトニウム・ガリウム合金製爆弾の核（後に悪魔の核とあだ名される）の上に落とし、これが後にスローティンの命をも奪った。24歳のダリアンは大量の中性子放射線を浴びた。後の推定では、この放射線量だけでは致命的ではなかったかもしれないが、実験を解体している際に、さらに遅延ガンマ線とベータ線熱傷を受けた。彼はすぐに急性放射線中毒で倒れ、25日後にロスアラモス基地の病院で死亡した。
教職への復帰予定
第二次世界大戦後、スローティンはプロジェクトへの個人的な関与をますます軽蔑するようになった。「海軍の実験に巻き込まれ、非常に嫌悪感を覚えた」と彼は述べた。スローティンにとって残念なことに、ロスアラモスでの彼の参加は依然として必要だった。彼曰く「私はここに残っている数少ない爆弾組み立て作業員の一人だから」である。彼はシカゴ大学で生物物理学と放射線生物学の教育と研究を再開することを心待ちにしていた。彼はロスアラモスでの彼の役割を引き継ぐ後任として、アルビン・C・グレイブスの育成を開始した。
臨界事故
1946年5月21日、7人の同僚が見守る中、スローティンは、直径3.5インチ (89 mm ) のプルトニウムのコアの周りにベリリウムの半球体2つ(中性子反射体)を配置することで核分裂反応の初期段階の1つを作り出す実験を行った。実験では、後に2つの事故で使用されたことから「悪魔のコア」と呼ばれることになる、ダリアンを照射したのと同じ6.2 kg (13.7 lb)のプルトニウムのコアが使用された。スローティンは、通常使用されるシムを取り外し、右手でドライバーの刃を使用して半球体同士を分離したまま、上部の親指穴から左手で上部の228.6 mm (9インチ) のベリリウム半球を掴んだ。ドライバーの使用は、通常の実験手順には含まれていなかった。
午後3時20分 、ドライバーが滑り、上部のベリリウム半球が落下し、「即発臨界」反応と激しい放射線の爆発を引き起こした。科学者たちは空気の電離による青い輝きを観察し、熱波を感じた。スローティンは口の中に酸っぱい味を感じ、左手に激しい灼熱感を覚えた。彼は左手を上に突き上げ、上部のベリリウム半球を持ち上げて床に落とし、反応を終わらせた。彼は既に致死量の中性子放射線に被曝していた。事故当時、線量測定バッジは反応が発生した場所から約100フィート（30メートル）離れた施錠された箱の中にあった。室内の誰もフィルムバッジを装着していないことに気づいたスローティン博士は、「事故直後、レーマー・E・シュライバー博士にバッジを鉛の箱から取り出し、臨界集合体の上に置くよう依頼した」。この特異な反応は、部屋にいた男性たちが実際に浴びた放射線量を特定する上で何の役にも立たず、シュライバー氏をさらなる被曝の「大きな個人的リスク」にさらした。後に発表された報告書は、高線量の放射線はめまいを引き起こし、「理性的な行動をとることができない状態」に陥らせる可能性があると結論付けている。スローティン氏は建物を出るや否や嘔吐した。これは極めて強力な電離放射線への被曝によく見られる反応である。スローティン氏の同僚は彼を病院に急送したが、放射線障害は回復不能であった。
反応時に現場にいた他の6人は、アルビン・クッシュマン・グレイブス、サミュエル・アラン・クライン、マリオン・エドワード・シースリッキ、ドワイト・スミス・ヤング、セオドア・P・パールマン、パトリック・J・クリアリー二等兵でした。1946年5月25日までに、この7人のうち4人が退院しました。ロスアラモス基地病院の責任者であるアメリカ陸軍医師、ポール・ヘイグマン大尉は、スローティン、グレイブス、クライン、ヤングの「容態は良好」であると述べました。
スロティンの死
集中的な医療処置と、多くのボランティアからの輸血のための献血の申し出にもかかわらず、スローティンの容態は回復の見込みがありませんでした。彼は両親に連絡し、両親は陸軍の費用でウィニペグから飛行機で彼のもとへ向かいました。彼らは事件から4日目に到着しましたが、5日目には容態が急速に悪化し始めました。
その後4日間、スローティンは「放射線による苦痛を伴う一連の外傷」に苦しみました。これには、激しい下痢、尿量の減少、手の腫れ、紅斑、「手と前腕の巨大な水疱」、腸麻痺、壊疽などが含まれます。彼は全身に内部放射線火傷を負い、ある医療専門家はこれを「立体的な日焼け」と表現しました。7日目には、彼は「精神的混乱」に陥るようになりました。唇は青くなり、酸素テントに入れられました。最終的に「身体機能の完全な崩壊」を経験し、昏睡状態に陥りました。スローティンは5月30日午前11時、両親に見守られながら亡くなりました。彼は1946年6月2日、ウィニペグのシャアリー・ゼデク墓地に埋葬されました。
その他の負傷および死亡
グレイブス、クライン、そしてヤングは、スローティンの死後も入院したままだった。スローティンの最も近くにいたグレイブスも急性放射線症を発症し、数週間入院した。彼は一命を取り留めたものの、慢性的な神経系と視覚障害に悩まされた。ヤングも急性放射線症候群を患ったが、回復した。1948年1月28日、グレイブス、クライン、そしてパールマンは、事故による損害賠償を求めた。グレイブスは3,500ドル（現在のインフレ調整後価値で約56,400ドル）で和解した。
観察者のうち3人は、放射線によって促進されることが知られている症状で最終的に死亡した。グレイブスは20年後の55歳で心臓発作で、チェスリッキは19年後の42歳で急性骨髄性白血病で、ヤングは29年後の83歳で再生不良性貧血と心内膜の細菌感染で亡くなった。一部の死因は、この事故の結果であった可能性がある。ロスアラモス科学研究所のコンサルタントである医学博士、ルイス・ヘンプルマンは、このような小さなサンプルから、事故と死亡の詳細との因果関係を確立することは不可能であると考えている。彼はこの意見を、チェスリッキの最終段階では以前に開示を拒否していた個人の医療情報を含む公開された報告書で述べた。
コアの廃棄
問題の核心は、クロスロード・シリーズの核実験におけるエイブル実験で使用される予定だった。スローティンの実験は、核心の爆発前に行われた最後の実験と言われており、臨界に達する能力の最終的な実証となるはずだった。事故後、核心は冷却に時間を要した。そのため、この核心はシリーズの3回目の実験（暫定的にチャーリーと名付けられた）に再スケジュールされたが、水中ベーカー実験後の放射能レベルが予想外であったこと、そして標的の軍艦の除染が不可能であったことから中止された。核心は最終的に溶融され、その材料は後の核実験に再利用された。
放射線量
これら2つの事故で受けた放射線量は正確には分かっていません。被ばく線量の大部分は中性子線によるもので、当時の線量測定装置では測定できませんでした。事故当時、職員はフィルムバッジを着用しておらず、このような災害の際にテーブルの下に隠しておくはずだったバッジも見つかっていません。壁に掛けられていた災害バッジは、ガンマ線に関する有用なデータを提供しました。
1948年には、数十もの仮定に基づいて「暫定的な」被曝線量の推定が行われました。これらの仮定の中には、現在では誤りであることが判明しているものもあります。個人線量計バッジがなかったため、研究者たちは犠牲者の血液と尿サンプル中のナトリウム放射化測定を主なデータ源としました。この放射化は中性子線によって引き起こされたと考えられますが、彼らはすべての線量をガンマ線またはX線放射線の等価線量に換算しました。彼らは、ダリアン氏とスローティン氏がそれぞれ290レム（2.9シーベルト）と880レム（8.8シーベルト）のガンマ線相当の線量を受けた可能性が高いと結論付けました。推定値の最小値と最大値は、これらの値の約50%から200%の範囲でした。研究者たちはまた、80keVの軟X線とガンマ線の混合線量相当も計算しました。これは、ガンマ線相当線量よりも被曝量のより現実的な値を示すと彼らは考えました。このモデルでは、等価X線線量ははるかに高いものの、線源に面した組織に集中する一方、ガンマ線成分は全身を透過します。Slotinの等価線量は、X線1930R（レントゲン）に対してガンマ線114Rと推定されました。一方、Daghlianの等価線量は、X線480R（レントゲン）に対してガンマ線110Rと推定されました。500 レム（人体）の等価線量は、通常、人間にとって致死的な被曝量です。
現代では、線量測定は大きく異なっています。等価線量はレントゲンで報告されるのではなく、異なる加重係数を用いて計算され、吸収線量のように急性放射線症候群とは関連性がないと考えられています。最近の文書では、スロティンの線量について287ラド（2.87グレイ）から21シーベルト（2,100レム）まで、様々な解釈がなされています。引用文献と根拠に基づくと、最も信頼できる推定値は1978年のロスアラモスのメモで、スロティンの場合は10グレイ（n）+ 1.14グレイ（γ）、ダリアンの場合は2グレイ（n）+ 1.1グレイ（γ）とされています。これらの線量は、彼らが経験した症状と一致しています。
遺産
事故後、ロスアラモスは全ての臨界組立作業を中止しました。その後の核分裂炉心の臨界試験は、「ゴディバ」シリーズなどの遠隔操作装置を用いて行われ、事故発生時の被害を防ぐため、操作員は安全な距離を保っていました。
1946年6月14日、ロスアラモスタイムズの副編集長トーマス・P・アッシュロックは、「スローティン - トリビュート」と題する詩を書いた。
当時発表された公式見解は、スローティンが素早く上半球を取り外したことで反応を止め、実験室にいた他の7人の観察者を守った英雄であるというものでした。「スローティン博士は自らの命を危険にさらしながらも迅速な対応をとったため、実験のより深刻な展開を防いだ。そうなれば、彼と共に実験に取り組んでいた7人の作業員の死と、周囲の人々の重傷は確実に避けられなかっただろう。」この解釈は、事故発生時にスローティンの最も近くにいたグレイブスによって当時支持されていました。グレイブスもスローティンと同様に、以前は核の安全性に対する関心が低かったため、後に放射性降下物のリスクは「弱気な怠け者の頭の中で捏造された」と主張しました。事故のもう一人の目撃者であるシュライバーは、数十年後に公に発言し、スローティンは不適切で危険な手順を用いており、自身だけでなく実験室の他の作業員も危険にさらしていたと主張しました。ロバート・B・ブロードは1946年に、この趣旨の伝聞情報を報告していました。
スローティンの事故は、1947年の映画『はじまりか、終わりか』にも反映されている。この映画では、広島に投下される予定の爆弾を組み立てていた科学者が放射性物質に触れて死亡する。この事故は、デクスター・マスターズの1955年の小説『事故』 でも描かれている。これは、放射線中毒に苦しむ核科学者の人生の最後の数日を描いたフィクションである。臨界事故を描いた作品としては、ジョン・キューザックがスローティンをモデルにしたマイケル・メリマンという架空の人物を演じた1989年の映画『ファットマンとリトルボーイ』や、デビッド・P・ムーア演出による2001年のオフブロードウェイ演劇『ルイス・スローティン・ソナタ』などがある。
1948年、ロスアラモスとシカゴ大学のスローティンの同僚たちは、ロバート・オッペンハイマー、ルイス・ウォルター・アルバレス、ハンス・ベーテといった著名な科学者による物理学の講義を支援するため、ルイス・A・スローティン記念基金を設立しました。この記念基金は1962年まで存続しました。2002年には、 1995年に発見された小惑星が、彼に敬意を表して「12423 スローティン」と命名されました。
2025年、ルイの実験と事故は、J・ザカリー・サーマンの短編映画「デーモン・コア」で取り上げられる。
反応性のドル単位
ワインバーグとウィグナーによると、スローティンは遅発臨界と即発臨界の間の反応性区間を「ドル」と名付けた最初の人物である。0は自己持続的連鎖反応の点であり、1ドルはゆっくりと放出された遅発中性子が連鎖反応の維持にもはや必要でなくなり、「即発臨界」と呼ばれる領域に入る点である。安定原子炉は0から1ドルの間で作動し、エクスカーションや核爆発は1ドルを超えて作動する。1ドルの100分の1はセントと呼ばれる。純粋 に即発臨界事象について話す場合、一部の利用者は相対的な単位としてセントを「臨界超過」と呼ぶ。
注記
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1962年にシカゴ大学が作成した文書によると、スローティンは「1942年12月2日、故エンリコ・フェルミの指導の下、冶金研究所の科学者グループがスタッグ・フィールド西スタンドの地下にあるグラファイトとウランの堆積物の中で人類初の自立型核連鎖反応を達成した際に、その場にいた」と記されている。スローティンの同僚であるヘンリー・W・ニューソンは、科学者たちの実験には彼とスローティンは同席していなかったと回想している。
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