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튜브 앨로이스

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목차

1. 개요

튜브 앨로이스는 제2차 세계 대전 중 영국에서 진행된 핵무기 개발 프로젝트로, 초기에는 프랑스와 협력하여 연구를 시작했다. 1941년 MAUD 위원회는 핵무기 개발 가능성을 확인하고, 미국과의 협력을 통해 연구를 진행하려 했으나, 미국의 보안 강화로 인해 정보 공유가 중단되었다. 영국은 독자적인 핵무기 개발을 추진하여, 1952년 최초의 핵실험에 성공했다. 이후 미국과의 협력을 재개하여 핵무기 개발을 지속했다.

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튜브 앨로이스
개요
활동 기간1942년 ~ 1952년
국가영국
소속영국 육군 병기대
표어We've got to have the bloody Union Jack on top of it
표어 (번역)우리는 피묻은 유니온 잭을 높이 들리라.
허리케인 작전
1952년 튜브 앨로이스에 의해 진행된 핵실험 허리케인 작전
관련 링크
웹사이트Britain's Nuclear Weapons

2. 배경

1938년 독일의 오토 한과 스웨덴으로 망명한 리제 마이트너는 우라늄에서의 핵분열을 보고했다.[7][8][9][10] 이듬해 파리의 콜레주 드 프랑스 과학자 그룹(프레데리크 졸리오퀴리, 한스 폰 할반, 레프 코발스키, 프란시스 페랭)은 우라늄 원자핵에서 발생하는 핵분열 과정에서 2~3개의 중성자가 방출됨을 보였다. 이 중요한 발견은 자연적으로 유지되는 핵 연쇄 반응이 가능하다는 것을 의미했고, 곧 많은 과학자들이 "원자 폭탄"이라는 매우 강력한 폭탄이 이론적으로 제작 가능하다고 생각하게 되었다.[1] 그러나 대부분의 과학자들은 실현 가능성은 낮다고 여겼다.

페랭은 핵 연쇄 반응을 유지하는 데 필요한 최소 우라늄 양인 임계 질량을 정의했지만, 자연 우라늄은 핵분열로 생성된 고속 중성자를 감속할 감속재 없이는 연쇄 반응을 유지할 수 없다는 것을 발견했다.[4][5] 1940년 초, 파리 그룹은 중수가 이상적인 감속재라는 이론적 배경을 확립하고, 프랑스 군부에 노르웨이 베모르크의 수력 발전소에서 중수를 확보할 것을 요청했다. 프랑스는 독일 역시 중수 구매를 시도하고 있다는 사실을 발견하고, 독일의 원자 폭탄 개발 가능성을 우려했다.[7]

프랑스는 노르웨이 정부에 중수의 군사적 중요성을 알렸고, 노르웨이는 모든 중수 재고를 프랑스 비밀 임무 조직에 넘겼다. 이들은 1940년 4월 독일의 노르웨이 침공 직전 중수를 영국을 거쳐 프랑스로 밀수했다. 같은 해 5월 프랑스 침공으로 165L의 중수와 파리 그룹 과학자들은 영국 케임브리지로 피난했다. 프레데리크 졸리오퀴리는 프랑스에 남아 레지스탕스 운동에 참여했다.[12]

영국의 초기 연구는 천연 우라늄을 사용한 고속 중성자 원자 폭탄은 불가능하다고 결론 내렸다. 우라늄-238이 중성자를 흡수하여 연쇄 반응을 방해하기 때문이었다. 그러나 1940년 2월, 오토 프리쉬와 루돌프 파이얼스는 우라늄-235를 사용하면 고속 중성자만으로도 원자 폭탄 제조가 가능하다는 것을 발견하고, 프리쉬-파이얼스 각서를 통해 이 내용을 보고했다. 이들은 우라늄-235가 우라늄-238과 완전히 분리되면 감속재가 필요 없다고 설명했다.[9]

프리쉬와 파이얼스는 마크 올리펀트 교수에게 보고했고, 올리펀트는 헨리 티저드에게 이 사실을 알렸다. 티저드는 1940년 4월 원자 폭탄의 실현 가능성을 조사하기 위한 최고 기밀 위원회인 MAUD 위원회를 설립했다. MAUD 위원회의 보고서는 튜브 얼로이즈 계획 추진의 계기가 되었다.[11][12]

윌리엄 페니, 오토 프리쉬, 루돌프 파이얼스, 존 코크로프트 (1947년 5월 자유 훈장 수여)

2. 1. 핵분열의 발견

제임스 채드윅은 1932년 2월 케임브리지 대학교의 캐번디시 연구소에서 중성자를 발견했다.[1][2] 1932년 4월, 그의 동료인 존 코크로프트와 어니스트 월턴은 가속된 양성자로 리튬 원자를 쪼갰다.[3][4][5] 엔리코 페르미와 그의 로마 팀은 느린 중성자로 원소를 폭격하는 실험을 수행하여 더 무거운 화학 원소와 동위 원소를 생성했다.[6] 그 후, 1938년 12월, 독일의 오토 한과 프리츠 슈트라스만은 베를린-달렘에 있는 한의 실험실에서 감속된 중성자로 우라늄을 폭격하여 바륨을 생성했고, 이를 통해 우라늄 원자핵이 쪼개졌다는 것을 발견했다.[7][8] 한은 이 발견을 그의 동료인 리제 마이트너에게 편지로 알렸고, 마이트너는 그녀의 조카인 오토 로베르트 프리슈와 함께 이 현상에 대한 이론적 설명을 개발하여 1939년 ''네이처''에 발표했다.[9][10] 이 현상은 이전보다 더 강력한 새로운 유형의 핵 붕괴였다. 프리슈와 마이트너는 각 붕괴로 방출되는 에너지가 약 2억 전자 볼트라고 계산했으며, 생물학적 세포 분열과 유사하게 이 과정을 "핵분열"이라고 명명했다.[11]

1939년 파리의 콜레주 드 프랑스의 과학자 그룹(프레데리크 졸리오퀴리, 한스 폰 할반, 레프 코발스키, 프란시스 페랭)은 우라늄의 원자핵에서 발생하는 핵분열을 발표하고 2개 또는 3개의 중성자가 필요함을 보였다. 이 중요한 발견은 자연적으로 유지되는 연쇄 반응이 가능하다는 것을 의미했다. 이는 즉시 다수의 과학자들에게 매우 강력한 폭탄인 "원자 폭탄"이 이론적으로 제작 가능함을 상상하게 했다.

파리 그룹의 프란시스 페랭은 연쇄 반응을 유지하는 데 필요한 최소한의 우라늄 양인 "임계 질량"을 정의했다. 그러나 자연 우라늄은 핵분열로 생긴 고속 중성자를 감속하기 위한 감속재 없이 연쇄 반응을 유지할 수 없다는 것도 발견했다.

1940년 초, 파리 그룹은 중수가 이상적인 감속재라는 이론적 배경을 확립했다. 그들은 프랑스 군수부에 노르웨이의 베모르크에 있는 큰 수력 발전소에서 얼마나 많은 중수를 얻을 수 있는지 문의했다. 그때 프랑스는 노르웨이의 중수 전량을 독일이 구매하려는 주문을 했다는 것을 발견했고, 이는 독일도 원자 폭탄 개발을 진행하고 있음을 시사했다.

프랑스는 노르웨이 정부에 중수의 잠재적인 군사적 중요성을 설명했고, 노르웨이 정부는 모든 재고를 프랑스 비밀 임무 조직에 넘겼으며, 이 조직은 그것을 영국을 거쳐 프랑스로 밀수했다. 이것은 독일이 노르웨이를 침공하기 직전인 1940년 4월의 일이었다. 1940년 5월에는 프랑스도 침공을 받았기 때문에 165쿼트의 중수와 파리 그룹은 영국의 케임브리지로 건너갔다. 졸리오퀴리는 프랑스에 남아 레지스탕스 운동의 열렬한 활동가가 되었다. 중수 팀은 느린 중성자 연구를 케임브리지 대학교에서 계속하기 위해 초청되었지만, 그 계획은 폭탄을 만들어낼 것이라는 기대가 없었기 때문에 우선순위가 낮게 설정되었다.

2. 2. 파리 그룹의 연구

콜레주 드 프랑스의 프레데리크 졸리오 퀴리, 한스 폰 할반, 레프 코와르스키, 프랜시스 페린으로 구성된 파리 그룹은 1939년 2월, 우라늄에서 핵분열이 일어날 때 2~3개의 중성자가 추가로 방출된다는 것을 밝혀냈다. 이 중요한 관찰 결과는 자가 유지되는 핵 연쇄 반응이 가능할 수 있음을 시사했다.[1] H. G. 웰스의 소설 ''세상이 자유로워지다''를 통해 "원자 폭탄"이라는 용어는 이미 영국 대중에게 익숙해져 있었다.[2] 이론적으로는 매우 강력한 폭발물을 만들 수 있다는 것이 많은 과학자들에게 즉시 명백해졌지만, 대부분은 원자 폭탄이 불가능하다고 여전히 생각했다.[3] 페린은 핵 연쇄 반응을 유지할 수 있는 가장 적은 양을 임계 질량의 우라늄으로 정의했다.[4] 우라늄 핵분열을 일으키는 데 사용되는 중성자는 느린 중성자로 간주되지만, 핵분열 반응 중에 방출되는 중성자는 훨씬 더 빠르고 많은 에너지를 가진 빠른 중성자로 방출된다. 따라서 지속적인 연쇄 반응을 생성하기 위해서는 사용 가능한 에너지 수준에 도달할 때까지 빠른 중성자를 포함하고 감속시키기 위한 중성자 감속재가 필요했다.[5] 콜레주 드 프랑스는 물과 흑연이 모두 허용 가능한 감속재로 사용될 수 있다는 것을 발견했다.[6]

1940년 초, 파리 그룹은 이론적 근거에 따라 중수가 이상적인 감속재가 될 것이라고 결정했다. 그들은 프랑스 무기부 장관에게 유일한 공급원인 노르웨이 베모르크의 대규모 노르스크 히드로 수력 발전소에서 가능한 한 많은 중수를 확보하도록 요청했다. 프랑스는 독일이 이미 노르웨이의 중수 전체를 구매하겠다고 제안한 것을 발견했는데, 이는 독일도 원자 폭탄을 연구하고 있을 수 있음을 시사했다. 프랑스는 노르웨이 정부에 중수의 가능한 군사적 중요성에 대해 알렸다.[7] 노르웨이는 전체 중수 재고를 ''드외지엠 뷔로'' 요원에게 넘겼고, 이 요원은 1940년 4월 독일의 노르웨이 침공 직전에 이를 비밀리에 프랑스로 가져왔다. 1940년 6월 19일, 독일의 프랑스 침공 이후, 그것은 서퍽 백작과 메이저 아르데일 보티에 골딩이 증기선을 타고 영국으로 운송했다.[8] 약 9979.02kg 가치가 있는 중수[9]는 처음에는 HM 웜우드 스크럽 교도소에 보관되었고, 나중에는 윈저 성의 도서관에 비밀리에 보관되었다.[10][11] 파리 그룹은 프랑스에 남아 프랑스 레지스탕스 활동을 한 프레데리크 졸리오 퀴리를 제외하고 케임브리지로 이동했다.[12]

2. 3. 프리쉬-파이얼스 보고서

버밍엄 대학교의 청색 명판은 ''포인팅 물리학 건물''에 있는 프리쉬-페이얼스 보고서의 저자를 기념하고 있다.


버밍엄 대학교의 포인팅(물리학) 건물.


영국에서는 리버풀 대학교의 채드윅과 조셉 로트블라트 등 많은 과학자들이 원자 폭탄의 실현 가능성을 고려했지만, 결론을 내리지 못했다.[1] 노벨 물리학상 수상자인 조지 파겟 톰슨과 윌리엄 로렌스 브래그는 우라늄 광석 확보를 위한 긴급 조치를 정부에 요청했다. 그러나 헨리 티저드 경은 원자 폭탄 개발 가능성에 회의적이었다.[2]

낮은 성공 확률에도 불구하고, 위험은 심각하게 받아들여졌다. 국방 조정 장관인 어른리 채트필드 경은 벨기에령 콩고 우라늄이 오트 카탕가 광업 연합 소유임을 확인하고, 사장인 에드가 셍기어와의 회의를 주선했다. 티저드의 항공 방위 과학 조사 위원회는 원자 폭탄 연구를 계속하도록 지시받았다.[2] 런던 임페리얼 칼리지의 톰슨과 버밍엄 대학교의 마크 올리펀트는 우라늄 실험을 수행했다. 1940년 2월, 톰슨의 팀은 천연 우라늄에서 연쇄 반응을 일으키는 데 실패했다.[3]

버밍엄에서 올리펀트의 팀은 다른 결론에 도달했다. 올리펀트는 독일 망명 과학자인 루돌프 파이얼스와 오토 프리쉬에게 이 과제를 위임했다. 이들은 적성 외국인이었기 때문에 올리펀트의 레이더 프로젝트에 참여할 수 없었다.[4] 프란시스 페린은 우라늄의 임계 질량을 약 40톤으로 계산했지만, 파이얼스는 핵분열에 의해 생성된 고속 중성자를 사용하여 임계 질량을 "수 톤 정도"로 계산했다.[5]

파이얼스는 연쇄 반응을 일으키고 그 실질적인 중요성을 허용하는 임계 질량의 크기의 중요성을 알고 있었다. 임계 질량 구체의 내부에서 중성자는 핵분열성 물질에 의해 자발적으로 생성된다. 이 중성자 중 매우 작은 부분은 다른 핵과 충돌하고, 더 많은 부분은 구체의 표면을 통해 탈출한다. 파이얼스는 생성되는 중성자의 수와 탈출하는 중성자의 수가 같아지는 시스템의 평형을 계산했다.[6]

닐스 보어는 천연 우라늄의 약 0.7%만을 차지하는 희귀한 우라늄-235 동위원소가[7] 고속 중성자와의 핵분열에 주로 책임이 있다고 이론화했지만, 이는 아직 보편적으로 받아들여지지 않았다.[8] 따라서 프리쉬와 파이얼스는 우라늄의 핵분열에 필요한 임계 질량에 대한 초기 추정치를 이전에 추정했던 것보다 훨씬 적게 수정할 수 있었다. 그들은 반경이 2.1cm인 금속 우라늄-235 구체로도 충분할 수 있다고 추정했다. 이 양은 대략 1kg의 우라늄-235에 해당했다.[9] 이러한 결과는 영국에서 핵무기 프로그램 개발의 첫 단계였던 프리쉬-파이얼스 보고서로 이어졌다. 이것은 우라늄 농축 및 원자 폭탄 개발을 향한 공격적인 접근 방식의 시작을 알렸다. 이후 그들은 우라늄 동위원소를 성공적으로 분리할 수 있는 과정을 조사하기 시작했다.[10]

올리펀트는 항공전 과학 조사 위원회(CSSAW) 의장 자격으로 티저드에게 연구 결과를 가져갔다. 티저드는 CSSAW가 우라늄 연구에 대한 책임을 위임한 톰슨에게 그 결과를 전달했다.[11] 콕크로프트, 올리펀트, 톰슨 사이의 논의 후, CSSAW는 더 자세한 조사를 위해 MAUD 위원회를 만들었다.[12]

1940년 2월, 영국으로 망명한 독일 출신 과학자 오토 프리쉬와 루돌프 파이얼스는 원자 폭탄 제조가 가능하며, 우라늄 동위원소 중 질량이 가벼운 우라늄-235를 수 kg과 고속 중성자만을 사용하여 폭발시킬 수 있다는 것을 깨달았다. 프리쉬와 파이얼스는 우라늄-235가 우라늄-238과 완전히 분리될 수 있다면, 느린 중성자는 불필요하며 감속재가 필요 없다는 프리쉬-파이얼스 각서를 보고했다.

3. MAUD 위원회

1940년 헨리 티저드는 원자 폭탄의 실현 가능성을 조사하기 위한 전문가로 구성된 최고 기밀 위원회인 MAUD 위원회를 만들었다. MAUD 위원회는 마크 올리펀트가 미국의 우라늄 위원회에 보고서를 전달하지 않고 금고에 보관하고 있다는 사실을 폭로하면서, 미국의 핵무기 개발에 큰 영향을 주었다.[1]

MAUD 위원회는 보고서를 작성하여 MAUD 보고서로 명명했고, 이 보고서는 이후 튜브 앨로이스 계획을 추진하는 계기가 되었다. 올리펀트는 어니스트 로렌스, 제임스 코넌트, 엔리코 페르미, 아서 콤프턴에게 연락하여 미국 연구 프로그램의 긴급성을 증가시켰다. MAUD 보고서는 미국에 큰 충격을 주었고, 미국은 원자 폭탄의 실현 가능성에 대한 생각을 바꾸어 영국과 협력하고자 제안했으나, 영국은 이를 받아들이지 않았다.[1]

이후 미국은 빠른 속도로 연구를 진행하여 영국을 따라잡았지만, 양국은 별도로 연구를 계속하며 때때로 정보를 교환했다. 1942년 초, 몇몇 영국 과학자들이 미국을 방문하여 미국의 원자탄 계획이 빠르게 진행되고 있음을 확인했다.[1]

케임브리지 대학교의 느린 중성자 연구는 플루토늄으로 가는 지름길이었기 때문에 군사적 중요성이 커졌다. 영국 정부는 케임브리지 팀을 시카고로 이동시키려 했으나, 미국은 안전을 우려하여 이들을 캐나다 몬트리올로 보냈다.[1]

1942년 6월, 미국 육군은 개발, 설계, 물자 조달, 시험 공장 부지 선정 권한을 얻었고, 영국으로의 정보 흐름은 감소했다. 미국은 중수 제조, 육불화 우라늄 제조, 전자기 분리 방법, 플루토늄의 물리적, 화학적 특성, 폭탄 설계 세부 사항, 고속 중성자 반응로에 관한 정보 공유를 중단했다. 이는 영국과 캐나다에 좋지 않은 소식이었다.[1]

캐나다 몬트리올 팀은 중수 공급을 브리티시컬럼비아 트레일의 중수 공장에 의존했다. 미국은 듀폰의 제안에 따른 제한 하에 연구를 지휘하는 데 동의하면 중수를 공급하겠다고 제안했다. 1943년 6월, 몬트리올 연구 그룹의 연구는 중단되었고, 캐나다 정부는 계획 중단을 제안했다.[1]

윈스턴 처칠은 영국의 자체 확산로와 중수 공장, 원자로 건설에 대한 정보를 찾고 있었다. 1943년 7월, 런던에서 미국 정부 관계자가 오해를 풀었고, 몇 달 간의 협상 끝에 1943년 8월 19일 퀘벡 협정이 체결되었다. 영국은 모든 자원을 미국에 제공했고, 미국은 대통령에게 연구 성과 보고서 사본을 제공했다. 영국의 연구는 맨해튼 계획에 합류하게 되었다.[1]

3. 1. 위원회의 구성과 임무

MAUD 위원회가 직면한 가장 큰 문제는 99.3%를 차지하는 우라늄-238에서 0.7%의 우라늄-235를 분리하는 방법을 찾는 것이었다. 두 우라늄은 화학적으로 구별할 수 없었기 때문에 매우 어려운 문제였다. 그러나 프랜시스 사이먼은 MAUD에 의해 해결책을 찾도록 의뢰받았다. 사이먼은 1940년 12월에 기체 확산법은 필요한 산업 플랜트의 크기와 가격을 계산하여 실현 가능하다고 보고했다. MAUD 위원회는 원자폭탄이 "실현 불가능한 것이 아니라 반드시 할 수 있는 것"임을 알게 되었다.[1]

우라늄의 가스 화합물과 순수한 우라늄 금속을 만드는 과학적인 문제는 버밍엄 대학교와 임페리얼 케미컬 인더스트리(ICI)에서 연구되었다. ICI의 필립 벅스터 박사는 1940년에 제임스 채드윅 교수를 위해 육불화 우라늄 기체의 소량을 제조했다. ICI는 향후 개발을 위해 이 중요한 물질을 3kg 제조한다는 정식 계약을 1940년 말에 체결했다.[1]

플루토늄에 의한 획기적인 발견은 에곤 브레처와 노먼 페더에 의해 캐번디시 연구소에서 이루어졌다. 그들은 우라늄을 연료로 사용하고 저속 중성자(열 중성자)를 사용하는 타입의 원자로가 이론적으로 상당한 양의 플루토늄-239를 부산물로 만들어낸다는 것을 알아차렸다. 이는 다음과 같은 과정을 따른다. 우라늄-238이 저속 중성자를 흡수하여 새로운 동위원소인 우라늄-239를 만든다. 이 새로운 동위원소는 곧 베타 붕괴하여 원자 번호가 93이고 질량수가 239인 새로운 원소가 된다. 이 원소의 원자핵은 마찬가지로 전자를 방출하여 원자 번호가 94이고 질량 239이며 큰 반감기를 가진 새로운 원소가 된다. 브레처와 페더는 이 원자 번호 94의 원소가 저속 중성자와 고속 중성자 모두에서 핵 반응을 일으키며 우라늄과 화학적으로 다른 이점이 있고 쉽게 분리할 수 있다는 이론적인 가능성을 제시했다.[1]

이러한 새로운 발견은 1940년 버클리 방사선 연구소의 에드윈 맥밀란과 필립 에이벨슨의 연구에서도 검증되었다. 케임브리지 팀의 켐머 박사는 새로운 원소들에 태양계의 천왕성(원자 번호 92의 우라늄에 해당)보다 더 먼 행성인 해왕성과 명왕성에서, 93번째 원소를 넵투늄, 94번째 원소를 플루토늄이라고 명명했다. 우연히 미국인들도 같은 이름을 제안했다. 그 후 1941년에 최초의 플루토늄 첫 번째 샘플 제작과 검증이 글렌 시보그에 의해 이루어졌다. 그는 원자로가 아닌 사이클로트론을 사용했다.[1]

3. 2. 주요 연구 과제

오토 프리쉬와 루돌프 파이얼스는 원자 폭탄 제조가 가능하며, 우라늄-235를 수 kg과 고속 중성자를 사용하여 폭발시킬 수 있다는 것을 알아냈다. 이들은 분리을 통해 우라늄-235를 확보할 수 있다면, 느린 중성자는 불필요하며 감속재가 필요 없다는 프리쉬-파이얼스 각서를 보고했다.[1]

MAUD 위원회는 우라늄-238에서 우라늄-235를 분리하는 방법을 찾는 것이 가장 큰 문제였다. 프랜시스 사이먼은 기체 확산법이 실현 가능하다고 보고했다.[1]

버밍엄 대학교와 임페리얼 케미컬 인더스트리(ICI)는 우라늄의 가스 화합물과 순수한 우라늄 금속을 만드는 연구를 수행했다. ICI는 육불화 우라늄 기체를 제조하는 계약을 체결했다.[1]

에곤 브레처와 노먼 페더는 원자로에서 플루토늄-239가 부산물로 생성된다는 것을 발견했다. 이들은 플루토늄이 핵 반응을 일으키며 우라늄과 화학적으로 달라 쉽게 분리할 수 있다는 가능성을 제시했다.[1]

버클리 방사선 연구소의 에드윈 맥밀란과 필립 에이벨슨의 연구에서도 플루토늄 발견이 검증되었다. 케임브리지 팀은 새로운 원소들에 넵투늄과 플루토늄이라는 이름을 제안했다. 1941년 글렌 시보그는 사이클로트론을 사용하여 최초의 플루토늄 샘플을 제작하고 검증했다.[1]

3. 3. MAUD 보고서와 그 영향

오토 프리쉬와 루돌프 파이얼스는 그들의 교수인 마크 올리펀트에게 보고했고, 올리펀트는 헨리 티저드에게 그 정보를 전달했다. 헨리 티저드는 1940년 4월에 원자 폭탄의 실현 가능성을 조사하기 위한 전문가로 구성된 최고 기밀 위원회 (이후 MAUD 위원회로 알려짐)를 만들었다. MAUD 위원회는 보고서를 작성하여 MAUD 보고서로 명명했고, 이 보고서는 이후 튜브 얼로이즈 계획을 추진하는 계기가 되었다.[1]

MAUD 위원회의 보고서에 대한 반응이 없자, 마크 올리펀트는 1941년 8월 폭격기를 타고 대서양을 건너갔다. 그는 라이먼 브리그스가 우라늄 위원회에 보고서를 전달하지 않고, 보고서가 금고 안에 보관되어 있다는 것을 알게 되었다. 올리펀트는 어니스트 로렌스, 제임스 코넌트, 엔리코 페르미, 아서 콤프턴에게 연락하여 미국 연구 프로그램의 긴급성을 증가시켰다. MAUD 보고서는 결국 큰 충격을 주었다. 하룻밤 사이에 미국인들은 원자 폭탄의 실현 가능성에 대한 생각을 바꾸었고, 영국과 협력하여 노력하자는 제안을 했다. 해럴드 유레이와 조지 브락스턴 페그램은 1941년 11월 협의를 위해 영국으로 보내졌으나, 영국은 협력 제안을 받아들이지 않았다. 대안은 아무런 대응 없이 실효되었다.[1]

미국의 노력은 급속도로 진행되어 곧 영국을 따라잡았다. 그러나 각국에서 별도의 연구가 계속되었고, 때때로 정보 교환이 이루어졌다. 몇몇 핵심적인 영국의 과학자들이 1942년 초 미국을 방문하여 이용 가능한 모든 정보에 접근했다. 그들은 미국의 원자탄 계획이 빠르게 진행되고 있다는 것에 경악했다.[1]

케임브리지 대학교에서의 느린 중성자 연구는 영국에서는 폭탄 제조와 관련이 없다고 생각했지만, 갑자기 군사적 중요성이 증가했다. 그것이 플루토늄으로 가는 지름길이었기 때문이다. 영국 정부는 케임브리지 팀을 시카고로 이동시키고 싶어했지만, 미국은 안전을 매우 우려했다. 원래 파리에서 온 케임브리지 그룹의 6명의 대표 과학자 중 영국인은 단 1명이었다. 그들은 캐나다 몬트리올로 보내졌다.[1]

1942년 6월 미국 육군은 모든 개발, 설계, 물자 조달, 시험 공장 부지 선정에 관한 권한을 얻었다. 그 결과 영국으로의 정보 흐름은 감소했다. 미국은 중수 제조, 육불화 우라늄 제조, 전자기 분리 방법, 플루토늄의 물리적 화학적 특성, 폭탄 설계 세부 사항, 고속 중성자 반응로에 관한 정보 공유를 중단했다. 이는 중수 제조 및 연구 프로그램의 다른 측면에서 협력하고 있는 영국인과 캐나다인에게 좋지 않은 소식이었다.[1]

캐나다 몬트리올의 팀은 플루토늄 기술 정보와 마찬가지로 중수 공급을 브리티시컬럼비아 트레일의 중수 공장에서의 공급에 의존했다. 미국은 듀폰의 제안에 따른 제한에 따라 연구를 지휘하는 데 동의한다면, 몬트리올 그룹에 중수를 공급하겠다고 제안했다. 좋은 결과를 냈음에도 불구하고, 몬트리올 연구 그룹의 연구는 1943년 6월에 완전히 중단되었다. 사기는 저하되었고, 캐나다 정부는 계획을 중단할 것을 제안했다.[1]

윈스턴 처칠은 영국 자체의 확산로와 중수 공장, 그리고 원자로의 영국 내 건설에 대한 정보를 찾고 있었다. 1943년 7월 런던에서 미국의 정부 관계자가 영국의 움직임에 대한 큰 오해를 풀 수 있었고, 몇 달간의 협상 끝에, 퀘벡 협정이 최종적으로 처칠과 프랭클린 루즈벨트 사이에서 1943년 8월 19일에 체결되었다. 영국은 모든 자원을 미국에 제공했고, 미국은 그 대가로 대통령에게 미국의 연구 성과 보고서 사본을 제공했다. 영국의 연구는 남은 전쟁 기간 동안 맨해튼 계획에 합류하게 되었다.[1]

4. 튜브 앨로이스 프로젝트

MAUD 위원회의 보고서는 튜브 얼로이즈 계획을 추진하는 계기가 되었다.[1] 1942년 6월, 미국 육군은 개발, 설계, 물자 조달, 시험 공장 부지 선정에 관한 권한을 얻었고, 그 결과 영국으로의 정보 흐름은 감소했다. 미국은 중수 제조, 육불화 우라늄 제조, 전자기 분리 방법, 플루토늄의 물리적, 화학적 특성, 폭탄 설계 세부 사항, 고속 중성자 반응로에 관한 정보 공유를 중단했다.[2]

캐나다 몬트리올 팀은 플루토늄 기술 정보와 브리티시컬럼비아 트레일의 중수 공장에서의 중수 공급에 의존했다. 미국은 듀폰의 제안에 따른 제한 하에 연구를 지휘하는 데 동의한다면, 몬트리올 그룹에 중수를 공급하겠다고 제안했지만, 1943년 6월에 연구는 완전히 중단되었다.[3]

윈스턴 처칠은 자체 확산로와 중수 공장, 원자로 건설에 대한 정보를 찾고 있었고, 1943년 8월 19일, 프랭클린 루즈벨트와 퀘벡 협정을 체결했다. 영국은 모든 자원을 미국에 제공했고, 미국은 연구 성과 보고서 사본을 제공했다. 영국의 연구는 맨해튼 계획에 합류하게 되었다.[4]

퀘벡 협정 조항에는 영국과 미국이 "튜브 앨로이(원자탄)를 조기에 실현하기 위한 계획"을 위해 자원을 공유하는 데 동의했다.[5]

지도자들은 다음 내용에 동의했다.[6]


  • ''우리는 이 무기를 서로에게 절대 사용하지 않는다.''
  • ''우리는 이 무기를 제3세력에 대해 서로의 동의 없이 사용하지 않는다.''
  • ''우리는 튜브 앨로이즈에 관한 정보를 제3자에게 서로의 동의 없이 공표하지 않는다.''


이는 "전후의 산업적 혹은 상업적 이점"을 미국 대통령의 재량에 따라 결정하는 데 동의한 것이다.[7]

전쟁 후기, ''튜브 앨로이''는 만들어진 원소 플루토늄을 가리키게 되었으며, 이 존재는 나가사키 원자 폭탄 투하까지 비밀로 유지되었다.[8]

4. 1. 조직 및 운영

영국 과학 산업 연구부 산하 튜브 앨로이스 국이 설립되었고, 임페리얼 케미컬 인더스트리(ICI) 연구 이사 월리스 에이커스가 책임자로 임명되었다. 앤더슨과 에이커스는 튜브 앨로이스라는 명칭을 고안했는데, 이는 "그럴듯한 외관"을 갖추면서도 의도적으로 의미를 알 수 없도록 지어졌다.[1] 튜브 앨로이스 자문 위원회는 업무 감독을 위해 구성되었으며, 앤더슨이 의장을 맡고 헨키 경, 체르웰 경, 에드워드 애플턴 경, 헨리 데일 경이 위원으로 참여했다. 이 위원회는 정책 사안을 담당했다. 기술 위원회는 기술적인 문제를 다루기 위해 만들어졌는데, 에이커스가 의장을 맡고 제임스 채드윅, 프랜시스 사이먼, 할반, 루돌프 파이얼스, 그리고 ICI 고위 관계자인 롤랜드 에드가 슬레이드가 초기 위원으로 참여했다.[1] 마이클 페린이 비서 역할을 수행했다. 이 위원회에는 나중에 찰스 갈턴 다윈, 존 코크로프트, 마크 올리펀트, 페더가 합류했다.[2]

4. 2. 동위원소 분리 연구

MAUD 위원회가 직면한 가장 큰 문제는 우라늄-235 0.7%를 우라늄-238 99.3%에서 분리하는 것이었다. 두 종류의 우라늄은 화학적으로 동일하기 때문에 이는 어려웠다. 분리는 대규모로 수행해야 했다. 케임브리지에서는 에릭 라이덜과 그의 팀이 가스 원심 분리기를 사용하는 것을 연구했다.[2] 프리슈는 가장 간단한 방법으로 보였기 때문에 클루시우스 튜브를 사용한 기체 열 확산을 수행하기로 선택했다. 프리슈의 계산에 따르면 원하는 분리량을 추출하려면 100,000개의 클루시우스 튜브가 필요했다. 페이얼스는 대량 생산에 더 적합한 방법을 찾기를 선호하는 프란츠 시몬에게 의지했다.[3]

문은 MAUD 위원회에 기체 열 확산이 선택 방법이 되어야 한다는 제안을 검토했을 때 이를 추진하는 것에 대한 합의가 없었다. 위원회는 분리 방법에 대해 페이얼스와 시몬과 상담했고 "일반적인" 기체 확산이 추진해야 할 최선의 방법이라고 결론지었다. 이는 그레이엄의 법칙에 의존하며, 기체가 다공성 물질을 통해 분자량에 의해 결정되는 속도로 확산된다는 사실에 의존한다. 프랜시스 윌리엄 애스턴은 1913년에 이 방법을 적용하여 네온의 두 동위 원소를 시료를 수천 번 파이프 점토를 통해 확산시켜 분리했다. 파이프 점토와 같은 두꺼운 물질은 산업 규모에서 효율적이기에는 너무 느린 것으로 나타났다. 시몬은 수백만 개의 미세한 구멍이 뚫린 금속 호일을 사용하면 분리 공정을 더 빠르게 진행할 수 있다고 제안했다.[3] 그는 하루에 천연 우라늄에서 1kg의 우라늄-235를 분리하는 공장을 건설하는 데 약 500만 파운드가 들고, 운영하는 데 연간 150만 파운드가 들며, 그동안 200만 파운드의 우라늄 및 기타 원자재를 소비할 것으로 추정했다.[4] MAUD 위원회는 원자 폭탄이 실현 가능할 뿐만 아니라 불가피하다는 것을 깨달았다.[5]

1941년 프리슈는 채드윅 및 그의 사이클로트론과 함께 일하기 위해 런던으로 이주했다. 프리슈는 그곳에서 우라늄 육플루오라이드의 특성을 연구하기 위해 클루시우스 튜브를 만들었다. 프리슈와 채드윅은 클루시우스 방법이 작동하지 않는 기체 중 하나라는 것을 발견했다.[6] 이는 시몬이 이미 일반적인 기체 확산을 통한 분리의 대안 방법을 확립하는 과정에 있었기 때문에 사소한 차질에 불과했다.[7]

우라늄 기체 화합물과 순수 우라늄 금속을 생산하는 화학적 문제는 버밍엄 대학교와 ICI에서 연구되었다. 당시 버밍엄의 Kynoch Works에서 인쇄 기술을 연구하던 마이클 클래펌은 우라늄 생산 공정에 대한 초기 실험을 수행했다.[1] 불소 화합물 작업 경험이 있는 ICI의 필립 벡스터는 1940년에 채드윅을 위해 처음으로 소량의 기체 우라늄 육플루오라이드를 만들었다. ICI는 1940년 12월에 미래 작업을 위해 이 중요한 물질 3kg을 만들기 위한 공식적인 5,000 파운드 계약을 받았다.[2] 프로토타입 기체 확산 장비 자체는 맨체스터 트래퍼드 파크의 메트로폴리탄-비커스(MetroVick)에서 4개의 장치에 150,000 파운드의 비용으로 제조되었다.[8]

4. 3. 플루토늄 연구

에곤 브레처와 노먼 페더는 캐번디시 연구소에서 플루토늄에 대한 획기적인 발견을 했다. 그들은 우라늄을 연료로 사용하고 감속 중성자를 사용하는 원자로가 이론적으로 상당한 양의 플루토늄-239를 부산물로 만들어낸다는 것을 알아차렸다. 이는 우라늄-238이 감속 중성자를 흡수하여 수명이 짧은 우라늄-239를 형성하기 때문이다. 우라늄-239는 베타 붕괴를 통해 전자를 방출하여 질량수 239, 원자 번호 93인 넵투늄을 생성한다. 넵투늄은 다시 전자를 방출하여 원자 번호 94와 훨씬 긴 반감기를 가진 플루토늄이 된다. 브레처와 페더는 플루토늄이 핵분열성이며, 느리고 빠른 중성자 모두에 의해 쉽게 분열될 수 있으며, 우라늄과는 화학적으로 다르다는 이점이 있다는 것을 이론적으로 증명했다.[1]

이러한 발견은 1940년 버클리 방사선 연구소에서 에드윈 맥밀란과 필립 에이벨슨에 의해 독립적으로 확인되었다. 캠브리지 팀의 니컬러스 케머는 외행성인 해왕성과 명왕성이 천왕성 너머에 위치한 것에 비유하여, 새로운 원소 93에 넵투늄, 94에 플루토늄이라는 이름을 제안했다. 미국에서도 우연히 같은 이름을 제안했다.[1] 1941년 플루토늄 최초 샘플의 생산 및 확인은 일반적으로 글렌 시보그가 캘리포니아 대학교 버클리에서 사이클로트론을 사용하여 이루어졌다고 알려져 있다.[2]

4. 4. 몬트리올 연구소

NRX 및 ZEEP 건물, 채크 리버 연구소


할반의 프랑스 중수 팀은 케임브리지 대학교에서 느린 중성자 연구를 계속했지만, 이 프로젝트는 폭탄 제조와 관련이 없다고 여겨져 우선순위가 낮았다. 그러나 플루토늄으로 가는 경로를 제공한다는 사실이 밝혀지면서 갑자기 군사적 중요성을 얻게 되었다.[2] 영국 정부는 케임브리지 팀이 북미로 이전하여 필요한 원자재에 접근하고 미국 연구에 협력하기를 원했다. 그러나 존 앤더슨 경은 영국 팀의 정체성 유지를 우려했고, 미국이 중수 대신 원자력 흑연을 원자로 설계에 사용하고 있어 자원 분배가 공정하지 않을 수 있다고 걱정했다.[3]

미국은 보안 문제(그룹 고위 과학자 6명 중 1명만 영국인)와 특허권 문제(프랑스 팀의 전쟁 전 연구 기반 핵 기술 특허 가능성)를 우려했다. 타마슨은 타협안으로 팀을 캐나다로 이전할 것을 제안했다.[3] 캐나다 국립 연구 위원회 회장 잭 매켄지는 이 제안을 즉시 환영하고 지지했다.

비용과 급여는 영국과 캐나다 정부가 분담하고, 영국 몫은 캐나다의 10억 달러 전쟁 기금에서 충당하기로 했다. 1942년 말, 첫 직원 8명이 몬트리올에 도착하여 맥길 대학교 소유의 집을 사용했다. 3개월 후, 몬트리올 대학교의 새 건물에 있는 200m2 면적의 공간으로 이사했다.

연구소는 빠르게 성장하여 300명 이상을 고용했고, 절반은 조지 로렌스가 채용한 캐나다인이었다. 체코슬로바키아 물리학자 조지 플라세크가 이끄는 이론가 소그룹이 채용되었다. 플라세크는 유능한 그룹 리더였고, 맨해튼 프로젝트의 핵심 물리학자들과 긴밀한 관계를 맺고 있는 유일한 직원이었다. 프리드리히 파네트는 화학부, 피에르 빅토르 오제는 실험 물리학부 책임자가 되었다. 폰 할반은 연구소장이었지만, 행정 능력 부족과 캐나다 국립 연구 위원회와의 협력 문제로 불행한 선택이었다. 미국은 그를 보안 위험으로 간주했고, 파리 그룹(ICI 관련)의 프랑스 원자력 특허 주장에 반대했다.[3]

5. 미국과의 협력과 갈등

영국은 초기 연구를 통해 천연 우라늄을 사용한 고속 중성자 원자폭탄은 불가능하다는 결론을 내렸다. 우라늄-238이 중성자를 포획하여 손실되기 때문이었다. 그러나 1940년 오토 프리쉬와 루돌프 파이얼스는 우라늄-235를 사용하면 원자폭탄 제조가 가능하다는 프리쉬-파이얼스 각서를 보고했다. 이 보고서는 MAUD 위원회를 통해 튜브 앨로이스 계획을 추진하는 계기가 되었다.

미국의 노력은 급속도로 진행되어 영국을 따라잡았지만, 각국은 별도의 연구를 계속했고 때때로 정보 교환이 이루어졌다. 1942년 초, 몇몇 영국 과학자들이 미국을 방문하여 미국의 원자탄 계획이 빠르게 진행되고 있다는 것에 경악했다.

케임브리지 대학교의 느린 중성자 연구는 플루토늄 생산의 지름길이었기 때문에 군사적 중요성이 커졌다. 영국 정부는 케임브리지 팀을 시카고로 이동시키려 했지만, 미국은 보안을 우려하여 이들을 캐나다 몬트리올로 보냈다.

1942년 6월, 미국 육군이 원자폭탄 개발의 모든 권한을 얻으면서 영국으로의 정보 흐름이 감소했다. 미국은 중수 제조, 육불화 우라늄 제조, 전자기 분리 방법, 플루토늄의 물리적 화학적 특성, 폭탄 설계 세부 사항, 고속 중성자 반응로에 관한 정보 공유를 중단했다. 이는 중수 제조 및 연구 프로그램에서 협력하던 영국과 캐나다에게 좋지 않은 소식이었다.

캐나다 몬트리올 팀은 중수 공급을 브리티시컬럼비아주 트레일의 중수 공장에 의존했다. 미국은 듀폰의 제안에 따른 제한적인 연구 방향에 동의하는 경우에만 중수를 공급하겠다고 제안했고, 1943년 6월 몬트리올 연구는 중단되었다.

윈스턴 처칠은 영국 자체의 확산로와 중수 공장, 원자로 건설에 대한 정보를 찾고 있었지만, 1943년 7월 런던에서 미국 관계자가 영국의 동기에 대한 오해를 해소했다. 몇 달 간의 협상 끝에 1943년 8월 19일 퀘벡 협정이 체결되었다. 영국은 모든 자원을 미국에 제공했고, 미국은 그 대가로 대통령에게 미국의 연구 성과 보고서 사본을 제공했다. 영국의 연구는 맨해튼 계획에 합류하게 되었다.

윌리엄 라이언 매켄지 킹, 프랭클린 D. 루스벨트, 윈스턴 처칠이 1943년 8월 퀘벡 회담에 참석한 모습.


미국과 영국 정부 간의 튜브 앨로이스 공동 관리에 관한 협정 문서("Articles of Agreement governing collaboration between the authorities of the U.S.A. and UK in the matter of Tube Alloys")에는 영국과 미국이 "튜브 앨로이(원자탄)를 조기에 실현하기 위한 계획"을 위해 자원을 공유한다는 내용이 담겨 있었다.

양국 지도자들은 다음 사항에 합의했다.

  • 우리는 이 기구를 서로에게 사용하지 않을 것이다.
  • 우리는 서로의 동의 없이 제3자에게 사용하지 않을 것이다.
  • 우리는 상호 동의 없이는 튜브 앨로이스에 관한 정보를 제3자에게 전달하지 않을 것이다.


또한 "산업적 또는 상업적 성격의 전후 이점"은 미국 대통령의 재량에 따라 결정하기로 합의했다.[5]

전쟁 후기, '튜브 앨로이'는 만들어진 원소 플루토늄을 가리키게 되었다. 이 존재는 나가사키 원자 폭탄 투하까지 비밀로 유지되었다.

1945년 8월 11일, 미국 옛 육군성에 의해 정리된 문서는 여러 참고 문헌과 함께 영국의 원자탄에 대한 기여를 설명하고 있다. 마이클 페린이 작성한 "원자 폭탄 관련 성명(Statements Relating to the Atomic Bomb)" 백서는 영국의 15년간의 기여에 대한 유일한 공식 문서이다.

5. 1. 티저드 미션

1940년 8월, 헨리 티저드가 이끌고 존 코크로프트 등이 참여한 영국 대표단이 미국으로 파견되어 미국과의 관계를 구축하고, 전쟁 기술 연구를 함께 발전시키는 데 기여했다.[1] 이들은 레이더, 대잠수함전, 항공 공학, 폭발물 등 여러 군사 기술을 공유했다.[1] 특히, 미국의 레이더 프로그램은 마이크로파 레이더와 근접 신관 개발에 대한 추가적인 추진력을 얻어 더욱 활성화되었다.[1] 그 결과, 미국은 MIT 방사선 연구소를 설립했고, 이 연구소는 나중에 로스앨러모스 연구소의 모델이 되었다.[1]

대표단은 핵분열에 관해서는 두 번의 회의만 가졌으며, 주로 우라늄 농축에 관한 내용이었다.[1] 특히 코크로프트는 루돌프 파이얼스와 오토 프리쉬의 발견을 보고하지 않았다.[1] 그럼에도 불구하고, 두 국가 간의 기술 정보 교환 경로가 개발되고 장벽이 깨졌다는 중요한 결과가 있었다.[1] 또한, 민간 과학자가 군사 기술 개발에 중요한 역할을 한다는 개념이 대서양 양쪽에서 강화되었다.[1]

1940년 9월, 기술자 집단(티저드 사절단)은 북아메리카로 파견되어 레이더, 제트 엔진, 핵 연구 등 전 영역의 기술을 교류했다.[2] 이들은 영국의 군사 연구 시설을 독일의 폭격 범위 밖인 북아메리카로 이동시킬 가능성에 관해서도 검토했다.[2]

티저드 사절단은 귀환했을 때, 느린 중성자 연구가 케임브리지의 파리 그룹이나 컬럼비아 대학교의 엔리코 페르미, 또는 캐나다의 조지 로렌스에 의해 계속되고 있다는 것을 보고했다.[2] 그들은 이 연구가 전쟁 수행과는 관계가 없다고 결론지었다.[2]

5. 2. 올리펀트의 미국 방문

호주 물리학자 마크 올리펀트는 영국과 미국의 원자 폭탄 프로젝트를 시작하는 데 중요한 역할을 했다.


1941년 8월, 마크 올리펀트는 레이더 관련 업무를 돕기 위해 미국으로 파견되었다. 그는 MAUD 위원회의 일원이었으며, 위원회는 핵분열 연구에서 획기적인 발견을 한 상태였다.

올리펀트는 미국에서 윌리엄 D. 쿨리지를 만났는데, 쿨리지는 올리펀트가 영국에서 단 10킬로그램의 우라늄-235만으로 연쇄 반응을 일으킬 수 있다고 예측했을 때 충격을 받았다.

올리펀트는 과학 연구 개발국(OSRD) S-1 분과 의장인 라이먼 브리그스가 MAUD 보고서를 보관하고 S-1 위원회 위원들에게 알리지 않았다는 것을 발견했다.

이에 올리펀트는 직접 미국의 과학자들에게 MAUD 위원회의 발견을 알리기 시작했다. 그는 어니스트 로렌스를 만나 우라늄에 대한 보고서를 전달했고, 로렌스는 제임스 브라이언트 코넌트, 조지 B. 페그램, 아서 콤프턴에게 이 내용을 전달했다.

올리펀트는 로렌스뿐만 아니라 코넌트와 바네바 부시를 만나 MAUD 위원회의 중요한 발견을 알렸다. 이러한 올리펀트의 노력으로 로렌스, 콤프턴, 조지 키스탸코프스키가 핵무기 개발을 추진하게 되었고, 부시는 이 보고서를 대통령에게 직접 전달하게 되었다.

올리펀트가 미국을 방문하기 전, 영국의 초기 연구는 천연 우라늄을 사용한 고속 중성자 원자 폭탄은 불가능하다고 결론 내렸다. 우라늄-238이 중성자를 포획하여 손실되기 때문이었다. 그러나 1940년 2월, 오토 프리쉬와 루돌프 파이얼스는 우라늄-235를 사용하면 원자 폭탄 제조가 가능하다는 프리쉬-파이얼스 각서를 보고했다.

프리쉬와 파이얼스는 마크 올리펀트에게 보고했고, 올리펀트는 헨리 티저드에게 이 정보를 전달하여 MAUD 위원회가 만들어졌다. MAUD 위원회의 보고서는 튜브 앨로이스 계획을 추진하는 계기가 되었다.

MAUD 위원회 보고서에 대한 반응이 없자, 올리펀트는 1941년 8월 대서양을 건너 미국으로 갔다. 그는 라이먼 브리그스가 우라늄 위원회에 보고서를 전달하지 않고 금고에 보관하고 있다는 사실을 알게 되었다. 올리펀트는 어니스트 로렌스, 제임스 코넌트, 엔리코 페르미, 아서 콤프턴에게 연락하여 미국의 연구에 긴급성을 더했다. MAUD 보고서는 결국 큰 영향을 주었고, 미국은 원자 폭탄의 실현 가능성에 대한 생각을 바꾸고 영국과 협력하자는 제안을 했다. 해럴드 유레이와 조지 브락스턴 페그램은 1941년 11월 협의를 위해 영국으로 보내졌지만, 영국은 협력 제안을 받아들이지 않았다.

5. 3. 정보 공유 중단과 퀘벡 협정

미국의 원자폭탄 개발 노력이 빠르게 증가하면서, 미국 당국은 영국과 세부 정보를 공유하는 것을 꺼리게 되었다. 그럼에도 불구하고 양국은 일부 정보 교환을 하며 별도의 연구를 계속 진행했다. 1942년 초, 여러 영국 과학자들이 미국을 방문하여 모든 정보에 접근할 수 있었고, 당시 미국의 원자폭탄 프로젝트가 가진 추진력에 놀라움을 금치 못했다. 정보 교환과 노력은 계속되었지만, 양국은 각자의 프로그램을 별도로 진행했다. 1941년 영국 정부는 밴느바 부시와 제임스 코난트의 협력 강화 제안을 거부하기도 했다.

1942년 6월, 미국 공병대가 맨해튼 계획을 인수하고 레슬리 그로브스가 책임자가 되면서 보안이 강화되었고, 영국으로의 정보 흐름이 제한되었다. 미국 관계자들은 특히 ICI 소속 아커스 등 튜브 앨로이스 프로젝트 참여자들이 미국의 핵 과학 지식을 이용하여 전후 수익성 있는 산업을 창출하려 한다는 점을 우려했다. 1942년 10월, 부시와 코난트는 프랭클린 D. 루스벨트 대통령을 설득하여 미국이 원자폭탄 프로젝트를 독자적으로 개발해야 한다고 주장했다.

이는 인력, 시설, 장비, 자재가 부족했던 영국에게 큰 타격을 주었고, 튜브 앨로이스는 맨해튼 프로젝트와의 경쟁에서 뒤처지게 되었다. 1942년 7월 30일, 존 앤더슨은 윈스턴 처칠에게 "우리의 선구적인 작업은 줄어드는 자산이며, 이를 신속하게 자본화하지 않으면 뒤쳐질 것"이라고 경고했다. 부시는 맨해튼 프로젝트에 대한 외부 지원이 더 이상 필요하지 않다고 결정했고, 군사 정책 위원회(MPC)는 이를 지지하며 영국의 자체 핵무기 프로그램 개발에 활용될 수 있는 기밀 정보 접근을 제한했다.

미국은 중수 생산, 전자기 분리 방법, 플루토늄의 물리적 또는 화학적 특성, 폭탄 설계 세부 사항, 고속 중성자 반응에 대한 정보 공유를 중단했다. 이는 영국과 캐나다에게 큰 실망을 안겨주었다. 1943년, 영국은 과학자들을 미국에 보내는 것을 중단했고, 이는 미국의 작업 속도를 늦추는 결과를 초래했다. 1943년 3월, 코난트는 군사 정책 위원회에 영국의 도움이 프로젝트의 일부 분야에 도움이 될 것이라고 제안했고, 제임스 채드윅, 윌리엄 페니, 루돌프 파이얼스, 마크 올리펀트 등 영국 과학자들은 로스 앨러모스 연구소의 폭탄 설계 팀에 필수적인 인력이었다.

처칠은 막대한 비용에도 불구하고 영국 자체의 기체 확산 공장, 중수 공장 및 원자로 건설에 대한 정보를 구했다. 그러나 이는 엄청난 자원과 인력을 필요로 했고, 다른 전쟁 프로젝트에 지장을 줄 수 있었다. 결국 영국은 미국과의 협력을 재개하기로 결정했다.

1943년 7월 런던에서 미국 관계자들은 영국의 동기에 대한 오해를 해소했고, 수개월 간의 협상 끝에 1943년 8월 19일 퀘벡 회담에서 퀘벡 협정이 체결되었다. 영국은 자신들의 자료를 미국에 넘겨주고, 그 대가로 미국의 진행 보고서 사본을 받았다. 튜브 앨로이스는 맨해튼 계획에 흡수되었다.[5]

퀘벡 협정의 공식 명칭은 "튜브 앨로이스 문제에 관한 미국과 영국의 당국 간 협력에 관한 협정 조항"이었으며, 영국과 미국은 자원을 공유하여 튜브 앨로이스 프로젝트를 최대한 빨리 실현하기로 합의했다.[5]

지도자들은 다음 사항에 합의했다.

  • 우리는 이 기구를 서로에게 사용하지 않을 것이다.
  • 우리는 서로의 동의 없이 제3자에게 사용하지 않을 것이다.
  • 우리는 상호 동의 없이는 튜브 앨로이스에 관한 정보를 제3자에게 전달하지 않을 것이다.


또한 "산업적 또는 상업적 성격의 전후 이점"은 대통령의 재량에 따라 결정하기로 합의했다.[5] 퀘벡 협정은 맨해튼 계획을 통제하기 위해 연합 정책 위원회를 설립했으며, 헨리 스팀슨, 부시, 코난트(미국), 존 딜, J. J. 르웰린 대령(영국), C. D. 하우(캐나다)가 위원으로 참여했다.

5. 4. 맨해튼 계획에 대한 영국의 기여

제임스 채드윅을 비롯한 영국의 과학자들은 퀘벡 협정 체결 이후 맨해튼 계획에 적극적으로 참여했다. 에이커스와 미국 측의 갈등이 있었지만, 채드윅이 연합 정책 위원회의 영국 기술 고문이자 맨해튼 계획 영국 대표단장으로 임명되면서 협력이 재개되었다.[3] 채드윅은 가능한 많은 영국 과학자들을 참여시키려 했으며, 이 과정에서 오토 프리쉬 등이 영국 시민권을 얻어 미국으로 건너갔다. 채드윅은 테네시주 오크리지 등의 시설 규모를 보고 독일의 핵무기 개발 가능성이 낮다고 판단했다.[3]

채드윅의 주요 목표 중 하나는 젊은 영국 과학자들이 경험을 쌓도록 하는 것이었다. 그는 조셉 로트블라트가 국적을 포기하지 않고도 계획에 참여하도록 설득했고, 로트블라트는 튜브 앨로이즈 연구를 담당했다.[3]

브리티시컬럼비아주 트레일에 있는 미국의 중수 공장에 의존하던 캐나다 몬트리올 팀은 연구에 어려움을 겪었다. 미국은 듀폰의 제안에 따른 제한적인 연구 방향에 동의하는 경우에만 중수를 공급하겠다고 했고, 1943년 6월 몬트리올 연구는 정체되었다. 그러나 1944년 4월 연합 정책 위원회 회의에서 캐나다가 중수로를 건설하기로 합의하면서 상황이 개선되었다. 미국은 정보와 방문, 자재 공급을 통해 지원하기로 했다. 몬트리올 연구소는 아르곤 국립 연구소와 오크리지의 X-10 흑연 원자로 데이터에는 접근할 수 있었지만, 핸퍼드 부지의 생산 원자로 데이터와 플루토늄 분리 정보는 얻지 못했다.[3]

척 리버 연구소가 1944년에 개설되었고, 1946년 몬트리올 연구소는 폐쇄되었다. 이 프로젝트를 통해 1945년 9월에 임계 상태에 도달한 ZEEP 원자로가 개발되었다.[3]

윌리엄 페니 경은 충격파 전문가로서 1944년 6월 로스앨러모스 연구소에서 일하기 위해 미국으로 갔다.[6] 그는 핵폭발의 영향 평가, 폭탄 투하 높이 결정 등에 관한 연구를 수행했다.[6] 그는 목표 위원회 위원으로 활동했으며, 프로젝트 앨버타와 함께 티니안에서 특별 고문으로 활동했다.[7] 나가사키 원자 폭탄 투하를 관찰했으며,[8] 전후 피해 평가를 위한 과학 임무에도 참여했다.

1945년 8월 12일 발행된 ''스미스 보고서''는 원자 폭탄 개발 과정을 담고 있었지만, 영국의 기여는 거의 언급되지 않았다. 마이클 페린은 ''원자 폭탄 관련 성명''이라는 백서를 작성하여 영국의 기여를 알리고자 했다.

6. 전후 상황과 유산

1946년 8월, 미국의 해리 트루먼 행정부가 Atomic Energy Act of 1946영어 (맥마흔 법)을 통과시키면서 영국은 더 이상 미국의 원자력 연구에 접근할 수 없게 되었다. 이는 맨해튼 계획에 참여했던 윌리엄 페니를 비롯한 영국 과학자들을 분노하게 했다.[11][12][13]

클레멘트 애틀리 정부는 국제 외교 관계에서 영국의 지위를 유지하기 위해 독자적인 핵무기 개발이 필요하다고 판단했다. 어니스트 베빈 외무 장관은 "우리는 원자폭탄을 가져야 한다. 원자폭탄 아래, 피로 물든 유니언 잭을 가져야 한다"고 말했다.[11][12][13]

이에 따라, 윌리엄 페니는 영국으로 귀국하여 원자폭탄국(Atomic Weapons Section) 창설을 위한 계획을 시작했다. 1947년 5월, '고성능 폭약 연구'(High Explosive Research, HER)라는 코드네임으로 핵무기 개발 계획이 시작되었고, Charles Portal, 1st Viscount Portal of Hungerford영어 (포털 경)을 리더로 페니 박사가 원자폭탄 개발을 주도했다. 1952년 10월 3일, ''허리케인 작전''이라는 코드네임으로, 최초의 영국의 핵무기가 호주의 서해안 몬테벨로 섬에서 폭발에 성공했다. 1957년에는 수소폭탄 실험에도 성공했다.

스푸트니크 쇼크와 영국의 핵 개발에 충격을 받은 미국은 1958년에 맥마흔 법을 수정했고, 미국-영국 상호 방위 협정을 체결하여 영국이 미국의 핵 정보에 접근할 수 있게 했다.

6. 1. 전후 핵 협력의 변화

전쟁이 끝나면서 영국과 미국의 특수 관계는 "훨씬 덜 특별해졌다".[1] 루스벨트는 1945년 4월 12일에 사망했고, 하이드 파크 협정은 이후 행정부에 구속력이 없었다.[2] 이 협정 문서는 분실되었고, 1945년 7월 18일 영국이 스팀슨에게 복사본을 보낼 때까지 미국의 사본은 찾을 수 없었다.[3][2]

영국 정부는 미국이 핵 기술을 공유할 것이라고 믿었다. 1945년 11월 9일, 맥켄지 킹과 클레멘트 애틀리 총리는 해리 트루먼 대통령과 핵무기 및 원자력에 대한 협력을 논의하기 위해 워싱턴 D.C.로 갔다.[4] 세 지도자는 원자력에 대한 완전하고 효과적인 협력에 동의했지만, 핵무기 협력 재개에 대한 영국의 희망은 좌절되었다.[5] 미국은 곧 이것이 기본적인 과학 연구로 제한된다는 것을 분명히 했다.[6]

1946년 원자력법(맥마흔 법)은 영국이 더 이상 미국의 원자력 연구에 접근할 수 없게 됨을 의미했다. 이는 1946년 2월 앨런 넌 메이가 간첩 혐의로 체포된 결과이기도 하다.[7] 클레멘트 애틀리 정부는 영국이 세계적 지위를 유지하기 위해서는 원자폭탄을 가져야 한다고 결론 내렸다. 어니스트 베빈 외무 장관은 "우리는 원자폭탄을 가져야 한다. 원자폭탄 아래, 피로 물든 유니언 잭을 가져야 한다"고 말했다.[11][12][13]

공군 원수 포털 경이 고성능 폭발물 연구라는 코드명으로 핵무기 개발을 이끌도록 임명되었다.[8] 원자력 연구소 (AERE)는 1946년 코크로프트에 의해 군사 및 민간 원자력 연구 개발의 주요 센터로 옥스퍼드셔 해웰 근처에 세워졌다.[9] 페니는 켄트의 포트 할스테드와 울위치에 있는 왕립 무기고에서 폭탄 설계 노력을 이끌었다.[10] 1950년 4월, 버크셔의 RAF 알더마스턴이 원자 무기 연구소 (AWRE)로 영구적인 보금자리가 되었다.[10]

1952년 10월 3일, 코드명 "허리케인 작전"으로 첫 번째 영국 핵 장치가 호주 서해안의 몬테 벨로 제도에서 성공적으로 폭발했다.[10] 스푸트니크 위기와 영국 수소 폭탄 프로그램은 1958년에 원자력법이 개정되었고, 1958년 미국-영국 상호 방위 협정에 따라 미국과 영국 간의 핵 특수 관계가 재개되었다.[9]

6. 2. 영국의 독자적 핵무기 개발

영국 정부는 미국이 핵 기술을 공유할 것이라고 믿었으나, 1946년 미국의 1946년 원자력법(맥마흔 법) 통과로 인해 미국의 원자력 연구에 접근할 수 없게 되었다. 이는 1946년 2월에 앨런 넌 메이가 간첩 혐의로 체포된 결과이기도 했다.[11]

이에 클레멘트 애틀리 총리는 1947년 1월 8일, 6명의 내각 장관으로 구성된 비밀 내각 위원회인 Gen 163을 구성하여 독자적인 핵무기 개발을 결정했다. 어니스트 베빈 외무 장관은 "우리는 그 위에 핏빛 유니언 잭을 가져야 한다"고 주장하며 핵무기 개발의 필요성을 강조했다.[12]

공군 원수 포털 경이 이끄는 고성능 폭발물 연구라는 코드명의 프로젝트가 시작되었다.[13] 1946년 존 코크로프트에 의해 원자력 연구소(AERE)가 해웰에 설립되었고, 윌리엄 페니는 포트 할스테드와 울위치의 왕립 무기고에서 폭탄 설계 노력을 이끌었다. 1950년 4월, RAF 알더마스턴이 원자 무기 연구소(AWRE)로 지정되어 핵무기 연구의 영구적인 본거지가 되었다.

페니는 팀을 구성하여 미국의 팻 맨 폭축형 핵무기를 분석하고, 이를 복제하기 위한 개발 작업을 진행했다. 1952년 10월 3일, 허리케인 작전이라는 코드명으로 첫 번째 영국 핵 장치가 호주 서해안의 몬테 벨로 제도에서 성공적으로 폭발했다.[9]

6. 3. 냉전 시대의 핵무기 경쟁과 국제 관계

닐스 보어는 소련과의 전후 핵무기 경쟁을 막기 위해 노력했다. 1944년, 그는 국제 핵무기 통제를 위해 영국과 미국이 맨해튼 계획에 대해 소련에 알려야 한다고 주장했다. 이는 다른 국가들이 비밀리에 핵무기를 개발하고 있다는 전제하에 소련이 위협을 느낄 가능성을 줄이기 위함이었다.[4] 그는 미국과 영국이 핵 개발을 더 오래 숨길수록 러시아가 더 큰 위협을 느끼고 자체적으로 원자 폭탄을 생산하려는 노력을 가속화할 것이라고 보았다. 미국 대법원 판사인 펠릭스 프랑크푸르터의 도움으로 보어는 1944년 8월 26일 프랭클린 D. 루스벨트 대통령을 만났고, 루스벨트는 처음에 그의 생각에 공감했다. 그러나 윈스턴 처칠은 소련에 정보를 알리는 것을 강하게 반대했다. 1944년 9월 제2차 퀘벡 회담에서 루스벨트는 처칠의 편을 들었고, 원자 폭탄 프로젝트를 비밀로 유지하는 것이 국익에 부합한다고 결정했다. 이들은 보어가 잠재적으로 위험하며, 특히 러시아에 정보를 유출하는 것을 막기 위해 보안 조치가 필요하다고 판단했다.

7. 한국의 관점에서의 재조명

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참조

[1] 뉴스 Brum and the Bomb http://news.bbc.co.u[...] BBC 2000-02-17
[2] 웹사이트 Early Years of Nuclear Energy Research in Canada https://www.cns-snc.[...] Canadian Nuclear Society 2016-05-06
[3] 웹사이트 70 years ago: Vannevar Bush worries about French Patents http://blog.nuclears[...] Restricted Data 2012-03-05
[4] 문서 Kapitza to Bohr, 28 October 1943, CAB 126/39, NA. "Correspondence between Kapitza and B." 2 May 1945, CAB 126/39
[5] 웹사이트 The Quebec Conference – Agreement Relating to Atomic Energy http://avalon.law.ya[...] Avalon Project – Yale Law School 2017-05-06
[6] 웹사이트 The Height of the Bomb http://blog.nuclears[...] Restricted Data 2015-01-02
[7] 웹사이트 Project Alberta/Destination Team roster of personnel http://www.mphpa.org[...] The Manhattan Project Heritage Preservation Association 2014-03-08
[8] 웹사이트 Eyewitness Account of Atomic Bomb Over Nagasaki http://www.atomicarc[...] National Science Digital Library 2013-03-18
[9] 웹사이트 Public Law 85-479 http://www.gpo.gov/f[...] US Government Printing Office 2013-12-12
[10] 서적 原爆はこうしてつくられた 恒文社
[11] 웹사이트 http://www.awe.co.uk[...]
[12] 웹사이트 http://www.guardian.[...]
[13] 웹사이트 http://www.historyto[...]
[14] 서적 The Second World War: Closing the Ring Houghton Mifflin Company
[15] 웹인용 Britain's Nuclear Weapons http://nuclearweapon[...] The nuclear weapon archive 2014-05-01


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