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  1. Auf der Tagung der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft am 26. Januar 1939 in Washington war von einigen Physikern bereits die Vermutung geäussert worden, dass bei der Spaltung des Urankerns sehr wahrscheinlich Neutronen freigesetzt werden. Der experimentelle Nachweis gelang zuerst einer französischen Forschergruppe um Frédéric Joliot-Curie (1900-1958). In einer Arbeit vom 8. März 1939 vermuteten sie, dass bei der Spaltung im Mittel mehr als ein Neutron freigesetzt wird. In einer weiteren Arbeit vom 7. April 1939 gaben sie den Wert 3,5 ± 0,7 an (Der genaue Wert beträgt für die Uranspaltung durch langsame Neutronen 2,47). Damit erschienen die Aussichten sehr gut für die Verwirklichung einer nuklearen Kettenreaktion bei genügender Grösse einer geeigneten Anordnung.

    Im Februar 1939 hatten der Amerikaner R. B. Roberts und Mitarbeiter die Emission verzögerter Neutronen nachgewiesen. Sie beobachteten, dass noch bis zu 1,5 Minuten nach Entfernen der die Kernspaltung auslösenden Neutronenquelle von der bestrahlten Probe Neutronen emittiert werden. Der Anteil dieser verzögerten Neutronen an der Gesamtzahl der pro Spaltakt entstehenden Neutronen ist, wie sich später herausstellte, sehr gering. Er beträgt weniger als 1 %, ist aber für die Herbeiführung einer stationären nuklearen Kettenreaktion und das Regelungsverhalten der Kernspaltungsreaktoren von wesentlicher Bedeutung.

    Die Untersuchungen weiteten sich jetzt rasch weiter aus. Niels Bohr (1885-1962) vermutete, dass nur das Uranisotop U-235, das im natürlichen Uran lediglich zu 0,72 % enthalten ist und erstmals 1935 durch A. J. Dempster nachgewiesen worden war, durch langsame Neutronen spaltbar ist, das häufigere Isotop U-238 hingegen nur durch schnelle Neutronen und mit geringerer Reaktionsrate. Diese Vermutung wurde 1940 experimentell bestätigt, nachdem auf massenspektroskopischem Wege eine angereicherte U-235-Probe gewonnen worden war.

    Insgesamt wurden im Verlauf des Jahres 1939 reichlich 100 Arbeiten zur Kernspaltung und den damit verbundenen Phänomenen wie auch zu denkbaren Wegen zur Verwirklichung einer energieliefernden Kettenreaktion veröffentlicht. Das Konzept der kritischen Masse wurde geboren. F. Joliot-Curie und Mitarbeiter reichten fünf Patente ein und hinterlegten mehrere Geheimdokumente, die das Prinzip und die wesentlichen Bedingungen der steuerbaren nuklearen Kettenreaktion und des Aufbaus eines „Atommeilers“, eines Kernreaktors, beschrieben. Ihr Inhalt wurde erst nach dem Krieg bekannt.

    Im Juni 1939 erschien in den "Naturwissenschaften" der Artikel von S. Flügge (1912-1997) "Kann der Energieinhalt der Atomkerne technisch nutzbar gemacht werden?". Zusammenfassend kam er zu dem Schluss:

    "Alles in allem sei noch einmal betont, dass unsere gegenwärtigen Kenntnisse die Möglichkeit einer 'Uranmaschine' der beschriebenen Art wahrscheinlich machen, dass aber das vorliegende quantitative Zahlenmaterial noch mit zu hohen Fehlergrenzen behaftet ist, um diese Möglichkeit zur Gewissheit zu verdichten."

    Auf die militärische Bedeutung, die der Kernspaltung möglicherweise für die Schaffung von Kernsprengkörpern ungeahnter Stärke zukommt, wurden in den USA und in Deutschland Regierungs- und militärische Dienststellen schon im März/April 1939 hingewiesen.

    Nach Kriegsausbruch im Herbst 1939 teilweise und im Verlaufe des Jahres 1940 dann nahezu vollständig, begann sich über alle kerntechnisch wesentlichen Daten und Erkenntnisse der Schleier der Geheimhaltung zu senken und blieb für die nächsten 15 Jahre fast vollständig geschlossen.

    Am 2. Dezember 1942 wurde von Enrico Fermi (1901-1954) und seinem Forscherteam unter den Tribünen des Universitätsstadions von Chicago erstmals eine stationäre Kernspaltungs-Kettenreaktion verwirklicht. Der erste künstliche Kernreaktor war in Betrieb.
  2. Für das Verständnis der nachfolgenden Ausführungen ist es nützlich, die Ordnungszahlen Z einiger chemischer Elemente zu nennen:

    Schwere Elemente:
    Uran (Z=92), Protactinium (Z=91), Thorium (Z=90), Actinium (Z=89), Radium (Z=88)

    Mittelschwere Elemente:
    Barium (Z=56), Lanthan (Z=57), Cer (Z=58)

    Bis 1937 war nach dem Neutronenbeschuss von Uran eine Vielzahl von Betaaktivitäten gefunden worden, die entsprechend der Arbeitshypothese von O. Hahn, L. Meitner und F. Strassmann sämtlich als Transurane (Z>92) anzusehen waren. Man hielt fest an dem bisher bewährten Prinzip, dass Kernreaktionen nur zur Bildung von Isotopen des Ausgangselementes oder unmittelbar benachbarter Elemente führen.

    Die vermeintlichen Transurane ordnete man aufgrund der chemischen Analysen in das Periodensystem der Elemente ein und bezeichnete sie als Eka-Rhenium, Eka-Osmium, Eka-Iridium, Eka-Platin und Eka-Gold (Eka-X bedeutet sinngemäss "im Periodensystem unter dem Element X stehend").

    Um es vorwegzunehmen: Alle von 1934 bis zur Entdeckung der Kernspaltung im Dezember 1938 vermeintlich gefundenen Transurane erwiesen sich als Spaltprodukte des Urans.

    Die Untersuchungen, die auf die richtige Spur führten, begannen in Paris. Irene Joliot-Curie (1897-1956) und ihr Mitarbeiter P. Savitch fanden 1937 in ihren bestrahlten Uranproben eine aktive Substanz mit der Halbwertszeit von 3,5 Stunden, die nicht leicht zu identifizieren war. Im weiteren Verlauf ihrer Experimente beobachteten sie 1938 Ähnlichkeiten dieser Substanz mit Lanthan (gehört zur Gruppe der Seltenen Erden). I. Joliot-Curie und P. Savitch vermochten es jedoch nicht, diese Substanz als Lanthan zu identifizieren und verfehlten damit um Haaresbreite die Entdeckung der Kernspaltung.

    O. Hahn stand den Ergebnissen der französischen Forschergruppe vorerst skeptisch und ungläubig gegenüber. Zusammen mit F. Strassmann wiederholte er die Experimente der Franzosen und entschloss sich angesichts der merkwürdigen Ergebnisse seiner eigenen Experimente zu einer Serie von neuen Versuchen. L. Meitner konnte an diesen Versuchen nicht mehr teilnehmen, da sie im Sommer 1938 als Jüdin aus Nazi-Deutschland fliehen musste.

    O. Hahn und F. Strassmann fanden bei ihren Versuchen ebenfalls eine 3,5-Stunden-Aktivität, von der sie zunächst annahmen, dass sie ein Gemisch von Radium- und Actinium-Isotopen sei. Sie versuchten, diese Substanz mit Barium als Trägersubstanz aus dem bestrahlten Uran abzutrennen, um dann das vermutete Radium vom Barium abtrennen zu können. Letzteres gelang jedoch nicht. Ein anschliessender Kontrollversuch mit dem Radium-Isotop Mesothorium I zeigte, dass das Mesothor wieder abgetrennt werden konnte, die 3,5-Stunden-Aktivität aber in der Barium-Trägersubstanz verblieb.

    Am 19. Dezember 1938 schrieb O. Hahn an L. Meitner in Stockholm:

    "Aber immer mehr kommen wir zu dem schrecklichen Schluss: Unsere Radium-Isotope verhalten sich nicht wie Radium, sondern wie Barium … Ich habe mit Strassmann verabredet, dass wir vorerst nur Dir dies sagen wollen. Vielleicht kannst Du irgendeine phantastische Erklärung vorschlagen. Wir wissen dabei selbst, dass es [das Uran] eigentlich nicht in Barium zerplatzen kann."

    Am 28. Dezember 1938 stellt O. Hahn brieflich schliesslich an L. Meitner die Frage:

    "Wäre es möglich, dass das Uran-239 zerplatzt in ein Barium und ein Masurium (heute: Technetium, Z=43)?"

    Am 22. Dezember 1938 reichten Hahn und Strassmann das Manuskript ihrer Arbeit unter dem Titel "Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle" an die Zeitschrift "Die Naturwissenschaften" ein. Die Veröffentlichung erfolgte am 6. Januar 1939. Zusammenfassend schrieben sie:

    "Wir kommen zu dem Schluss: Unsere 'Radiumisotope' haben die Eigenschaften des Bariums; als Chemiker müssten wir eigentlich sagen, bei den neuen Körpern handelt es sich nicht um Radium, sondern um Barium; …"

    Und weiter heisst es:

    "Als Chemiker müssten wir … statt Radium, Actinium, Thorium die Symbole Barium, Lanthan, Cer einsetzen. Als der Physik in gewisser Weise nahestehende 'Kernchemiker' können wir uns zu diesem, allen bisherigen Erfahrungen der Kernphysik widersprechenden, Sprung noch nicht entschliessen."

    L. Meitner, die als einzige aller Physiker vor der Publikation vom 6. Januar 1939 über die Ergebnisse unterrichtet war, schrieb am 1. Januar 1939 an O. Hahn:

    "Wir [L. Meitner und ihr Neffe O. R. Frisch] haben Eure Arbeit sehr genau gelesen und überlegt, vielleicht ist es energetisch doch möglich, dass ein so schwerer Kern zerplatzt."

    Meitner und Frisch gingen bei ihren Überlegungen zur theoretischen Erklärung des Spaltungsphänomens vom Tröpfchenmodell des Atomkerns aus, dessen Grundlagen schon 1930 von G. Gamow entwickelt worden waren. Wie bereits C. F. von Weizsäcker erkannt hatte, ist der Spaltungsprozess energetisch möglich, weil der Urankern schwächer gebunden ist als die beiden Spaltbruchstücke. Die Differenz zwischen der Kernbindungsenergie der beiden Spaltfragmente und der des Urankerns wird in Form der kinetischen Energie der Spaltbruchstücke frei. Auf der Grundlage ihrer Vorstellungen schätzten Meitner und Frisch die pro Spaltakt frei werdende Energie zu rund 200 MeV. Das entsprach etwa dem Neunfachen der grössten bis dahin bekannten Energiefreisetzung einer Kernreaktion.

    Kurz nach der Entdeckung der Kernspaltung meinte Niels Bohr:

    "Wir waren Dummköpfe. Wie konnten wir dies so lange nicht bemerken!"

    Tja, hätten die Herren Theoretiker mal auf eine Frau (Ida Noddack) gehört ... :)
  3. 1935 gab Carl-Friedrich von Weizsäcker (1912-2007) erstmals eine halbempirische Formel für die Abhängigkeit der Kernbindungsenergie von der Massen- und Kernladungszahl an. Hieraus war zu folgern, dass die Zersplitterung eines schweren Atomkerns in zwei annähernd gleich schwere Bruchstücke von einer enormen Energiefreisetzung begleitet sein sollte. Niemand hielt aber die Herbeiführung einer solchen Kernreaktion mit den damals für Geschossteilchen verfügbaren Energien für möglich.

    Die Chemikerin Ida Noddack (1896-1978) hatte Ende 1934 im Anschluss an Fermis Versuche zur Uranbestrahlung mit Neutronen die Ansicht geäussert, dass - ausser der Entstehung von Transuranen - auch ein ganz anderer Prozess, nämlich ein Zerplatzen des Urankerns in zwei Bruchstücke mittlerer Kernladungszahl denkbar sei. Sie konnte ihre Ansicht aber weder durch experimentelle Hinweise noch theoretische Argumente stützen.

    Frédéric-Joliot-Curie (1900-1958) gab in seinem Nobel-Vortrag 1935 seiner Überzeugung Ausdruck, dass früher oder später eine Möglichkeit zur grossmassstäblichen Freisetzung von Kernenergie gefunden werden wird. Dabei äusserte er auch den Gedanken, dass dies am ehesten auf der Grundlage eines kettenreaktionsartig ablaufenden Prozesses vorstellbar sei:

    "Wenn wir nun … einen Blick auf den Fortschritt werfen … so dürfen wir mit Recht annehmen, dass die Forscher, die absichtlich Atome zertrümmern oder aufbauen, Kernreaktionen in Form explosiver Ketten herbeiführen können …"

    Niemand hatte aber bis dahin eine Kernreaktion gefunden, die sich für die Herbeiführung einer solchen Kettenreaktion eignen würde.

    Weit weniger optimistisch als Joliot-Curie beurteilten Mitte der 1930er Jahre andere Forscher die Chancen, Kernenergie in grossem Massstab gewinnen und praktisch nutzbar machen zu können. So schrieb E. Rutherford (1871-1937), der Vater der Kernphysik, 1933:

    "Diese Atomumwandlungen sind für die Wissenschaftler von ausserordentlichem Interesse, wir werden jedoch die Atomenergie nicht in einem solchen Masse beherrschen können, dass sie irgendeinen kommerziellen Wert erlangen könnte, und ich glaube, dass wir kaum einmal dazu in der Lage sein werden."

    Rutherford starb am 19. Oktober 1937, etwa ein Jahr vor der Entdeckung der Kernspaltung.

    Die überraschende Entdeckung der Kernspaltung im Dezember 1938 war das unerwartete Resultat umfangreicher experimenteller Untersuchungen, die Otto Hahn (1879-1968) und die Österreicherin Lise Meitner (1878-1968) im Anschluss an Fermis Befunde bei der Uranbestrahlung mit Neutronen und seiner Vermutung aufnahmen, dass dabei ein oder mehrere Elemente mit Ordnungszahlen oberhalb 92, also Transurane, entstehen. Sie wollten die auftretenden Aktivitäten und Zerfallsprodukte näher analysieren und chemisch identifizieren. Im weiteren Verlauf bezogen sie Fritz Strassmann (1902-1980) als hervorragenden analytischen Chemiker in die Untersuchungen ein.
  4. Noch im selben Jahr 1932, da J. Chadwick das Neutron entdeckte, gelang der erste Nachweis einer neutroneninduzierten Kernreaktion: die Umwandlung von Stickstoffkernen unter Neutronenbestrahlung in Kerne des Elements Bor (B-11) unter Freisetzung von Alphateilchen (Heliumkerne).

    Weil elektrisch ungeladen erwies sich das Neutron als ein sehr geeignetes Geschoss, um in den positiv geladenen Atomkern einzudringen. So ist es nicht verwunderlich, dass viele Physiker begannen, alle möglichen chemischen Elemente mit Neutronen zu beschiessen.

    Eine Gruppe von Physikern unter dem Italiener Enrico Fermi begann 1934 systematisch mit der Neutronenbestrahlung von chemischen Elementen. Sie entdeckten bei diesen Experimenten nicht nur als erste die durch Neutronenbeschuss in vielen Elementen entstehende künstliche Radioaktivität, insbesondere in Form von Beta- und Gammastrahlung. Die bei den Experimenten mit Uran gefundenen Betaaktivitäten schienen auch darauf hinzudeuten, dass im Ergebnis des Neutroneneinfangs und nachfolgendem Betazerfall sich das Uran in Transuran-Elemente umwandelte, insbesondere in ein Isotop des Elementes mit der Ordnungszahl 93.

    Ein weiteres bedeutsames Resultat ihrer Untersuchungen war die Entdeckung, dass die Wirksamkeit der Neutronenbestrahlung sich erhöhte, wenn die Neutronen mit wasserstoffhaltigen Substanzen - wie Paraffin oder Wasser - in Berührung kamen. Fermi erklärte dies damit, dass die Neutronen durch Stösse mit den fast gleich schweren Wasserstoffkernen (Protonen) stark abgebremst werden und die Wahrscheinlichkeit für die Neutron-Kern-Wechselwirkung mit abnehmender Energie ansteigt.
  5. Im Frühjahr 1932 gelang es J. D. Cockcroft und E. T. S. Walton erstmals, eine Kernreaktion mittels künstlich beschleunigter Protonen zu erzielen: die Zertrümmerung von Kernen des Lithium-Isotops Li-7 durch Beschuss mit Protonen. Dabei entstanden aus je einem Li-7-Kern zwei Heliumkerne.

    Diese Kernreaktion war die erste, bei der Masse und Energie aller beteiligten Reaktionspartner mit hinreichender Genauigkeit bekannt waren bzw. gemessen werden konnten, um die experimentell ermittelte Energiebilanz mit der Theorie vergleichen zu können. Auf dieser Grundlage konnte nun erstmals die Gültigkeit der Einsteinschen Formel E = m*c^2 experimentell bewiesen werden.

    Damit erfüllte sich die von A. Einstein schon 1905 ausgesprochene Erwartung, dass die mit den radioaktiven Prozessen verbundenen grossen Energieumsetzungen eine experimentelle Verifikation dieser grundlegenden Formel seiner Relativitätstheorie erbringen könnten.
  6. Im Jahre 1930 beobachteten die deutschen Physiker W. Bothe und H. Becker, dass beim Beschuss von Beryllium mit Alphateilchen eine durchdringende Strahlung auftrat. Versuche, diese Strahlung als energiereiche Gammastrahlung zu deuten, erwiesen sich als nicht zutreffend.

    Im Februar 1932 konnte der Engländer J. Chadwick zeigen, dass die Bothe-Becker-Strahlung aus neutralen Teilchen besteht, den Neutronen. Über die Existenz solcher Neutralteilchen im Kern hatte E. Rutherford schon 1920 spekuliert.

    Wenige Monate nach Chadwicks Entdeckung äusserte der sowjetische Physiker D. D. Iwanenko als erster die Hypothese, dass das Neutron ein elementares Teilchen - also nicht ein aus Proton und Elektron zusammengesetztes Gebilde - ist und dass der Atomkern nur aus Protonen und Neutronen besteht. Damit war die Idee des Nukleonenmodells des Kernaufbaus geboren.

    Kurz darauf erschien die grosse Arbeit von W. Heisenberg "Über den Bau der Atomkerne", in der er von der gleichen Hypothese ausging und ihr eine erste quantentheoretisch-mathematische Form gab. Er beschrieb die den Kern konstituierenden Neutronen und Protonen als zwei verschiedene Zustände ein und derselben Teilchenart, des Nukleons, die sich lediglich durch den Betrag einer zugeordneten Quantenzahl (Isospin)unterscheiden.

    Das Nukleonenmodell des Kernaufbaus zwang dazu, die Existenz einer neuen fundamentalen Naturkraft zu postulieren, aus der die starken Bindungskräfte zwischen dem elektrisch geladenen Proton und dem elektrisch ungeladenen Neutron und damit der Zusammenhalt des Atomkerns resultieren. Für diese neue fundamentale Naturkraft hat sich heute die Bezeichnung starke Wechselwirkung eingebürgert.
  7. Lange Zeit hatte man versucht, den Alphazerfall, d. h. die Aussendung von Heliumkernen aus einem radioaktiven Atomkern (z. B. dem Urankern), zu erklären. Was war daran so schwierig?

    Das Alphateilchen (Heliumkern), das man als möglichen Bestandteil des Kerns erkannt hatte, ist zweifach positiv geladen. Es bewegt sich im Bereich des Kerns (d. h. der anziehenden Kernkräfte), kann aber das abstossende elektrische Kraftfeld des positiv geladenen Restkerns (den sog. Potentialwall) nicht überwinden.

    Im Fall des Urankerns müsste das Alphateilchen eine Energie von 28 MeV besitzen, um den Urankern zu verlassen. Tatsächlich aber beträgt die Energie der Alphateilchen des Urankerns nur ca. 4 MeV.

    Hier kommt nun die Quantenmechanik ins Spiel. Sie erlaubt es, dass das Alphateilchen - im Widerspruch zur herkömmlichen Mechanik - den Potentialwall mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit durchdringt. Man bezeichnet dies als "Tunneleffekt".

    Das Rätsel des exponentiellen Zerfallsgesetzes und das darin verborgene Paradoxon der zeitlichen Unbestimmtheit des Einzelzerfallsaktes fanden mit der Quantenmechanik ihre Erklärung in der statistischen Natur der mikrophysikalischen Gesetze.

    Ab 1929 mehrten sich die theoretischen und experimentellen Anzeichen, welche die bisherige Vorstellung vom Aufbau des Atomkerns aus Protonen und Elektronen in Frage stellten. Die Annahme der Existenz von Elektronen im Kern erwies sich als unvereinbar mit der quantenmechanischen Unschärferelation.
  8. Im Zuge der weitergeführten Streuexperimente mit Alphateilchen gelang Rutherford und Mitarbeitern 1919 die erste genauere Bestimmung der Kernabmessungen. Die Grösse des Kernradius ergab sich zu etwa E-13 cm, d. h. er war gegenüber dem Atomradius (ca. E-08 cm) verschwindend gering.

    Noch im gleichen Jahr gelang Rutherford die erste künstliche Kernumwandlung. Beim Beschuss von Stickstoff mit Alphateilchen beobachtete er energiereiche Wasserstoffkerne, woraus er schloss, dass der Helium- und Stickstoffkern miteinander reagierten und unter Freisetzung eines Wasserstoffkerns zur Bildung eines neuen Kerns, dem eines Sauerstoffisotopes, reagierten.

    Die wegweisende Entdeckung Rutherfords von 1919 war der Auftakt zur zweiten Phase der klassisch-radioaktiven Forschung, mit welcher der Ansturm auf den Atomkern und seine Geheimnisse begann. Von Kernphysik konnte aber auch in dieser Phase (1919 - 1928) noch keine Rede sein. Die natürliche radioaktive Strahlung (Alpha-, Beta- und Gammastrahlung) bot nur begrenzte experimentelle Möglichkeiten, um den Atomkern von Aussen zu attackieren und in sein Inneres vorzudringen.

    Der Durchbruch zur eigentlichen Atomkernphysik gelang erst in den Jahren 1928 - 1932. Er wurde eingeleitet durch die quantentheoretische Deutung des natürlichen Alphazerfalls.
  9. Mit der Entdeckung des Atomkerns durch E. Rutherford im Jahre 1911 wurde das Tor zu einer neuen Entwicklungsphase der radioaktiven Forschung aufgestossen.

    Sie ist die Phase, in deren Verlauf sich die radioaktiven Strahlungen als Kernstrahlung, ihre Energie als Kernenergie, der radioaktive Atomzerfall und die Elementumwandlung als Zerfalls- und Umwandlungsprozesse des Atomkerns entpuppten.

    Die Entdeckung des Atomkerns war das Ergebnis von Experimenten, die Rutherford bereits 1906 begonnen hatte und welche die Streuung von Alphateilchen an dünnen Metallfolien zum Gegenstand hatten.

    Die Tatsache, dass dabei ein geringer Bruchteil der Alphateilchen von ihrer Bahn stark abgelenkt wurde (um mehr als 90°), interpretierte Rutherford dahingehend, dass im Atom ein starkes Kraftzentrum, ein elektrisch geladener Kern äusserst geringer räumlicher Ausdehnung, existiert.

    Bei den Experimenten stellte sich heraus, dass die Alphateilchen selbst Atomkerne, nämlich Kerne des Heliumatoms, sind.

    Der Erste, der von dem Konzept des Atomkerns Gebrauch machte, war Niels Bohr. Er modellierte das Atom als Kern, der von Elektronen umkreist wird.
  10. Mehrfach war die Rede von den enormen Energiemengen, welche radioaktive Substanzen abgeben. Es ist an der Zeit, diese zu quantifizieren.

    1 Gramm reines Radium strahlt kalorimetrisch messbar 0,015 Watt ab. Eine elektrochemische Batterie, die pro Gramm etwa ebenso viel Leistung hergibt, ist nach ein paar Stunden leer. Die Strahlung des Radiums ist aber erst nach 1580 Jahren auf die Hälfte gesunken und hat in dieser Zeit 10'000-mal mehr Energie abgegeben als 1 Gramm Kohle beim Verbrennen.

    Beim Zerfall wandelt sich das (Metall) Radium unter Abgabe von Helium in das Edelgas Radon um, das seinerseits radioaktiv ist und mit einer Halbwertszeit von 3,8 Tagen in das Element Polonium (Metall) zerfällt. Die spezifische Energieabgabe des Radons ist nun noch viel grösser als die des Radiums. Im radioaktiven Gleichgewicht befinden sich in 1 Gramm Radium nämlich nur etwa ein Millionstel Gramm Radon. Und diese winzige Menge Radon gibt annähernd dieselbe Energiemenge ab wie 1 Gramm Radium!

    F. Soddy schrieb 1905, dass die enorme Energieabgabe des Radons wahrscheinlich die weitestreichende und revolutionärste Tatsache ist, die bis dahin bei der Untersuchung der radioaktiven Substanzen aufgetaucht ist.

    Auch heute gibt es noch Radon-Bäder, z. B. im deutschen Vogtland. Natürlich verschweigt man hierbei geflissentlich das Phänomen der Radioaktivität. Es ist allerdings vielfach bestätigt worden, dass eine leicht erhöhte Radioaktivität positive Auswirkungen hat bzw. haben kann. Und schliesslich darf man nicht vergessen, dass sich der Mensch unter den Bedingungen der natürlichen Radioaktivität (gesund) entwickelt hat.
  11. E. Rutherford (1871-1937) und F. Soddy (1877-1956) waren zwei bedeutende Forscher in der Pionierzeit der Kernenergie.

    Der junge Rutherford untersuchte die Natur der vom Uran ausgehenden Strahlung und fand 1899, dass sie aus mindestens zwei Komponenten besteht, die sich durch ihr Durchdringungsvermögen unterscheiden und die er Alpha- und Betastrahlen nannte. Die Gammastrahlen als dritte Komponente wurden erstmals 1900 von P. Villard (1860-1934) beobachtet.

    Während die Betastrahlen im Verlaufe der 1899 begonnenen Untersuchungen schon bald als Elektronenstrahlen entlarvt wurden, gelang der zweifelsfreie Nachweis der Natur der Alpha- und Gammastrahlen erst erheblich später. Die Vermutung, dass Alphateilchen doppelt ionisierte Heliumatome sind, konnte erst 1908/1909 durch Experimente von E. Rutherford mit Hans Geiger (1882-1945) und von Rutherford mit Th. D. Royds (1884-1955) endgültig bestätigt werden. Den experimentellen Nachweis, dass Gammastrahlen hochfrequente elektromagnetische Strahlen sind, erbrachten 1914 E. Rutherford und E. N. da C. Andrade (1887-1971).

    Nun aber wieder zurück zu den Jahren 1899-1902.

    In diesen Jahren entwickelten E. Rutherford und F. Soddy die phänomenologische Theorie des radioaktiven Atomzerfalls und der Elementumwandlung. Sie entdeckten das radioaktive Zerfallsgesetz, wonach die Aktivität radioaktiver Elemente mit einer charakteristischen Konstante, der Halbwertszeit, exponentiell abklingt. Rutherford hatte 1901 auch die Grössenordnung der Wärmeäquivalente der von Uran, Thorium bzw. Radium pro Zeiteinheit abgegebenen Energiebeiträge anhand der erzeugten Ionisationsströme rechnerisch abgeschätzt und eine Vorstellung von der enormen Grösse ihrer Energieabgabe erhalten.

    Die Theorie von Rutherford und Soddy wurde zum erfolgreichen Leitfaden bei der Aufklärung weiterer Entdeckungen auf dem Gebiet der Radioaktivität.

    Im Zusammenhang mit der radioaktiven Energie sprachen Rutherford und Soddy 1903 erstmals von "Atomenergie":

    "Alle diese Überlegungen führen zu dem Schluss, dass die im Atom latente Energie gewaltig gross sein muss im Vergleich zu der, die bei gewöhnlichen chemischen Umwandlungen frei wird. Nun unterscheiden sich die radioaktiven Elemente in ihrem physikalischen und chemischen Verhalten überhaupt nicht von den anderen Elementen ... Darum gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass dieser enorme Energievorrat allein den radioaktiven Atomen zukommt. Es ist wahrscheinlich, dass Atomenergie im Allgemeinen von ähnlich hoher Grössenordnung ist, obwohl das Fehlen von Veränderungen verhindert, dass ihre Existenz nachgewiesen wird."

    Diese Vermutung wurde ausgesprochen, bevor Einstein 1905 seine berühmte Formel E = m*c^2, wonach in jeder Masse eine ungeheure Energie schlummert, herleitete.

    Es war die Geburtsstunde der ebenso kühnen wie faszinierenden Vorstellung von dem in jedem Atom schlummernden enormen Vorrat an latenter Energie, die im Normalfall unerweckt bleibt, bei den radioaktiven Atomen aber durch inneratomare Prozesse vorerst ungeklärter Art freigesetzt wird und nach Aussen in Erscheinung tritt.

    Diese Vorstellung blieb danach aber noch lange umstritten.
  12. Zwei Jahre nach der Entdeckung Becquerels, im April 1898, erkannte die gebürtige Polin Marie Sklodowska-Curie (1867-1934), eine Schülerin Becquerels, zeitgleich mit dem Deutschen G. C. N. Schmidt, dass auch das Element Thorium die rätselhaften Becquerel-Strahlen aussendet.

    Doch dann machte Marie Curie eine noch bedeutsamere Entdeckung. Sie fand, dass natürliche uranhaltige Mineralien, wie z. B. Pechblende, weit stärker strahlten als man aufgrund ihres Urangehaltes erwartete. Ihre Vermutung, dass in diesen Mineralien ein noch stärker strahlendes Element enthalten sein müsse, bestätigte sich. Gemeinsam mit ihrem Ehemann, Pierre Curie, gelang ihr im Jahre 1898 der physikalische Nachweis zweier neuer chemischer Elemente, Polonium und Radium, welche mit ihrer Strahlungsintensität das Uran um ein Vielfaches übertrafen. Wenig später (1899) entdeckte der Franzose A. Debierne in Uranerzen ein weiteres Element, das Actinium.

    Von Marie Curie stammt übrigens die Bezeichnung Radioaktivität für die beobachtete Strahlungseigenschaft der Elemente Uran, Thorium, Polonium, Radium und Actinium.

    Um die neuen chemischen Elemente in das Periodensystem einordnen zu können, musste man wägbare Mengen herstellen. Es dauerte noch einige Jahre, bis das Ehepaar Curie in mühevoller Arbeit aus einigen Tonnen Pechblende etwa 100 Milligramm Radiumchlorid abtrennen konnte. Wir wissen heute, dass in sieben Tonnen Pechblende (Uranoxid) etwa 1 Gramm Radium enthalten ist.

    Innerhalb weniger Jahre war es gelungen, von den sieben freien Plätzen, die im Periodensystem zwischen dem Element Wismut (Ordnungszahl 83) und Uran (Ordnungszahl 92) lagen, drei zu besetzen.

    Das Radium wird uns als Strahlenquelle später noch begegnen, wenn es um die Entdeckung des Neutrons geht.
  13. Nach der Entdeckung der "X-Strahlen" durch Conrad Röntgen im Jahre 1895 suchten die Wissenschaftler eifrig nach weiteren unsichtbaren Strahlen.

    In Paris operierte Henri Becquerel mit Uranpräparaten. An diesen Substanzen wollte er prüfen, ob die Fluoreszenz, die von Uransalzen nach Bestrahlen mit Licht ausging, auch eine neue Art von Strahlen sei. Eine Zufallsentdeckung gab seinen Untersuchungen jedoch eine ganz andere Richtung.

    Am 1. März 1896 wollte Becquerel seinen entscheidenden Versuch durchführen. Vorsichtshalber entwickelte er jedoch eine der Photoplatten, die er zusammen mit dem Uransalz in einem Schubkasten abgelegt hatte. Zu seiner Überraschung wies die Platte dort eine Schwärzung auf, wo das Uranpräparat gelegen hatte. Da es im Schubkasten stockdunkel war, gab es für Becquerel nur eine Erklärung: Die Photoplatte musste von Strahlen des Uransalzes geschwärzt worden sein.

    Bald zeigte sich, dass die neue Strahlung auch bei metallischem Uran auftrat und überhaupt unabhängig von der Art der chemischen Verbindung des Urans war. Auch liess sich die Strahlung in keiner Weise beeinflussen. Es handelte sich offenbar um eine spezifische Eigenschaft des Urans. Erkennen liess sich die Strahlung – ausser durch die Schwärzung von Photoplatten - auch daran, dass sie die Luft elektrisch leitfähig machte (ionisierte): Ein elektrisch aufgeladenes Elektroskop wurde entladen.
  14. Ende dieses Jahres begehen wir den 70. Jahrestag der Entdeckung der Kernspaltung und damit des Beginns der Nutzung der Kernenergie. Welcher Weg führte zu dieser Entdeckung?

    Im Frühjahr 1896 entdeckte Antoine Henri Bequerel (1852-1908) in Paris die natürliche Radioaktivität des Urans. Zusammen mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen (1895) und des Elektrons (1897) begann damit der Vorstoss der Naturwissenschaft in den atomaren und subatomaren Bereich der Natur. Dies war verbunden mit einem Umbruch im Wissensgebäude und Theoriengefüge der Naturwissenschaft.

    Vor allem zwei Fragen bewegten die Physiker:

    - Woher kommt die Energie, welche die radioaktiven Substanzen kontinuierlich und im Vergleich zu chemischen Reaktionen in weit grössserem Betrag abgeben?

    - Wie ist das 1901/1902 entdeckte radioaktive Zerfallsgesetz zu erklären, wonach pro Sekunde ein konstanter Bruchteil der Atome einer radioaktiven Substanzmenge zerfällt?

    Die Lösung beider Fragen liess drei Jahrzehnte auf sich warten.

    Im Folgenden will ich versuchen, einige Meilensteine des Weges von der Entdeckung Becquerels (1896) bis zur Entdeckung der Kernspaltung (1938) durch Otto Hahn und Fritz Strassmann zu skizzieren.

    Hartmut