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Fritz Straßmann

Fritz Straßmann

Fritz Strassman wurde am 22. Februar 1902 in Boppard, Deutschland, geboren. Strassman studierte Physik an der Technischen Hochschule Hannover und promovierte 1929.

Strassman half bei der Entwicklung der Rubidium-Strontium-Datierungsmethode, die in der Geochronologie verwendet wird. Er schloss sich Otto Hahn und Lise Meitner am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie an und entdeckte 1938, dass Urankerne beim Beschuss mit Neutronen spalten.

1938 wurde Lise Meitner, wie andere Juden in Deutschland, von ihrem Universitätsposten entlassen. Sie zog nach Schweden und schrieb 1939 mit ihrem Neffen Otto Frisch eine Abhandlung über die Kernspaltung, in der sie argumentierten, dass es durch die Spaltung des Atoms möglich sei, mit wenigen Pfund Uran die Spreng- und Zerstörungskraft von vielen Tausend Pfund zu erzeugen von Dynamit.

Während des Zweiten Weltkriegs arbeiteten Strassman und Otto Hahn weiterhin auf dem Gebiet der Kernphysik, machten jedoch keinen Versuch, ihr Wissen in eine militärische Waffe zu verwandeln. Hahn hatte eine starke Abneigung gegen Adolf Hitler und seine Regierung und sagte einem Freund: "Wenn meine Arbeit dazu führen würde, dass Hitler eine Atombombe hat, würde ich mich umbringen."

Nach dem Krieg wurde Strassman Professor für Anorganische und Nuklearchemie an der Universität Mainz. Außerdem war er Direktor der Chemieabteilung am Max-Planck-Institut für Chemie. Fritz Strassman starb am 22. April 1980 in Mainz.


Wie der erste künstliche Kernreaktor Wissenschaft und Gesellschaft veränderte

Vor 75 Jahren unternahmen Wissenschaftler unter der Tribüne eines Football-Feldes der University of Chicago den ersten Schritt, die Kraft der Kettenreaktion der Kernspaltung zu nutzen. Ihre Forschungen leiteten das Atomzeitalter ein und begannen ernsthaft den Wettlauf des Manhattan-Projekts um eine Waffe von unvorstellbarer Macht. Später sollte genau dieselbe Technik den Bau der Atomkraftwerke vorantreiben, die heute 20 Prozent der amerikanischen Energie liefern. Von der Medizin bis zur Kunst hat das unglaubliche und schreckliche Potenzial der Atomspaltung nur wenige Aspekte unseres Lebens unberührt gelassen.

Die Geschichte beginnt Ende 1938, als die Arbeit der Chemiker Otto Hahn, Fritz Strassman und Lise Meitner  zu der Entdeckung führte, dass das Atom, dessen Name aus dem Griechischen für “unteilbar”— stammt, tatsächlich gespalten werden konnte . In Zusammenarbeit mit Meitner, einem jüdischen Flüchtling aus Nazi-Deutschland, der sich in Stockholm, Schweden, niedergelassen hatte, beschossen Hahn und Strassman große, instabile Uranatome mit winzigen Neutronen an der Universität Berlin. Zu ihrer Überraschung fanden sie heraus, dass der Prozess Barium produzieren könnte, ein Element, das viel leichter ist als Uran. Dabei zeigte sich, dass es möglich war, die Urankerne in weniger massive, chemisch unterschiedliche Komponenten aufzuspalten.

Das Forschertrio wusste sofort, dass es etwas Großes vorhatte. Die eigentliche Identität eines Elements zu ändern, war einst die Phantasie der Alchemisten, jetzt war es wissenschaftliche Realität. Doch damals hatten sie nur eine Ahnung von den vielen wissenschaftlichen und kulturellen Revolutionen, die ihre Entdeckung auslösen würde.

Die theoretische Arbeit von Meitner und ihrem Neffen Otto Frisch baute diese erste Erkenntnis schnell aus. Ein im Januar 1939 in Nature veröffentlichtes Papier skizzierte nicht nur die Mechanik der Spaltung, sondern auch ihre erstaunliche Energieabgabe. Als schwere Urankerne platzen und von instabilen hochenergetischen Zuständen in stabile niederenergetische Zustände übergehen, setzten sie enorme Energiemengen frei. Darüber hinaus spuckten die Spaltatome streunende Neutronen aus, die selbst in der Lage waren, in anderen nahe gelegenen Kernen eine Spaltung auszulösen.

Nachdem ein amerikanisches Team der Columbia University das Berliner Ergebnis prompt replizierte, war klar, dass die Macht der Atomspaltung kein Scherz war. Angesichts des angespannten geopolitischen Klimas dieser Zeit gewann die Eile, aus dieser neuen Technologie Kapital zu schlagen, eine enorme Bedeutung. Die Welt selbst glich einem instabilen Atom am Rande der Selbstzerstörung. In den Vereinigten Staaten war Präsident Franklin Roosevelt zunehmend besorgt über den Aufstieg charismatischer Tyrannen in Übersee.

Der sperrige Reaktor wurde unter den Tribünen von Staggs Field errichtet. (Universität Chicago)

Für einige Chemiker und Physiker war die Lage noch schlimmer. “Wissenschaftler, von denen einige [darunter Albert Einstein, und der ungarische Physiker Leo Szilárd] Flüchtlinge aus dem faschistischen Europa waren, wussten, was möglich war,”, sagt der Physikprofessor Eric Isaacs von der University of Chicago . “Sie kannten Adolf Hitler. Und mit ihren Kollegen und Gleichaltrigen hier in Amerika wurde ihnen sehr schnell klar, dass es jetzt, da wir die Spaltung hatten, sicherlich möglich sein würde, diese Energie auf schändliche Weise zu nutzen.”

Besonders erschreckend war die Möglichkeit, eine Kette von Spaltungsreaktionen aneinanderzureihen, um genug Energie zu erzeugen, um eine echte Zerstörung herbeizuführen. Im August 1939 veranlasste diese Besorgnis Einstein und Szilárd, sich zu treffen und einen Brief an Roosevelt zu verfassen, in dem sie ihn auf die Gefahr einer deutschen Atombombe aufmerksam machten und ihn ermahnten, ein Programm intensiver innerstaatlicher Forschung in den USA zu beginnen wie Lise Meitner seine Professur in Deutschland aufgegeben hatte, als antisemitische Stimmungen aufkamen, unterstützte die ernste Botschaft und sorgte dafür, dass sie beim Präsidenten einen tiefen Eindruck hinterlassen würde.

Einen Monat später marschierte Hitlers Armee in Polen ein und entzündete den Zweiten Weltkrieg. Wie Isaacs beschreibt, kam ein widerwilliger Roosevelt bald zu Szils Denkweise und sah die Notwendigkeit für die Alliierten, Deutschland mit einer Atomwaffe zu besiegen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat er offiziell die Hilfe einer engagierten, hochtalentierten Gruppe von Nuklearforschern in Anspruch genommen. “Ich habe ein Gremium einberufen,” Roosevelt in einem Folgebrief an Einstein, “, um die Möglichkeiten Ihres Vorschlags bezüglich des Elements Uran gründlich zu untersuchen.”

“Einsteins Brief brauchte eine Weile, um sich einzugewöhnen,” Isaacs, “ aber als es soweit war, begann die Finanzierung. Und Arthur Holly Compton, der die Physikabteilung der University of Chicago leitete, konnte 1941 ein Dreamteam aus Wissenschaftlern – Chemikern, Physikern, Metallurgen – alle hier an der Universität zusammenstellen. Einschließlich Enrico Fermi, einschließlich Szil árd. Direkt hier auf dem Campus. Und dort haben sie das Experiment durchgeführt.”

Eine Luftaufnahme des Gedenkvierecks, das jetzt an CP-1 erinnert. In seinem Zentrum (oder Kern) befindet sich Henry Moores bauchige Skulptur "Nuclear Energy". Die umgebenden schwarzen Ranken bilden eine temporäre Installation mit dem Titel "Nuclear Thresholds" von Ogrydziak Prillinger Architects. (Universität Chicago)

Das Ziel des Dreamteams war es, eine sich selbst erhaltende Reihe von Spaltungsereignissen in einer kontrollierten Umgebung zu produzieren: mit anderen Worten, eine nukleare Kettenreaktion. Hahn und Strassman hatten bei einigen isolierten Atomen eine Spaltung beobachtet. Jetzt wollten Compton, Fermi und Szilárd Milliarden von Spaltungen aneinanderreihen, wobei die Neutronen, die bei einer Reaktion freigesetzt wurden, die nächsten mehrere auslösten. Der Effekt würde exponentiell zunehmen, ebenso wie seine Energieabgabe.

Um das Experiment durchzuführen, müssten sie den ersten von Menschenhand gebauten Kernreaktor der Welt bauen, einen kastenförmigen Apparat aus Graphitziegeln und Holz von etwa 18 Metern Länge und 9 Metern Breite und Höhe. Im Inneren des Geräts saugen Cadmium-Kontrollstäbe überschüssige Neutronen aus den Spaltungsreaktionen auf und verhinderten so einen katastrophalen Kontrollverlust. In seiner Nische unter den Tribünen auf dem Stagg Field der Universität löste der Reaktor, der innerhalb eines einzigen Monats gebaut und gebaut wurde, erfolgreich eine nukleare Kettenreaktion aus und nutzte sie, um Strom zu erzeugen.

Die Arbeit des Chicagoer All-Star-Wissenschaftsteams war der entscheidende erste Schritt in Richtung des Ziels des Manhattan-Projekts, eine Atombombe vor der Achse zu entwickeln. Dieses Ziel sollte 1945 erreicht werden, als die Vereinigten Staaten Atombomben über Hiroshima und Nagasaki abwarfen, was dem Krieg ein tödliches und provokatives Ende brachte. (“Wehe mir,” Einstein soll gesagt haben, als er die Nachricht hörte.) Und doch war der Durchbruch von Chicago Pile-1, Spitzname CP-1,  mehr als ein Schritt in Richtung größerer Militärs Macht für die USA Es demonstrierte die Fähigkeit der Menschheit, das Herz der Atome als Brennstoff zu erschließen.

Eines der offensichtlichsten Vermächtnisse des CP-1-Experiments ist das Wachstum der Kernenergieindustrie, das der Physiker Enrico Fermi nach seiner Zeit bei der verdeckten Chicagoer Forschungseinrichtung maßgeblich ankurbelte. “Fermi hatte auf Dauer wirklich kein Interesse an Waffen,”, sagt Isaacs. “Er hat natürlich am Manhattan-Projekt mitgearbeitet, und er war total engagiert,— aber als der Krieg vorbei war, baute er weiter Reaktoren mit der Idee, dass sie für zivile Zwecke zur Stromerzeugung genutzt werden würden.”

Henry Moores "Nuclear Energy" von der Seite gesehen. Im Hintergrund ragt die Kuppel der Joe and Rika Mansueto Library auf. (Universität Chicago)

Isaacs stellt fest, dass die mit CP-1 demonstrierte kontrollierte Spaltung auch den Weg für die Integration der Nukleartechnologie in die Medizin (denken Sie an Röntgenstrahlen, CT-Scans und andere Diagnosewerkzeuge sowie Krebstherapien) und die Landwirtschaft (Isaacs nennt als eine davon) Beispiel eine fortlaufende Anstrengung, Bananen durch taktische Bestrahlung ihrer Gene genetisch zu diversifizieren). Dennoch war eine der größten Auswirkungen von CP-1 auf die wissenschaftliche Praxis selbst.

“Wenn man bedenkt, was unmittelbar nach dem Krieg geschah,”, sagt Isaacs, “einige der ersten Dinge, die geschaffen wurden, waren die Bundesbehörden, die die Forschung in diesem Land finanzieren: die Atomenergiekommission, die heute als Department of Energy und Jahre später die National Institutes of Health und die National Science Foundation.” Diese Agenturen wurden nach dem Erfolg von CP-1 und dem Manhattan-Projekt ins Leben gerufen und ebneten den Weg für ein erneuertes öffentliches Vertrauen in die Wissenschaft und Technologie.

Die wissenschaftliche Zusammenarbeit mit dem Prestige “dream team” wurde ebenfalls als Ergebnis der CP-1-Bemühungen bekannt. Isaacs sieht beispielsweise die heutige interuniversitäre Krebsforschung als die natürliche Erweiterung des Manhattan-Projektmodells: Bringen Sie die klügsten Köpfe aus dem ganzen Land zusammen und lassen Sie die Magie geschehen. Dank des Internets teilen moderne Forscher Daten und Hypothesen oft digital statt physisch, aber die schnelle, zielorientierte Ideenfindung und das Prototyping der Chicago Pile-1-Tage ist sehr lebendig.

Stagg Field wurde 1957 geschlossen, die Tribüne, die einst den ersten künstlichen Kernreaktor der Welt beherbergte, wurde kurzerhand abgerissen. Das Gelände ist jetzt ein bescheidenes graues Viereck, umgeben von universitären Forschungseinrichtungen und Bibliotheken. Im Herzen dieses freien Raums erinnert eine kahle Bronzeskulptur mit einem abgerundeten Panzer an die atomaren Durchbrüche. Seine Form könnte entweder als Schutzschild oder als Scheitel eines Pilzwolke interpretiert werden. Das Stück mit dem Titel “Nuclear Energy” wurde speziell vom abstrakten Bildhauer Henry Moore in Auftrag gegeben.

“Ist es in Auflösung,”Die Kunstgeschichte-Lehrstuhlinhaberin der University of Chicago, Christine Mehring, fragt Moores kryptische Skulptur,“oder entwickelt sie sich?” In der nuklearen Welt, die wir jetzt besetzen, in die uns diese 75 vor Jahren scheinen uns solche Fragen für immer verfolgt zu haben. 

Über Ryan P. Smith

Ryan hat einen Abschluss in Science, Technology & Society an der Stanford University und schreibt jetzt für beide Smithsonian Magazine und der Connect4Climate-Abteilung der Weltbank. Er ist auch ein veröffentlichter Kreuzworträtsel-Konstrukteur und ein unersättlicher Konsument von Filmen und Videospielen.


Leben und Karriere

In Boppard geboren, begann er 1920 sein Chemiestudium an der Technischen Hochschule Hannover und promovierte zum Dr. im Jahr 1929. Er promovierte im Jahr 1929. Arbeiten an der Löslichkeit von jodgasförmiger Kohlensäure. Strassmann begann eine akademische Laufbahn, weil die Beschäftigungssituation in der chemischen Industrie damals viel schlechter war als an den Universitäten.

Strassmann arbeitete ab 1929 am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie in Berlin-Dahlem.

1933 trat er aus der Gesellschaft Deutscher Chemiker aus, als diese in eine von den Nazis kontrollierte Körperschaft des öffentlichen Rechts eingegliedert wurde. Er wurde auf die schwarze Liste gesetzt. Hahn und Meitner fanden für ihn eine Assistentenstelle zum halben Gehalt. Strassmann schätzte sich glücklich, denn "trotz meiner Affinität zur Chemie schätze ich meine persönliche Freiheit so hoch, dass ich, um sie zu erhalten, Steine ​​brechen würde." Monate und setzten sich und ihren dreijährigen Sohn in Gefahr.

Die Expertise von Strassmann in der analytischen Chemie nutzten Otto Hahn und Lise Meitner bei ihren Untersuchungen der Produkte des mit Neutronen beschossenen Urans. Im Dezember 1938 schickten Hahn und Strassmann ein Manuskript an Naturwissenschaften Sie berichteten, dass sie das Element Barium entdeckt hatten, nachdem sie Uran mit NeutronenO beschossen hatten. Hahn und F. Strassmann Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle (Über den Nachweis und die Eigenschaften der durch Bestrahlung von Uran mit Neutronen gebildeten Erdalkalimetalle), Naturwissenschaften Band 27, Nummer 1, 11-15 (1939). Die Autoren wurden als am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie, Berlin-Dahlem, identifiziert. Am 22. Dezember 1938 eingegangen. Gleichzeitig teilten sie diese Ergebnisse Meitner mit, der Anfang des Jahres aus Deutschland geflohen war und sich dann in Schweden aufhielt.Ruth Lewin Sime Lise Meitners Flucht aus Deutschland, American Journal of Physics Band 58, Nummer 3, 263-267 (1990). Meitner und ihr Neffe Otto Robert Frisch bestätigten diese Ergebnisse als Kernspaltung und boten die erste theoretische Erklärung des Phänomens.Lise Meitner und O. R. Frisch Zerfall von Uran durch Neutronen: eine neue Art der Kernreaktion, Natur, Band 143, Nummer 3615, 239-240 . Das Papier ist vom 16. Januar 1939 datiert. Meitner wird als Mitarbeiter des Physikalischen Instituts der Akademie der Wissenschaften in Stockholm identifiziert. Frisch wird am Institut für Theoretische Physik der Universität Kopenhagen identifiziert. Frisch bestätigte dies experimentell am 13. Januar 1939.O. R. Frisch Physikalische Beweise für die Aufteilung schwerer Kerne unter Neutronenbombardierung, Natur, Band 143, Nummer 3616, 276-276 . Das Papier ist vom 17. Januar 1939 datiert. [Das Experiment für diesen Brief an den Herausgeber wurde am 13. Januar 1939 durchgeführt siehe Richard Rhodes Die Herstellung der Atombombe 263 und 268 (Simon und Schuster, 1986).] 1944 erhielt Hahn den Nobelpreis für Chemie für die Entdeckung der Kernspaltung. (Einige Historiker haben die Geschichte der Entdeckung der Kernspaltung dokumentiert und glauben, Meitner hätte mit Hahn auch den Nobelpreis erhalten sollen.Ruth Lewin Sime Von außergewöhnlicher Prominenz zu prominenter Ausnahme: Lise Meitner am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie Forschungsprogramm Geschichte der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft im Nationalsozialismus (2005).Ruth Lewin Sime Lise Meitner: Ein Leben in der Physik (University of California, 1997).Elisabeth Crawford, Ruth Lewin Sime und Mark Walker Eine Nobelgeschichte über die Ungerechtigkeit der Nachkriegszeit, Physik heute Band 50, Ausgabe 9, 26-32 (1997).)

1946 wurde er Professor für Anorganische Chemie an der Universität Mainz und 1948 Direktor des neu gegründeten Max-Planck-Instituts für Chemie. Später gründete er das Institut für Kernchemie.

1957 war er einer der Göttinger 18, die gegen die Pläne der Regierung Adenauer protestierten, die Bundeswehr mit taktischen Atomwaffen auszurüsten.

Präsident Johnson ehrte Hahn, Meitner und Strassmann 1966 mit dem Enrico Fermi Award. Die Internationale Astronomische Union benannte einen Asteroiden nach ihm: 19136 Strassmann.


Die Strassmanns: Wissenschaft, Politik und Migration in turbulenten Zeiten (1793-1993)

Über sechs Generationen und zweihundert Jahre hinweg erzählt dieses Buch die Geschichte einer deutsch-jüdischen Familie, die aus Rawicz, Polen, zunächst ins preußische Berlin und schließlich nach Amerika auswanderte. In Berlin hatten sie Erfolg in Politik, Medizin, Theater und Luftfahrt und betrachteten sich als deutsche Patrioten. Mit der Katastrophe des Ersten Weltkriegs und seinen Nachwirkungen erlitten sie Ablehnung, Drohungen und Verfolgung, als ihre Mitbürger vom Nationalsozialismus aus den Angeln gehoben wurden und Strassmanns ins Auslandsexil zwangen, wo sie sich erneut einen Namen machten und erfolgreiche Karrieren aufbauten. Dieses Buch wird von außergewöhnlichen Charakteren bevölkert, wie Wolfgang, dem verurteilten Revolutionär von 1848, der dennoch die Stadtreform anführte, von Ernst, der die einzige liberale antinazistische Widerstandsbewegung leitete, und von Antonie, einer gefeierten Schauspielerin und transatlantischen Sportpilotin. Strassmann beleuchtet sowohl die groß angelegten als auch die sehr persönlichen Dramen dieser Zeit der Weltgeschichte. Das Buch wird durch viele Fotografien bereichert und bietet ein faszinierendes Dokument vom Schicksal einer bemerkenswerten Familie.


Fritz Strassmann - Geschichte

Neuigkeiten von der Fission Experimente von Otto Hahn und Fritz Strassmann und die Meitner-Frisch-Rechnungen, die sie bestätigten, verbreiteten sich schnell. Meitner und Frisch teilten Niels Bohr ihre Ergebnisse mit, der sich in Kopenhagen auf die Abreise über Schweden und England in die USA vorbereitete. Bohr bestätigte die Gültigkeit der Ergebnisse, als er nach New York City segelte und am 16. Januar 1939 ankam. Zehn Tage später Bohr, begleitet von Enrico Fermi, teilte die neuesten Entwicklungen einigen europäischen émigré-Wissenschaftlern, die ihm in diesem Land vorausgegangen waren, und Mitgliedern der amerikanischen wissenschaftlichen Gemeinschaft bei der Eröffnungssitzung einer Konferenz über theoretische Physik in Washington, D.C., mit.

Amerikanische Physiker erkannten schnell die Bedeutung von Bohrs Botschaft, nachdem sie in den 1930er Jahren eine eigene wissenschaftliche Gemeinschaft aufgebaut hatten. Obwohl sie an wichtigen theoretischen Arbeiten beteiligt waren, leisteten die Amerikaner ihre wichtigsten Beiträge in der Experimentalphysik, wo Teamwork den Individualismus in der Laborforschung ersetzt hatte. Niemand verkörperte die „Can do“-Haltung amerikanischer Physiker besser als Ernest O. Lawrence, deren Einfallsreichtum und Tatkraft die Berkeley Radiation Laboratory die inoffizielle Hauptstadt der Kernphysik in den Vereinigten Staaten. Lawrence erhob seinen Anspruch auf die amerikanische Führung, als er sein erstes baute Partikelbeschleuniger, das Zyklotron, 1930. Van de Graaff folgte 1931 mit seinem Generator, und fortan waren die Amerikaner führend bei der Herstellung von Geräten für die Kern- und Hochenergiephysikforschung.

Amerikanische Wissenschaftler wurden aktive Teilnehmer an Versuchen, Hahns und Strassmanns Ergebnisse zu bestätigen und zu erweitern, die 1939 die Kernphysik dominierten. Bohr und John A. Wheeler haben die Spaltungstheorie in wichtigen theoretischen Arbeiten an der Princeton University vorangetrieben, während Fermi und Leo Szilard in Zusammenarbeit mit Walter H. Zinn und Herbert L. Anderson (siehe Foto unten) at Universität von Columbia bei der Untersuchung der Möglichkeit der Herstellung eines nuklearen Kettenreaktion. Angesichts dessen Uran ausgesendet Neutronen (normalerweise zwei) stellte sich bei der Spaltung die Frage, ob eine Kettenreaktion im Uran möglich war oder nicht, und wenn ja, in welchem ​​der drei Isotope des seltenen Metalls sie am wahrscheinlichsten auftritt. Bis März 1940 hatten John R. Dunning und seine Kollegen an der Columbia University in Zusammenarbeit mit Alfred Nier von der University of Minnesota schlüssig nachgewiesen, dass Uran-235, das in nur einem von 140 Teilen des natürlichen Urans vorkommt, das Isotop war, das mit langsame Neutronen, nicht das häufiger vorkommende Uran-238, wie Fermi vermutet hatte. Dieser Befund war wichtig, denn damit war eine Kettenreaktion mit dem etwas leichteren Uran-235 möglich, aber nur, wenn das Isotop vom Uran-238 abgetrennt und zu a . aufkonzentriert werden konnte kritische Masse, ein Prozess, der ernsthafte Probleme aufwarf. Fermi versuchte weiterhin, eine Kettenreaktion mit großen Mengen an natürlichem Uran in einer Haufenformation zu erreichen. Die Demonstration von Dunning und Nier versprach Atomkraft, aber nicht unbedingt eine Bombe. Es war bereits bekannt, dass eine Bombe eine Spaltung durch schnelle Neutronen erfordert, eine Kettenreaktion mit langsamen Neutronen möglicherweise nicht sehr weit fortschreitet, bevor das Metall sich selbst auseinander sprengt und kaum Schaden anrichtet. Uran-238 spaltete sich mit schnellen Neutronen, konnte aber keine Kettenreaktion aufrechterhalten (links), da es Neutronen mit höherer Energie benötigte. Die entscheidende Frage war, ob Uran-235 kettenreagierend mit schnellen Neutronen spalten könnte, aber ohne angereicherte Proben von Uran-235 könnten Wissenschaftler die notwendigen Experimente nicht durchführen.

Die Möglichkeit einer Atomexplosion alarmierte eine Reihe von Wissenschaftlern in den Vereinigten Staaten. Besonders vorsichtig waren die vor der Expansion Nazi-Deutschlands aus ihren Heimatländern geflohenen medizinisch-eakustischen Physiker, die sich darauf konzentrierten, die laufende Nuklearforschung geheim zu halten und staatliche Unterstützung für weitere Forschungen zu erhalten. Die Wissenschaft war auf dem freien Informationsaustausch aufgebaut, aber eine Gruppe führender Wissenschaftler, darunter Fermi und das ungarische Trio Szilard, Eugene Wigner und Edward Teller, überzeugten die meisten innerhalb der amerikanischen und britischen wissenschaftlichen Gemeinschaft, die künftige Veröffentlichung von Informationen freiwillig zu verweigern das könnte einem Nazi-Atombombenprogramm helfen. Dieser Versuch der Selbstzensur scheiterte jedoch weitgehend, als der französische Physiker Frederic Joliot-Curie die Zusammenarbeit verweigerte. Seine Entschlossenheit, seine eigenen Forschungsergebnisse zu veröffentlichen, veranlasste Wissenschaftler in anderen Ländern, dies auch weiterhin zu tun. Erst Ende 1940, als es den europäischen Wissenschaftlern gelungen war, das Interesse und die Unterstützung der Regierung zu wecken, wurden die Veröffentlichungen zur Kernforschung im Allgemeinen eingestellt.

Vorherige

Der Text für diese Seite wurde der Veröffentlichung des Office of History and Heritage Resources entnommen und Teile davon direkt entnommen: F. G. Gosling, Das Manhattan-Projekt: Herstellung der Atombombe (DOE/MA-0001 Washington: History Division, Department of Energy, Januar 1999), 3-4. Weitere Informationen zur Selbstzensur, die von der wissenschaftlichen Gemeinschaft in den Vereinigten Staaten eingeführt wird, finden Sie bei Vincent C. Jones, Manhattan: Die Armee und die Atombombe, United States Army in World War II (Washington: Center of Military History, United States Army, 1988), 11-12. Die Spaltkettenreaktion Die Grafik wurde von einer Grafik übernommen, die ursprünglich vom Gesundheitsministerium des US-Bundesstaates Washington erstellt wurde. Die Änderungen stammen ursprünglich vom Office of History and Heritage Resources des Department of Energy. Das Foto des 60-Zoll- Zyklotron mit freundlicher Genehmigung des Energieministeriums (über das Nationalarchiv). Klicken hier für weitere Informationen zum Comic-Bild. Die Grafik mit den beiden Hauptisotopen von Uran wurde von Bildern übernommen, die ursprünglich in erschienen sind Das nutzbare Atom: Kernenergie und Elektrizität (DOE/NE-0072 Washington: Office of Program Support, Department of Energy, 1986), 18. Klick hier für weitere Informationen zum Gruppenfoto von Enrico Fermi, Leo Szilard und den anderen.


ANMERKUNGEN

1. Vgl. Lise Meitner, „Wege und Irrwege zur Kernenergie“, in Naturwissenschaftliche Rundschau16 (1963), 167–169 und ihr Brief an Max von Laue vom 4. September 1941, zitiert nach K. E. Boeters und J. Lemmerich, Hrsg., Gedächtnisausstellung zum 100. Geburtstag von Albert Einstein, Otto Hahn, Max von Laue, Lise Meitner in der Staatsbibliothek Preußischer Kulturbesitz. Berlin, vom t. Mätz-12. April 1979 (Bad Honnef, 1979), 116.

2. Ida Noddack, „Über das Element 93“, in Angewandte Chemie, 47 (1934), 653f. gegen Enrico Fermi, „Mögliche Produktion von Elementen der Ordnungszahl höher als 92“, in Natur, 133 (1934), 898f. und Enrico Fermi, Edoardo Amaldi, Oscar d’Agostino, Franco Rasetti und Emilio Segrè, „Artificial Radioactivity Produced by Neutron Bombardment“, in Verfahren der Royal SocietyA146 (1934), 483–500.

3. Lise Meitner und Otto Hahn. “Neue Umwandlungsprozesse bei Bestrahlung des Urans mit Neutronen”, in Die Naturwissenschaften, 24 (1936), 158f. Zitat, 159.

4. Lise Meitner, Fritz Strassmann und Otto Hahn, „Künstliche Umwandlungsprozesse bei Bestrahlung des Thoriums mit Neutronen Auftreten isomerer Reihen durch Abspaltung von α-Strahlen“, in Zeitschrift für Physik, 109 (1938), 538–552.

5. Otto Hahn und Lise Meitner, „Die künstliche Umwandlung des Thorium durch Neutronen: Bildung der bisher fehlenden radioakriven 4n + l-Reihe“, in Die Naturwissenschaften, 23 (1935), 320f.: und „mit exprimentaler Mitarbeit von F. Strassmann“. „Künstliche radioaktive Atomarten aus Uran und Thor“, in Angewandte Chemie, 49 (1936), 127f.

6.Natur, 140 (1937), 682.

7. Siehe Straßmann, Kernspaltung. . . . P. 17.

8. Die meisten Briefe von Hahn, Meitner und Strassmann, die die experimentellen Untersuchungen betreffen, sind in Krafft enthalten. Im Schatten . . . . chronologisch geordnet. Siehe auch zum Briefwechsel 1938-1939 (mit einigen Auslassungen), Dietrich Hahn, Hrsg., Otto Hahn, Erlebnisse und Erkenntnisse (Düsseldorf und Wien, 1975).


Die Strassmanns: Wissenschaft, Politik und Migration in turbulenten Zeiten (1793-1993)

Über sechs Generationen und zweihundert Jahre hinweg erzählt dieses Buch die Geschichte einer deutsch-jüdischen Familie, die aus Rawicz, Polen, zunächst ins preußische Berlin und schließlich nach Amerika auswanderte. In Berlin hatten sie Erfolg in Politik, Medizin, Theater und Luftfahrt und betrachteten sich als deutsche Patrioten. Mit der Katastrophe des Ersten Weltkriegs und seinen Nachwirkungen erlitten sie Ablehnung, Drohungen und Verfolgung, als ihre Mitbürger vom Nationalsozialismus aus den Angeln gehoben wurden und Strassmanns ins Auslandsexil zwangen, wo sie sich erneut einen Namen machten und erfolgreiche Karrieren aufbauten. Dieses Buch wird von außergewöhnlichen Charakteren bevölkert, wie Wolfgang, dem verurteilten Revolutionär von 1848, der dennoch die Stadtreform anführte, von Ernst, der die einzige liberale antinazistische Widerstandsbewegung leitete, und von Antonie, einer gefeierten Schauspielerin und transatlantischen Sportpilotin. Strassmann beleuchtet sowohl die groß angelegten als auch die sehr persönlichen Dramen dieser Zeit der Weltgeschichte. Das Buch wird durch viele Fotografien bereichert und bietet ein faszinierendes Dokument vom Schicksal einer bemerkenswerten Familie.


Inhalt

Radioaktivität Bearbeiten

In den letzten Jahren des 19. Jahrhunderts experimentierten Wissenschaftler häufig mit der Kathodenstrahlröhre, die inzwischen zur Standardausrüstung im Labor gehörte. Es war eine gängige Praxis, die Kathodenstrahlen auf verschiedene Substanzen zu richten und zu sehen, was passierte. Wilhelm Röntgen hatte einen mit Bariumplatinocyanid beschichteten Bildschirm, der fluoresziert, wenn er Kathodenstrahlen ausgesetzt wird. Am 8. November 1895 bemerkte er, dass seine Kathodenstrahlröhre zwar nicht auf seinen mit schwarzem Karton überzogenen Bildschirm gerichtet war, der Bildschirm aber immer noch fluoreszierte. Bald war er überzeugt, eine neue Art von Strahlen entdeckt zu haben, die heute als Röntgenstrahlen bezeichnet werden. Im folgenden Jahr experimentierte Henri Becquerel mit fluoreszierenden Uransalzen und fragte sich, ob auch sie Röntgenstrahlen erzeugen könnten. [2] Am 1. März 1896 entdeckte er, dass sie tatsächlich Strahlen erzeugten, aber von anderer Art, und selbst wenn das Uransalz in einer dunklen Schublade aufbewahrt wurde, machte es auf einer Röntgenplatte noch ein intensives Bild, was darauf hindeutet, dass die Strahlen kamen von innen und benötigten keine externe Energiequelle. [3]

Im Gegensatz zu Röntgens Entdeckung, die bei Wissenschaftlern und Laien gleichermaßen für die Fähigkeit von Röntgenstrahlen, die Knochen im menschlichen Körper sichtbar zu machen, Gegenstand großer Neugier war, hatte Becquerels Entdeckung damals wenig Einfluss, und Becquerel selbst wechselte bald zu andere Forschung. [4] Marie Curie testete Proben von so vielen Elementen und Mineralien, wie sie finden konnte, auf Anzeichen von Becquerel-Strahlen und fand sie im April 1898 auch in Thorium. Sie gab dem Phänomen den Namen "Radioaktivität". [5] Zusammen mit Pierre Curie und Gustave Bémont begann sie, Pechblende zu untersuchen, ein uranhaltiges Erz, das radioaktiver als das darin enthaltene Uran war. Dies deutete auf die Existenz zusätzlicher radioaktiver Elemente hin. Eines war Bismut chemisch ähnlich, aber stark radioaktiv, und im Juli 1898 veröffentlichten sie eine Veröffentlichung, in der sie zu dem Schluss kamen, dass es sich um ein neues Element handelte, das sie "Polonium" nannten. Das andere war chemisch wie Barium, und in einer Veröffentlichung vom Dezember 1898 gaben sie die Entdeckung eines zweiten bisher unbekannten Elements bekannt, das sie "Radium" nannten. Die wissenschaftliche Gemeinschaft zu überzeugen, war eine andere Sache. Die Abtrennung des Radiums vom Barium im Erz erwies sich als sehr schwierig. Es dauerte drei Jahre, bis sie ein Zehntel Gramm Radiumchlorid produzierten, und es gelang ihnen nie, Polonium zu isolieren. [6]

1898 stellte Ernest Rutherford fest, dass Thorium ein radioaktives Gas freisetzte. Bei der Untersuchung der Strahlung teilte er die Becquerel-Strahlung in zwei Arten ein, die er als α-(Alpha)- und β-(Beta-)Strahlung bezeichnete. [7] Anschließend entdeckte Paul Villard eine dritte Art von Becquerel-Strahlung, die nach Rutherfords Schema "Gammastrahlen" genannt wurden, und Curie stellte fest, dass Radium auch ein radioaktives Gas produzierte. Die chemische Identifizierung des Gases erwies sich als frustrierend. Rutherford und Frederick Soddy stellten fest, dass es träge war, ähnlich wie Argon. Später wurde es als Radon bekannt. Rutherford identifizierte Betastrahlen als Kathodenstrahlen (Elektronen) und stellte die Hypothese auf – und bewies 1909 mit Thomas Royds – dass Alphateilchen Heliumkerne sind. [8] [9] Bei der Beobachtung des radioaktiven Zerfalls von Elementen klassifizierten Rutherford und Soddy die radioaktiven Produkte nach ihren charakteristischen Zerfallsraten und führten das Konzept der Halbwertszeit ein. [8] [10] Im Jahr 1903 verwendeten Soddy und Margaret Todd den Begriff "Isotop" auf Atome, die chemisch und spektroskopisch identisch waren, aber unterschiedliche radioaktive Halbwertszeiten aufwiesen. [11] [12] Rutherford schlug ein Atommodell vor, bei dem ein sehr kleiner, dichter und positiv geladener Protonenkern von kreisenden, negativ geladenen Elektronen umgeben ist (Rutherford-Modell). [13] Niels Bohr verbesserte dies 1913, indem er es mit dem Quantenverhalten von Elektronen (Bohr-Modell) in Einklang brachte. [14] [15] [16]

Protactinium Bearbeiten

Soddy und Kasimir Fajans beobachteten 1913 unabhängig voneinander, dass der Alpha-Zerfall dazu führte, dass Atome im Periodensystem um zwei Plätze nach unten verschoben wurden, während der Verlust von zwei Beta-Teilchen sie an ihre ursprüngliche Position zurückbrachte. Bei der daraus resultierenden Neuordnung des Periodensystems wurde Radium in Gruppe II, Aktinium in Gruppe III, Thorium in Gruppe IV und Uran in Gruppe VI eingeordnet. Dies hinterließ eine Lücke zwischen Thorium und Uran. Soddy sagte voraus, dass dieses unbekannte Element, das er (nach Dmitri Mendeleev) als "Ekatantalium" bezeichnete, ein Alphastrahler mit ähnlichen chemischen Eigenschaften wie Tantal (jetzt bekannt als Tantal) sein würde. [17] [18] [19] Es dauerte nicht lange, bis Fajans und Oswald Helmuth Göhring es als Zerfallsprodukt eines Beta-emittierenden Produkts von Thorium entdeckten. Basierend auf dem radioaktiven Verschiebungsgesetz von Fajans und Soddy war dies ein Isotop des fehlenden Elements, das sie aufgrund seiner kurzen Halbwertszeit "Brevium" nannten. Es war jedoch ein Betastrahler und konnte daher nicht das Mutterisotop von Aktinium sein. Dies musste ein anderes Isotop sein. [17]

Zwei Wissenschaftler des Kaiser-Wilhelm-Instituts (KWI) in Berlin-Dahlem stellten sich der Herausforderung, das fehlende Isotop zu finden. Otto Hahn hatte an der Universität Marburg als Organischer Chemiker promoviert, war aber Postdoktorand am University College London bei Sir William Ramsay und bei Rutherford an der McGill University, wo er radioaktive Isotope studiert hatte. 1906 kehrte er nach Deutschland zurück, wo er Assistent von Emil Fischer an der Universität Berlin wurde. Da er sich bei McGill daran gewöhnt hatte, eng mit einem Physiker zusammenzuarbeiten, tat er sich mit Lise Meitner zusammen, die 1906 an der Universität Wien promoviert hatte und dann nach Berlin gezogen war, um bei Max Planck an der Friedrich- Wilhelms-Universität. Meitner fand Hahn, der in ihrem Alter war, weniger einschüchternd als ältere, angesehenere Kollegen. [20] Hahn und Meitner zogen 1913 an das neugegründete Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie und leiteten dort 1920 ihre eigenen Laboratorien mit eigenen Studenten, Forschungsprogrammen und Geräten. [20] Die neuen Laboratorien boten neue Möglichkeiten, da die alten zu stark mit radioaktiven Stoffen verseucht waren, um schwach radioaktive Stoffe zu untersuchen. Sie entwickelten eine neue Technik zur Abtrennung der Tantalgruppe von der Pechblende, von der sie hofften, dass sie die Isolierung des neuen Isotops beschleunigen würde. [17]

Die Arbeit wurde durch den Ausbruch des Ersten Weltkriegs 1914 unterbrochen. Hahn wurde zur Wehrmacht eingezogen und Meitner wurde freiwilliger Röntgenarzt in österreichischen Heereskrankenhäusern. [21] Sie kehrte im Oktober 1916 an das Kaiser-Wilhelm-Institut zurück, als nicht nur Hahn, sondern die meisten Studenten, Laboranten und Techniker einberufen worden waren. Meitner musste daher alles selbst machen, nur kurz unterstützt von Hahn, als er auf Urlaub nach Hause kam. Bis Dezember 1917 konnte sie die Substanz isolieren und nach weiteren Arbeiten nachweisen, dass es sich tatsächlich um das fehlende Isotop handelte. Ihre Ergebnisse reichte sie im März 1918 zur Veröffentlichung ein. [17]

Obwohl Fajans und Göhring die ersten waren, die das Element entdeckten, verlangte der Brauch, dass ein Element durch sein langlebigstes und am häufigsten vorkommendes Isotop repräsentiert wurde, und Brevium schien nicht angemessen. Fajans stimmte zu, dass Meitner das Element Protactinium nannte und ihm das chemische Symbol Pa zuordnete. Im Juni 1918 gaben Soddy und John Cranston bekannt, dass sie eine Probe des Isotops entnommen hatten, aber im Gegensatz zu Meitner konnten seine Eigenschaften nicht beschreiben. Sie erkannten Meitners Priorität an und stimmten dem Namen zu. Die Verbindung zu Uran blieb ein Rätsel, da keines der bekannten Uranisotope in Protactinium zerfiel. Es blieb ungelöst, bis 1929 Uran-235 entdeckt wurde. [17] [22]

Patrick Blackett gelang es 1925, Stickstoff in Sauerstoff nuklear umzuwandeln, indem er auf Stickstoff gerichtete Alpha-Teilchen verwendete. In moderner Schreibweise für die Atomkerne lautete die Reaktion:

Dies war die erste Beobachtung einer Kernreaktion, also einer Reaktion, bei der Teilchen aus einem Zerfall verwendet werden, um einen anderen Atomkern umzuwandeln. [23] Eine vollständig künstliche Kernreaktion und Kerntransmutation wurde im April 1932 von Ernest Walton und John Cockcroft erreicht, die künstlich beschleunigte Protonen gegen Lithium verwendeten, um diesen Kern in zwei Alphateilchen zu zerlegen. Das Kunststück wurde im Volksmund als "Spaltung des Atoms" bezeichnet, war jedoch keine Kernspaltung [24] [25], da es nicht das Ergebnis eines internen radioaktiven Zerfallsprozesses war. [26] Nur wenige Wochen vor der Leistung von Cockcroft und Walton entdeckte ein anderer Wissenschaftler des Cavendish Laboratory, James Chadwick, das Neutron mit einem genialen Gerät aus Siegellack durch die Reaktion von Beryllium mit Alphateilchen: [27] [28 ]

Irène Curie und Frédéric Joliot bestrahlten Aluminiumfolie mit Alpha-Partikeln und stellten fest, dass daraus ein kurzlebiges radioaktives Phosphorisotop mit einer Halbwertszeit von etwa drei Minuten entsteht:

die dann in ein stabiles Siliziumisotop zerfällt

Sie stellten fest, dass die Radioaktivität nach dem Ende der Neutronenemissionen anhielt. Sie hatten nicht nur eine neue Form des radioaktiven Zerfalls in Form der Positronenemission entdeckt, sondern ein Element in ein bisher unbekanntes radioaktives Isotop eines anderen umgewandelt und damit Radioaktivität induziert, wo es vorher keine gab. Die Radiochemie beschränkte sich nun nicht mehr auf bestimmte schwere Elemente, sondern erstreckte sich auf das gesamte Periodensystem. [29] [30] [31]

Chadwick stellte fest, dass Neutronen, die elektrisch neutral sind, den Kern leichter durchdringen könnten als Protonen oder Alphateilchen. [32] Enrico Fermi und seine Kollegen in Rom – Edoardo Amaldi, Oscar D'Agostino, Franco Rasetti und Emilio Segrè – griffen diese Idee auf. [33] Rasetti besuchte 1931 Meitners Labor und 1932 nach Chadwicks Entdeckung des Neutrons erneut. Meitner zeigte ihm, wie man eine Polonium-Beryllium-Neutronenquelle herstellt. Nach seiner Rückkehr nach Rom baute Rasetti Geigerzähler und eine Nebelkammer nach Meitners Vorbild. Fermi beabsichtigte ursprünglich, Polonium als Quelle für Alphateilchen zu verwenden, wie es Chadwick und Curie getan hatten. Radon war eine stärkere Quelle für Alphateilchen als Polonium, aber es emittierte auch Beta- und Gammastrahlen, was die Detektionsausrüstung im Labor verwüstete. Aber Rasetti fuhr in seinen Osterurlaub, ohne die Polonium-Beryllium-Quelle vorzubereiten, und Fermi erkannte, dass er seine Probe, da er an den Reaktionsprodukten interessiert war, in einem Labor bestrahlen und in einem anderen weiter unten testen konnte. Die Neutronenquelle war durch Mischen mit pulverisiertem Beryllium in einer versiegelten Kapsel leicht herzustellen. Außerdem war Radon leicht erhältlich Giulio Cesare Trabacchi hatte mehr als ein Gramm Radium und versorgte Fermi gerne mit Radon. Mit einer Halbwertszeit von nur 3,82 Tagen würde es sonst nur verschwendet und das Radium produzierte kontinuierlich mehr. [33] [34]

Sie arbeiteten am Fließband, begannen mit der Bestrahlung von Wasser und stiegen dann im Periodensystem durch Lithium, Beryllium, Bor und Kohlenstoff auf, ohne Radioaktivität zu induzieren. Als sie zu Aluminium und dann zu Fluor kamen, hatten sie ihre ersten Erfolge.Die induzierte Radioaktivität wurde schließlich durch den Neutronenbeschuss von 22 verschiedenen Elementen gefunden. [35] [36] Meitner gehörte zu der ausgewählten Gruppe von Physikern, an die Fermi vorab Kopien seiner Arbeiten schickte, und sie konnte berichten, dass sie seine Ergebnisse in Bezug auf Aluminium, Silizium, Phosphor, Kupfer und Zink verifiziert hatte. [34] Wenn eine neue Kopie von La Ricerca Scientifica am Niels Bohrs Institut für Theoretische Physik an der Universität Kopenhagen angekommen, wurde ihr Neffe Otto Frisch als einziger Physiker dort, der Italienisch lesen konnte, bei Kollegen gefragt, die eine Übersetzung wollten. Die Rom-Gruppe hatte keine Proben der Seltenerdmetalle, aber George de Hevesy hatte in Bohrs Institut einen vollständigen Satz ihrer Oxide, den ihm die Auergesellschaft gegeben hatte, also führten de Hevesy und Hilde Levi den Prozess mit ihnen durch. [37]

Als die Rome-Gruppe das Uran erreichte, hatten sie ein Problem: Die Radioaktivität von natürlichem Uran war fast so groß wie die ihrer Neutronenquelle. [38] Was sie beobachteten, war eine komplexe Mischung von Halbwertszeiten. Nach dem Verschiebungsgesetz überprüften sie Blei, Wismut, Radium, Actinium, Thorium und Protactinium (wobei die Elemente mit unbekannten chemischen Eigenschaften übersprungen wurden) und fanden (richtigerweise) keinen Hinweis darauf. [38] Fermi stellte fest, dass drei Arten von Reaktionen durch Neutronenbestrahlung verursacht wurden: Emission eines Alphateilchens (n, α), Protonenemission (n, p) und Gammaemission (n, γ). Ausnahmslos zerfielen die neuen Isotope durch Beta-Emission, was dazu führte, dass Elemente im Periodensystem aufstiegen. [39]

Basierend auf dem Periodensystem der Zeit glaubte Fermi, dass Element 93 Ekarhenium war – das Element unter Rhenium – mit ähnlichen Eigenschaften wie Mangan und Rhenium. Ein solches Element wurde gefunden, und Fermi kam vorläufig zu dem Schluss, dass seine Experimente neue Elemente mit 93 und 94 Protonen erzeugt hatten, [40] die er Ausonium und Hesperium nannte. [41] [42] Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Natur im Juni 1934. [40] Fermi warnte jedoch in dieser Veröffentlichung, dass "eine sorgfältige Suche nach solch schweren Teilchen noch nicht durchgeführt wurde, da sie für ihre Beobachtung voraussetzen, dass das aktive Produkt in Form einer sehr dünnen Schicht vorliegen sollte". . Es erscheint daher gegenwärtig verfrüht, eine definitive Hypothese über die beteiligte Zerfallskette aufzustellen.“ [40] Im Nachhinein entdeckten sie tatsächlich ein unbekanntes Rhenium-ähnliches Element, Technetium, das im Periodensystem zwischen Mangan und Rhenium liegt. [38]

Leo Szilard und Thomas A. Chalmers berichteten, dass Neutronen, die durch auf Beryllium einwirkende Gammastrahlen erzeugt wurden, von Jod eingefangen wurden, eine Reaktion, die auch Fermi festgestellt hatte. Als Meitner ihr Experiment wiederholte, stellte sie fest, dass Neutronen aus den Gamma-Beryllium-Quellen von schweren Elementen wie Jod, Silber und Gold eingefangen wurden, aber nicht von leichteren wie Natrium, Aluminium und Silizium. Sie kam zu dem Schluss, dass langsame Neutronen eher eingefangen werden als schnelle, ein Ergebnis, das sie berichtete Naturwissenschaften im Oktober 1934. [43] [44] Jeder hatte gedacht, dass energiereiche Neutronen erforderlich sind, wie es bei Alphateilchen und Protonen der Fall war, aber das war erforderlich, um die Coulomb-Barriere zu überwinden, die neutral geladenen Neutronen wurden eher von den Kern, wenn sie mehr Zeit in seiner Nähe verbrachten. Einige Tage später dachte Fermi über eine Kuriosität nach, die seine Gruppe bemerkt hatte: Uran schien in verschiedenen Teilen des Labors anders zu reagieren. Neutronenbestrahlung, die auf einem Holztisch durchgeführt wurde, induzierte mehr Radioaktivität als auf einem Marmortisch im selben Raum. Fermi dachte darüber nach und versuchte, ein Stück Paraffinwachs zwischen die Neutronenquelle und das Uran zu legen. Dies führte zu einem dramatischen Anstieg der Aktivität. Er argumentierte, dass die Neutronen durch Kollisionen mit Wasserstoffatomen in Paraffin und Holz verlangsamt wurden. [45] Der Weggang von D'Agostino bedeutete, dass die Gruppe in Rom keinen Chemiker mehr hatte, und der anschließende Verlust von Rasetti und Segrè reduzierte die Gruppe auf Fermi und Amaldi, die die Erforschung der Transmutation aufgaben, um sich auf die Erforschung der Physik von . zu konzentrieren langsame Neutronen. [38]

Das aktuelle Kernmodell im Jahr 1934 war das Flüssigkeitstropfenmodell, das erstmals 1930 von George Gamow vorgeschlagen wurde. [46] Sein einfaches und elegantes Modell wurde von Carl Friedrich von Weizsäcker und nach der Entdeckung des Neutrons von Werner Heisenberg verfeinert und weiterentwickelt 1935 und Niels Bohr 1936 stimmte es eng mit den Beobachtungen überein. Im Modell wurden die Nukleonen in einem kleinstmöglichen Volumen (einer Kugel) durch die starke Kernkraft zusammengehalten, die in der Lage war, die weitreichendere elektrische Coulomb-Abstoßung zwischen den Protonen zu überwinden. Das Modell blieb für bestimmte Anwendungen bis ins 21. statisch waren und dass die Wahrscheinlichkeit, dass bei einer Kollision mehr als ein Alphateilchen abplatzte, praktisch null war. [50]

Einwände Bearbeiten

Fermi erhielt 1938 den Nobelpreis für Physik für seine "Demonstrationen der Existenz neuer radioaktiver Elemente, die durch Neutronenbestrahlung erzeugt werden, und für seine damit verbundene Entdeckung von Kernreaktionen, die durch langsame Neutronen hervorgerufen werden". [1] Allerdings waren nicht alle von Fermis Analyse seiner Ergebnisse überzeugt. Ida Noddack schlug im September 1934 vor, anstatt ein neues, schwereres Element 93 zu schaffen, dass:

Ebensogut könnte man annehmen, dass beim Einsatz von Neutronen zur Erzeugung von Kernzerfällen einige deutlich neue Kernreaktionen ablaufen, die bisher beim Protonen- oder Alpha-Teilchen-Bombardement von Atomkernen nicht beobachtet wurden. In der Vergangenheit hat man festgestellt, dass Kernumwandlungen nur unter Emission von Elektronen, Protonen oder Heliumkernen stattfinden, so dass die schweren Elemente ihre Masse nur geringfügig ändern, um nahe benachbarte Elemente zu erzeugen. Wenn schwere Kerne mit Neutronen beschossen werden, ist es denkbar, dass der Kern in mehrere große Fragmente zerfällt, die natürlich Isotope bekannter Elemente wären, aber keine Nachbarn des bestrahlten Elements wären. [51]

Noddacks Artikel wurde von Fermis Team in Rom, Curie und Joliot in Paris sowie Meitner und Hahn in Berlin gelesen. [38] Der zitierte Einwand kommt jedoch etwas weiter unten und ist nur eine von mehreren Lücken, die sie in Fermis Behauptung bemerkte. [52] Das Flüssigkeitstropfenmodell von Bohr war noch nicht formuliert, sodass es keine theoretische Möglichkeit gab, zu berechnen, ob es physikalisch möglich ist, dass die Uranatome in große Stücke zerbrechen. [53] Noddack und ihr Mann Walter Noddack waren renommierte Chemiker, die für die Entdeckung von Rhenium für den Nobelpreis für Chemie nominiert worden waren "Masurium" genannt. Die Entdeckung von Technetium durch Emilio Segrè und Carlo Perrier machte ihrer Behauptung ein Ende, geschah aber erst 1937. Es ist unwahrscheinlich, dass Meitner oder Curie wegen ihres Geschlechts Vorurteile gegen Noddack hatten, [54] aber Meitner hatte keine Angst davor sag Hahn Hähnchen, von Physik verstehst Du Nichts ("Lieber Hahn, von Physik verstehst du nichts"). [55] Die gleiche Haltung wurde auf Noddack übertragen, die weder ein alternatives Atommodell vorschlug noch Experimente durchführte, um ihre Behauptung zu untermauern. Obwohl Noddack eine renommierte analytische Chemikerin war, fehlte ihr der Hintergrund in Physik, um die Ungeheuerlichkeit ihres Vorschlags einzuschätzen. [52]

Noddack war nicht der einzige Kritiker von Fermis Behauptung. Aristid von Grosse vermutete, dass Fermi ein Isotop von Protactinium gefunden hatte. [58] [59] Meitner war bestrebt, Fermis Ergebnisse zu untersuchen, aber sie erkannte, dass ein hochqualifizierter Chemiker erforderlich war, und sie wollte den besten, den sie kannte: Hahn, obwohl sie seit vielen Jahren nicht mehr zusammengearbeitet hatten. Hahn war zunächst nicht interessiert, aber die Erwähnung von Protactinium durch von Grosse änderte seine Meinung. [60] "Die einzige Frage", schrieb Hahn später, "scheinte zu sein, ob Fermi Isotope transuranischer Elemente oder Isotope des nächstniedrigeren Elements Protactinium gefunden hatte. Damals beschlossen Lise Meitner und ich, Fermis Experimente in um herauszufinden, ob das 13-Minuten-Isotop ein Protactinium-Isotop war oder nicht. Es war eine logische Entscheidung, da wir die Entdecker des Protactiniums waren." [61]

Zu Hahn und Meitner gesellte sich Fritz Strassmann. Strassmann hatte 1929 an der Technischen Hochschule Hannover in analytischer Chemie promoviert [62] und war an das Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie gekommen, um bei Hahn zu studieren, da er glaubte, dadurch seine Berufsaussichten zu verbessern. Die Arbeit und die Menschen gefielen ihm so gut, dass er auch nach dem Auslaufen des Stipendiums im Jahr 1932 blieb er trat aus der Gesellschaft Deutscher Chemiker aus, als diese Teil der nationalsozialistischen Deutschen Arbeitsfront wurde. Infolgedessen konnte er weder in der chemischen Industrie arbeiten noch sich habilitieren, um in Deutschland selbstständiger Forscher zu werden. Meitner überredete Hahn, Strassmann mit Geldern aus dem Fonds für besondere Umstände des Direktors einzustellen. 1935 wurde Strassmann Assistent zum halben Lohn. Bald würde er als Mitarbeiter der von ihnen produzierten Papiere anerkannt werden. [63]

Das Gesetz zur Wiederherstellung des Berufsbeamtentums von 1933 entfernte jüdische Menschen aus dem öffentlichen Dienst, zu dem auch die Wissenschaft gehörte. Meitner versuchte nie, ihre jüdische Abstammung zu verbergen, blieb aber zunächst aus mehreren Gründen von deren Auswirkungen ausgenommen: Sie war vor 1914 beschäftigt gewesen, hatte während des Weltkriegs beim Militär gedient, war eher österreichische als deutsche Staatsbürgerin und der Kaiser Wilhelm Institut war eine Partnerschaft zwischen Regierung und Industrie. [64] Sie wurde jedoch von ihrer außerplanmäßigen Professur an der Universität Berlin mit der Begründung entlassen, dass ihr Dienst im Ersten Weltkrieg nicht an der Front war, und sie hatte sich erst 1922 habilitiert. [65] Carl Bosch, der Direktor von IG Farben, einem Hauptsponsor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Chemie, versicherte Meitner, dass ihre Position dort sicher sei, und sie stimmte zu, zu bleiben. [64] Meitner, Hahn und Strassmann rückten persönlich näher zusammen, da ihre Anti-Nazi-Politik sie zunehmend vom Rest der Organisation entfremdete, ihnen aber mehr Zeit für Recherchen gab, da die Verwaltung Hahns und Meitners Assistenten übertragen wurde. [63]

Forschung Bearbeiten

Die Berliner Gruppe begann damit, Uransalz mit Neutronen aus einer Radon-Beryllium-Quelle zu bestrahlen, ähnlich der, die Fermi verwendet hatte. Sie lösten es auf und fügten Kaliumperrhenat, Platinchlorid und Natriumhydroxid hinzu. Der Rest wurde dann mit Schwefelwasserstoff angesäuert, was zur Ausfällung von Platinsulfid und Rheniumsulfid führte. Fermi hatte vier radioaktive Isotope festgestellt, von denen die langlebigsten eine Halbwertszeit von 13 und 90 Minuten hatten, und diese wurden im Niederschlag nachgewiesen. Die Berliner Gruppe testete dann auf Protactinium, indem sie der Lösung Protactinium-234 hinzufügte. Als dieses ausgefällt wurde, wurde festgestellt, dass es von den Isotopen der 13- und 90-Minuten-Halbwertszeit getrennt war, was zeigte, dass von Grosse falsch war und es sich nicht um Isotope von Protactinium handelte. Darüber hinaus schlossen die beteiligten chemischen Reaktionen alle Elemente des Periodensystems ab Quecksilber aus. [67] Sie konnten die 90-Minuten-Aktivität mit Osmiumsulfid und die 13-Minuten-Aktivität mit Rheniumsulfid präzipitieren, was ausschloss, dass es sich um Isotope desselben Elements handelt. All dies lieferte starke Beweise dafür, dass es sich tatsächlich um Transuran-Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften wie Osmium und Rhenium handelte. [68] [69]

Fermi hatte auch berichtet, dass schnelle und langsame Neutronen unterschiedliche Aktivitäten erzeugt hatten. Dies zeigte an, dass mehr als eine Reaktion stattfand. Als die Berliner Gruppe die Ergebnisse der Rom-Gruppe nicht reproduzieren konnte, begannen sie ihre eigenen Forschungen zu den Auswirkungen schneller und langsamer Neutronen. Um die radioaktive Kontamination im Falle eines Unfalls zu minimieren, wurden verschiedene Phasen in verschiedenen Räumen durchgeführt, alle in Meitners Abteilung im Erdgeschoss des Kaiser-Wilhelm-Instituts. In einem Labor wurde eine Neutronenbestrahlung durchgeführt, in einem anderen die chemische Trennung und in einem dritten wurden Messungen durchgeführt. Die verwendeten Geräte waren einfach und größtenteils handgefertigt. [70]

Bis März 1936 hatten sie mit unterschiedlicher Sicherheit zehn verschiedene Halbwertszeiten identifiziert. Um sie zu erklären, musste Meitner eine neue (n, 2n)-Reaktionsklasse und den Alpha-Zerfall von Uran annehmen, von denen keines jemals zuvor berichtet wurde und für die es keine physikalischen Beweise gab. Während Hahn und Strassmann ihre chemischen Verfahren verfeinerten, entwarf Meitner neue Experimente, um die Reaktionsprozesse besser zu beleuchten. Im Mai 1937 gaben sie parallele Berichte heraus, einen in Zeitschrift für Physik mit Meitner als Hauptautor und einem in Chemische Berichte mit Hahn als Hauptautor. [70] [71] [72] Hahn schloss seine mit Nachdruck: Vor allem steht ihre chemische Verschiedenheit von allen bisher bekannten Elementen außerhalb jeder Diskussion ("Vor allem ihre chemische Abgrenzung von allen bisher bekannten Elementen bedarf keiner weiteren Diskussion." [72] ) wurde Meitner zunehmend unsicher. Sie hatten nun drei (n, γ)-Reaktionen konstruiert:

  1. 238
    92 U + n → 239
    92 U (10 Sekunden) → 239
    93 ekaRe (2,2 Minuten) → 239
    94 ekaOs (59 Minuten) → 239
    95 ekaIr (66 Stunden) → 239
    96 ekaPt (2,5 Stunden) → 239
    97 ekAu (?)
  2. 238
    92 U + n → 239
    92 U (40 Sekunden) → 239
    93 ekaRe (16 Minuten) → 239
    94 ekaOs (5,7 Stunden) → 239
    95 ekaIr (?)
  3. 238
    92 U + n → 239
    92 U (23 Minuten) → 239
    93 ekaRe

Meitner war sich sicher, dass dies (n, γ)-Reaktionen sein mussten, da langsamen Neutronen die Energie fehlte, um Protonen oder Alpha-Teilchen abzusplittern. Sie betrachtete die Möglichkeit, dass die Reaktionen von verschiedenen Uranisotopen stammten, von denen drei bekannt waren: Uran-238, Uran-235 und Uran-234. Als sie jedoch den Neutronenquerschnitt berechnete, war dieser zu groß, um etwas anderes als das am häufigsten vorkommende Isotop Uran-238 zu sein. Sie kam zu dem Schluss, dass es sich um eine Kernisomerie handeln muss, die 1922 von Hahn in Protactinium entdeckt worden war. Eine physikalische Erklärung für die Kernisomerie hatte von Weizsäcker, der 1936 Meitners Assistent gewesen war, aber seither eine Stelle bei das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik. Verschiedene Kernisomere von Protactinium hatten unterschiedliche Halbwertszeiten, und dies könnte auch für Uran der Fall sein, aber wenn ja, wurde es irgendwie von den Tochter- und Enkelinprodukten geerbt, was die Argumentation bis zum Zerreißen zu strecken schien. Dann gab es die dritte Reaktion, eine (n, γ), die nur mit langsamen Neutronen auftrat. [73] Meitner beendete daher ihren Bericht mit einer ganz anderen Note als Hahn: „Der Prozess muss ein Neutroneneinfang durch Uran-238 sein, der zu drei isomeren Kernen von Uran-239 führt aktuelle Konzepte des Kerns." [71] [74]

Danach ging die Berliner Gruppe dazu über, mit Thorium zu arbeiten, wie Strassmann es ausdrückte, "um sich vom Schrecken der Arbeit mit Uran zu erholen". [75] Thorium war jedoch nicht einfacher zu verarbeiten als Uran. Zunächst hatte es ein Zerfallsprodukt, Radiothorium (228
90 Th), die eine schwächere neutroneninduzierte Aktivität überwältigte. Aber Hahn und Meitner hatten eine Probe, aus der sie regelmäßig das Mutterisotop Mesothorium (228 .) entfernt hatten
88 Ra) über einen Zeitraum von mehreren Jahren, wodurch das Radiothorium zerfallen kann. Schon damals war es noch schwieriger, mit ihm zu arbeiten, weil seine durch Neutronenbestrahlung induzierten Zerfallsprodukte Isotope der gleichen Elemente waren, die durch den eigenen radioaktiven Zerfall von Thorium erzeugt wurden. Was sie fanden, waren drei verschiedene Zerfallsreihen, alles Alpha-Strahler – eine Zerfallsform, die bei keinem anderen schweren Element vorkommt und für die Meitner wieder mehrere Isomere postulieren musste. Sie fanden ein interessantes Ergebnis: Diese (n, α)-Zerfallsreihen traten gleichzeitig auf, wenn die Energie der einfallenden Neutronen weniger als 2,5 MeV betrug, wenn sie mehr hatten, eine (n, γ)-Reaktion, die 233 . bildete
90 Das war bevorzugt. [76]

In Paris hatten sich auch Irene Curie und Pavel Savitch auf den Weg gemacht, Fermis Erkenntnisse zu replizieren. In Zusammenarbeit mit Hans von Halban und Peter Preiswerk bestrahlten sie Thorium und produzierten das von Fermi notierte Isotop mit einer Halbwertszeit von 22 Minuten. Insgesamt entdeckte Curies Gruppe acht verschiedene Halbwertszeiten in ihrem bestrahlten Thorium. Curie und Savitch entdeckten eine radioaktive Substanz mit einer Halbwertszeit von 3,5 Stunden. [38] [32] [77] Die Pariser Gruppe schlug vor, dass es sich um ein Thoriumisotop handeln könnte. Meitner bat Strassmann, der jetzt den Großteil der Chemiearbeit erledigte, zu überprüfen. Er entdeckte keine Spur von Thorium. Meitner schrieb Curie mit ihren Ergebnissen und schlug einen stillen Rückzug vor. [78] Trotzdem blieb Curie hartnäckig. Sie untersuchten die Chemie und fanden heraus, dass die 3,5-Stunden-Aktivität von etwas herrührte, das Lanthan chemisch ähnlich zu sein schien (was es tatsächlich war), das sie mit einem fraktionierten Kristallisationsprozess erfolglos zu isolieren versuchten. (Möglicherweise war ihr Niederschlag mit Yttrium verunreinigt, das chemisch ähnlich ist.) Durch die Verwendung von Geigerzählern und das Überspringen der chemischen Fällung entdeckten Curie und Savitch die Halbwertszeit von 3,5 Stunden in bestrahltem Uran. [79]

Mit dem Anschluss, Deutschlands Vereinigung mit Österreich am 12. März 1938 verlor Meitner ihre österreichische Staatsbürgerschaft. [80] James Franck bot an, ihre Einwanderung in die Vereinigten Staaten zu unterstützen, und Bohr bot einen vorübergehenden Platz an seinem Institut an, aber als sie zur dänischen Botschaft ging, um ein Visum zu beantragen, wurde ihr mitgeteilt, dass Dänemark ihren österreichischen Pass nicht mehr als gültig anerkenne . [81] Am 13. Juli 1938 reiste Meitner mit dem niederländischen Physiker Dirk Coster in die Niederlande. Bevor sie ging, schenkte ihr Otto Hahn einen Diamantring, den er von seiner Mutter geerbt hatte, um ihn bei Bedarf zu verkaufen. Sie erreichte Sicherheit, aber nur mit ihrer Sommerkleidung. Meitner sagte später, sie habe Deutschland mit 10 Mark im Geldbeutel für immer verlassen. Mit Hilfe von Coster und Adriaan Fokker flog sie nach Kopenhagen, wo sie von Frisch begrüßt wurde, und wohnte bei Niels und Margrethe Bohr in ihrem Ferienhaus in Tisvilde. Am 1. August nahm sie den Zug nach Stockholm, wo sie von Eva von Bahr empfangen wurde. [82]

Interpretation Bearbeiten

Die Pariser Gruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse im September 1938. [79] Hahn tat das Isotop mit der Halbwertszeit von 3,5 Stunden als Verunreinigung ab, aber nachdem er sich die Details der Experimente der Pariser Gruppe und die Zerfallskurven angesehen hatte, war Strassmann besorgt. Er beschloss, das Experiment zu wiederholen und seine effizientere Methode zur Abtrennung von Radium zu verwenden.Dieses Mal fanden sie, was sie für Radium hielten, was Hahn vermutete, das aus zwei Alpha-Zerfällen resultierte:

Das konnte Meitner kaum glauben. [83] [84]

Im November reiste Hahn nach Kopenhagen, wo er Bohr und Meitner traf. Sie sagten ihm, dass sie sehr unzufrieden mit den vorgeschlagenen Radiumisomeren seien. Auf Meitners Anweisung hin begannen Hahn und Strassmann, die Experimente zu wiederholen, noch als Fermi seinen Nobelpreis in Stockholm entgegennahm. [85] Mit Unterstützung von Clara Lieber und Irmgard Bohne isolierten sie die drei Radiumisotope (überprüft durch ihre Halbwertszeiten) und trennten sie durch fraktionierte Kristallisation vom Bariumträger durch Zugabe von Bariumbromidkristallen in vier Schritten. Da Radium bevorzugt in einer Lösung von Bariumbromid ausfällt, würde die abgezogene Fraktion bei jedem Schritt weniger Radium enthalten als die vorherige. Sie fanden jedoch keinen Unterschied zwischen den einzelnen Fraktionen. Falls ihr Verfahren in irgendeiner Weise fehlerhaft war, überprüften sie es mit bekannten Radiumisotopen, dass das Verfahren in Ordnung war. Am 19. Dezember schrieb Hahn an Meitner und teilte ihr mit, dass sich die Radiumisotope chemisch wie Barium verhalten. Begierig darauf, noch vor den Weihnachtsferien fertig zu werden, reichten Hahn und Strassmann ihre Ergebnisse bei Naturwissenschaften am 22. Dezember, ohne auf Meitners Antwort zu warten. [86] Hahn schloss mit: „Als Chemiker sollten wir die Symbole Ba, La, Ce durch Ra, Ac, Th ersetzen Erfahrung in Physik." [87]

Frisch feierte Weihnachten normalerweise mit Meitner in Berlin, doch 1938 folgte sie einer Einladung von Eva von Bahr, es mit ihrer Familie in Kungälv zu verbringen, und Meitner bat Frisch, mit ihr dorthin zu kommen. Meitner erhielt den Brief von Hahn, in dem er seinen chemischen Beweis beschrieb, dass ein Teil des Produkts des Beschusses von Uran mit Neutronen Barium war. Barium hatte eine um 40% geringere Atommasse als Uran, und keine bisher bekannte Methode des radioaktiven Zerfalls konnte einen so großen Unterschied in der Masse des Kerns erklären. [88] [89] Trotzdem hatte sie sofort an Hahn zurückgeschrieben: "Im Moment erscheint mir die Annahme einer so durchgreifenden Trennung sehr schwer, aber in der Kernphysik haben wir so viele Überraschungen erlebt, dass man nicht unbedingt sagen: ,Es ist unmöglich.'“ [90] Meitner war der Meinung, dass Hahn als Chemiker zu vorsichtig war, um einen elementaren Fehler zu machen, fand die Ergebnisse jedoch schwer zu erklären. Alle dokumentierten Kernreaktionen beinhalteten das Absplittern von Protonen oder Alphateilchen aus dem Kern. Das Aufbrechen schien weitaus schwieriger. Das von Gamow postulierte Flüssigkeitstropfenmodell deutete jedoch auf die Möglichkeit hin, dass ein Atomkern verlängert werden und die Oberflächenspannung überwinden könnte, die ihn zusammenhält. [91]

Zu diesem Zeitpunkt setzten wir uns beide auf einen Baumstamm (die ganze Diskussion hatte stattgefunden, während wir durch den Wald im Schnee gingen, ich mit meinen Skiern, Lise Meitner machte ihre Behauptung wahr, dass sie auch ohne genauso schnell gehen könnte), und begann auf Papierfetzen zu rechnen. Wir fanden heraus, dass die Ladung eines Urankerns tatsächlich groß genug war, um den Effekt der Oberflächenspannung fast vollständig zu überwinden, sodass der Urankern tatsächlich einem sehr wackeligen instabilen Tropfen ähneln könnte, der bereit ist, sich bei der geringsten Provokation wie dem Aufprall zu teilen eines einzelnen Neutrons.

Aber es gab ein anderes Problem. Nach der Trennung würden die beiden Tropfen durch ihre gegenseitige elektrische Abstoßung auseinandergetrieben und würden eine hohe Geschwindigkeit und damit eine sehr große Energie erreichen, insgesamt etwa 200 MeV, woher könnte diese Energie kommen? Glücklicherweise erinnerte sich Lise Meitner an die empirische Formel zur Berechnung der Kernmassen und stellte fest, dass die beiden Kerne, die durch die Teilung eines Urankerns zusammen entstehen, um etwa ein Fünftel der Masse eines Protons leichter sein würden als der ursprüngliche Urankern. Wenn nun Masse verschwindet, wird nach Einsteins Formel E = m c 2 > Energie erzeugt, und ein Fünftel einer Protonenmasse entsprach gerade mal 200 MeV. Hier war also die Quelle für diese Energie, alles passte! [91]

Meitner und Frisch hatten Hahns Ergebnisse richtig so interpretiert, dass sich der Urankern ungefähr in zwei Hälften gespalten hatte. Die ersten beiden Reaktionen, die die Berliner Gruppe beobachtet hatte, waren leichte Elemente, die durch das Aufbrechen von Urankernen entstanden, die dritte, die 23-minütige, war ein Zerfall in das reale Element 93. [92] Nach seiner Rückkehr nach Kopenhagen informierte Frisch Bohr: der sich gegen die Stirn schlug und ausrief "Was für Idioten wir doch waren!" [93] Bohr versprach, nichts zu sagen, bis sie ein Papier zur Veröffentlichung bereit hatten. Um den Prozess zu beschleunigen, haben sie beschlossen, eine einseitige Notiz an zu senden Natur. Zu diesem Zeitpunkt war der einzige Beweis, den sie hatten, das Barium. Wenn Barium gebildet wird, muss logischerweise das andere Element Krypton sein, [94] obwohl Hahn irrtümlicherweise glaubte, dass sich die Atommassen zu 239 addieren müssten, anstatt die Ordnungszahlen zu 92 zu addieren, und dachte, es sei Masurium (Technetium). und so nicht danach gesucht: [95]

In einer Reihe von Ferngesprächen entwickelten Meitner und Frisch ein einfaches Experiment, um ihre Behauptung zu untermauern: Den Rückstoß der Spaltfragmente mit einem Geigerzähler zu messen, dessen Schwellenwert über dem der Alphateilchen liegt. Frisch führte das Experiment am 13. Januar 1939 durch und fand die durch die Reaktion verursachten Impulse genau so, wie sie es vorhergesagt hatten. [94] Er entschied, dass er einen Namen für den neu entdeckten Kernprozess brauchte. Er sprach mit William A. Arnold, einem amerikanischen Biologen, der mit de Hevesy zusammenarbeitete, und fragte ihn, wie Biologen den Prozess nennen, bei dem sich lebende Zellen in zwei Zellen teilen. Arnold sagte ihm, dass Biologen es Spaltung nannten. Diesen Namen hat Frisch dann in seiner Arbeit auf den Nuklearprozess angewendet. [96] Frisch schickte sowohl die gemeinsam verfasste Notiz zur Kernspaltung als auch seine Arbeit über das Rückstoßexperiment an Natur am 16. Januar 1939 erschien ersterer am 11. Februar und letzterer am 18. Februar. [97] [98]

Bohr bringt die Neuigkeiten in die Vereinigten Staaten Bearbeiten

Bevor er am 7. Januar 1939 mit seinem Sohn Erik in die Vereinigten Staaten aufbrach, um an der Fünften Washingtoner Konferenz für Theoretische Physik teilzunehmen, versprach Bohr Frisch, dass er die Kernspaltung nicht erwähnen würde, bis die Papiere gedruckt wurden, sondern während der Atlantiküberquerung mit der SS Drottningholm, besprach Bohr den Spaltungsmechanismus mit Leon Rosenfeld und teilte ihm nicht mit, dass die Informationen vertraulich seien. Bei ihrer Ankunft in New York City am 16. Januar wurden sie von Fermi und seiner Frau Laura Capon sowie von John Wheeler, der 1934–1935 Fellow an Bohrs Institut war, empfangen. Zufällig fand an diesem Abend eine Sitzung des Physics Journal Club der Princeton University statt, und als Wheeler Rosenfeld fragte, ob er Neuigkeiten zu berichten hätte, teilte Rosenfeld ihnen mit. [99] Ein verlegener Bohr feuerte eine Notiz an Natur Verteidigung des Anspruchs von Meitner und Frisch auf die Priorität der Entdeckung. [100] Hahn war verärgert, dass Bohr zwar in der Notiz seine und Strassmanns Arbeit erwähnte, aber nur Meitner und Frisch zitierte. [101]

Die Nachricht verbreitete sich schnell von der neuen Entdeckung, die zu Recht als völlig neuer physikalischer Effekt mit großen wissenschaftlichen – und potenziell praktischen – Möglichkeiten angesehen wurde. Isidor Isaac Rabi und Willis Lamb, zwei Physiker der Columbia University, die in Princeton arbeiten, hörten die Nachricht und trugen sie zurück nach Columbia. Rabi sagte, er habe Fermi erzählt, Fermi habe Lamb gelobt. Für Fermi war die Nachricht eine tiefe Verlegenheit, da es sich bei den transuranischen Elementen, für deren Entdeckung er teilweise mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden war, gar nicht um transuranische Elemente, sondern um Spaltprodukte gehandelt hatte. Er fügte seiner Nobelpreis-Dankesrede eine entsprechende Fußnote hinzu. Bohr reiste bald darauf von Princeton nach Columbia, um Fermi zu besuchen. Da Bohr Fermi nicht in seinem Büro fand, ging er in den Zyklotronbereich und fand Herbert L. Anderson. Bohr packte ihn an der Schulter und sagte: "Junger Mann, lass mich dir etwas Neues und Spannendes in der Physik erklären." [102]

Weitere Forschung Bearbeiten

Vielen Wissenschaftlern an der Columbia war klar, dass sie versuchen sollten, die Energie nachzuweisen, die bei der Kernspaltung von Uran beim Neutronenbeschuss freigesetzt wird. Am 25. Januar 1939 führte eine Gruppe der Columbia University das erste Kernspaltungsexperiment in den Vereinigten Staaten [103] durch, das im Keller von Pupin Hall durchgeführt wurde. Bei dem Experiment wurde Uranoxid in eine Ionisationskammer eingebracht, mit Neutronen bestrahlt und die dabei freigesetzte Energie gemessen. Am nächsten Tag begann in Washington D.C. die fünfte Washingtoner Konferenz für theoretische Physik unter der gemeinsamen Schirmherrschaft der George Washington University und der Carnegie Institution of Washington. Von dort aus verbreiteten sich die Nachrichten über die Kernspaltung noch weiter, was viele weitere experimentelle Demonstrationen förderte. [104]

Bohr und Wheeler überarbeiteten das Flüssigkeitstropfenmodell, um den Mechanismus der Kernspaltung zu erklären, mit bemerkenswertem Erfolg. [105] Ihr Papier erschien in Physische Überprüfung am 1. September 1939, dem Tag, an dem Deutschland in Polen einmarschierte und den Zweiten Weltkrieg in Europa auslöste. [106] Als die Experimentalphysiker die Spaltung untersuchten, entdeckten sie rätselhaftere Ergebnisse. George Placzek (der 1934 die langsame Neutronenabsorption von Gold mit Bohrs Nobelpreismedaille [99] gemessen hatte) fragte Bohr, warum Uran sowohl mit sehr schnellen als auch mit sehr langsamen Neutronen gespalten wird. Als er zu einem Treffen mit Wheeler ging, hatte Bohr die Erkenntnis, dass die Spaltung bei niedrigen Energien auf das Uran-235-Isotop zurückzuführen war, während sie bei hohen Energien hauptsächlich auf das weitaus häufigere Uran-238-Isotop zurückzuführen war. [107] Dies basierte auf Meitners Messungen der Neutroneneinfangquerschnitte von 1937. [108] Dies sollte im Februar 1940 experimentell bestätigt werden, nachdem Alfred Nier in der Lage war, genügend reines Uran-235 für John R. Dunning, Aristid von Grosse und Eugene T. Booth zum Testen zu produzieren. [100]

Andere Wissenschaftler nahmen die Suche nach dem schwer fassbaren Element 93 wieder auf, was einfach zu sein schien, da sie jetzt wussten, dass es aus der 23-minütigen Halbwertszeit resultierte. Am Radiation Laboratory in Berkeley, Kalifornien, verwendeten Emilio Segrè und Edwin McMillan das Zyklotron, um das Isotop zu erzeugen. Sie entdeckten dann eine Beta-Aktivität mit einer Halbwertszeit von 2 Tagen, die jedoch chemische Eigenschaften von Seltenerdelementen aufwies, und Element 93 sollte eine ähnliche Chemie wie Rhenium aufweisen. Es wurde daher als nur ein weiteres Spaltprodukt übersehen. Ein weiteres Jahr verging, bevor McMillan und Philip Abelson feststellten, dass das 2-Tage-Halbwertszeitelement das des schwer fassbaren Elements 93 war, das sie "Neptunium" nannten. Sie ebneten den Weg für die Entdeckung des Elements 94 durch Glenn Seaborg, Emilio Segrè und Joseph W. Kennedy, das sie 1941 "Plutonium" nannten. [109] [110]

Ein weiterer Forschungsweg, angeführt von Meitner, bestand darin, festzustellen, ob andere Elemente nach der Bestrahlung mit Neutronen spalten könnten. Es wurde bald festgestellt, dass Thorium und Protactinium dies können. Auch die freigesetzte Energiemenge wurde gemessen. [20] Hans von Halban, Frédéric Joliot-Curie und Lew Kowarski zeigten, dass mit Neutronen beschossenes Uran mehr Neutronen aussendete als es absorbierte, was auf die Möglichkeit einer nuklearen Kettenreaktion schließen lässt. [111] Fermi und Anderson taten dies auch einige Wochen später. [112] [113] Vielen Wissenschaftlern war klar, dass zumindest theoretisch eine extrem leistungsfähige Energiequelle geschaffen werden könnte, obwohl die meisten noch eine Atombombe für unmöglich hielten. [114]

Nobelpreis Bearbeiten

Sowohl Hahn als auch Meitner waren bereits vor der Entdeckung der Kernspaltung für ihre Arbeiten zu radioaktiven Isotopen und Protactinium mehrfach für den Chemie- und den Physik-Nobelpreis nominiert worden. Mehrere weitere Nominierungen folgten für die Entdeckung der Kernspaltung zwischen 1940 und 1943. [115] [116] Nominierungen für den Nobelpreis wurden von fünf Komitees geprüft, einem für jede Auszeichnung. Obwohl sowohl Hahn als auch Meitner Nominierungen für Physik erhielten, wurden Radioaktivität und radioaktive Elemente traditionell als Domäne der Chemie angesehen, und so bewertete das Nobelkomitee für Chemie die Nominierungen 1944. [117]

1941 erhielt das Komitee Berichte von Theodor Svedberg und 1942 von Arne Westgren [sv]. Diese Chemiker waren von Hahns Arbeit beeindruckt, hielten die experimentellen Arbeiten von Meitner und Frisch jedoch für nicht außergewöhnlich. Sie verstanden nicht, warum die Physik-Gemeinde ihre Arbeit als wegweisend betrachtete. Was Strassmann betrifft, so gab es, obwohl sein Name auf den Papieren stand, eine langjährige Politik, den ranghöchsten Wissenschaftler in einer Zusammenarbeit auszuzeichnen. 1944 beschloss das Nobelkomitee für Chemie, den Nobelpreis für Chemie für 1944 allein an Hahn zu empfeh- len [118] Die Empfehlung des Komitees wurde von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften abgelehnt, die beschloss, die Auszeichnung um ein Jahr zu verschieben. [117]

Der Krieg war vorbei, als die Akademie die Verleihung im September 1945 erneut überlegte. Das Nobelkomitee für Chemie war nun vorsichtiger geworden, da offensichtlich war, dass das Manhattan-Projekt in den Vereinigten Staaten viele Forschungen im Geheimen durchgeführt hatte, und es schlug vor, dies zu verschieben 1944 Nobelpreis für Chemie für ein weiteres Jahr. Die Akademie wurde von Göran Liljestrand beeinflusst, der argumentierte, dass es für die Akademie wichtig sei, ihre Unabhängigkeit von den Alliierten des Zweiten Weltkriegs zu behaupten und den Nobelpreis für Chemie an einen Deutschen zu vergeben, [119] wie nach dem Weltkrieg Ich, als es Fritz Haber verliehen hatte. Hahn wurde deshalb 1944 alleiniger Empfänger des Chemie-Nobelpreises „für seine Entdeckung der Spaltung schwerer Kerne“. [120]

Meitner schrieb am 20. November 1945 in einem Brief an ihre Freundin Birgit Broomé-Aminoff:

Hahn hat den Nobelpreis für Chemie sicherlich voll und ganz verdient. Daran besteht wirklich kein Zweifel. Aber ich glaube, dass Otto Robert Frisch und ich etwas nicht unwesentliches zur Klärung des Prozesses der Uranspaltung beigetragen haben – wie er entsteht und dass er so viel Energie produziert, und das war etwas ganz Fernes von Hahn. Aus diesem Grund fand ich es etwas ungerecht, dass ich in den Zeitungen als Mitarbeiterin [untergeordnet] Hahn in demselben Sinne wie Strassmann. [121]

1946 prüfte das Nobelkomitee für Physik Nominierungen für Meitner und Frisch von Max von Laue, Niels Bohr, Oskar Klein, Egil Hylleraas und James Franck. Erik Hulthén, der 1945 und 1946 den Lehrstuhl für Experimentalphysik an der Universität Stockholm innehatte, verfasste Berichte für das Komitee. Hulthén argumentierte, dass die theoretische Physik nur dann als preiswürdig angesehen werden sollte, wenn sie zu großen Experimenten anregte. Die Rolle von Meitner und Frisch als erste, die die Spaltung verstanden und erklärt haben, wurde nicht verstanden. Es mag auch persönliche Faktoren gegeben haben: Der Vorsitzende des Ausschusses, Manne Siegbahn, mochte Meitner nicht und hatte eine berufliche Rivalität mit Klein. [117] [122] Meitner und Frisch würden noch viele Jahre regelmäßig nominiert, aber nie mit einem Nobelpreis ausgezeichnet. [116] [117] [123]

Am Ende des Krieges in Europa wurde Hahn in Gewahrsam genommen und in Farm Hall mit neun anderen leitenden Wissenschaftlern inhaftiert, die alle außer Max von Laue am deutschen Atomwaffenprogramm beteiligt waren und alle außer Hahn und Paul Harteck waren Physiker. Hier hörten sie die Nachricht von den Atombombenabwürfen von Hiroshima und Nagasaki. Da sie nicht akzeptieren wollten, dass sie den Amerikanern um Jahre hinterherhinkten und nicht wussten, dass ihre Gespräche aufgezeichnet wurden, erfanden sie die Geschichte, dass sie aus moralischen Gründen nie gewollt hatten, dass ihr Atomwaffenprogramm erfolgreich war. Hahn war noch dabei, als im November 1945 sein Nobelpreis bekannt gegeben wurde. Die Farm Hall-Wissenschaftler würden den Rest ihres Lebens damit verbringen, das durch die Nazizeit angeschlagene Image der deutschen Wissenschaft zu rehabilitieren. [124] [125] Unbequeme Details wie die Tausenden von Zwangsarbeiterinnen aus dem KZ Sachsenhausen, die für ihre Experimente Uranerz abbauten, wurden unter den Teppich gekehrt. [126]

Für Hahn bedeutete dies zwangsläufig, seinen Anspruch auf Entdeckung der Spaltung für sich, für die Chemie und für Deutschland geltend zu machen. Er nutzte seine Dankesrede für den Nobelpreis, um diese Erzählung zu behaupten. [124] [125] Hahns Botschaft fand großen Anklang in Deutschland, wo er als der sprichwörtlich gute Deutsche verehrt wurde, ein anständiger Mann, der ein entschiedener Gegner des Nazi-Regimes gewesen war, aber in Deutschland geblieben war, wo er reine Wissenschaft betrieben hatte. Als Präsident der Max-Planck-Gesellschaft von 1946 bis 1960 projizierte er einem Publikum, das es glauben wollte, ein Bild der deutschen Wissenschaft in unverminderter Brillanz und unbefleckt vom Nationalsozialismus. [66]

Im Gegensatz dazu wurden Meitner und Frisch unmittelbar nach dem Krieg als Entdecker der Kernspaltung im englischsprachigen Raum gefeiert. Japan wurde als Marionettenstaat Deutschlands gesehen und die Zerstörung von Hiroshima und Nagasaki als poetische Gerechtigkeit für die Verfolgung des jüdischen Volkes. [127] [128] Im Januar 1946 reiste Meitner durch die Vereinigten Staaten, wo sie Vorträge hielt und Ehrendoktorwürde erhielt. Sie besuchte eine Cocktailparty für Generalleutnant Leslie Groves, den Direktor des Manhattan-Projekts (der ihr die Entdeckung der Kernspaltung in seinen Memoiren von 1962 zuschrieb) und wurde vom Women's National Press Club zur Frau des Jahres gekürt. Beim Empfang zu dieser Auszeichnung saß sie neben dem Präsidenten der Vereinigten Staaten, Harry S. Truman. Aber Meitner mochte es nicht, öffentlich zu sprechen, insbesondere auf Englisch, und sie mochte auch die Rolle einer Berühmtheit nicht, und sie lehnte das Angebot einer Gastprofessur am Wellesley College ab. [129] [130]

1966 verlieh die US-Atomenergiekommission Hahn, Strassmann und Meitner gemeinsam den Enrico-Fermi-Preis für ihre Entdeckung der Kernspaltung. Die Zeremonie fand in der Hofburg in Wien statt. [131] Es war das erste Mal, dass der Enrico-Fermi-Preis an Nicht-Amerikaner verliehen wurde, und zum ersten Mal wurde er einer Frau verliehen. [132] Meitners Diplom trug die Worte: "Für bahnbrechende Forschungen über die natürlich vorkommenden Radioaktivitäten und umfangreiche experimentelle Studien, die zur Entdeckung der Kernspaltung führten". [133] Hahns Diplom war etwas anders: "Für bahnbrechende Forschungen über die natürlich vorkommenden Radioaktivitäten und umfangreiche experimentelle Studien, die in der Entdeckung der Kernspaltung gipfelten." [134] Hahn und Strassmann waren anwesend, Meitner war jedoch zu krank, sodass Frisch den Preis für sie entgegennahm. [135]

Während der gemeinsamen Feierlichkeiten in Deutschland zum 100. Geburtstag von Einstein, Hahn, Meitner und von Laue im Jahr 1978 begann Hahns Erzählung von der Entdeckung der Kernspaltung zu bröckeln.Hahn und Meitner waren 1968 gestorben, aber Strassmann lebte noch, und er betonte die Bedeutung seiner analytischen Chemie und Meitners Physik für die Entdeckung und ihre Rolle als mehr als nur Assistenten. 1981, ein Jahr nach seinem Tod, erschien eine ausführliche Biografie über Strassmann, 1986 eine preisgekrönte über Meitner für junge Erwachsene. Wissenschaftler stellten den Fokus auf Chemie in Frage, Historiker stellten das akzeptierte Narrativ der NS-Zeit in Frage und Feministinnen sahen Meitner als ein weiteres Beispiel für den Matilda-Effekt, bei dem eine Frau aus den Seiten der Geschichte mit Airbrush entfernt wurde. Bis 1990 war Meitner wieder in die Erzählung aufgenommen worden, obwohl ihre Rolle umstritten blieb. [66]


Uran in der Zukunft

Uran scheint aufgrund seiner Bedeutung in Kernreaktoren auf der ganzen Welt für die nahe Zukunft stabil zu sein. Während seine Verwendung in Atomwaffen aufgrund von Abrüstungsverträgen zwischen Ländern minimiert wurde, wird Uran auch in Zukunft verwendet werden. Die Langlebigkeit und anhaltende Bedeutung von Uran korreliert stark mit der Zukunft von Kernreaktoren. Wenn Kernreaktoren eine langfristige Energiequelle bleiben können, dann ist Uran hier, um zu bleiben. [3]

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Wissenschaftler ähnlich oder ähnlich wie Fritz Strassmann

Entdeckt im Dezember 1938 von den Physikern Lise Meitner und Otto Robert Frisch sowie den Chemikern Otto Hahn und Fritz Strassmann. Kernreaktion oder radioaktiver Zerfallsprozess, bei dem sich der Kern eines Atoms in zwei oder mehr kleinere, leichtere Kerne aufspaltet. Wikipedia

Deutscher Physikochemiker aus Breslau (Wrocław), Schlesien. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete er am deutschen Kernenergieprojekt, auch bekannt als Uranium Club, an Isotopentrenntechniken und Schwerwasserproduktion. Wikipedia

deutscher Experimentalphysiker. Bekannt für den Hanle-Effekt. Wikipedia

deutscher Chemiker und Physiker. Der erste, der die Idee erwähnte, wurde später Kernspaltung genannt. Wikipedia

Deutscher theoretischer Physiker und einer der wichtigsten Pioniere der Quantenmechanik. Er veröffentlichte seine Arbeit 1925 in einer bahnbrechenden Arbeit. Wikipedia

US-amerikanischer Kernphysiker, Professor für Physik an der University of Chicago. Er trug zum Manhattan-Projekt bei. Wikipedia

Erfolglose wissenschaftliche Bemühungen Deutschlands zur Erforschung und Entwicklung von Atomwaffen während des Zweiten Weltkriegs. Letztendlich "auf Laborebene eingefroren" mit dem "bescheidenen Ziel", "einen Kernreaktor zu bauen, der eine Kernspaltungskettenreaktion für eine beträchtliche Zeit aufrechterhalten und die vollständige Trennung zumindest einer winzigen Menge der Uranisotope erreichen kann." Wikipedia

deutscher Experimentalphysiker. Er schrieb das 1932 erstmals erschienene Lehrbuch der theoretischen Physik, eines der einflussreichsten Lehrbücher der theoretischen Physik des 20. Jahrhunderts. Wikipedia

Deutscher theoretischer Physiker, der Beiträge zur Kernphysik und den theoretischen Grundlagen für Kernwaffen geleistet hat. Er arbeitete am deutschen Kernenergieprojekt. Wikipedia

Amerikanische Chemikerin, bekannt für ihre Arbeit mit Otto Hahn über die Entdeckung der Spaltung und ihre Entdeckung mehrerer Isotope von Strontium und Barium. Sie wurde in Indianapolis, Indiana, als Tochter von Clara und Robert Lieber geboren und besuchte in ihrem frühen Leben lokale Schulen, darunter die Shortridge High School. Wikipedia

deutscher Kernphysiker. Während des Zweiten Weltkriegs beteiligte er sich am deutschen Kernenergieprojekt, auch bekannt als Uranium Club. Wikipedia


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