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2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

2. Die Anfänge der Kernspaltung

verfasst von : Paul Laufs, Paul Laufs

Erschienen in: Reaktorsicherheit für Leistungskernkraftwerke 1

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Kap. 2 beschreibt die Entdeckung der Kernspaltung im Jahr 1938 und deren physikalische Deutung sowie die sich mit der Zeit herausbildende Erkenntnis von der Gefährlichkeit der entstehenden radioaktiven Spaltprodukte. In Deutschland wurden erste Überlegungen zur Nutzung der Kernenergie angestellt; die Forschungen dazu waren bis zum Kriegsende jedoch nicht weit genug fortgeschritten. Im Einzelnen werden die Forschungen in den USA insbesondere im Zusammenhang mit dem amerikanischen Atombombenprojekt dargestellt, in deren Folge nahezu alle Spaltprodukte mit ihrer Spaltausbeute sowie das Element mit der Ordnungszahl 94 (Plutonium) nachgewiesen und analysiert wurden. Die ersten Kernreaktoren der Welt und die ersten Plutoniumfabriken mit ihrer Strahlenschutzproblematik werden beschrieben.

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Fußnoten
1
Hahn, Otto und Strassmann, Fritz: Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle, Die Naturwissenschaften, 27, 1939, S. 14.
 
2
Hahn, Otto: Erlebnisse und Erkenntnisse, Econ Verlag Düsseldorf-Wien, 1975, S. 78.
 
3
Ebenda S. 79.
 
4
Sime, Ruth Lewin: Lise Meitner, Insel Verlag, Frankfurt/M und Leipzig, 2001, S. 300–303.
 
5
Frisch, Otto R.: Woran ich mich erinnere, Wiss. Verlagsgesellsch. Stuttgart, 1981, S. 148 ff.
 
6
Vgl. auch: Herneck, Friedrich: Bahnbrecher des Atomzeitalters, Berlin, 1965, S. 456 f.
 
7
1 MeV entspricht \(1{,}6\cdot 10^{-13}\) J. Die Zeitung „The New York Times“ machte am 28.01.1939 mit der Schlagzeile „Atom Explosion Frees 200.000.000 Volts“ auf. Siehe: Gerlach, Walter und Hahn, Dietrich: Otto Hahn. In: Große Naturforscher, Bd. 45, Wiss. Verlagsgesell., Stuttgart, 1984, S. 93.
 
8
Meitner, Lise und Frisch, Otto R.: Disintegration of Uranium by Neutrons: A New Type of Nuclear Reaction, NATURE, Vol. 143, 1939, S. 239.
 
9
Hahn, Otto und Strassmann, Fritz: Nachweis der Entstehung aktiver Bariumisotope aus Uran und Thorium, Die Naturwissenschaften, 27, 10.02.1939, S. 94.
 
10
Hahn, Otto und Strassmann, Fritz: Über das Zerplatzen des Urankerns durch langsame Neutronen, Abhandlungen der Preußischen Akademie der Wissenschaften Jg. 1939, Math.-naturwiss. Klasse Nr. 12, Vortrag vom 25.05.1939.
 
11
Seelmann-Eggebert, Walter und Götte, Hans: Chemische Untersuchung der Spaltprodukte, in: Naturforschung und Medizin in Deutschland (1939–1946). (Fiat Review of German Science), Bd. 13, Bothe, Walther und Flügge, Siegfried (Hg.): Kernphysik und Kosmische Strahlen, Teil I, Verlag Chemie GmbH Weinheim/Bergstr., 1953, S. 178–193.
 
12
Frisch, Otto R.: Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment, NATURE, Vol. 143, 18.02.1939, S. 276.
 
13
Henderson, Malcolm C.: The Heat of Fission of Uranium, The Physical Review, Vol. 58, November 1940, S. 774–780.
 
14
Droste, G. von: Über die Energieverteilung der bei der Bestrahlung von Uran mit Neutronen entstehenden Bruchstücke, Die Naturwissenschaften, 27, 1939, S. 198.
 
15
Joliot, Frédéric, 30.01.1939: Preuve expérimentelle de la rupture explosive des noyaux d’ uranium …, Comptes Rendus Tome 208, 1939, S. 342.
 
16
Fowler, R. D. und Dodson, R. W., 03.02.1939: A New Type of Nuclear Reaction, NATURE, Vol. 143, 11.02.1939, S. 233.
 
17
Jentschke, Willibald und Prankl, Friedrich: Untersuchung der schweren Kernbruchstücke beim Zerfall von neutronenbestrahltem Uran und Thorium, 14.02.1939, Die Naturwissenschaften, 27, 24.02.1939, S. 134–135.
 
18
Abelson, Philip: An Investigation of the Products of the Disintegration of Uranium by Neutrons, The Physical Review, Vol. 56, No. 1, 1939, S. 1–9.
 
19
Anderson, H. L., Booth, E. T., Dunning, J. R., Fermi, E., Glasoe, G. N. und Slack, F. G.: The Fission of Uranium, 16.02.1939, The Physical Review, Vol. 55, 1939, S. 511–512.
 
20
Booth, E. T., Dunning, J. R. und Slack, F. G.: Energy Distribution of Uranium Fission Fragments, 01.05.1939, The Physical Review, Vol. 55, 1939, S. 981.
 
21
Turner, Louis A.: Nuclear Fission, Reviews of Modern Physics, Vol. 12, No. 1, Januar 1940, S. 1–29.
 
22
Frisch, Otto R.: Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardement, NATURE, 143, 18.02.1939, S. 276.
 
23
Meitner, Lise und Frisch, Otto R.: Products of the Fission of the Uranium Nucleus, NATURE, Vol. 143, 18.03.1939, S. 471.
 
24
Ebenda.
 
25
Meitner, L., Hahn, O. und Strassmann, F.: Über die Umwandlungsreihen des Urans, die durch Neutronenbestrahlung erzeugt werden, Zeitschrift für Physik, 106, 1937, S. 249–270.
 
26
Bohr, Niels: Resonance in Uranium and Thorium Disintegrations and the Phenomenon of Nuclear Fission, The Physical Review, Vol. 55, 07.02.1939, S. 418–419.
 
27
Bohr, Niels und Wheeler, John Archibald: The Mechanism of Nuclear Fission, The Physical Review, Vol. 56, 28.06.1939, S. 426–450.
 
28
Halban, H. von, Joliot, F. und Kowarski, L.: Liberation of Neutrons in the Nuclear Explosion of Uranium, NATURE, Vol. 143, 18.03.1939, S. 471.
 
29
Hahn, O. und Strassmann, F.: Nachweis der Entstehung aktiver Bariumisotope aus Uran und Thorium, Die Naturwissenschaften, 27, 10.02.1939, S. 94.
 
30
Anderson, H. L., Fermi, E. und Hanstein, H. B.: Production of Neutrons in Uranium Bombarded by Neutrons, The Physical Review, Vol. 55, 1939, S. 797–798.
 
31
Halban, H. von, Joliot, F. und, Kowarski, L.: Number of Neutrons Liberated in the Nuclear Fission of Uranium, NATURE, Vol. 143, 22.04.1939, S. 680.
 
32
Adler, F. und von Halban, H.: Control of the Chain Reaction involved in Fission of the Uranium Nucleus, NATURE, Vol. 143, 13.05.1939, S. 793.
 
33
Zinn, W. H. und Szilard, L.: Emission of Neutrons by Uranium, The Physical Review, Vol. 57, 1939, S. 619–624.
 
34
Droste, G. von und Reddemann, H.: Über die beim Zerspalten des Urankerns auftretenden Neutronen, Die Naturwissenschaften, 27, 1939, S. 372.
 
35
Abelson, Philip: Cleavage of the Uranium Nucleus, The Physical Review, Vol. 55, 1939, S. 418.
 
36
Roberts, R. B., Meyer, R. C. und Wang, P.: Further Observations on the Splitting of Uranium and Thorium: The Physical Review, Vol. 55, 1939, S. 510–511.
 
37
Mouzon, J. C., Park, R. D. und Richards, J. A.: Gamma-Rays from Uranium Activated by Neutrons, The Physical Review, Vol. 55, 1939, S. 668.
 
38
Meitner, Lise: Der Zusammenhang zwischen \({\upbeta}\)- und \({\upgamma}\)-Strahlen, In: Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, III. Bd., Verlag von Julius Springer, Berlin, 1924, S. 160–181.
 
39
Meitner, Lise: Über die \({\upbeta}\)- und \({\upgamma}\)-Strahlen der Transurane, Annalen der Physik, Bd. 29, 1937, S. 246–250.
 
40
Flügge, S.: Kann der Energieinhalt der Atomkerne technisch nutzbar gemacht werden? Die Naturwissenschaften, 23/24, 09.06.1939, S. 402–410.
 
41
Adler, F. und von Halban, H., a. a. O., S. 793.
 
42
Flügge, S.: Die Ausnutzung der Atomenergie, in: Deutsche Allgemeine Zeitung Nr. 387, 15.08.1939, Beiblatt; Faksimile in: ATOM, Stadtverwaltung Haigerloch, Druckerei Elser Haigerloch, 1982, S. 23–24.
 
43
Heisenberg, W., Typoskript, 06.12.39, Deutsches-Museum, Archiv, Atomdokumente, G 039.
 
44
Ebenda, S. 24.
 
45
Ebenda, S. 23.
 
46
Heisenberg, W. und Wirtz, K.: Großversuche zur Vorbereitung der Konstruktion eines Uranbrenners, in: Naturforschung und Medizin in Deutschland 1939–1946 (Fiat Review of German Science) Bd. 14, Bothe, W. und Flügge, S. (Hg.) Kernphysik und Kosmische Strahlung, Teil II, Verlag Chemie GmbH Weinheim/Bergstr., 1953, S. 143–165.
 
47
Keßler, G. und Wirtz, K.: Von der Entdeckung der Kernspaltung zur heutigen Reaktortechnik, KfK-Nachrichten, Jg. 20, 4/88, S. 200–210.
 
48
Harteck, Paul, o. Prof. und Dir. Inst. für Physikalische Chemie, Univ. Hamburg; Groth, Wilhelm, Assistent von Harteck, später apl. und ao. Prof., Univ. Hamburg.
 
49
Walker, Mark: Die Uranmaschine, Siedler Verlag, Berlin, 1990, S. 30.
 
50
Ebenda, S. 46 f und S. 178 ff.
 
51
McMillan, Edwin und Abelson, Philip H.: Radioactive Element 93, The Physical Review, Vol. 57, 1940, S. 1185–1186, Mitteilung vom 27. Mai 1940.
 
52
Turner, Louis A.: The Nonexistence of Transuranic Elements, The Physical Review, Vol. 57, 1940, S. 157, Mitteilung vom 31.12.1939.
 
53
Walker, Mark: Eine Waffenschmiede?, in: Maier, H. (Hg.): Gemeinschaftsforschung, Bevollmächtigte und Wissenstransfer, Wallstein-Verlag, Göttingen, 2007, S. 358 f.
 
54
Walker, Mark: Die Uranmaschine, Siedler Verlag, Berlin, 1990, S. 203.
 
55
Hahn, Otto: Die Auffindung der Uranspaltung, in: Bothe, Walther und Flügge, Siegfried (Hg.): Naturforschung und Medizin in Deutschland 1939–1946, Bd. 13: Kernphysik und kosmische Strahlung, Teil I, Wiesbaden 1953, S. 178. Vgl. Starke, Kurt: Abtrennung des Elements 93, Die Naturwissenschaften, 30, 19.01.1942, S. 107 f sowie ebenda Starke, Kurt: Anreicherung des künstlich radioaktiven Uran-Isotops 23992U und eines Folgeprodukts 23993 (Element 93), 18.09.1942, S. 577–582.
 
56
Irving, David: The Virus House, William Kimber, London, 1967, S. 268.
 
57
Hacker, Barton C.: The Dragon’s Tail, Radiation Safety in the Manhattan Project, 1942–1946. Univ. of California Press, Berkeley, 1987, S. 47 f.
 
58
K Gesetz Nr. 25, Verzeichnis A, im englischen Original: Schedule A: Prohibited Applied Scientific Research (i) Applied nuclear physics ….
 
59
Gesetz Nr. 22, Artikel 1, Par. 1b.
 
60
Lehrbach, Dirk: Wiederaufbau und Kernenergie, Diss. Stuttgart, 1996, S. 173 ff.
 
61
The Frisch-Peierls-Memorandum im Wortlaut in: Williams, Robert C. und Cantelon, Philip L. (Hg.): The American Atom, University of Pennsylvania Press, Philadelphia, 1984, S. 14–18.
 
62
1920/1921 Studium TH/Univ. Berlin, 1922 Promotion bei Max von Laue, 1923 Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie Berlin-Dahlem, 1924–1927 Assistent bei von Laue, 1925 Habilitation, gemeinsame Patente mit Albert Einstein, bis 1933 Zusammenarbeit mit John von Neumann, Erwin Schrödinger und Lise Meitner.
 
63
1921/1924 Studium Chemie-Ingenieurwesen TH Berlin, 1925 Promotion, 1926–1927 Assistent von Richard Becker, Theoret. Physik, TH Berlin, 1927–1928 Assistent von David Hilbert, Göttingen, 1928 Priv.Doz. und 1930 ao. Prof. TH Berlin, seit 1930 Professur auch an der Princeton University, N .J., 1963 Nobelpreis für Physik.
 
64
1926/1928 Studium TH Karlsruhe und Univ. München, 1930 Promotion bei Heisenberg in Leipzig, 1931–1933 Göttingen.
 
65
1928–1932 Göttingen, Leipzig, Berlin.
 
66
1923 Göttingen.
 
67
Gaus, Günther: Zur Person, Porträts in Frage und Antwort, Deutscher Taschenbuch Verlag, München, 1965, S. 143.
 
68
Rhodes, Richard: Die Atombombe, Greno, Nördlingen, 1986, S. 300–312.
 
69
Smyth, H. D.: Atomic Energy for Military Purposes, Princeton Univ. Press, Princeton, N. J., 1945. Deutsche Übersetzung: Atomenergie und ihre Verwertung im Kriege, Ernst Reinhardt Verlag AG., Basel, 1947. Die folgenden Zitate sind der deutschen Übersetzung entnommen.
 
70
Dessauer, Friedrich: Vorwort zur deutschen Ausgabe In: Smyth, H. D., a. a. O.
 
71
Libby, Leona Marshall: The Uranium People, Crane Russak, Charles Scribner’s Sons, New York, 1979, S. 77.
 
72
Segrè, Emilio: An unsuccessful Search for Transuranic Elements, The Physical Review, Vol. 55, 1939, S. 1104–1105.
 
73
In Deutschland war die Verwendung von Graphit als Moderator nicht weiter verfolgt worden, nachdem Walther Bothe in Heidelberg im Januar 1941 mit Siemens-Elektrographit der angeblich höchsten Reinheit schlechte Messergebnisse erhalten hatte. Tatsächlich enthielt der benutzte Graphit Verunreinigungen mit Bor. Vgl. Irving, David: The Virus House, William Kimber, London, 1967, S. 77 f.
 
74
Smyth, H. D., a. a. O., S. 88.
 
75
Ebenda, S. 90.
 
76
Smyth, H. D. a. a. O., S. 104, 113.
 
77
Ebenda, S. 107–108.
 
78
Ebenda, S 109, 112.
 
79
Groves, Leslie R.: Now It Can Be Told, The Story of the Manhattan Project, Harper, New York, 1962, Reprint: A Da Capo paperback, New York, 1983, S. 44 ff.
 
80
Libby, Leona Marshall, a. a. O., S. 93–97.
 
81
Groves, Leslie R., a. a. O., S. 46–57.
 
82
Ebenda, S. 57.
 
83
Serber, Robert: The Los Alamos Primer, The First Lectures on How To Build An Atomic Bomb, University of California Press, Berkeley, 1992.
 
84
Serber, Robert, a. a. O., S. 34.
 
85
Smyth, H. D., a. a. O., S. 115.
 
86
Compton, Arthur H.: Die Atombombe und ich, Nest Verlag, Frankfurt a. M., 1958, S. 243 f.
 
87
Ebenda, S. 245.
 
88
Hacker, Barton C.: The Dragon’s Tail, Radiation Safety in the Manhattan Project, 1942–1946, Univ. of California Press, Berkeley, 1987, S. 50 f.
 
89
mR, heute Coulomb je kg, 1 R = 258 \({\upmu}\)C/kg.
 
90
Caufield, Catherine: Das strahlende Zeitalter, Beck, München, 1994, S. 69 f.
 
91
Hacker, Barton C.: a. a. O., S. 55.
 
92
Heute Sievert, 1 rem = 0,01 Sv.
 
93
Hacker, Barton C.: a. a. O., S. 39–42.
 
94
Libby, Leona Marshall, a. a. O., S. 118 ff.
 
95
Rahn, F. J., Adamantiades, A. G., Kenton, J. E. und Braun, C.:A Guide to Nuclear Power Technology, John Wiley & Sons, New York, 1984, S. 7.
 
96
„Nuclear Reactors“, in: Chemical Engineering, Jan. 1951, S. 113.
 
97
Smyth, H. D., a. a. O., S. 133 und S. 287.
 
98
Chemical and Engineering News, American Chemical Society, Vol. 28, Part II, No. 49, 1950, S. 4252.
 
99
„Nuclear Reactors“, in: Chemical Engineering, Jan. 1951, S. 114.
 
100
Wigner, E. P.: Symmetries and Reflections, The M.I.T. Press, Cambridge, Mass. and London, England, 1970, S. 118.
 
101
Chemical and Engineering News, a. a. O., S. 4257.
 
102
Hewlett, R. G. und Anderson, O. E.: The New World, 1939/1946, A History of the United States Atomic Energy Commission, The Pennsylvania State University Press, Vol. I, 1962, S. 207.
 
103
Ebenda, S. 199.
 
104
Smyth, H. D., a. a. O., S. 154.
 
105
Coryell, C. D. und Sugarman, N. (Hg.): Radiochemical Studies: The Fission Products, Book 1, 2 und 3, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1951.
 
106
Smyth, H. D., a. a. O., S. 126.
 
107
Coryell, C. D. und Sugarman, N. (Hg.), a. a. O., Book 1, S. XIV.
 
108
Smyth, H. D., a. a. O., S. 174.
 
109
Snell, Arthur H. und Weinberg, Alvin M.: Oak Ridge Graphite Reactor, Physics Today, August 1964, S. 32–38.
 
110
NUCLEONICS, Vol. 8, 1963, S. 390.
 
111
Hewlett, R. G. und Anderson, O. E., a. a. O., S. 211.
 
112
Way, K. und Wigner, E. P.: Radiation from Fission Products, The Physical Review, Vol. 70, 1946, S. 115.
 
113
Coryell, C. D. und Sugarman, N. (Hg.), a. a. O., Book 1, S. 436.
 
114
Wigner, E. P. und Way, K.: Radiation from Fission Products, Manhattan District Declassification Code (MDDC) 48 vom 6. Mai 1946, NUCLEONICS, Vol. 1, No. 1, Sept. 1947, S. 73.
 
115
DeCew, Walter M.: Parallels between German Science before 1932 and Nucleonics in the United States Today, NUCLEONICS, Vol. 2, No. 2, Februar 1948, S. 1–3.
 
116
Hutchinson, W. S.: The Manhattan Project Declassification Program, Bulletin of the Atomic Scientists, Vol. 2, Nos. 9 and 10, November 1946, S. 14 f.
 
117
The Atomic Energy Commission Reports to the Congress, Bulletin of the Atomic Scientists, Vol. 4, No. 3, März 1948, S. 93.
 
118
Neutrinos treten nicht in Wechselwirkung mit anderer Materie, sind also im Weiteren nicht zu berücksichtigen.
 
119
Way, K. und Wigner, E. P.: The Rate of Decay of Fission Products, The Physical Review, Vol. 73, 1948, S. 1318–1330.
 
120
Hunter, H. F. und Ballou, N. E.: Fission-Product Decay Rates, NUCLEONICS, Vol. 9, No. 5, November 1951, S. C-2 bis C-7.
 
121
Siegel, J. M., Coryell, C. D. u. a. (Plutoniumprojekt): Nuclei Formed in Fission: Decay Characteristics, Fission Yields, and Chain Relationships, The Journal of the American Chemical Society, Vol. 68, 1946, S. 2411–2442.
 
122
Groves, Leslie R., a. a. O., S. 70–75.
 
123
Smyth, H. D., a. a. O., S. 141 ff.
 
124
Ebenda, S. 178.
 
125
Hewlett, R. G. und Anderson, O. E., a. a. O., S. 222 ff.
 
126
Libby, Leona Marshall, a. a. O., S. 176.
 
127
Hewlett, Richard G. und Anderson, O. E., a. a. O., S. 304 f.
 
128
Smyth, H. D., a. a. O., S. 149.
 
129
Libby, Leona Marshall, a. a. O., S. 174.
 
130
Parker, H. M.: Radiation Exposure from Environmental Hazards, Proceedings of the International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, United Nations, New York, 1956, Vol. 13, P/279, USA, S. 305–310.
 
131
Smyth, H. D., a. a. O., S. 166 f.
 
Metadaten
Titel
Die Anfänge der Kernspaltung
verfasst von
Paul Laufs
Paul Laufs
Copyright-Jahr
2018
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-53453-3_2