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Beginn des Atomzeitalters

Vor 70 Jahren gelang an der Universität Chicago die erste kontrollierte nukleare Kettenreaktion

Von Anke Wilde

Eine Fotografie des US-Militärs zeigt den Abwurf der Atombombe auf Hiroshima am 6. August 1945.
Eine Fotografie des US-Militärs zeigt den Abwurf der Atombombe auf Hiroshima am 6. August 1945. (picture alliance / dpa / EPA)

Nach Entdeckung der Kernspaltung war eine zentrale Frage, ob sie auch als Kettenreaktion möglich sei. In Chicago hatte der Physiker Enrico Fermi mit seiner Arbeitsgruppe einen Kernreaktor gebaut. Am 2. Dezember 1942 fand hier die erste kontrollierte nukleare Kettenreaktion statt - Voraussetzung für den Bau der Atombombe.

Selten war ein physikalischer Fortschritt so extrem mit der Weltpolitik verquickt wie die Entdeckung der Kernspaltung Ende 1938. Völlig unverhofft hatten die deutschen Chemiker Otto Hahn und Fritz Straßmann entdeckt, dass Uranatomkerne zerplatzen und in andere chemische Elemente zerfallen, wenn man sie mit Neutronen beschießt. Weltweit stürzten sich die Physiker auf das neue Phänomen. Eine der großen Fragen war, ob eine Kernspaltung auch als Kettenreaktion möglich sei. Horst Kant ist Physikhistoriker am Berliner Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte:

"Also ich schieße ein Neutron auf einen Kern, und wenn es in der richtigen Geschwindigkeit diesen Urankern trifft, dann wird dieser Urankern gespalten, und es entstehen dadurch zwei bis drei neue Neutronen. Diese neuen Neutronen können wieder auf Urankerne treffen und können die wieder spalten. Das ist dann Kettenreaktion."

Dabei wird sehr viel Energie freigesetzt. Wer die Kettenreaktion technisch beherrschte, konnte dies auch für einen mächtigen neuen Bombentyp nutzen – die Atombombe. Angesichts des aufziehenden Weltkriegs äußerten sich viele namhafte Physiker besorgt. Unter ihnen Albert Einstein und Leo Szilard, ein ungarisch-stämmiger Physiker, der schon vor der Entdeckung der Kernspaltung Mutmaßungen über nukleare Kettenreaktionen angestellt hatte. In allen Kriegsmächten liefen die Forschungen zur Kettenreaktion auf Hochtouren.

Horst Kant: "Außerhalb Deutschlands war der Antrieb für die meisten Wissenschaftler die Angst, die Deutschen könnten eine solche Bombe entwickeln und einsetzen und da müssen wir ihnen zuvorkommen, das war das eine. Zum anderen stecken da hochinteressante physikalisch-technische Probleme dahinter."

Als einer der führenden Köpfe auf diesem Gebiet beteiligte sich auch Enrico Fermi an den Forschungen. Der Physiker hatte ein Verfahren entwickelt, wie man mit Neutronen Urankerne beschießen und künstlich Radioaktivität erzeugen konnte. 1938 hatte er dafür den Nobelpreis erhalten und diese Gelegenheit genutzt, um mit seiner Familie aus dem faschistischen Italien in die Vereinigten Staaten auszuwandern.

Horst Kant: "Der beschäftigte sich also jetzt damit, so einen Reaktor zu bauen und damit nachzuweisen, dass eine Kettenreaktion tatsächlich möglich ist. Das war nicht ganz einfach für Fermi. Nachdem der Krieg angefangen hatte, war er feindlicher Ausländer. Da haben sie dann eine ganze Reihe von Tricks auch gemacht, die Wissenschaftler, damit sie ihn mit einbeziehen konnten."

1942 wurden alle US-amerikanischen Forschungsanstrengungen zur Atombombe im sogenannten Manhattan-Projekt zusammengefasst. Zeitgleich bauten die Wissenschaftler in Chicago in einer Squashhalle unter der Tribüne eines Sportstadions den Reaktor, in dem die erste kontrollierte nukleare Kettenreaktion vonstattengehen sollte.

Das Experiment planten vor allem Enrico Fermi und Leo Szilard. Tonnenweise wurden reiner Graphit und Uran übereinander geschichtet. Der Graphit sollte die Neutronen auf die richtige Geschwindigkeit bremsen. Stäbe aus Kadmium verhinderten, dass Neutronen die Urankerne attackierten, denn das Schwermetall Kadmium nimmt die Neutronen selbst auf.

Horst Kant: "Über Sicherheitsvorkehrungen, wie man sie heute mit einem Reaktor trifft, da ist noch nicht viel dran gedacht worden. Da saßen also zwei Wissenschaftler oben auf dem ganzen Reaktor mit ein paar Eimern Kadmiumlösung, um die im Notfall rüberkippen zu können über den Reaktor."

Am Morgen des 2. Dezembers 1942 begann das Experiment. Schrittchenweise wurden die Kadmiumstäbe aus dem Reaktor gezogen. Zur Mittagszeit befahl der Gewohnheitsmensch Fermi eine Pause, dann ging es weiter. Später erinnerte sich Fermi:

"Dem Experiment, bei dem zum ersten Mal eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion erzeugt wurde, waren eine große Zahl anderer Versuche und Berechnungen vorausgegangen, die im Grunde genommen die Gewissheit brachten, dass, wenn erst einmal die sogenannte kritische Masse erreicht wird, die Kettenreaktion auch tatsächlich eintreten würde."

Das Experiment glückte. Um 15.20 Uhr begann die Kettenreaktion, die Neutronen spalteten also die Urankerne und setzten dabei neue Neutronen frei, die den Spaltprozess fortsetzten. Die technische Machbarkeit der Kettenreaktion war bewiesen.

Fermi, Szilard und ihre Kollegen wirkten weiter im Manhattan-Projekt mit. Sehr unterschiedlich bewerteten sie jedoch die Frage, ob die Atombombe tatsächlich zum Einsatz kommen sollte. Während Szilard sich dagegen aussprach, wollte Fermi den Abwurf.

Horst Kant: "Fermi hat zum Beispiel geäußert noch nach dem Kriege auch, es ist doch aber so eine schöne Physik."



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Kettenreaktion

 

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