Zum 100. Geburtstag von Otto Hahn)

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  • This article was downloaded by: [Carnegie Mellon University]On: 09 November 2014, At: 02:22Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: MortimerHouse, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

    Isotopenpraxis Isotopes in Environmental and HealthStudiesPublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/gieh19

    Zum 100. Geburtstag von Otto Hahn)H. Kocha Zentralinstitut fr Isotopen- und Strahlenforschung der AdW der DDR , LeipzigPublished online: 26 Aug 2008.

    To cite this article: H. Koch (1979) Zum 100. Geburtstag von Otto Hahn), Isotopenpraxis Isotopes in Environmental andHealth Studies, 15:7, 193-197, DOI: 10.1080/10256017908544322

    To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/10256017908544322

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  • 40 Jalirc Kcrnspaltung

    Zum 100. Ccburtstag von Otto Hahn*)

    // . Koch

    (Zentralinstitut fiir Isotopen- und Strnhlciiforschiing der Ad\V der DDR, Leipzig)1)

    Anlafilich des 100. Geburtslages des Entdeckers der Kernspaitiuiy, Olio Hahn, und des JOjdhriyen Jubildums dieser bedeutmmcnwissenschajtliclien Enldeehung wird die historische Entwickluny, die zur Kernspalluny fiihrte, dargeslelll. Es icerden Aspekle desdamaligen u-issenschajtlichen Lebens in Berlin und in der ganzen Welt betrachlel und Wechselbeziehungen der Wissenschajtlerunlereinander durch Zilate beleuchtet. In diesem Zvsammenhang wird besonders auf das Leben und Wirken von Otto Hahn alsJlensch und Wissenschajtler eingeyangen, und es icerden seine herausrayenden icissenschajtlichen Leistungen gewurdigt.

    (FC1) IMS HESCHIPTOKS

    nuclear physics; reviews; thermal fission; thermal neutrons

    Am 0. 1. 1039 crschicn in den ,,X'aturwissenschaften" die vonO. Hahn und E. Strassmunn am 22. 12. 38 cingcrcichtc Arbeit,,t)bcr den Xachweis und das Verhalten der bei der Bcstrahlungdes Urans mittels Xeutronen entstehenden Erdalkalimetalle",in der erstmalig vora Zerplatzcn des Urans bei Bestrahlung mitXeutronen gesprochen wird.

    Das Einreichdatum dieser Arbeit wird allgemcin als Zeitpunktder Entdeckung der Kcrnspaltung bezeichnet.

    Die Geschichte der Entdeckung der Kernspaltung gehort zuden erregendsten Kapiteln in der Geschichte der Xatunvissen-schaftcn. Sie ist voller Wendungen, Irrungen und Riicksehlage.Sie zeigt aber auch, wio hinderlieh gelegentlich gut bogrftndctcAnschauungsweisen und Thcorien der Erweiterung der Erkennt-nisso also dem Fortschritt sein konnen.

    Die Geschichte beginnt wohl bei Enrico Fermi 1934 [1] in Horn.Er hatte als crster Uran gesjialten, es nur falseh gedeutet.

    Wenn wir uns in die damaligo Zcit zuriickversetzen, so hattedie experimentelle Kernphysik einen groBen Auftrieb erfahrcn.Allein 1932 entdeckte Chadwick das Xeutron "Be(a, nJ'JC;Anderson fand das Positron (P+-Teilchen); Cockcroft und Waltongelang die erste Kernumwandlung mit kiinstlich beschleunigtenTeilchcn; Ileisenberg, Iuanenko und Tamm begrundeten dieTheorie des Atomkerns; / . Curie und F. Joliot-Curie gelang 1934die kiinstliche Herstellung radioaktiver Isotope:

    Man fand, daB a-Teilchen wegen der Coulombschen Kriifte bzw.der Uberwindung des Potentialwalls nur mit Ieichten Kernenreagieren. Fermi erkannte als erster die Bedeutung der Xeu-tronen zur Herstellung von kiinstlichen Radioisotopen. Er ver-fiigte fiber 1 g Radium, von dem er das radioaktive gasformigeFolgeprodukt Radon extrahierte und dieses zur Erzeugung vonXeutronen mit Beryllium in Kontakt brachte (9Be(a, n)12C).Auf diese Weise wurden systematisch alle verfiigbaren Elemente,von Wasserstoff beginnend bis hin zum Uran, bestrahlt und da-bei etwa 100 radioaktive Isotope der Ausgangselcinentc oderbenachbarter Elemente gefunden. Fermi fand, daB bei IeichtenKernen besonders (n, a)- und (n, p)-Reaktioncn, bei schwereren

    ) Gulialtcn als KolloquimiHvortras am Zentialiiistitut fiir I.-otopen-und Strahleiiforselning Leipzig im Januar 1979 anlSBIieh lies 10. Jnhix-s-tages der Eiitdcckiin? der Kurnspaltmig

    *) 70o Leipzig, PermoserstraBe 15

    Keinen (n, 2n)- und (n, y)-Ri-'aktioncii cintreten. Dieser Sach-verhalt wurde mit dem gleichen Effckt wie beim Einfang durchden Potentiahvall erkliirt.

    Da der Xeutronencinfang eines Kerns meist zu eincm Xeu-tronenuberschuB im Kern fiihrt, erfolgt vorwiegend p-Zerfall-Umwandlung eines Xeutrons in ein Proton, wobei ein Elementmit hoherer Ordnungszahl entsteht:

    AVird Uran (das bis dahin schwerste der bekannten Elemente)mit Xeutronen bestrahlt, dann miissen Transuranc wie Element93 usw. entstehen.

    Fermi fand bei der Bestrahlung von Uran mit Xeutronenmehrere p-Aktivitaten, von denen 2 dem ehemischen A'crlialtennach Transurane sein konnten. Man ging davon aus, daB sichdie Elemente einer Periodcngruppe ahnlich ihren Homologenverhalten.

    So sind (Abb. 1) Th, Pa und U chemisch iliren Homologen Hf,Ta und \V ahnlich. Es war zu erwarten, daB sich demnach dieElemente 93 wie Re, 94 wie Os und 95 wie Ir verhalten wiirden.Das Element 93, nach dem Fermi suchte, sollte sich wie Re bzw.wie die anderen Elemente der 7a-Gruppo Masurium (Tc) und Mn.verhalten. Die 13-min-und 90-min-Isotope konnten gemeinsammit MnOj abgeschieden -rterden. Weiter wurde bewiesen, daBdieso neucn Radionuklide nicht zu den Elementen zwischen Pb(Z = 82) und U (Z = 92) gehoren.

    Xach der quantenmechanischen Theorie der Teilchenemissionkonnen zahlreiche a-Teilchen oder gar groBere X'ukleonen denPotentiahvall nur bei sehr holien Anregungsenergien iiberwin-den. Diese waren mit den damaligen Mittcln nicht errcichbar.Auch bis heute ist die Kernsi)altung die einzige Ausnahme die&erRegel geblieben.

    Man hatte gelegentlich dariiber diskutiert, daB die Transuranecine ahnlichc Reihe wio die Lanthaniden bilden konnten, aberdie Mitfiillung der neucn Xuklide mit Re- und Pt-sulfid sprachzugunstcn der crwahnten Annahmcn. So wurde auch ein Ein-wand von / . Noddak 1934 nicht zur Kenntnis genommen. AuchA. von Grosse hatte Einwiinde gegen Fermis Tlieorien und meinte,daB Protaktinium (Pa) nicht sieher ausgeschlossen werden kann.

    Dieser Sachverhalt regte nun Hahn und Meitner (die Entdek-ker des Pa) an, die Fermischcn Versuche zu wicderholen. Sickonnten die Anwescnheit von Pa ausscldieBen und fanden vonJ934 bis 1938 weitere ,,Transuranelemente", die genau in dasvorgegebene Dcnkschema paBten. Die Xuklide zeigtcn reeht

    ..Isotopciiprasis" 1 J . Jaln-gang lli'ft 7/1979 193

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  • Koch: 40 Jaliro Kernspaltung

    l a 3 a 4 a Oa 7 a 8 a l b 2b 3b 4 b

    Li3

    15c4

    Xa11

    K19

    Kb37

    Cs55

    FrS7

    12

    Ca20

    Sr3S

    15a50

    It aSS

    Al13

    Sc21

    Y39

    La57

    Ac89

    Ti22

    Zr40

    Hf72

    Th90

    V23

    Xb41

    Ta73

    Pa91

    Cr24

    Mo42

    W74

    U92

    Mil

    25

    Tc43

    Re75

    EKe93

    Fe20

    Ru44

    Os70

    EOs94

    Co27

    Ith45

    Ir77

    EIr95

    Xi28

    rd40

    Pt78

    EPt90

    Cu29

    Ag47

    Au79

    EAu97

    Zn30

    Cd48

    Hg80

    Ga31

    In49

    Tl81

    Ge32

    Sn50

    P b82

    Abb. 1. l'uHodensj stem (Aussclmitt)

    spezifische Reaktionen ihrer Homologen, so fallt Eka-Re mitNitroperrhenat und das Eka-Pt mit Ainmoiiiumhcxachloro-platinat aus. Diirch umfangrciche Untersuchungen kam manbis zura Element 97 und fand drei radioaktive Reihen:

    U - ^ U * _ T 9 3 E k a - R e * ^ ^ . E k a - O s * - ^ ^

    95Eka-Ir* - ^ ,,Eka-Pt* -^^* 97Eka-Au (inaktiv)

    Eku-Ko* 1Eka-Os*

    S3Eka-Ir (stabil)

    9.U* 3Eka-Re (inaktiv) .

    Dicse Darstcllung war trotzdem niclit widerspruchsfrei undbrachtc Schwierigkeiten und offene Fragen mit sich:

    Wieso kommt es zur Anhiiufung von 3 Isomercn des U* undEka-Re*;

    Wieso wird das stabile =3SU durcli den Einfang eincs Neutronsso instabil mit 5 (3-Zerfallen im Gcfolge ?

    Aueli von I. Joliol-Curie und Savitch wurden in Paris solelieUranbcstrahlungen mit Ncutroncn durchgefiihrt. Sic trenntcnaber im Gegensatz zu dem allgemein angewandten Vcrfahrcndie radioaktiven Folgcprodukte des Urans UX1(

    231Th) und UX-(23lPa) nicht vor der Xcutronenbcstrahlung ab, sondern ver-suchten, diesc (3-Strahlung mittels Kupferfiltcr zu absorbiercn.Dabci fanden sie einen radioaktiven Stoff, der cine energicreicheP-Strahlung aussendet und eine Halbwertszeit von 3,5 Stundcnaufweist [2]. I. Joliot-Curie und Savitch gaben dicscm Strahlerdas Symbol R35),. Dieser unbekanntc radioaktive Stoff konntenicht als Sulfid gefallt werden und verhielt sich chemisch wieLanthan [3].

    Ilahn und Strassmann vermuteten, daB es sich nicht urn einTransuran, sondern urn ein Gemisch von Ra- und Ac-Isotopenhandclt:

    =38U(n, 2a) M1Ra -* 231Ac

    =MU(n, a) !35Th -2* a 231Ra

    Diese Auffassung wurde dadurch bestiitigt, daB 3 Strahler mitBaCL mitgcfiillt wurden und weitere 3S-Strahler (mit dem 3,5-h-Strahler) sich im Xicdcrschlag nachbildcten. Diese konntcndurcli XH3-Fallung von den Ra-Isotopen abgetrennt werden,wie das fur Ac-Isotope zu erwarten war.

    Trotz dieses scheinbar cindeutigen Sachverhaltes gab es Be-denken, weshalb gleich 3 Ra-Isomere entstehen und diese sichauf das Folgeprodukt iibertragen.

    L. Meitner schlug vor, diese ,,Radiumisomcre" durch Frakti-onierung von Ba zu trennen und niiher zu untersuchen bzw. dieExistenz der Ra-Isotope exakt zu beweisen.

    Dazu wurden die ausgefeilten Jlethoden der Mitkristallisationangewendet. Die Ergebnisse sind in der am 22. 12. 38 eingereich-ten und am C. 1. 39 in den ,,Xaturwissenschaften" erschienenenVcroffentlichung dargelegt [4]. Die folgenden Zitatc aus dieserArbeit sind nicht nur aus historischen Griinden intercssant.,,Xun miisscn wir aber nocli auf einigc ncuere Untersuchungenzu sprcchen kommen, die wir der scltsamen Ergebnisse wegen"nur zogernd veroffentlichen. Um den Beweis fiir die chemischeXatur mit der dem Barium abgeschiedenen und als ,,Radium-isotope" bezeichneten Anfangsglieder der Reihen fiber jedenZweifel hinaus zu erbringen, haben wir mit den aktiven Barium-salzenfraktioniertcKristallisationenundfraktionierteFallungenvorgenommen, in der Weise, wie sic fur die Anrcicherung (oderauch Abreicherung) des Radiums in Bariumsalzen bekannt sind.Entsiirecliende Versuche, die wir mit unscrcn von Folgeproduk-tcn gereinigten aktiven Bariumpraparaten gemacht haben, ver-Iiefen ausnahmslos negativ: Die Aktivitat blieb gleichmaBig aufalle Bariumfraktionen verteilt, wenigstens soweit wir dies inncr-halb der nicht ganz gcringen Versuchsfehlermoglichkeiten ange-ben konnen.

    Wir kommen zu dem SchluB: Unsere ,,Radiumisotope" habendie Eigensehaften des Bariums; als Chemiker miiBten wir eigent-lich sagen, bei den ncucn Korpern handclt es sich nicht umRadium, sondern um Barium; denn andere Elemcnte als Radi-um oder Barium kommen nicht in Frage.

    Als Chemiker miiBten wir aus den kurz dargelcgten Versuchendas oben gebraehte Schema eigentlich umbenennen und stattRa, Ac, Th die Symbole Ba, La, Ce einsetzen. Als der Physik ingewisser Weise nahestehende ,,Kernehemiker" konnen wir tinszu diesem, alien bisherigen Erfahrungen der Kernphyik wider-sprechenden, Sprung nocli nicht entschlieCen. Es konnten dochnoch vielleicht eine Reihe seltsamer Zufalle unscrc Ergebnisscvorgetauscht haben."

    Wenn man das Ganze retrosiiektiv betrachtet, so geschah dicseenorme Entdeckung ganz anders als man cs sich vorstellt. Siewar nicht spcktakuliir.

    194 ,,IsotoiicnpraxB" 1 j . Jabigang . Heft 7/1979

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  • rKoch: 40 Jahrc Kernspaltung

    An sieh cntsprangcn die Arbeitcn von Jlahn offcnbar ele-mcntaren, nahcliegendcn Uberlegungen und waren nicht alsSpitzenleistungen geplant.

    Die Entdcckung der Uran-Spaltung geschah zufallig an einerfur die Physiker hochst iiberfliissigen Fragc des Xachweisesvon Ka in Ba.

    Tlicoricn odcr theoretischo Vorstellungen, insbesondercwenn sie von den ,,Meistern" des Facligebietes stnmmcn,werden seltcn angezweifelt.

    Tlicoricn konnen auch den Fortschritt licmmcn. Das zcigtsich u. a. auch daran, daB die boreits 1934 von / . Xoddaclcgemachten Hinweisc fiber die Moglichkeit einer Kernspaltungvollig ignoriert wurden [5].

    Die ,,Bemerkungen zu den Untersuclumgen von O. Ilahn . . . "von Frau Noddack [0] aus dem Jahre 1939 sind ein intcrcssantcsZeitdokument und werden im folgenden auszugsweise zitiert:

    ,,1934 beobachtete E. Fermi bei dcr Bcstrahlung von Uranmit Xeutronen die Entstehung von mindestens 5 verschicdenenradioaktiven Atomarten.

    Die nene Atomart lieB sich jedoch mit keinem der bekanntenXachbarn des Urans chemisch identifizieren. Daraus und auseiner gewissen Ahnlichkeit einiger chemischcr Reaktioncn mitdenen des Rheniums zog Fermi den SchluB, daB moglieherweisecin Element jenseits des Urans, und zwar wahrschcinlich einEka-Rhenium (Z = 93), cntstanden sei.

    Ohne die Moglichkcit dcr Entstehung von ,,Transuranen" ausdem Uran durch Xeutronenbestrahlung zu bezweifeln, habe ich1934 in einer kritischen Bespreehung dcr IVrmischen Unter-suehung betont, daB seinAusschluBverfahren mir unvollkommendurehgefiihrt erscheine und daB .Fermi sein neues Radioelementmit alien bekannten Elementcn hatte vergleichen sollen.

    Meino Kritik der 7"ermischen Versuche haben sic weder in ihrererst en noch in einer ihrer vielcn spiiteren Publikationcn fiber diekunstliche Umwandlung des Urans durch Xeutronen zitiert.Miindlich auf diese Unterlassung aufmerksam gemaeht, lehnte0. Ilahn ein Zitieren meiner Arbeit ab, offcnbar weil er meineVermutung, daB das Uran vielleicht in groBere Bruchstfieke zer-fallen konnte, fiir unsinnig hiclt, da den Thcoretikcrn damalssolcho Kernreaktionen unmoglich erschienen.

    Wenn man die zahlreichen, in den nachsten 4 Jahren erschie-ncnen Veroffentliehungen von Ilahn, Meitner und Strassmanniiber die kiinstlichc Umwandlung des Urans durch Xeutronenund die dabei entstehenden Produkte so...

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