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49 RAAbits Physik November 2017

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7. Das Manhattan-Projekt 1 von 16

Das Manhattan-Projekt und seine verheerenden Folgen

Wolfgang Vogg, Eurasburg

Die Entdeckung der Kernspaltung lag noch nicht einmal sieben Jahre zurück, als am 6. August 1945 von den Vereinigten Staaten von Amerika kurz vor Ende des Zweiten Weltkrieges die erste Uranbombe auf die japanische Stadt Hiroshima abgeworfen wurde. Nur drei Tage später, am 9. August, folgte die Plutoniumbombe, die Nagasaki traf und – wie in Hiroshima – in Sekundenbruchteilen in einer nicht nachvollziehbaren Katastrophe endete: nahezu 300 000 Tote und eine völlig zerstörte und radioaktiv verseuchte Umge-bung. Erläutern Sie den Schülern mithilfe dieses Beitrags, dass technischer Fortschritt – z. B. die Entdeckung der Kernenergie, die in Kernkraftwerken auch friedlich genutzt wird – verheerende Auswirkungen haben kann, wie sie sich durch den Einsatz von Atom-bomben ergeben. Stellen Sie einen aktuellen Bezug zum Nordkorea-Konlikt her.

Der Beitrag im Überblick

Klasse:12 (G 8)

Dauer: 4–5 Stunden

Ihr Plus:

üDen Blick schärfen für die Risiken und Gefahren der Kernenergie

üFachübergreifendes Arbeiten (Geschichte)

üAktueller Bezug: Nordkorea-Konlikt

Inhalt:

• Physikalische Grundlagen der Kernphysik

• Kernspaltung und Kernfusion

• Die Uran-Bombe

• Die Plutonium-Bombe

• Die Wasserstoff-Bombe

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Abb. 3: Das zerstörte Nagasaki – warum lernt die Menschheit nicht?

Eine Entdeckung, die in einer unvorstellbaren Katastrophe

endete.

Abb.1 und 2: Donald Trump gegen den Diktator Kim Jong-un; Foto Trump: Mauritius Images/Richard Levine/Alamy; Foto Kim Jong-un: Foto: Mauritius Images/United Archives

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2 von 16 7. Das Manhattan-Projekt

Fachliche und didaktisch-methodische Hinweise

Entdeckungen und Entwicklungen im historischen Ablauf

Es waren Otto Hahn (1879–1968) und seine Mitarbeiter Lise Meitner (1878–1968) und Fritz Straßmann (1902–1980), die herausfanden, dass beim Neutronenbeschuss von U-235 Barium, ein Element mittleren Atomgewichtes, entsteht. Man nannte den beobachteten Effekt „Kernspaltung“ und konnte sehr schnell aufgrund der Einstein’schen Masse-Ener-gie-Äquivalenz E = m • c2 errechnen, dass bei dem Prozess ein gewaltiger Energiebetrag freigesetzt werden muss. So benötigten die für den Beschuss von Uran eingesetzten ther-mischen Neutronen nur eine Energie von 0,03 eV mit dem Ergebnis, dass pro Spaltung eines Urankernes eine Energie von 200 MeV zur Verfügung stand, d. h., die Energie, die 1 kg reines Uran-235 liefern würde, entspräche derjenigen von rund 2500 t Steinkohle. Doch nicht nur die fast unglaubliche Energiebilanz sorgte für Aufsehen, sondern auch die bald feststehende Tatsache, dass bei der Spaltung des Urankernes mehr Neutronen frei-gesetzt werden, als ursprünglich aufgewandt wurden. Damit wurde auch sehr schnell die Möglichkeit einer nuklearen Kettenreaktion in Betracht gezogen.

Enrico Fermi (1901–1954), ein bedeutender Kernphysiker des 20. Jahrhunderts, wies im Frühjahr 1939 als einer der Ersten auf die Möglichkeit des Baus von Atombom-ben hin. Anfang 1942 wurde der amerikanische Physiker Robert Oppenheimer (1904–1967) mit der Aufgabe betraut, in einem speziell dafür eingerichteten Labor die Bombe zu bauen. Staat und Militär waren mittlerweile höchst interessiert an diesem Vorha-ben und gaben ihm den Decknamen „Manhattan-Projekt“. Oppenheimer gelang es, einen Kreis hervorragender Physiker um sich zu sammeln, unter ihnen den aus Ungarn stammenden Edward Teller (1908–2003). Im Frühjahr 1943 entstand schließlich unter strengster Geheimhaltung in der Wüste von New Mexico bei Los Alamos ein Labo-ratorium, das alle Arbeiten in Hinblick auf die Entwicklung einer Atombombe koordi-nieren sollte.

Es war kein geringerer als Albert Einstein (1879–1955), der Fermi in seinen Überlegungen bezüglich der Möglichkeit des Baues einer Atombombe unterstützte. Neben der Herstel-lung des Uran-Isotopes U-235 wurde noch ein zweiter Weg von Fermi verfolgt, nämlich die Herstellung eines Transuranes mit der Massenzahl 239 (Plutonium genannt), bei dem man theoretisch bereits gefolgert hatte, dass es ebenso gut spaltbar sein müsste wie U-235. Beide Vermutungen erwiesen sich als richtig – nun galt es noch, das Spaltmaterial in großen Mengen herzustellen, was letztendlich gelang und zum Bau der Uranbombe „Little Boy“ und der Plutoniumbombe „Fat Man“ und zu deren Abwürfen im Jahr 1945 führte.

Es war einmal mehr Edward Teller, der bereits im Sommer 1942 eine heftige Diskussion über die Frage auslöste, ob die Zündung einer Spaltungsenergie freisetzenden Bombe möglicherweise zu einer weit größeren Explosion durch Fusion des in der Atmosphäre vorkommenden Wasserstoffs führen könne. Schon 1938 hatten die deutschen Physiker Bethe (1906–2005) und Weizsäcker (1912–2007) die Theorie aufgestellt, dass die Sonnen-energie aus der Verschmelzung von je vier Protonen zu einem Heliumkern herrührt. Die dazu nötigen Temperaturen hielt Teller für erreichbar, seine Forschungen sollten in einigen Jahren zur Entwicklung der Wasserstoffbombe führen.

Seit 1945 kam es bis heute weltweit zu über 2000 Atomwaffentests, wobei neben den USA und der Sowjetunion auch Frankreich, Großbritannien, China und Indien zu den Atommächten zählen. Die Versuche fanden unter unterschiedlichsten Umgebungsbedin-gungen statt: oberirdisch, unterirdisch und unter Wasser. Man schätzt, dass alle in der Atmosphäre durchgeführten Atomwaffentests zusammen eine Sprengkraft von etwa 450 Megatonnen TNT erreichten, was etwa 25 000 Bomben des Hiroshima-Typs entspricht. Von allen unterirdischen Atomwaffentests blieben etwa 3800 kg Plutonium im Boden zurück, während durch oberirdische Tests etwa 4200 kg Plutonium in die Atmosphäre geschleudert wurden; als Folge der oberirdischen wie unterirdischen Tests sind bis heute ganze Landstriche unbewohnbar.

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Hinweise zur Gestaltung des Unterrichts

Mit dem Beitrag wird den Schülern ein Verständnis für die komplizierten Vorgänge bei der Kernspaltung und Kernfusion im Zusammenhang mit dem Bau von Kernwaffen näher-gebracht, damit diese Waffen nie wieder eingesetzt werden. Die dafür wichtigen histo-rischen Zusammenhänge werden von den Schülern z. B. in Kurzreferaten von 5–10 min Länge präsentiert (vgl. Zusatzmaterial auf CD-ROM 49). Ergänzen Sie die Unterrichtsreihe durch kurze ilmische Dokumentationen. Gehen Sie auf Risiken und Gefahren bei der fried-lichen und militärischen Nutzung der Kernenergie ein. Ihre Schüler sollen sensibilisiert werden für ein Thema, das mit dem Nordkorea-Konlikt erschreckende Aktualität erlangt hat.

Voraussetzungen

Als Voraussetzung für die ca. 4-stündige Unterrichtseinheit sollten im Rahmen des Unter-richts der 12. Klasse folgende Themen bereits besprochen sein:

• Massendefekt und Bindungsenergie pro Nukleon

• Kernzerfall und radioaktives Zerfallsgesetz

• Kernreaktionen

• Kernspaltung, Kettenreaktion, Prinzip des Kernreaktors

• Kernfusion, Prinzip des Fusionsreaktors

Mediathek

Literatur: Tipler, Paul A., Mosca, Gene: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure. Else-vier Spektrum Akademischer Verlag. München 2004. S. 1293-1306

Halliday, David u. a.: Physik. Wiley-VCH. Weinheim 2003. S. 1257-1318

Videos und Filme

Dokumentation Arte: Die mächtigste Bombe der Welt, 52 min

https://www.youtube.com/watch?v=t-E_esKomY0

Physikreferat zum Thema Kernwaffen, 8 min

https://www.youtube.com/watch?v=XPyhEy8LkOk

TheSimplePhysics: Die Geschichte der Atombombe, 7 min

https://www.youtube.com/watch?v=3JWotyRhmYo

Internet-Adressen

https://www.leiiphysik.de/kern-teilchenphysik

Bundeszentrale für politische Bildung:

http://sicherheitspolitik.bpb.de/index.php?page=Atomare-Waffen

Presseinformationen:

https://newswatch4u.wordpress.com/2015/08/09/fat-man/

Der Wandel des Bewusstseins ist unterwegs

(Interview mit Physiker und Philosoph Carl Friedrich von Weizsäcker; zum Lesen dieses Artikels müssen Sie sich kostenfrei per E-Mail registrieren)

http://www.zeit.de/1992/27/der-wandel-des-bewusstseins-ist-unterwegs/komplettansicht

Nordkorea-Konlikt (Atomwaffen heute):

http://www.faz.net/aktuell/politik /ausland/atom-konflikt-nordkorea-droht-mit-gegenoffensive-15185573.html

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Materialübersicht

· V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt

· D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch Fo = Folie LEK = Lernerfolgskontrolle

M 1 Ab Physikalische Grundlagen – frischen Sie Ihr Wissen auf!Atommasse; atomare Masseneinheit; Bindungsenergie

M 2 Ab Kernspaltung von Uran 235

Ablauf des Spaltvorgangs; Bedeutung der Neutronen; Unkontrollierte Kettenreaktion; Neutronenvermehrungsfaktor; kritische Masse

M 3 Ab Die Uranbombe

Grundlagen und Entwicklung Bau und Funktion

M 4 Ab Die Plutoniumbombe

Besonderheiten Bau und Funktion

M 5 Ab Sprengwirkung der Uranbombe

Vergleich mit TNT Energiefreisetzung Wie schnell wird Energie frei?

M 6 Ab Die Wasserstoffbombe

Kernfusion statt Kernspaltung Reaktionsgleichung Energiefreisetzung

Minimalplan

Ihre Schüler wiederholen die physikalischen Grundlagen (M 1) als Hausaufgabe. Sie besprechen im Unterricht, wie die Kernspaltung von Uran-235 funktioniert (M 2). Anschlie-ßend bilden Sie Gruppen:

Gruppe A: Die Uranbombe (M 3) Gruppe B: Die Plutoniumbombe (M 4) Gruppe C: Die Wasserstoffbombe (M 6)

Jeweils zwei Schüler unterrichten ihre Klas-senkameraden über Bau und Funktionsweise der jeweiligen Bombe. Dies sollte aber in einer Stunde abgehandelt sein.

Zentraler Bestandteil der Unterrichtseinheit ist weiterhin das Interview mit dem Physiker Carl Friedrich von Weizsäcker über die Mög-lichkeiten und Grenzen der Forschung sowie ein Bezug zum aktuellen Nordkorea-Konlikt (siehe Mediathek).

Versäumen Sie es nicht, mit Ihren Schü-lern das Deutsche Museum in München (www.deutsches-museum.de) zu besuchen (Technik-Abteilung).

Abb 4: 1963 wurde C.-F. von Weizsäcker mit dem Friedens-preis des Deutschen Buchhandels ausgezeichnet, da er sich nach dem Krieg mit Fragen der Verant-wortung und Ethik in den Natur-wissenschaften beschäftigt hat.

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M 2 Kernspaltung von Uran 235

Unter Kernspaltung versteht man die Zerlegung eines schweren Atomkernes in zwei mit-telschwere Atomkerne. Die Spaltung eines schweren Atomkernes kann spontan ohne

äußeres Zutun erfolgen oder durch den Beschuss mit Neutronen ausgelöst werden. Die durch die Spaltung neu entstandenen Atome nennt man Spaltprodukte.

Die folgende Abbildung zeigt schematisch eine der vielen möglichen, durch Neutronenbe-schuss ausgelösten Spaltungen eines Uran-235-Kernes – in diesem Beispiel eine Spaltung in einen Cäsium-140-Kern und einen Rubidium-94-Kern.

Aufgaben

1. Beschreiben Sie anhand der Abbildung, was in den einzelnen Abschnitten A bis D beim Spaltvorgang sowie nach der Spaltung mit den Bruchstücken passiert.

2. Erläutern Sie, welche Bedeutung

• langsame und schnelle Neutronen,

• die unkontrollierte Kettenreaktion,

• der Neutronenvermehrungsfaktor k,

• die kritische Masse

für den Ablauf einer U-235-Atombombenexplosion haben.

3. Stellen Sie ausgehend von der Abbildung die Reaktionsgleichung für den Zerfall von U-235 auf und zeigen Sie durch Rechnung, dass bei der Spaltung von 1 kg U-235 die-selbe Energie frei werden würde wie bei der Spaltung von ca. 2500 t Steinkohle.

Der Heizwert für Steinkohle beträgt 30 MJ/kg.

Abb. 6: Spaltungen eines Uran-235-Kernes in einen Cäsium-140-Kern und einen Rubidium-94-Kern (3. Spalte).

Beide entstehenden Produkte zerfallen dann noch weiter.

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M 3 Die Uranbombe

Bei der Herstellung einer Kernspaltungsbombe (Uran- und Plutoniumbombe) ist von entscheidender Bedeu-tung, dass man unterkritische Massen von Uran oder Plutonium auf technisch raffinierte Weise so zusam-menbringt, dass sie den kritischen Wert deutlich über-schreiten und damit die unkontrollierte Kettenreaktion und die Explosion auslösen. Da aber die Kernspaltung in Sekundenbruchteilen abläuft, müssen unterkritische Mengen des Spaltstoffes bei extremer Geschwindigkeit miteinander vereint werden, sonst würde die Bombe harmlos verpuffen. Die folgende Abbildung zeigt sche-matisch die erste im Krieg gegen Japan eingesetzte Atombombe mit dem Namen „Little Boy“. Sie zerstörte am 6. August 1945 die Stadt Hiroshima.

Aufgabe 1

Beschreiben Sie in Ihrem Heft den Bau und die Funkti-onsweise von „Little Boy“ anhand der Abbildung unten.

Abb. 7: „Little Boy“ auf dem US-

Stützpunkt Tinian vor der Verladung

in den B-29-Bomber Enola Gay

Recherchieren Sie dazu im Internet und in entsprechenden Lehrbüchern.

Aufgabe 2

Informieren Sie sich im Internet zur Biografie der Physiker, die die Bomben gebaut haben.

Abb. 10: Enrico Fermi (1901–1954)

Foto: Department of Energy. Office of Public

Affairs

Abb. 11: Edward Teller (1908–2003);

Foto: http://www.klimas-keptiker.info/

Abb. 12: Robert Oppen-heimer (1904–1967)

© Department of Energy, Office of Public Affairs

Abb. 13: Andrej Sacharow (1921–1989)

© Wikimedia Commons / Anefo / Croes, R.C.; CC

BY-SA 3.0 NL

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Abb. 9: War and Conflict, World War Two, pic: 1945.

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after the Atom bomb attack on Hiroshima, which

was dropped on 8th August Abb. 8: „Little Boy” Schematische Darstellung

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M 6 Die Wasserstoffbombe

Aufgabe 1

Beschreiben Sie in Ihrem Heft den Bau und die Funktionsweise der Wasserstoffbombe anhand der Abbildung. Recherchieren Sie dazu im Internet und in entsprechenden Lehrbüchern.

Warum sind Wasserstoffbomben so gefährlich?

Die Funktionsweise von Atombomben basiert auf der Spal-tung von Atomkernen. Bei Wasserstoffbomben dagegen kommt es zur Fusion von Atomkernen, also ihrer Verschmel-zung. Die dadurch freigesetzten Mengen an Energie sind um ein Vielfaches höher als bei der Kernspaltung. Sowohl bei Atom- als auch bei Wasserstoffbomben kommt radio-aktives Plutonium oder Uran zum Einsatz. Wasserstoff-bomben wurden noch nie in einem Krieg eingesetzt. Erst-mals erfolgreich getestet wurde die Waffe in den 1950-er Jahren von den USA, die Sowjetunion zog wenig später nach. Seit den 1960-er Jahren finden die Tests der Bomben unterirdisch statt, um den radioaktiven Niederschlag, den sog. Fallout, zu begrenzen. Bei den fünf größten Atom-mächten (China, Frankreich, Großbritannien, Russland, USA) sind sie heute Standard.

Aufgabe 2

Als Antwort auf die erste amerikanische Wasser-stoffbombe „Ivy Mike“ zündete die UdSSR im Jahr 1961 die sog. „Zar-Bombe“ und verursachte damit die bisher stärkste Explosion der Mensch-heitsgeschichte. Ihre geschätzte Sprengkraft betrug ca. 60 Megatonnen TNT, was etwa dem 4000-Fachen der auf Hiroshima abgeworfenen Atombombe entspricht.

a) Berechnen Sie die Kernbindungsenergie pro Nukleon für Tritium in MeV.

b) Eine für den Bau einer Wasserstoffbombe wichtige Fusionsreaktion ergibt sich aus der Fusion von Deuterium und Tritium: Abb. 18: Pilzwolke des Ivy-Mike-Kernwaffen-

tests 19522 3 4 1

1 1 2 0 1H H He n E+ → + + ∆

Das in der Natur nicht vorkommende Tritium wird mithilfe von Lithium-6 und den von der Spaltbombe freigesetzten Neutronen geliefert: 6 1 3 4

3 0 1 2 2Li n H He E+ → → + ∆

Berechnen Sie die insgesamt frei werdende Reaktionsenergie, indem Sie die beiden Reaktionsgleichungen zusammenfassen.

c) Berechnen Sie die bei der Explosion der Zar-Bombe in Energie umgewandelte Gesamt-masse gesm∆ , wenn 1 kt-TNt eine Energie von 124,184 10 J⋅ freisetzt.

d) Berechnen Sie die Mengen an Deuterium und Lithium, die bei dieser Explosion ver-braucht wurden, und überprüfen Sie das Ergebnis mit dem Ergebnis aus Teilaufgabe 3.

e) Berechnen Sie, wie viele Haushalte man ein Jahr lang mit der von der Zar-Bombe frei-gesetzten Energie mit Strom versorgen könnte, wenn man einen Durchschnittshaushalt mit einem Jahresenergieverbrauch von 4000 kWh ansetzt.

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Abb. 17:

Schematische Darstellung

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Erläuterungen und Lösungen

M 1 Physikalische Grundlagen – frischen Sie Ihr Wissen auf!

Wiederholen Sie den in der Mittelstufe bereits behandelten Stoff zum Aufbau der Atome und erläutern Sie den Schülern, woraus sich die Atommassen der einzelnen Atome zusam-mensetzen. Besprechen Sie dann die Notwendigkeit der Einführung der atomaren Massen-einheit u anhand von Beispielen.

Die Atommassen (Tabelle) sind für alle Übungsaufgaben des Beitrages zu verwenden.

Zwei sehr wichtige Größen zum Verständnis des Kernspaltungs- und Kernfusionspro-zesses sind der Massendefekt und die Kernbindungsenergie. Erläutern Sie den Schü-lern den Zusammenhang zwischen den beiden Größen und besprechen Sie anschließend anhand der Abbildung zur „Bindungsenergie je Nukleon in MeV“ die Gründe, warum zur Energiefreisetzung bei schweren Kernen wie Uran oder Plutonium eine Kernspaltung und bei leichten Kernen wie Wasserstoff oder Deuterium eine Kernfusion erfolgen muss.

Es empfiehlt sich, die Abbildung, die separat auf CD-ROM 49 mitgeliefert wird, auf Folie auszudrucken – zur besseren Erklärung der Vorgänge.

M 2 Kernspaltung von Uran 235

1. A: Ein thermisches (langsames) Neutron wird von einem U-235-Kern eingefangen.

B: Aus dem U-235-Kern bildet sich ein hochangeregter U-236-Zwischenkern, was zu einer Deformation seiner ursprünglichen Form führt. Dies hat zur Folge, dass sich die Protonen weiter voneinander entfernen, sodass die anziehende Kernkraft immer geringer wird.

C: Durch die starke Zunahme der Coulomb’schen Abstoßungskräfte der Protonen wird der U-236-Zwischenkern auseinandergerissen – die entstehenden Bruchstücke fliegen mit hoher Energie auseinander. Bei den entstehenden Bruchstücken liegt ein Neutronenüberschuss im Vergleich zu den stabilen Isotopen dieser Elemente vor. In der Folge werden diese abgegeben – im Beispiel entstehen zwei Neutronen, die dann für weitere Spaltungen zur Verfügung stehen.

D: Im weiteren Verlauf werden die entstehenden Bruchstücke meist durch Betazerfall

en p e−

→ + +ν in stabile Kerne umgewandelt.

2.

– Langsame oder thermische Neutronen ( 0,03 eV≈E ) können sich leicht einem Kern nähern und bleiben relativ lange in Kernnähe, was die Wahrscheinlichkeit deutlich erhöht, von einem Kern eingefangen zu werden. Bei U-235 und Pu-239 ist diese Wahr-scheinlichkeit rund 1000 Mal größer als bei schnellen Neutronen ( 1 MeV≈E ).

Allerdings gilt dies nur für Kerne mit ungeraden Neutronenzahlen – will man hingegen U-238-Kerne spalten, benötigt man immer schnelle Neutronen und hat trotzdem eine wesentlich geringere Spaltwahrscheinlichkeit als bei U-235.

– Stehen nach der auslösenden Spaltung eines U-235-Kernes weitere Neutronen für Kern-spaltungen zur Verfügung (meist sind dies 2–3 Neutronen), so kann aus der anfängli-chen Spaltung eines Kernes eine sehr schnell wachsende Zahl von Spaltungen werden – man spricht dann von einer unkontrollierten Kettenreaktion.

– Um den Ablauf einer Kettenreaktion zahlenmäßig zu erfassen, hat man einen „Neut-ronen-Vermehrungsfaktor k“ eingeführt. Darunter versteht man eine Zahl, die angibt, um welchen Faktor sich die Neutronen vermehren, die eine weitere Spaltung auslösen. Bei einer Atombombe hat man einen Vermehrungsfaktor k > 1 mit der Folge, dass

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Das Manhattan Projekt und seine verheerenden Folgen – die historische Entwicklung

Wolfgang Vogg, Eurasburg

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1938 fanden OTTO HAHN und seine Mitarbeiter LISE MEITNER und FRITZ STRASSMANN nach jahrelangen Versuchen am Berliner Kaiser-Wilhelm-Institut heraus, dass beim

Neutronenbeschuss von U-235 Barium entsteht, ein Element mittleren Atomgewichts. Man nannte den beobachteten Effekt „Kernspaltung“ und konnte sehr schnell aufgrund der Einstein’schen Masse-Energie-Äquivalenz errechnen, dass bei diesem Prozess ein gewaltiger Energiebetrag freigesetzt werden muss. So benötigten die für den Beschuss von Uran eingesetzten thermischen Neutronen nur eine Energie von 0,03 eV mit dem Ergebnis, dass pro Spaltung eines Urankerns eine Energie von 200 MeV zur Verfügung

stand, d. h., die Energie, die 1 kg reines Uran-235 liefern würde, entspräche derjenigen von 2500 t Steinkohle. Doch nicht nur diese fast unglaubliche Energiebilanz sorgte für Aufsehen, sondern auch die bald feststehende Tatsache, dass bei der Spaltung des Uran-kerns mehr Neutronen freigesetzt werden als ursprünglich aufgewandt. Damit rückte auch sehr schnell die Möglichkeit einer nuklearen Kettenreaktion ins Blickfeld.

Enrico Fermi, einer der bedeutendsten Kernphysiker des 20. Jahrhunderts, wies im Frühjahr 1939 als Erster auf die Möglichkeit des Baus von Atombomben hin. Ursprünglich widmete sich der 1901 in Rom geborene Wissenschaftler verschiedenen Bereichen der Quantentheorie. So entwi-ckelte er 1925 zusammen mit dem britischen Physiker Paul Dirac1 die Fermi-Dirac-Statistik, mit der man das Verhalten von Elektronen erklären konnte, und lieferte damit einen bedeutenden Beitrag zur Elektronentheorie.

Enrico Fermi (1901–1954)

Als Anfang der dreißiger Jahre des 20. Jahrhundert die Kernforschung immer stärker in den Mittelpunkt wissenschaftlichen Interesses rückte, wandte sich auch Fermi diesem Zweig zu. Seit 1932 beschäftigte er sich mit Radioaktivität und entwickelte auf der Grund-lage der PAULI‘SCHEN2 Neutrinohypothese die Theorie des Betazerfalls. Er forschte sehr intensiv an der Erzeugung der künstlichen Radioaktivität. Im Jahr 1938 erhielt er für seine Arbeiten über künstliche Isotope den Nobelpreis für Physik. Von Stockholm aus ging Fermi nach Amerika, um seine Familie – seine Frau war Jüdin – vor rassischer Ver-folgung in Italien zu bewahren. 1939 erhielt er an der Columbia Universität in New York eine Professur, wo er sich intensiv der Erforschung der sich selbst aufrechterhaltenden

Kettenreaktion bei nuklearen Spaltvorgängen widmete.

ALBERT EINSTEIN unterstützte Fermi in seinen Überlegungen bezüglich der Möglichkeit des Baus einer Atombombe. Im Sommer 1939 schrieb Einstein einen Brief an Franklin D. Roosevelt3, den damaligen Präsidenten der Vereinigten Staaten, in dem er und an-dere führende Wissenschaftler darauf aufmerksam machten, dass das nationalsozialis-tische Deutschland große Anstrengungen unternehme, reines, atomwaffenfähiges U-235 herzustellen, das für den Bau einer Atombombe verwendet werden könne.

Allerdings waren die experimentellen Grundlagen für ein derartiges Projekt zu diesem Zeitpunkt noch sehr unsicher. Man wusste, dass das im natürlichen Uran nur zu 0,7 % enthaltene U-235 spaltbar ist und dass U-238, das im natürlichen Uran 99,3 % ein-nimmt, einen störenden Einfluss hat, weil es Spaltungsneutronen wegfängt.

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Obwohl er sich neben der Physik mit einem unglaublich breiten Spektrum unterschied-lichster Themen beschäftigte, wollte er lange Zeit von Politik und Wirtschaft nichts wis-sen.

„Mein Forscherdrang gilt nun einmal der Suche nach wissenschaftlicher Erkenntnis“ war seine Antwort, wenn Freunde seine Gleichgültigkeit den Tagesereignissen gegen-über ansprachen. Dies änderte sich erst 1936. Zum einen erfasste die wirtschaftliche Krise auch seine Studenten, was ihn veranlasste, zu helfen und sich auch politisch zu engagieren. Zum anderen lernte er mit Jean Tatlock eine Frau kennen, die aktives Mit-glied der kommunistischen Partei war und bei ihm Sympathien zu linken Kreisen auf-kommen ließ. Obwohl er selbst nie in die Kommunistische Partei eintrat, unterstützte er Studenten sowohl finanziell als auch durch seinen Namen.

Mittlerweile hatten sich bereits viele Wissenschaftler militärisch relevanten Arbeiten zu-gewandt wie z. B. der Radarforschung. ERNEST LAWRENCE7 bot Oppenheimer an, am

Atomprogramm mitzuarbeiten. Nachdem Oppenheimer alle seine kommunistischen Ak-tivitäten aufgelöst hatte, wurde ihm die erforderliche Sicherheitsgarantie erteilt. Die Be-deutung der Verteidigung der USA wurde Oppenheimer schlagartig mit dem Angriff der Japaner auf Pearl Harbor am 7. 12. 41 und dem damit verbundenen Kriegseintritt der USA klar. Trotz seiner umstrittenen Vergangenheit schien Oppenheimer der einzige Wissenschaftler, der die Arbeiten am Atombombenprogramm zu einem erfolgreichen Abschluss führen konnte. Selbst der von militärischer Seite zuständige General Leslie Groves8 musste widerwillig eingestehen, dass er keinen Geeigneteren einzusetzen wusste.

Oppenheimer gelang es, einen Kreis hervorragender Physiker um sich zu sammeln, unter ihnen den aus Ungarn stammenden EDWARD TELLER.

Der 1909 in einer jüdischen Familie in Budapest geborene

Teller konnte aufgrund seiner ausgezeichneten schulischen

Leistungen bereits 1928 nach Deutschland und Schweden gehen, um dort an der Seite von ARNOLD SOMMERFELD9, WERNER HEISENBERG10 und NIELS BOHR11 zu studieren. Sein Hauptinteresse gehörte schon früh dem Atomkern.

Mit dem aufkommenden Nationalsozialismus setzte Teller sei-ne Forschungen in den USA fort, wo er schließlich zusammen

mit ENRICO FERMI, NIELS BOHR, LEÓ SZILÁRD12, HANS BETHE13 und KLAUS FUCHS14 zum Geburtshelfer der Atombombe wur-de. Es war Teller, der im Sommer 1942 eine heftige Diskus-sion über die Frage auslöste, ob die Zündung einer Spal-tungsenergie freisetzenden Bombe möglicherweise zu einer

Edward Teller (1908–2003)

weit größeren Explosion durch Fusion des in der Atmosphäre vorkommenden Wasser-stoffs führen könne.

1938 hatten BETHE und WEIZSÄCKER15 die Theorie aufgestellt, dass die Sonnenenergie aus der Verschmelzung von je vier Protonen zu einem Heliumkern herrührt. Die dazu

nötigen Temperaturen hielt Teller für erreichbar. Seine Forschungen sollten in einigen Jahren zur Entwicklung der Wasserstoffbombe führen. Seine Kollegen erachteten in-dessen seine Bedenken für nicht gravierend genug, obgleich sie ein Weltuntergangs-szenario nach Zündung einer Atombombe nicht völlig ausschließen konnten.

Im Frühjahr 1943 entstand unter strengster Geheimhaltung in der Wüste von New Me-xico bei Los Alamos ein Laboratorium, das alle Arbeiten in Hinblick auf die Entwicklung

einer Atombombe koordinieren sollte.

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