Kernspaltung#

Berlin, 17. Dezember 1938: Professor Otto Hahn ist erstaunt über die Ergebnisse seiner Experimente mit Uran 235. Nach dem Beschuss mit Neutronen findet er nicht wie potentiell erwartet schwerere Versionen ("Transurane") vor, sondern Spuren von Barium, später auch Krypton. Die aufwendigen chemischen Analysen (für z.B. den Nachweis des Edelgases Krypton), die das Resultat festigen, werden von seinem Assistenten Fritz Straßmann durchgeführt. Interdisziplinäre Zusammenarbeit führt dazu, dass Lise Meitner und Otto Frisch im Jänner 1939 erstmals das Ergebnis kernphysikalisch richtig deuten: Uran 235 zerplatzt beim Beschuss mit langsamen Neutronen in Barium und Krypton. Es werden dabei zwei bis drei Neutronen und Energie frei.

Bei der Spaltung von Uran 235 entstehen (siehe Grafik) auch andere Spaltprodukte, z.B. Cäsium und Rubidium.

Kernspaltung Bild ist aus Wikicommons, Bild ist gemeinfrei

Das in der Natur vorkommende Uran ist nicht spaltbar. Es enthält aber Spuren (0,7 Prozent) des spaltbaren Uranisotops 235. (Isotope sind Elemente, die gleich viele Protonen aber unterschiedlich viele Neutronen haben, z.B C 12, C 13, C 14). Die freiwerdenden Neutronen können auf andere Urankerne auftreffen und dort wieder eine Kernspaltung hervorrufen und so eine Kettenreaktion auslösen. Damit sie zustande kommt, müssen genügend spaltbare Urankerne vorhanden sein. Ansonsten verlassen zu viele Neutronen den Uranblock, ohne eine Spaltung auslösen zu können. Die erforderliche Mindestmasse für eine Kettenreaktion heißt kritische Masse. Bei Uran 235 beträgt sie mehrere Kilo. Bei der Kernspaltung entstehen jedoch nicht langsame, sondern schnelle Neutronen.

Uran 238 hat die Eigenschaft, schnelle Neutronen einzufangen, die dadurch für die Kernspaltung verloren gehen. Das hat zur Folge, dass in einem Atomkraftwerk keine lawinenartige Kettenreaktion entstehen kann wie in einer Atombombe! Um die Neutronen zu verlangsamen verwendet man eine Bremssubstanz (Moderator). Als Bremssubstanz sind nur leichte Atomkerne geeignet, insbesondere "schweres Wasser" und oder Graphit.

Nicht nur Uran ist spaltbar, sondern auch Plutonium 239. Es enthält 94 Protonen und 145 Neutronen. Es kommt in der Natur nicht frei vor, sondern muss künstlich hergestellt werden.

Bekanntlich kann die Kernspaltung ("nuclear fission") sowohl für die friedliche Erzeugung von Energie verwendet werden, als auch für die Herstellung von Atombomben. Dass die USA im zweiten Weltkrieg mit unglaublicher Energie die Herstellung von Atombomben verfolgten ist auf die Angst zurückzuführen, dass die Deutschen ihnen zuvorkommen könnten. Nach Kriegsende stellte sich freilich heraus, dass Deutschland weit von der Entwicklung von Atombomben entfernt war. Diese gesamte Entwicklung wird im Buch "Die Nacht der Physiker" (Quelle 4) sehr ausführlich beschrieben.