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Das Uran-Projekt der Nationalsozialisten Teil 2

Walter Bothe, WikipediaDie Entscheidung zu Gunsten von schwerem Wasser als Moderator ist auch auf fehlerhafte Messungen zurückzuführen gewesen, die Walter Bothe in Heidelberg vorgenommen hatte. Als weiterer Moderator war Graphit in der engeren Auswahl, doch Bothe kam bei seinen Untersuchungen zu dem Ergebnis, dass Graphit nicht sehr geeignet sei.
Dieses Ergebnis stellte sich jedoch später als falsch heraus und beim US-amerikanischen „Manhattan-Projekt“ wurde drei Jahre später Graphit statt schweren Wassers eingesetzt, weil dieses einfacher zu beschaffen war.
Es stellte sich zunächst als Problem dar, die für einen Reaktorbetrieb benötigten Mengen an Uran und schweren Wassers zu beschaffen.
Das Heereswaffenamt hatte das gesamte Uranprojekt an sich gezogen und für alle Produktions- und Forschungsanstalten ein Verbot für weitere unabgestimmte Aktivitäten in diesem Bereich erlassen.
Zunächst wurde die Physikalisch-Technische Reichsanstalt angewiesen ihre Uranvorräte an das Heereswaffenamt herauszugeben: Jedoch waren diese bei weitem nicht ausreichend für einen Reaktorbetrieb.
Mit der Annexion des Sudetenlandes kam in der Folge die Berliner Auergesellschaft ins Spiel. Da diese AG bereits einige Erfahrungen mit radioaktiven Stoffen gesammelt hatte bekam sie die Möglichkeit Uranbergwerke in der Karlsbader Region auszubeuten. Das dort gewonnene Uranerz wurde nach Oranienburg transportiert, um es dort zu Uranoxid zu verarbeiteten. Die Kapazität dieses Werkes lag bei etwa einer Tonne pro Monat, was jedoch nicht ausreichend für das Reaktorprojekt war.
Mit der Besetzung Belgiens durch die deutsche Wehrmacht im Frühjahr 1940 konnten die Uran-Beschaffungsprobleme des Heereswaffenamtes ansatzweise gelöst werden. Es wurden die Uranvorräte der belgischen Firma Union Minière du Haut Katanga, die Uranerz aus Belgisch-Kongo importierte, sichergestellt. Während der folgenden fünf Jahre schafften die deutschen Truppen 3.500 Tonnen Uran-Verbindungen aus Belgien in das Salzbergwerk Staßfurt. Aus diesen Vorräten stillte die Auergesellschaft bis Kriegsende ihren weiteren Uran-Bedarf. Da der Kongo mit seinen Uranminen belgischer Kolonialbesitz war, verlegte Union Minière du Haut Katanga nach der Invasion Belgiens seinen Firmensitz ins Ausland, von wo sie später dann auch die USA mit Uran versorgten. Das Uran für das Manhattan-Projekt, wie auch für die Atombomben für Hiroshima und Nagasaki stammte von dieser Firma.
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Komplizierter als die Uranbeschaffung gestaltete sich die Beschaffung von schwerem Wasser. Im Deutschen Reich gab es keine ausreichende Beschaffungsquelle und ein solche war auch nicht im Schnelllauf zu schaffen.
Daher nahm die I.G. Farben AG Kontakt nach Norwegen auf. Dort produziere die Norwegische Hydroelektrische Gesellschaft – Norsk Hydro – als Nebenprodukt der Kunstdünger-Produktion bereits seit 1934 schweres Wasser. Jedoch war die Menge sehr gering. Im Auftrag des Heereswaffenamtes wollte die I.G. Farben den gesamten Vorrat von etwa 185 kg schweren Wassers von Norsk Hydro kaufen. Jedoch war der französische Geheimdienst den Deutschen zuvorgekommen, denn in Paris experimentierte Frédéric Joliot-Curie im Auftrag seiner Regierung auch an der Kernspaltung.
Im Frühjahr 1940 begann die Wehrmacht Norwegen zu besetzen. Am 3. Mai nahm sie Rjukan ein, welches etwa 180 km westlich von Oslo in der Provinz Telemark liegt. Dort befand sich das Schwerwasserwerk von Norsk Hydro, dass damals einzige weltweit. Die Wehrmacht konnte das Werk unbeschädigt einnehmen. Jedoch war die Enttäuschung groß, denn der Vorrat an schwerem Wasser war bereits an die Franzosen geliefert worden. Dem Heereswaffenamt war nun klar, dass auch die Feinde an der Nutzung der Kernspaltung arbeiteten.




Die Fabrik in Rjukan/Vemork wurde daraufhin beauftragt schnellstmöglich schweres Wasser für Deutschland zu produzieren. Die Norweger hatten zwar Bedenken, denn sie kannten inzwischen den Hintergrund, jedoch wurden sie stark unter Druck gesetzt, so dass sie sich den deutschen Weisungen fügten.
Im Jahr 1940 forschten drei Wissenschaftler in Deutschland an einem Uranmeiler: Werner Heisenberg am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin, Kurt Diebner in Kummersdorf sowie Paul Harteck an der Universität Hamburg. Die drei Forscher unterlagen einem harten Konkurrenzkampf und zudem waren Uran und auch schweres Wasser nicht in ausreichender Menge verfügbar. Die geringen Mengen an Uran und schwerem Wasser mussten die drei untereinander aufteilen, so dass letztlich keiner zu Ergebnissen kam.
Während des Westfeldzuges fiel Mitte Juni 1940 Paris. Dort suchte das Heereswaffenamt sofort das Forschungslabor von Curie auf. Es war den Deutschen, um den Forschungschef des Heereswaffenamtes Erich Schumann, bekannt, dass der französische Physiker an der Kernspaltung forschte, zudem war er nicht wie seine Kollegen geflohen. Man überrede Curie seinen halbfertigen Reaktor, unter deutscher Mitarbeit, fertigzustellen. Im Juli begann eine Arbeitsgruppe in Paris unter der Leitung von Wolfgang Gentner mit den Arbeiten.

Das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in Berlin-Dahlem, 1939
Das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik in Berlin-Dahlem, 1939.

Parallel dazu wurde im Berliner Kaiser-Wilhelm-Institut ein Forschungslabor errichtet, in dem der erste deutsche Reaktor entstehen sollte. Bezeichnenderweise wurde der Bau „Virus-Haus“ genannt, um ihm eine abschreckende Wirkung zu verleihen.
Es war den Physikern in jener Zeit bewusst, dass die Kernspaltung, wenn sie denn gelingt, auch den Bau einer Atombombe ermöglichen würde. Es war ihnen jedoch auch bewusst, dass die sogenannte „Uranbombe“ nicht mit Natur-Uran herzustellen war.
Die deutschen Wissenschaftler sahen eine Problemlösung in der Anreicherung des Natur-Urans mit spaltbaren Uran-Isotopen. Verschiedene Wissenschaftler, vor allem Chemiker, arbeiteten in Deutschland an dieser Lösung.
Jedoch Theorie ist das eine, Praxis das andere. Erst 1942 kam für die Uran-Anreicherung ein brauchbarer Vorschlag. Der Physiker Heinz Ewald vom Kaiser-Wilhelm-Institut schlug eine Atomumwandlungsanlage vor, in der ionisierte Uran-Atome in einem elektrischen Feld beschleunigt und anschließend in einem ringförmigen magnetischen Feld anhand der Unterschiede der Massenzahlen getrennt werden. Manfred von Ardenne, der in Berlin-Lichterfelde das Forschungslaboratorium für Elektronenphysik leitete, griff die Idee auf und baute einen Prototyp. Er wurde bei seinem Projekt vom Reichspostministerium finanziell unterstützt. Diese Anlage, ähnlich der französischen Zyklotron-Anlage, wurde Ende 1943 bei Miersdorf in Brandenburg fertiggestellt.
In der Zwischenzeit hatten die alliierten Geheimdienste die diesbezüglichen Aktivitäten der Wehrmacht erkannt und analysiert. Sie hatten anfangs wenig Möglichkeiten die Aktivitäten in Deutschland zu unterbinden. Aber ihnen war bekannt, dass die Wehrmacht auf schweres Wasser setzte und das dieses ausschließlich in Norwegen produziert wurde.
Dementsprechend begannen sie Aktionen zu planen, die die Produktion im norwegischen Vemork-Werk unterbinden sollten. Aber darüber berichte ich demnächst.

Das Uran-Projekt der Nationalsozialisten Teil 1

Chemiker Martin Heinrich KlaprothÜber den Entdecker des chemischen Elements Uran, durch den Harzer Chemiker Martin Heinrich Klaproth, habe ich bereits in meinem Beitrag http://alte-strassenmeisterei.de/grosse-entdecker-und-erfinder-der-uran-entdecker-martin-heinrich-klaproth berichtet.
Seine Entdeckung von 1789 blieb jedoch noch lange Zeit ohne weitere Fortschritte und Folgen. Uran zu gewinnen war kaum möglich und auch eine Verwendung dieses Elements war nicht abzusehen.
Im Jahr 1934 gewann dann der italienische Physiker Enrico Fermi an der Sapienza Universität von Rom erstmals künstliche radioaktive Elemente – unter anderem Uran – durch herbeigeführte Kernreaktionen. Die Physiker Lise Meitner und Otto Hahn überprüften in den folgenden Jahren am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie in Berlin Enrico Fermis Experimente.
In den Jahren 1938/39 experimentierten Meitner und Hahn an der Kernspaltung. Otto Hahn berichtete im Januar 1939 erstmals über seine neutroneninduzierte Kernspaltung und sprach vom „Zerplatzen des Urankerns“. Wenig später veröffentlichte er einen Aufsatz, in dem er auf die Möglichkeit der Energiegewinnung durch Kettenreaktionen hinwies.
Die nach Schweden emigrierte Meitner nahm weitere Forschungen in Zusammenarbeit mit ihrem Neffen, dem Physiker Otto Frisch, vor. Frisch informierte den dänischen Quantenphysiker Niels Bohr, der Hahns Entdeckung bereits am 26. Januar 1939 auf der fünften Konferenz für Theoretische Physik in Washington, D.C. bekannt machte. Mehrere US-amerikanische Physiker konnten die Ergebnisse von Hahn/Meitner/Frisch unmittelbar darauf wiederholen. Verschiedene US-amerikanische Tageszeitungen berichteten daraufhin über deren Resultate. Zudem konnte etwa zeitgleich der französische Physiker Frédéric Joliot-Curie Hahns Experimente am Collège de France in Paris rekapitulieren. Curie fand weiterhin heraus, dass bei jeder Uranspaltung die Möglichkeit einer Kettenreaktion gegeben sei.
Reiseführer kostenlos anfordernDa die Spaltung von Urankernen eine relativ große Energie freisetzt, war damit seit dem Frühjahr 1939 die prinzipielle Möglichkeit einer technischen Nutzung der Kernspaltung als Energiequelle oder auch als Waffe bei den Physikern der westlichen Welt bekannt.
Natürlich blieben auch den Nationalsozialisten diese neuen Erkenntnisse nicht verborgen. Am 22. April 1939 berichteten die deutschen Physiker Wilhelm Hanle und Georg Joos in einem Vortrag im Reichserziehungsministerium über die technischen Möglichkeiten einer Kernspaltung zur Energiegewinnung, aber auch über militärische Möglichkeiten. Das Ministerium erkannte unmittelbar das Potential der Kernspaltung und organisierte bereits eine Woche später eine Expertenkonferenz. Leiter war der damalige Präsident der Physikalisch-Technischen-Reichsanstalt Abraham Esau. Teilnehmer der Konferenz waren führende Physiker des Deutschen Reiches: Wilhelm Hanle, Georg Joos, Walther Bothe, Robert Döpel, Hans Geiger, Wolfgang Gentner und Gerhard Hoffmann.

Otto Hahn fehlte auf dieser Sitzung, er wurde sogar wegen der Veröffentlichung seiner entscheidenden Entdeckung in Abwesenheit gerügt. Die versammelten Physiker fassten auf dieser Konferenz die folgenden Beschlüsse:
• die Herstellung eines Kernreaktors (genannt „Uranbrenner“),
• die Sicherstellung aller Uran-Vorräte in Deutschland
• die Zusammenführung der führenden deutschen Kernphysiker zu einer Forschungsgruppe.
Diese Gruppe wurde formal „Arbeitsgemeinschaft für Kernphysik“ genannt, in die Geschichte ging sie als erster „Uranverein“ ein.



Jedoch war auch das Oberkommando des Heeres über dies Entwicklungen informiert und plante entsprechende Maßnahmen. Der Physiker Kurt Diebner war der Experte für Sprengstoffe des Heereswaffenamtes und er erkannte schnell die militärischen Möglichkeiten der Kernspaltung. Er konnte kurzfristig beim Heer die Einrichtung eines Versuchslabors in Kummersdorf erreichen und wurde als dessen Leiter eingesetzt.
Unmittelbar danach befahl die Heeresleitung der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, ihre Uranforschungsversuche unverzüglich einzustellen. Zudem galten fortan alle Forschungen und Erkenntnisse zu Uranreaktoren und Uranwaffen als streng geheim.
Unmittelbar nach Kriegsbeginn 1939 wurden alle führenden deutschen Physiker in das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik nach Berlin zitiert. Kurt Diebner entwarf in Zusammenarbeit mit dem Kernphysiker Erich Bagge ein Programm mit dem Titel „Vorbereitender Arbeitsplan zur Aufnahme von Versuchen für die Nutzbarmachung der Kernspaltung“.
Das Ziel des Programms war die Erreichung einer kontrollierten Kettenreaktion in einem Uranbrenner. Alle führenden Physiker wurden aufgerufen nach Berlin zu kommen und sich an dem Projekt zu beteiligen. Aber nur wenige folgten dem Ruf nach Berlin, alle jedoch erklärten sich zu Mitarbeit bereit. Nur Carl Friedrich von Weizsäcker und Karl Wirtz gingen nach Berlin und erhielten dafür eine Befreiung vom Wehrdienst.
Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts war damals der holländische Physiker Peter Debye, der jedoch im Januar 1940 von einem Aufenthalt in den USA nicht zurückkehrte. Als kommissarischer Leiter wurde daraufhin Kurt Diebner eingesetzt. Zusätzlich wurde aber der theoretische Physiker und Nobelpreisträger Werner Heisenberg als Berater in das Institut geholt. Einige Zeit später, am 1. Oktober 1942, wurde Heisenberg zum neuen Leiter des Instituts ernannt.
Heisenberg hatte sich schon zuvor mit der Kernspaltung von Uran beschäftigt. Er wollte Natur-Uran, ein Gemisch aus Uran-238 (99,2739 Prozent), Uran-235 (0,7205 Prozent) und einem sehr geringen Prozentsatz Uran-234 (0,0056 Prozent), zur Kernspaltung einsetzen. Jedoch benötigte er dazu einen Moderator – damals Bremssubstanz genannt – um die bei der Kernspaltung freigesetzte Energie einzufangen. Ziel war es, mit dem Moderator, die bei der Spaltung freigesetzten schellen Neutronen zu verlangsamen, ohne deren Energie dabei zu absorbieren. Heisenberg war der Auffassung, dass zu diesem Zweck entweder schweres Wasser oder besonders reiner Kohlenstoff Verwendung finden könnten. Jedoch wurden auch weitere Bremssubstanzen an verschiedenen Forschungsinstituten untersucht.
Heisenberg fand heraus, dass Schweres Wasser als Moderator besonders geeignet sei und so viel die Entscheidung zu dessen Gunsten.
Schweres Wasser, Quelle WikipediaSchweres Wasser (Deuteriumoxid) ist chemisch gesehen Wasser mit der Summenformel D2O. Von „normalem“ Wasser H2O unterscheidet es sich dadurch, dass die „normalen“ Wasserstoffatome des Protiums (Symbol H) durch schwere Wasserstoffatome des Isotops Deuterium (Symbol D) ersetzt wurden. Wasserstoff H hat nur ein Proton im Atomkern, Deuterium hingegen ein Proton und ein Neutron. Dementsprechend sind Molekülmasse und Dichte schweren Wassers höher als die gewöhnlichen Wassers.
Theoretisch konnte die Kernspaltung „gedacht“ werden, doch es war damals enorm schwer die benötigten Mengen an Uran und schwerem Wasser zu beschaffen um einen Reaktorbetrieb zu gewährleisten.
Fortsetzung folgt:

Die Entdeckung und Erforschung der Radioaktivität – Teil 1

Von vielen bedeutenden Naturwissenschaften vergangener Zeiten kennen wir alle zwar die Früchte ihrer Arbeit, ihre Namen sind und jedoch weitgehend unbekannt.
Das trifft auch auf die Entdecker und Erforscher der Radioaktivität zu. Daher möchte ich in diesem Beitrag einige dieser Wissenschaftler und ihr Schaffen vorstellen um sie vor dem Vergessen zu bewahren.
Als Besonderheit ist dabei zu erwähnen, dass die Entdeckung und Erforschung der Radioaktivität im Wesentlichen aus der Harzregion stammt. Das ist natürlich nicht blanker Zufall! Die Ursachen dafür liegen in der großen Bedeutung des Bergbaus und des Hüttenwesens im 18. und 19. Jahrhundert, worin die Harzregion europaweit eine Führungsrolle innehatte. Dementsprechend bildete sich Spezialwissen in Geologie, Mineralogie, Chemie und weiteren angrenzenden Wissenschaften, die maßgeblich dazu beitrugen.
Zunächst möchte ich auf Martin Heinrich Klaproth zu sprechen kommen. Er wurde am 1. Dezember 1743 in Wernigerode als Sohn eines armen Schneiders geboren. Nach dem Besuch der Wernigeröder Stadtschule, Klaproth soll ein ausgezeichneter Schüler gewesen sein, ging er nach Quedlinburg um dort in der Ratsapotheke als Gehilfe zu arbeiten. Nach 6 Jahren zog es den jungen Klaproth in die Welt hinaus, er nahm ab 1766 Stellungen als Gehilfe in Apotheken in Hannover, Berlin und Danzig an. Jedoch auch dies reichte dem wissbegierigen jungen Mann nicht. Während seiner Berlinzeit nahm er Kontakt zu dem bekannten Arzt und Chemiker Johann Heinrich Pott sowie dem ebenfalls bekannten Chemiker Andreas Sigismund Marggraf auf und ließ sich von diesen beiden weiterbilden.
1771 kehrte Klaproth aus Danzig nach Berlin zurück, wo er in der bekannten Berliner Apotheke „Zum Weißen Schwan“ eine Anstellung fand. Dort war der angesehene Apotheker, Chemiker und Metallurg Valentin Rose der Ältere Inhaber und Klaproth ging bei diesem in die Lehre.
Als Rose nach kurzer Zeit verstarb, führte Klaproth die Apotheke weiter und zog zugleich die vier Kinder seines Arbeitgebers, darunter auch Valentin Rose der Jüngere, auf.
Klaproths Experimentierfreude war nicht zu bremsen und da er nun die Möglichkeit hatte, richtete er sich in der Apotheke ein entsprechendes Labor ein.
Dann lernte er die Nichte seines ehemaligen Lehrers Marggraf kennen und lieben. Er heiratete die vermögende Christiane Sophie Lehmann und erwarb 1780 die Bären-Apotheke in Berlin, denn sein Zögling Valentin Rose der Jüngere übernahm die Apotheke seines verstorbenen Vaters selbst. Klaproth verschaffte seiner Bären-Apotheke schnell einen guten Ruf.
Doch auch die Tätigkeit in der eigenen Apotheke befriedigte den vielseitig interessierten Klaproth nicht. Daher ging er im Jahr 1800 als Chemiker an die Königlich-Preußische Akademie der Wissenschaften in Berlin. Die Chemie, wie wir sie heute als Wissenschaft kennen, steckte damals noch in den Kinderschuhen. Sie bestand im Wesentlichen aus den „Misch – Scheidekünsten“, die wiederum eng mit dem Bergbau verknüpft waren. Nur so ist zu verstehen, dass die Chemiker der damaligen Zeit zumeist nur Lehrlinge und zudem Autodidakten waren. Als Mitarbeiter des renommierten Chemikers Franz Carl Achard, dem Erfinder der Technologie aus Zuckerrüben Zucker zu erzeugen, trat er nach dessen Tod die Nachfolge an.

Nebenamtlich wirkte er seit 1787 als Professor der Chemie an der Berliner Artillerieschule, als Dozent am Collegium medico-chirurgicum und als Lehrer des Berg- und Hütteninstitutes. Besonders letztere Tätigkeit faszinierte ihn und Klapproth wandte sich zunehmend der Mineralogie zu.
In den Jahren von 1795 bis 1815 gab er sechs Bände seiner „Beiträge zur chemischen Kenntnis der Mineralkörper“ heraus. In dieser Zeit entstand seine besondere Vorliebe zur Mineralienanalyse. Zudem bestand sein Interesse auch für Legierungen von Metallen und deren Verbindungen. Ferner entwickelte er ein Aufschlussverfahren für Silikate (Eindampfen mit Kalilauge, Schmelzen im Silbertiegel). Er fand Phosphate im Harn, klärte die Zusammensetzung von Alaun, Apatit auf, analysierte Rotkupfererz, Gelbbleierz, Aragonit, Lepidolith, Dolomit, Smaragd, Topas, Granat und Titanit.
Große Verdienste erwarb sich Klaproth auch mit der Entdeckung, die er zusammen mit Hennea Meyer machte, dass Phosphor in Stahllegierungen Verursacher der Kaltbrüchigkeit ist, was die Metallurgie entscheidend beeinflusste.
Seine bedeutendsten Leistungen sind jedoch in der Entdeckung und Beschreibung der chemischen Elemente Zirconium, Cer, Titan, Tellur, Strontium und Uran zu sehen.
Im Jahr 1789 hatte Klaproth das Uran aus dem Mineral Pechblende isoliert, dass er in dem Sächsischen Bergwerk „Georg Wagsfort“ bei Johanngeorgenstadt gewonnen hatte. Er behandelte das Mineral mit Säure und erwärmte es stark: Das Ergebnis war ein schwarzes Pulver, das er nach dem, einige Jahre zuvor entdeckten, Planeten Uranus benannte.
Am 24. September 1789 gab Klaproth die Entdeckung in einer Ansprache vor der Preußischen Akademie der Wissenschaften bekannt. Dennoch hatte Klaproth sich geirrt. Er hatte zwar ein neues Element – Uran – entdeckt, was er jedoch durch seine chemischen Behandlungen gewonnen hatte war nicht das Element Uran selbst, sondern ein Oxid des Metalls. Erst fünfzig Jahre später, im Jahre 1841, gelang es dem Franzosen Eugène Peligot, reines Uranmetall zu gewinnen.
Professor Klaproth hatte zwar ein neues Element, das Uran-Metall, entdeckt, von dessen radioaktiven Eigenschaften sowie von Radioaktivität schlechthin hatte er jedoch keine Kenntnis.
1810 erhielt er auf Vorschlag Alexander von Humboldts eine Berufung als Professor der Chemie an die neu gegründete Berliner Universität. Am Neujahrstag 1817 verstarb Klaproth an einem Schlaganfall. Er wurde auf dem Dorotheenstädtischen Friedhof in Berlin beigesetzt. Die Grabstätte befindet sich in der Abteilung CAL, G2.
Professor Martin Heinrich Klaproth war einer der angesehensten Chemiker seiner Zeit und kann wohl als Urvater der Kernspaltung angesehen werden.
Demnächst: Aus der frühen Forschung zur Radioaktivität.