Archiv der Kategorie: Technik

Technik – Fluch und Segen zugleich. Setzen wir sie zum Wohlergehen der Menschen ein!

Bernd Sternal

Das Uran-Projekt der Nationalsozialisten Teil 1

Geschichte, Politik, Technik, Wissenschaft, , , , , , ,

Chemiker Martin Heinrich KlaprothÜber den Entdecker des chemischen Elements Uran, durch den Harzer Chemiker Martin Heinrich Klaproth, habe ich bereits in meinem Beitrag https://open-the-door.com/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.


Square Pop-Up (250x250)

Da 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:

„Roch“ – der Märchenvogel aus Tausendundeiner Nacht

Technik, Wissenschaft, , , , , ,

Der „Roch“ ist ein Vogel aus den sagenhaften persischen Erzählungen von Tausendundeiner Nacht. Der Vogel soll größer als ein Mensch sein und sich dem Märchen nach von Elefanten ernähren. In dem Märchen soll sich Sindbad an ein Bein des Rochs gebunden haben, um von einer einsamen Insel zu entkommen.

Sindbad der Seefahrer und der Vogel Roch, Illustration von Gustave Doré (1832 - 1883), aus "One Thousand and One Nights", Antoine Galland, Paris 1865
Sindbad der Seefahrer und der Vogel Roch, Illustration von Gustave Doré (1832 – 1883), aus „One Thousand and One Nights“, Antoine Galland, Paris 1865

Die US-Amerikaner haben diesen mystischen Namen nun für ein riesiges Flugzeug verwendet. Der monströse Vogel wird in der kalifornischen Mojave-Wüste entwickelt und gebaut. Chefkonstrukteur ist der erfahrene US-amerikanische Luft- und Raumfahrtingenieur Elbert Leander „Burt“ Rutan, der 1943 in Portland, Oregon, geboren wurde.

Rutan, ein NASA-Veteran, arbeitete bereits an der Entwicklung des Space-Shuttle mit. Zudem war er der Entwickler des riesigen Transportflugzeuges „White Knight Two“, das 2008 seinen Erstflug hatte. White Knight Two wurde als Trägerflugzeugtyp entwickelt und soll das Raumflugzeug Space Ship Two auf eine Höhe von etwa 15 Kilometern transportieren, bevor dieses dort ausgeklinkt wird und mit Raketenantrieb einen suborbitalen Weltraumflug unternimmt.

White Knight Two ist ein sogenanntes Doppelrumpfflugzeug. An diese Konstruktion angelehnt wird nun der Roch gebaut, jedoch noch viel gewaltiger. Hat der White Knight eine Flügelspannweite von 42,67 m und eine Länge von 23,77 m, so weißt der Roch eine Flügelspannweite von sagenhaften 117 m auf, bei einer Länge von 65 m.

Im Jahr 2011 hatte Microsoft-Mitgründer Paul Allen die Vision Raumflug-Dienstleistungen anzubieten. Er gründete zu diesem Zweck zusammen mit Scaled-Composite-Gründer Burt Rutan die Stratolaunch Systems mit Sitz in Huntsville, Alabama. Entwickelt und gebaut wird der Mega-Vogel in Zusammenarbeit mit der NASA.

Die zwei Rümpfe des Rochs sind durch eine mächtige Tragfläche verbunden, der dadurch wie ein Katamaran der Lüfte wirkt. Das Flugzeug verfügt über insgesamt 6 große Mantelstrom-Triebwerke, drei davon rechts und drei links an den Außenseiten der Tragflächen. Durch diese Bauweise ist es möglich, zwischen den beiden Rümpfen große Lasten aufzunehmen und zu transportieren. Wie es heißt, wurde das Cockpit von der Boeing 747 übernommen. Der Roch verfügt über ein Fahrwerk mit 28 Rädern und die gesamte Flugzeugzelle wird größtenteils aus Kohlefaser-Verbundmaterial gefertigt.




Der Monster-Vogel „Roch“, in der Größe eines Fußballfeldes, soll zukünftig Satelliten-Trägerraketen in etwa 11 km Höhe transportieren und diese dort ausklinken. Mit dem eigenen Raketen-Triebwerk sollen die Satelliten dann den Erdorbit erreichen.

Neu ist diese Idee nicht: Bereits seit den 1970er Jahren wird über solche Lösungen nachgedacht und es gab auch bereits erste Entwicklungen und Tests, die jedoch alle nicht erfolgreich waren. Hintergrund dieser Bestrebungen, insbesondere in den USA und in Russland, ist der Umstand, dass es kaum möglich ist, von bekannten Raketenstartplätzen aus unbeobachtet Starts durchzuführen.

Denkbar, und wohl auch in die Planungen und Entwicklungen einbezogen, wäre wohl auch der Transport der neuen Kleinraumfähre „Dream Chaser“. Das ist ein in der Entwicklung befindlicher kleiner Raumgleiter, der von dem US-Unternehmen Sierra Nevada Corp. mit finanzieller Unterstützung der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickelt wird.

Der genaue Starttermin des Roch ist geheim, jedoch ist er für das Jahr 2018 geplant.

Myonen und die Cheopspyramide

Geschichte, Technik, Wissenschaft, , , , ,

Alles besteht aus Materie: Diese stellt in den Naturwissenschaften eine Sammelbezeichnung für alles dar, woraus physikalische Körper aufgebaut sind, also chemische Stoffe sowie deren Bausteine.

Der Begriff Materie ist kein feststehender, denn in der modernen Physik wurde er mehrfach erweitert und er ist wohl auch für die Zukunft nicht endgültig definiert.

In seiner engeren Bedeutung umfasst der Materiebegriff heute alle Elementarteilchen. Das sind also Quarks und Leptonen mit Eigendrehbewegung sowie alle darauf aufgebauten Objekte wie Atome, Moleküle sowie weitere feste, flüssige und gasförmige Materie. In den Geisteswissenschaften wird der Materie-Begriff jedoch anders definiert.




Ich möchte dennoch hier keine philosophische Materie-Betrachtung anstellen, sondern ausschließlich über neue wissenschaftliche Erkenntnisse informieren.

Ein Elementarteilchen, das dem Elektron ähnelt, ist das Myon. Es hat viele Eigenschaften des Elektrons, jedoch hat es eine etwa 200-mal größere Masse. Weiterhin zerfällt es im Unterschied zum Elektron spontan mit einer mittleren Lebensdauer von nur etwa 2,2 Mikrosekunden. Das mag jedem, der kein Naturwissenschaftler ist, wenig interessant und relevant vorkommen: Ist es aber nicht wirklich.

Square Pop-Up (250x250)

Myonen sind ein Hauptbestandteil der kosmischen Strahlung. Sie erzeugen mit ihrer meist hohen kinetischen Energie in Materie durch viele aufeinander folgende Stöße mit annähernder Lichtgeschwindigkeit lange Ionisationsspuren, die zur Detektion dienen können. Myonen bewegen sich meist mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und können trotz ihrer kurzem Lebensdauer kilometerdicke Felsen durchdringen.

Myonen wurden 1936 von US-amerikanischen Physikern Carl D. Anderson und Seth Neddermeyer bei der Untersuchung von kosmischer Strahlung entdeckt und unabhängig davon 1937 von den US-amerikanischen Physikern J. Curry Street und E. C. Stevenson nachgewiesen.

Physik-Nobelpreisträger Luis Walter Alvarez beschäftigte sich seit dieser Zeit ebenfalls mit kosmischer Strahlung. Nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelte er den Protonen-Linearbeschleuniger in Berkeley, der ab 1947 im Einsatz war. Außerdem war er in Berkeley Mitentwickler der ersten Synchrotrone (Ringbeschleuniger). Ab 1950 wandte er sich der Detektor-Entwicklung zu.

Seine entwickelten Detektor-Verfahren setzte er von 1965-1969 In Ägypten ein. Mit Hilfe von Messungen komischer Höhenstrahlungen wollte er herausfinden, ob in der Chephren-Pyramide unentdeckte Kammern aufzufinden sind. Seine Methoden waren jedoch noch unausgereift und seine Messungen, auf Grund deren er behauptete, dass in der Pyramide keine unentdeckten Kammern mehr vorhanden sind, stellten sich als Fehlurteil heraus.

Querschnitt der Cheops-Pyramide mit Hohlraum-Scan von 2015
Querschnitt der Cheops-Pyramide mit Hohlraum-Scan von 2015, Sternal Media

Jedoch wurde die Verfahrenstechnik ständig weiterentwickelt, verbessert und verfeinert. Das war im Jahr 2015 für ein internationales Forscherteam, unter Aufsicht des ägyptischen Antiken-Ministeriums, Anlass, die Cheopspyramide nach unentdeckten Hohlräumen zu untersuchen. Mit Hilfe modernster Analyse- und bildgebender Technik wurde das 4 500 Jahre alte antike Bauwerk auf unbekannte Räume, Kammern und Gänge untersucht. Mit Myonen-Detektoren gelang den Forschern nun das Auffinden bisher unbekannter räumlicher Strukturen. Die Myonen-Technologie, die heute auch zur Untersuchung von Vulkanen eingesetzt wird, und die auch beim havarierten Kernkraftwerk in Fukushima zum Einsatz kam, zeigt einen rätselhaften Hohlraum von wohl etwa 30 m Länge oberhalb der Großen Galerie. Die Wissenschaftler können die Anomalie jedoch bisher nicht erklären. Das liegt nach eigenen Aussagen wohl daran, dass die Wissenschaftler die inneren Strukturen der Pyramide noch nicht verstehen. Zudem ist sich die Wissenschaft bis heute nicht über den Bau der Pyramide einig. Verschiedene Theorien stehen sich gegenüber, doch sie bleiben Hypothesen, da bisher die Beweise fehlen. Wir können also auch in Zukunft gespannt sein, welche Geheimnisse sich die alten Grabstätten der Pharaonen noch entreißen lassen werden.