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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Spaltungsreaktion. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Im Jahr 1938 bemerkten I. Joliot-Curie und P. Savich, dass Uran durch die Methode aktiviert wurde Fermi, gibt es ein lanthanähnliches Element. Diese Experimente wurden im selben Jahr von O. Hahn und F. Strassmann wiederholt, die die Ergebnisse ihrer französischen Kollegen bestätigten und feststellten, dass das neue Element, das sie bemerkten, genau Lanthan war. Zusammen mit Hahn und Strassmann arbeitete Lisa Meitner, Absolventin der Universität Wien, eine talentierte Theoretikerin und Spezialistin auf dem Gebiet der Atomphysik, am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin. Doch als Jüdin deutscher Herkunft musste sie nach Dänemark in Kopenhagen zu Niels Bohr und Otto Frisch, einem anderen deutschen Physiker, fliehen. Und dann werden die Ereignisse ausführlich im Buch „Die Welt des Atoms“ beschrieben: „In der ruhigen kreativen Atmosphäre des Instituts für Theoretische Physik vergaß sie die Sorgen und Ängste der vergangenen Tage schnell. Nun zum Problem des Atoms.“ Der Kern wurde für sie wieder zur Hauptsache. Zwei Tage vor ihrer Abreise erhielt Lise Meitner einen Brief von Otto Hahn, in dem er über die Erforschung des radioaktiven Bariums schrieb. Nachdem sie den Brief gelesen hatte, ballte sie instinktiv ihre Fäuste. Sie wollte es zerquetschen und wegwerfen. Drinnen kochte alles: "Unsinn! Was für ein Unsinn!" Als die erste Aufregung verging, dachte sie: „Wenn Hahn behauptet, dass sich Uran in Barium verwandelt, dann ist das vielleicht wirklich so. NEIN. Das bedeutet, dass Neutronen eine neuartige Umwandlung des Urankerns bewirken. Sie nahm einen Bleistift und begann schnell zu schreiben. Die mathematischen Symbole, mit denen sie das Blatt ausfüllte, wären für einen gewöhnlichen Menschen unverständlich gewesen. Der Kern des Uranatoms zerfiel in etwa zwei Teile. In dem Brief verwendete Gan das Wort „gespalten“. Nun ist es nicht so wichtig, die Tatsache selbst ist wichtig. Ist es möglich, die Möglichkeit einer solchen Aufspaltung anhand der bekannten Gesetze der Physik zu verstehen? Die allerersten Berechnungen, die sie anstellte, ergaben ein positives Ergebnis. Meitner war unsicher – was ist, wenn sie sich irrt?“ Lisa bittet darum, die Berechnungen von Otto Frisch zu überprüfen. Er überflog die zerknüllten Blätter, nahm einen Bleistift heraus, ging in die Hocke und begann schnell zu rechnen. - Aber es ist wunderbar und unglaublich. Du hast wirklich Recht! Frisch steckte das Blatt in seine Tasche. - Wir kommen zurück. Wir müssen alles sofort überprüfen. So endeten ihre Ferien, bevor sie überhaupt begonnen hatten. Die Feierlichkeiten versprachen, sehr fröhlich zu werden, aber jetzt waren sie nicht interessiert. Sie schlossen sich in einem Raum ein, in dem eine der bemerkenswertesten theoretischen Studien begann. Auf sie warteten große Strapazen. Endlose Berechnungen, komplexe und zeitraubende Schlussfolgerungen, Überprüfung der erzielten Ergebnisse, Vergleich mit den abgeleiteten Formeln und Mustern ... Sie bemerkten nicht, wie sieben Tage vergangen waren und wie das Jahr 1939 gekommen war. Das neue Jahr brachte eine neue Theorie. Meitner und Frisch waren die ersten, die die Ergebnisse von Hahn und Strassmann theoretisch erklärten. Wenn sich ihre Schlussfolgerungen bestätigen und sich herausstellt, dass alles richtig ist, wird die Menschheit einen neuen Weg einschlagen und eine neue Energiequelle haben. Sie waren sich vollkommen bewusst, dass sie eine bahnbrechende Entdeckung gemacht hatten, also beeilten sie sich, Artikel zu verfassen. Ein Artikel von Lise Meitner und Otto Frisch mit dem Titel „Uranium Fission by Neutrons: A New Type of Nuclear Reaction“ ging am 16. Januar 1939 in Druck und erschien einen Monat später in Priroda. Bald wurde hier ein weiterer Artikel von ihnen veröffentlicht – „Produkte der Spaltung des Urankerns“ und dann Frischs Arbeit über die Ergebnisse von in Dänemark durchgeführten Experimenten. Tatsächlich wurde dieses Phänomen Ende 1938 und Anfang 1939 fast gleichzeitig von mehreren Physikern erklärt. In weniger als einem Monat in vier Laboren auf der ganzen Welt – in Kopenhagen, New York, Washington und Paris. Hahn und Straßmann, Meitner und Frisch wurden bereits erwähnt. Im Kerker der Columbia University führen John Dunning und zwei Assistenten auch die Spaltung des Urankerns durch. Neben ihnen kamen im Labor des Collège de France in Paris das Ehepaar Irene und Frédéric Joliot-Curie zusammen mit ihren Mitarbeitern Pavle Savich, Hans Halban und Lev Kovarsky zu derselben Entdeckung. Nach dieser Erklärung erfährt ein von Neutronen beschossenes Uranatom eine neue Art der Spaltung, bei der das vom Neutron getroffene Atom in zwei etwa gleiche Teile zerfällt. Dieses Phänomen erhielt bald den Namen Kernspaltung. Joliot-Curie erkannte sofort die enorme Bedeutung dieser neuen Art des Atomzerfalls. In den Kernen leichter Elemente ist die Anzahl der Protonen und Neutronen ungefähr gleich, und mit zunehmender Ordnungszahl steigt die relative Anzahl der Neutronen. Wenn im Urankern das Verhältnis der Anzahl der Neutronen zur Anzahl der Protonen 1,59 beträgt, dann schwankt es für die Elemente der Mitte des Periodensystems zwischen 1,2 und 1,4. Das bedeutet, wenn ein Uranatom in zwei Teile zerfällt, dann muss die Gesamtzahl der Neutronen in den Spaltfragmenten, um die Stabilität der Spaltfragmente selbst zu erreichen, kleiner werden als die Anzahl der Neutronen, die im ursprünglichen Kern enthalten sind. Die Spaltung eines Uranatoms setzt Neutronen frei, die wiederum die Spaltung anderer Atome bewirken können. Daher besteht die Möglichkeit einer Kettenreaktion ähnlich der chemischen Kettenreaktion bei einer Explosion. F. Perrin machte und veröffentlichte im selben Jahr 1939 die erste Berechnung der "kritischen Masse", die zum Starten einer Kettenreaktion erforderlich ist. Das war zwar nur eine vorläufige Einschätzung. Heute weiß man, dass keine Menge gewöhnlichen Urans eine Kettenreaktion auslösen kann. Die bei der Spaltung von Uran-235-Atomen entstehenden Neutronen werden durch den sogenannten „Resonance Capture“ von Uran-238-Atomen zu Uran-239 absorbiert. Letzteres geht durch zwei aufeinanderfolgende Zerfälle in Neptunium und Plutonium über. Nur für spaltbare Stoffe wie Uran-235 und Plutonium gibt es eine kritische Masse. Die Berechnung des Massenverlustes bei der Spaltung des Uranatoms ließ zudem absehen, dass der Spaltvorgang mit der Freisetzung einer enormen Energie von 165 MeV einhergehen muss. Die Ideen von Joliot-Curie wurden bald experimentell bestätigt. Es wurde bewiesen, dass der Kern von Uran langsame Neutronen einfängt und dann Spaltungen. Niels bohr nach theoretischen Überlegungen kam er zu dem Schluss, dass nicht gewöhnliches Uran mit einer Masse von 238 gespalten wird, sondern sein Isotop mit einer Masse von 235. 1940 stellte A.O. Nier bestätigte Bohrs Vorhersage experimentell und stellte außerdem fest, dass ein weiteres leicht spaltbares Atom das Atom von Plutonium war. Die Idee, die Atomenergie für militärische Zwecke zu nutzen, wurde von einer Gruppe ausländischer Wissenschaftler vorgebracht, die vor dem Faschismus in die Vereinigten Staaten flohen, darunter L. Szilard, E. Wigner, E. Teller, W. R. Weisskopf, E. Fermi im Bericht. Diese Gruppe schaffte es, Präsident Roosevelt der Vereinigten Staaten zu interessieren. Diese Wissenschaftler verwendet Einsteinder einen Brief an den Präsidenten geschrieben hat. Infolgedessen beschloss Roosevelt, diese Studien staatlich zu unterstützen, und sie wurden sofort klassifiziert. „Bemühungen, Atomenergie in großen Mengen zu produzieren, hatten zwei unterschiedliche Ziele: die kontrollierte langsame Freisetzung von Energie für den industriellen Bedarf und die Schaffung eines superhohen Sprengstoffs“, schreibt Gliozzi. „Das zweite Ziel war in dieser tragischen Zeit der Welt von absoluter Dringlichkeit Die Wissenschaftler erkannten jedoch sehr bald, dass der schnellste Weg, das zweite Ziel zu erreichen, darin besteht, das erste zu erreichen .Die Atombombe benötigte riesige Mengen an Uran-235, das sehr schwer abzutrennen ist.Die langsame Stromerzeugung erfordert keine vorherige Abtrennung, es werden nur große Mengen Uran benötigt, und Plutonium wird als Nebenprodukt produziert.Daher die Idee von der „Atomhaufen", so genannt, vielleicht wegen der Einfachheit seines Designs. Dieser Name ist heute nur noch von historischem Interesse, weil er durch den treffenderen Namen „nuklear tor". Der ursprüngliche Zweck des Atomhaufens war nicht die Gewinnung von Energie, sondern die Herstellung von Plutonium in den für den Bau einer Atombombe erforderlichen Mengen. Ein wichtiges Problem bestand darin, die Anzahl der von Uran-238 aufgrund von Resonanz eingefangenen Neutronen zu verringern. Sie fallen aus der Kettenreaktion heraus, obwohl sie als Anreicherer nützlich sind, dh bei der Herstellung von Uran-239, das dann zu Neptunium und Plutonium wird. Daher war es notwendig, schnelle Neutronen so schnell wie möglich aus der Uranmasse zu entfernen, ihnen ihre kinetische Energie zu entziehen und sie in Form von thermischen Neutronen wieder in Uran zu lenken, um die Spaltung von Uran-235 zu bewirken. Diese Funktion von Moderatoren könnten Atome jener leichten Elemente übernehmen, mit denen Neutronen bei Kollision einen erheblichen Teil ihrer Energie verlieren, ohne gleichzeitig Veränderungen in diesen Atomen hervorzurufen. Bisher wurden nur zwei für diese Zwecke geeignete Substanzen gefunden: schwerer Wasserstoff (in Form von schwerem Wasser) und Kohlenstoff. Schweres Wasser ist sehr teuer, also haben wir uns für Kohlenstoff in Form von Graphit entschieden. Der erste Atomkessel oder Kernreaktor aus abwechselnden Uran- und Graphitschichten, entworfen und gebaut von Fermi in Zusammenarbeit mit Anderson, Zinn, L. Woods und G. Weil, wurde am 2. Dezember 1942 auf dem Tennisplatz von in Betrieb genommen der Universität von Chicago. Seine Leistung betrug 0,5 Watt. Zehn Tage später wurde es auf 200 Watt gebracht. Es war die erste Installation von Atomkraft, die heute zu einem der am weitesten entwickelten Zweige der modernen Industrie geworden ist." An der Außenwand des Tennisplatzes der University of Chicago befindet sich eine Gedenktafel. Die Inschrift auf der Tafel lautet: "Hier hat am 2. Dezember 1942 zum ersten Mal ein Mensch eine Kettenreaktion durchgeführt und damit den Beginn der Beherrschung der freigesetzten Kernenergie markiert." Die erste Pilotanlage ermöglichte eine genaue experimentelle Untersuchung des Plutonium-Produktionsprozesses. Es führte zu dem Schluss, dass dieses Verfahren eine reale Möglichkeit bietet, Plutonium in Mengen herzustellen, die ausreichen, um eine Atombombe herzustellen. Ende 1943 trat das Atombombenprojekt in die Umsetzungsphase ein. Die erste experimentelle Explosion wurde am 17. Juli 30 um 16:1945 Uhr erfolgreich auf der Alamogordo Air Force Base, etwa 200 Kilometer von Albuquerque entfernt, in der Wildnis von New Mexico durchgeführt. Autor: Samin D. K.
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