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Otto Hahn

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Gedanken eines Laien zu großen Forschern und Denkern.
Was mir an den großen Wissenschaftlern und Philosophen am wichtigsten erscheint.


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Lise Meitner:
Hähnchen, das verstehst Du nicht, das ist Physik!
Meine Gedanken dazu:
Das soll sie angeblich oft gesagt haben, und Frauenrechtlerinnen dient der Satz gern als rhetorische Einleitung. Tatsächlich hat sie Otto Hahn, der eigentlich Chemiker war, von den Versuchen an Atomkernen zuerst abgeraten. Erst nach und nach konnte er sie von den Effekten überzeugen und sie fand schließlich die richtige Interpretation.

Alchemie

Schon die Alchemisten träumten davon, aus einem Element ein anderes zu machen, am besten Gold. Nachdem der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth 1789 das Uran entdeckte, war ein Element gefunden, welches das von ganz alleine bewerkstelligte. Zerfällt ein natürlich vorkommendes Uran-Atom-238, und dieser Zerfall geschieht innerhalb von gut vier Milliarden Jahren (!) mit einer Wahrscheinlichkeit von 50%, entsteht daraus Thorium. Das Atom hat also zwei Protonen verloren.

Otto Hahn wollte nun diesen Zerfall künstlich herbeiführen oder sogar ein Element höherer Ordnungszahl erzeugen. Den Atomkern mit Protonen zu beschießen, um ihn schwerer zu machen, war damals jedoch nicht möglich, da die Protonen mit ihrer elektrischen Ladung abprallten. So benutzte er Neutronen, die wegen ihrer elektrischen Neutralität durch die Elektronenwolke schlüpfen und auch in den Atomkern eindringen konnten. Als Neutronenquelle benutzte er ein ganzes Gramm Radium, vermischt mit Beryllium. Da die schnellen Neutronen nichts ausrichteten, mussten sie gebremst werden, dazu benutzte er als Moderator einen Block aus Paraffin. Er hoffte, einige Protonen aus dem Kern zu schießen und damit den radioaktiven Zerfall künstlich herbeizuführen.

Nach längerer Bestrahlung konnte Otto Hahn zusammen mit Fritz Straßmann nach chemischer Analyse das Element Barium nachweisen. Am 6. Januar 1939 erschien in der Zeitschrift Die Naturwissenschaften ihr Bericht, in dem sie die "seltsamen Ergebnisse" vorsichtig veröffentlichten. Sie verstanden aber nicht, was passiert war.

Lise Meitner

Die Physikerin Lise Meitner war wegen ihrer jüdischen Abstammung mit Hahns Hilfe vor den  Nazis nach Schweden entkommen, um nicht im  KZ zu landen. Im Dezember 1938 hatte Otto Hahn ihr in einem Brief über das seltsame Zerplatzen des Urans in Barium berichtet, das er als physikalisch absurd bezeichnete. Mit ihrem Neffen Otto Frisch, ebenfalls Physiker, fand sie schließlich die richtige physikalisch-theoretische Erklärung der Versuchsergebnisse. Otto Hahn hatte tatsächlich die erste Kernspaltung der Geschichte durchgeführt!

In einem Brief schrieb Otto Frisch, dass er und seine Tante Lise Meitner bei einem Spaziergang im Schnee auf die Erklärung des Spaltprozesses gekommen waren, nämlich dass durch das Eindringen eines Neutrons der Atomkern so heftig in Schwingungen kommen kann, dass er sich teilt. Durch die gleichen positiven Kernladungen stoßen sich die Bruchstücke dann heftig ab, so dass das ganze Atom schließlich geteilt wird. Diese Erkenntnisse werden in der Zeitschrift Nature am 16. Januar 1939 nur kurz erwähnt.

Atombomben?

Otto Frisch wiederholt daraufhin Hahns Experiment und weist in einer angebrachten Ionisationskammer 15 Spaltprodukte des Urans nach, und bestätigt auch die vorhergesagte ungewöhnlich hohe Energiefreisetzung bei dem Vorgang. Dass ihnen die Apparatur nicht um die Ohren flog, liegt daran, dass sie noch keine Kettenreaktion eingeleitet hatten und keine Kritische Masse an Uran benutzten. Tatsächlich ist es zwar leicht, Atomkerne zu spalten, aber die Explosion einer Atombombe herbeizuführen, ist doch gottseidank (!) relativ aufwändig.

Schon vor Otto Hahns Entdeckung hatten Physiker wie der Ungar Leó Szilárd vorhergesagt, dass eine Kernspaltung, die weitere Neutronen freisetzt, eine Kettenreaktion auslösen könnte. Nachdem Hitler das böhmische Sudetenland besetzt hatte und ihm damit die Uranvorkommen in Joachimsthal in die Hände fielen, wurde während des Zweiten Weltkrieges auch in Deutschland an der Verwirklichung einer Atombombe geforscht. Es war nur eine Frage der Zeit, aber schließlich waren es die Amerikaner, die unter großem Aufwand in Los Alamos mit dem Manhattan-Projekt die erste funktionsfähige Atombombe bauten und auch einsetzten.

Die Experimente Otto Hahns fanden auf einem Holztisch in Berlin statt. Den meisten Platz darauf nimmt die Zähleinrichtung mit Elektronenröhren und einem mechanischen Zählwerk ein. Unter dem Tisch findet man Batterien als Stromversorgung für das Geiger-Müller-Zählrohr und die Röhren. Im Deutschen Museum in München steht das Original. Als ich vor langer Zeit dort war, leider mit sehr dürftigen Erklärungen.
Otto Hahn in Oberfranken
Otto Hahn
Dass das Gymnasium in  Marktredwitz  Otto-Hahn-Gymnasium heißt, habe ich lange für einen Zufall gehalten, nach der Annahme »Naja, sie haben halt irgend einen berühmten Namen gesucht!«.

Allerdings befand sich in der nahen Ortschaft Brand in  Oberfranken, einem Stadtteil von Marktredwitz, während des 2. Weltkrieges eine geheime Chemiefabrik, und in einem Arbeitszimmer im Brander Schloss hat Otto Hahn mehrmals gearbeitet. Woran er forschte, konnte ich nicht in Erfahrung bringen, war ja auch sehr geheim! Im Ort wurde verbreitet, dass man an der Krebsforschung arbeite, aber es waren Forschungsprojekte der Arbeitsgemeinschaft Kernphysik. Das Schloss war für betriebsfremde Personen gesperrt und die Verpflegung wurde durch eine Durchreiche geschoben, die heute noch erhalten ist (Quelle: Frankenpost vom 26.10.2019).

Vielfach wurde spekuliert, dass das strenge Betretungsverbot, auch für das Küchenpersonal etc., zum Schutz vor radioaktivem Material erlassen wurde. Dafür gibt es jedoch keine Anhaltspunkte. Bei späteren Untersuchungen fand man keine radioaktiven Reste, und Strahlenschutz war damals noch kaum ein Thema. Möglicherweise fand hier in Brand bei Marktredwitz nur theoretische Forschung statt, und der Grund für die Restriktionen war nur die Geheimhaltung des militärischen Projekts.
Uran
Die radioaktiven Elemente entstanden nicht beim Urknall. Dabei wurden nur wenige leichte Elemente wie Wasserstoff, Helium und Lithium gebildet. Wahrscheinlich nicht mal der Kohlenstoff, aus dem wir alle bestehen. Erst als die ersten Sterne entstanden, die so groß waren, dass sie unvorstellbar starken Druck erzeugten, deshalb nur relativ kurz existierten und schließlich in einer großen Supernova explodierten, erbrüteten sie in ihrem Innern die schweren Elemente, auch instabile radioaktive. Von diesen ist in der Natur fast nur noch das Uran-238 vorhanden. Der Grund liegt in der hohen Halbwertszeit dieses 238U. Während andere radioaktive Elemente zerfielen, hat Uran weiter existiert. Es besitzt eine Halbwertszeit von 4 468 000 000 (ca. 4,4 Milliarden!) Jahren, ist deshalb ein schwacher Strahler.

Dass wir in der Natur trotzdem andere radioaktive Elemente finden, liegt daran, dass ein Uran-Atom bei seinem Zerfall wiederum radioaktive, kurzlebigere Elemente erzeugt, und diese bei ihrem Zerfall wiederum das gleich tun, bis diese Zerfallsreihen schließlich beim Blei enden. Eine große Rolle spielt das Uran-235 (238U), das gegenüber dem 238er Isotop kurzlebiger ist und in Gaszentrifugen angereichert werden muss, um als Brennstoff in Atomkraftwerken verwendet werden zu können. Noch aufwändiger ist die Anreicherung zur Herstellung von Kernwaffen. Hier müssen um die 90% erreicht werden.

Ein Glied dieser Zerfallsreihe ist das Radon, ein Zerfallsprodukt des 1898 in Frankreich von der polnischen Physikerin Marie Curie in Pechblende aus dem böhmischen St. Joachimsthal entdeckten Radiums. Weil es gasförmig ist, dringt es in Gegenden mit Uranvorkommen, wie dem Fichtelgebirge und dem Erzgebirge, durch die Keller und Fundamente in die Wohnungen ein. Kurzzeitig kurmäßig angewandt kann es in der medizinischen Radonbalneologie heilende Wirkungen haben aber ein lang dauerndes chronisches Einatmen kann auch Krebs erzeugen. Früher konnte es durch undichte Fenster und Türen und durch den Ofenzug abfließen, in modernen Wohnungen mit Zentralheizung und Dichtlippen an Fenstern und Türen steigt jedoch die Konzentration.

Für meine Texte: © 2019 by Erwin Purucker





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