Roethlein B. Das Innerste der Dinge.. Einfuehrung in - tiera.ru

Kernspaltung und Kettenreaktion
Dass Atomkerne des Urans gespalten werden können, wenn
langsame Neutronen sie treffen, wurde 1938 von Otto Hahn
und Fritz Straßmann entdeckt und 1939 von Lise Meitner erklärt.
Es stellte sich bald heraus, daß auf ähnliche Weise die
Atomkerne aller mittelschweren und schweren Elemente
spaltbar sind. Die Uranisotope 233 und 235 sowie die Isotope
239 und 241 des künstlichen Elements Plutonium zeichnen sich
jedoch durch eine Besonderheit aus: Bei der Spaltung jedes
Atomkerns werden zusätzlich ein bis zwei Neutronen
freigesetzt. Dieser Neutronenüberschuss ist die Voraussetzung
dafür, daß eine Kettenreaktion in Gang kommt.
Die neu entstandenen Neutronen spalten ihrerseits wieder
Atomkerne, der Prozess setzt sich fort. Die Energie, die bei der
Spaltung erzeugt wird, erklärt sich durch den so genannten
Massendefekt: Die Ausgangsprodukte haben zusammengenommen
eine etwas größere Masse als die Endprodukte,
die Massendifferenz wurde nach der Formel
E = mc 2
in Energie verwandelt. Die Spaltprodukte tragen diese Energie
in Form von Bewegungsenergie mit sich fort.
Neutronen ein und sendet dabei Gammastrahlung aus. Wenn
man dann noch berücksichtigt, daß die Spaltneutronen »thermisch«
sein müssen, also auf Zimmertemperatur, ergibt sich
als Bedingung für die Spaltung, daß man die Neutronen erst
abkühlt, »moderiert«. Der Moderator muss Atomkerne enthalten,
die ein geringes Atomgewicht haben, denn nur leichte
Kerne können Neutronen wirkungsvoll abbremsen. Deshalb
verwendet man dafür Paraffin (es enthält viel Wasserstoff),
Graphit oder schweres Wasser. Auch der Moderator fängt unter
Umständen noch weitere Neutronen auf, so daß schließlich nicht
mehr ausreichend viele übrig bleiben, um eine Kettenreaktion in
Gang zu setzen. Dazu müsste mindestens ein Neutron pro
Spaltung eine weitere Spaltung auslösen.
Die Vision, durch Kernspaltungsreaktionen, die sich durch
eine Kettenreaktion selbst aufrechterhalten, Energie zu erzeugen,
war von Anfang an ein faszinierender Gedanke. Deshalb
untersuchten Forscher äußerst genau, unter welchen Umständen
dies möglich sein könnte. Die genannten Einschränkungen
stellen große Hemmnisse dar, wenn man Uran spalten will. Es
stellte sich jedoch schließlich heraus, daß man mit der Wahl
eines geeigneten Moderators und bei einer Anordnung, die so
groß ist, daß nur wenige Neutronen durch ihre Oberfläche
nach außen verloren gehen können, doch eine Kettenreaktion
aufrechterhalten kann.
In einer Sporthalle der Universität von Chicago gelang es
Enrico Fermi und seinen Mitarbeitern am 2. Dezember 1942
zum ersten Mal, eine nukleare Kettenreaktion aufrechtzuerhalten.
Dazu hatte man Natur-Uran zusammen mit Ziegeln
aus reinstem Graphit aufgeschichtet, ein Regelstab, der mit einem
Seil am Geländer der Tribüne befestigt war, sollte im
Notfall durch einen Axthieb befreit werden und in den Reaktor
fallen.
Wohl keine andere Technologie hat die Welt derart verändert
wie die Kerntechnik. Sie führte einerseits zur friedlichen
Nutzung der radioaktiven Strahlung und der Kernenergie, auf
die vielfältige Hoffnungen gesetzt wurden, andererseits aber
auch zur Atombombe und einem perversen Rüstungswettlauf
sowie zu einer weiträumigen Verseuchung der Erde mit gefährlicher
Strahlung, zur Bedrohung von Leben und Gesundheit.