Tappen im Dunkeln
Uran ist ein besonderer Stoff. Von der Entdeckung bis zur ersten atomaren Explosion entging den Forschern, die sich mit ihm befassten, die Bedeutung ihres Handelns.
Martin Heinrich Klaproth (1743 bis 1817): Er entdeckte das Element, das die Physik revolutionierte.
Klaproth, der 1743 in Wernigerode geborene Sohn eines armen Schneiders, ist 1789 in Kreisen der Wissenschaft kein Unbekannter mehr: Auf theoretischem Gebiet unterstützte der begabte Analytiker die Oxidationslehre Lavoisiers - war sozusagen ein Experte des Feuers.
Klaproths besondere Vorliebe allerdings galt den Mineralien: Wie viel und welches Metall enthalten Erze? Was steckt hinter den Schmelzprozessen im Silbertiegel?
Kein Wunder, dass Klaproth sich bald für ein Mineral namens Pechblende interessierte. Silberbergleute des Erzgebirges schütteten das für sie nutzlose, beim Abbau anfallende Zeug seit Jahrhunderten auf Halde. Dort lag es - still, und scheinbar friedlich. Geigerzähler kannte man vor dem Zwanzigsten Jahrhundert nicht.
Strahlende Kunstwerke
Pechblende enthält Uranoxid. Letzteres war auch der Stoff, den Klaproth wirklich isolierte. Wie seine Zuhörer an jenem denkwürdigen 24. September konnte Klaproth die Konsequenzen des Fundes nicht einmal ahnen. Mit welchem ungeheuren Stoff sie Tag für Tag umgingen, das ahnten ebenso wenig die Keramiker, Glasbläser und -maler des Erzgebirges und Böhmens, deren Erzeugnissen Uranoxid eine schöne grüne, orangene oder leuchtend rote Tönung verlieh. Annagrün heißt das Färbemittel im Fachjargon. Annagrün ist der Grund, dass manche Kunstwerke noch heute ein wenig strahlen.
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Reines, hoch angereichertes Uran: Dieser Block waffenfähiges Uran stammt aus den USA.
Was sie da in den Händen hielten, begriffen beide nicht. Niemand begriff zu dieser Zeit, dass ein silbrig glänzendes Schwermetall die Naturwissenschaft umwälzen wird. Doch nur wenige Jahre mussten vergehen, und das alte Weltbild der Griechen, die Vorstellung vom unteilbaren Atom, war passé.
Teuerste Ware der Welt
Nach Berichten von Zeitgenossen hatte eine Frau das bestimmte Gefühl für den bevorstehenden Umbruch. Marie Curie, Schülerin Becquerels, fand 1898 ein weiteres neues Element: Radium, das in winzigen Mengen beim Zerfall von Uran entsteht.
Um wenige Milligramm Radium zu erhalten, verbrauchten Marie und ihr Ehemann Pierre Tonnen von Uranerz, welches aus der Joachimsthal-Grube in Böhmen stammte. Radium, hoch radioaktiv und als Heilmittel beliebt, war bald die teuerste Ware der Welt.
Heilbäder nutzten es, sogar Rasierwässer mit Radium erschienen auf dem Markt. Das Uran, das nach der Extraktion des leuchtenden Elements übrig blieb, warf man weg. Im Mittelpunkt steht die theoretische Leistung: Marie Curie lieferte den entscheidenden Nachweis, dass Strahlung keine chemische Eigenschaft, sondern physikalisches Phänomen, ein Effekt - instabiler - Atomkerne ist.
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Lise Meitner und Otto Hahn in ihrem Labor in Berlin: Sie deutete seine fundamentale Entdeckung.
Sind instabile Atomkerne spaltbar - durch Beschuss mit Teilen anderer Kerne? Lässt sich auf solche Weise Energie gewinnen, lassen sich gar Kettenreaktionen provozieren? Wie so oft in den Wissenschaften wurzelten hier fundamentale Fragen in einem uralten Traum: das war der Alchemisten-Traum von der Umwandlung der Elemente.
Die Grundlage der Forschung bildete Niels Bohrs Atommodell von 1913: Elektronen umkreisen einen Atomkern, der wiederum aus unterscheidbaren Teilen besteht. 1932 entdeckte der Engländer James Chadwick das Neutron, ein Masseteilchen, welches von instabilen, also zerfallenden Kernen emittiert wird. Die Kernphysik war geboren. 1919 "zertrümmerte" Ernest Rutherford das erste Atom: Stickstoff wurde zu Sauerstoff.
Was lag näher, als nun Uran, das von Natur instabile, radioaktive Element, mit Neutronen unter Beschuss zu nehmen? Und wirklich: Im Dezember 1938 setzt der Physiker Otto Hahn gemeinsam mit seinem Kollegen Fritz Straßmann im Berliner Kaiser-Wilhelm-Institut Uranatome dem Aufprall von Neutronen aus. Hahn will, künstlich beschleunigt, Radium gewinnen. Das misslingt.
Stattdessen weisen die Forscher Barium nach. Bariumkerne sind exakt halb so schwer wie die Atomkerne des Urans. Es kann sich nur um eine Spaltung handeln. Dennoch weigert sich Hahn, an eine derartige Möglichkeit zu glauben: Zu ungewöhnlich ist der Gedanke. Erst die Physikerin Lise Meitner - sie hatte Deutschland als Jüdin verlassen müssen - deutet Hahns Experiment richtig: Der Urankern ist gespalten!
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Trinity-Test am 16. Juli 1945: Erst jetzt sind die Konsequenzen klar.
Durch die Geschichte des Urans, die in die Geschichte der Kernspaltung mündet, zieht sich ein roter Faden: Von der Entdeckung bis zur Katastrophe haben wir es mit Akteuren zu tun, denen die volle Bedeutung ihrer Erkenntnisse entgeht.
Bis zur Atombombenexplosion auf dem Trinity-Testgelände in New Mexico am 16. Juli 1945 glaubten Wissenschaftler nicht oder nur mit großer Unsicherheit an die praktischen Konsequenzen ihres Tuns. Es ist wie Tappen im Dunkeln, durch einen finsteren, mit Formeln gefüllten Raum, den die ersten atomaren Blitze schlagartig erhellen.
Uran, dieses Element, "das die Zahl der bekannten Elemente" um eines erhöhte, und von dem die Gemeinde der Forscher am 24. September 1789 erfuhr, verkörpert den Qualitätssprung im Verhältnis des Menschen zur Materie, die ihn umgibt: Von nun an kann die erforschte und manipulierte Natur Mittel zur Vernichtung der Menschheit sein.
Michael Schmittbetz (aktualisiert 13.04.2012)
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Radioaktivität...
ist eine natürliche Erscheinung. Es gibt sie überall auf der Welt, sie wirkt - etwa als kosmische Strahlung - jederzeit auf unseren Körper. Radioaktivität kann lebende Zellen schädigen, sie kann zum Beispiel Krebs erzeugen. Entscheidend ist jedoch die Dosis. An geringe Strahlendosen ist das Leben auf der Erde seit Jahrmilliarden gewöhnt.
Gemessen werden Strahlendosen in der Masseeinheit Sievert. In Europa beträgt die durchschnittliche Strahlenbelastung rund 4 Millisievert pro Jahr. 70 Prozent dieser Dosis sind natürlichen Ursprungs, 25 Prozent sind durch medizinische Verfahren verursacht, 5 Prozent gehen auf das Konto von Kernkraftwerken.
Radioaktive Strahlung ist ein Effekt, der regelmäßig bei der Umwandlung instabiler Atomkerne in Atomkerne mit anderer Masse auftritt. Man unterscheidet Alpha-, Beta- und Gammastrahlung: Alpha- und Betastrahlen bestehen aus relativ schweren Kernteilchen, sie haben geringe Reichweiten und sind gut abzuschirmen.
Problematischer ist die aus energiereichem Licht bestehende Gammastrahlung: Nur Bleiplatten oder Betonwände schützen vor ihr.
Ein Spezialfall von Radioaktivität ist die etwa bei atomaren Kettenreaktionen erzeugte Neutronenstrahlung. Doch auch hier existiert ein natürliches Gegenstück: Teilchen aus dem Weltraum "schlagen" einzelne Neutronen aus Sauerstoff- und Stickstoffkernen der Luft.
ist eine natürliche Erscheinung. Es gibt sie überall auf der Welt, sie wirkt - etwa als kosmische Strahlung - jederzeit auf unseren Körper. Radioaktivität kann lebende Zellen schädigen, sie kann zum Beispiel Krebs erzeugen. Entscheidend ist jedoch die Dosis. An geringe Strahlendosen ist das Leben auf der Erde seit Jahrmilliarden gewöhnt.
Gemessen werden Strahlendosen in der Masseeinheit Sievert. In Europa beträgt die durchschnittliche Strahlenbelastung rund 4 Millisievert pro Jahr. 70 Prozent dieser Dosis sind natürlichen Ursprungs, 25 Prozent sind durch medizinische Verfahren verursacht, 5 Prozent gehen auf das Konto von Kernkraftwerken.
Radioaktive Strahlung ist ein Effekt, der regelmäßig bei der Umwandlung instabiler Atomkerne in Atomkerne mit anderer Masse auftritt. Man unterscheidet Alpha-, Beta- und Gammastrahlung: Alpha- und Betastrahlen bestehen aus relativ schweren Kernteilchen, sie haben geringe Reichweiten und sind gut abzuschirmen.
Problematischer ist die aus energiereichem Licht bestehende Gammastrahlung: Nur Bleiplatten oder Betonwände schützen vor ihr.
Ein Spezialfall von Radioaktivität ist die etwa bei atomaren Kettenreaktionen erzeugte Neutronenstrahlung. Doch auch hier existiert ein natürliches Gegenstück: Teilchen aus dem Weltraum "schlagen" einzelne Neutronen aus Sauerstoff- und Stickstoffkernen der Luft.
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Prof. Dr. med. Wolfgang Hoffmann vom Institut für Community Medicine der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald erläutert im Interview mit LexiTV Ursachen und mögliche Folgen radioaktiver Strahlung:
Im Interview: Wolfgang Hoffmann
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Spuren von Uran...
gibt es beinahe überall: im Gestein, in den Ozeanen, im Trinkwasser, in der Nahrung, in Stein- und Braunkohle. Wirtschaftlich abbauen lässt sich Uran allerdings nur bei Vorliegen reicherer Vorkommen. Größte Förderländer von Uranerzen sind derzeit Australien, Kanada, Russland, Niger und Südafrika. Gewaltige Uranerz-Lagerstätten befinden sich auch in den USA.
Uran kommt in der Natur niemals in reiner Form vor. Stets ist es an sauerstoffhaltige Mineralien, wie zum Beispiel Pechblende, gebunden. Experten schätzen die Reichweite der bekannten Uranerz-Lagerstätten, je nach zugrunde gelegtem Verbrauch, auf fünfzig bis zweihundert Jahre.
Auf den Zeitraum, in dem auf der Welt Kernkraftwerke betrieben werden können, hat dieser Wert aber kaum Einfluss: Moderne Kraftwerksanlagen, so genannte Schnelle Brüter, wandeln den Anteil an schwer spaltbarem Uran-238 in leicht spaltbares Plutonium um - und erzeugen mehr atomaren Brennstoff, als sie verbrauchen.
gibt es beinahe überall: im Gestein, in den Ozeanen, im Trinkwasser, in der Nahrung, in Stein- und Braunkohle. Wirtschaftlich abbauen lässt sich Uran allerdings nur bei Vorliegen reicherer Vorkommen. Größte Förderländer von Uranerzen sind derzeit Australien, Kanada, Russland, Niger und Südafrika. Gewaltige Uranerz-Lagerstätten befinden sich auch in den USA.
Uran kommt in der Natur niemals in reiner Form vor. Stets ist es an sauerstoffhaltige Mineralien, wie zum Beispiel Pechblende, gebunden. Experten schätzen die Reichweite der bekannten Uranerz-Lagerstätten, je nach zugrunde gelegtem Verbrauch, auf fünfzig bis zweihundert Jahre.
Auf den Zeitraum, in dem auf der Welt Kernkraftwerke betrieben werden können, hat dieser Wert aber kaum Einfluss: Moderne Kraftwerksanlagen, so genannte Schnelle Brüter, wandeln den Anteil an schwer spaltbarem Uran-238 in leicht spaltbares Plutonium um - und erzeugen mehr atomaren Brennstoff, als sie verbrauchen.
Infobox
Natürliches Uran...
besteht zu 99,3 Prozent aus dem Isotop U-238 und zu lediglich 0,7 Prozent aus dem leicht spaltbaren Isotop U-235. Die Uran-Anreicherung - im Grunde ein Verfahren zur Isotopen-Trennung - verfolgt den Zweck, den Anteil des Uran-Isotops U-235 zu erhöhen. Nötig ist das für die Herstellung von Kernbrennstoff und von Kernwaffen.
Kraftwerksreaktoren der zur Zeit gängigsten Typen brauchen Uran, dessen U-235-Anteil auf 3 bis 5 Prozent erhöht wurde. Einige wenige Reaktoren kommen sogar mit Natururan aus. Für Kernwaffen ist hingegen eine sehr hohe Anreicherungsstufe erforderlich: mindestens 85 Prozent! Solches hochangereicherte Uran unterscheidet sich von nur angereichertem Uran für zivile Zwecke.
Zwei Methoden werden zur Anreicherung angewandt: die Gasdiffusionsmethode und die Anreicherung durch Gaszentrifugen. Letzteres ist das wichtigere Verfahren. Man nutzt dabei das unterschiedliche Gewicht der Atomkerne der beiden Isotope zur Isotopentrennung mittels Fliehkraft.
Bei jedem Anreicherungsvorgang entsteht auch abgereichertes Uran mit einem U-235-Anteil um 0,3 Prozent. Dieses Nebenprodukt der Uran-Anreicherung findet ebenfalls einen militärischen Verwendungszweck: Uranmunition besteht aus abgereichertem Uran.
Das Beherrschen der Gaszentrifugen-Technologie bildet für Schwellenländer einen Schritt auf dem Weg zur Atommacht. Allerdings ist der Bau riesiger Anlagen mit Gaszentrifugen kaum leichter geheim zu halten als der Bau von Atomkraftwerken.
besteht zu 99,3 Prozent aus dem Isotop U-238 und zu lediglich 0,7 Prozent aus dem leicht spaltbaren Isotop U-235. Die Uran-Anreicherung - im Grunde ein Verfahren zur Isotopen-Trennung - verfolgt den Zweck, den Anteil des Uran-Isotops U-235 zu erhöhen. Nötig ist das für die Herstellung von Kernbrennstoff und von Kernwaffen.
Kraftwerksreaktoren der zur Zeit gängigsten Typen brauchen Uran, dessen U-235-Anteil auf 3 bis 5 Prozent erhöht wurde. Einige wenige Reaktoren kommen sogar mit Natururan aus. Für Kernwaffen ist hingegen eine sehr hohe Anreicherungsstufe erforderlich: mindestens 85 Prozent! Solches hochangereicherte Uran unterscheidet sich von nur angereichertem Uran für zivile Zwecke.
Zwei Methoden werden zur Anreicherung angewandt: die Gasdiffusionsmethode und die Anreicherung durch Gaszentrifugen. Letzteres ist das wichtigere Verfahren. Man nutzt dabei das unterschiedliche Gewicht der Atomkerne der beiden Isotope zur Isotopentrennung mittels Fliehkraft.
Bei jedem Anreicherungsvorgang entsteht auch abgereichertes Uran mit einem U-235-Anteil um 0,3 Prozent. Dieses Nebenprodukt der Uran-Anreicherung findet ebenfalls einen militärischen Verwendungszweck: Uranmunition besteht aus abgereichertem Uran.
Das Beherrschen der Gaszentrifugen-Technologie bildet für Schwellenländer einen Schritt auf dem Weg zur Atommacht. Allerdings ist der Bau riesiger Anlagen mit Gaszentrifugen kaum leichter geheim zu halten als der Bau von Atomkraftwerken.
