Energie und tödliche Strahlen

Vor 50 Jahren nahm der erste Atomreaktor seinen Betrieb auf

Von Hubert J. Gieß

(Erschienen im "Darmstädter Echo", Samstag, 5. Dezember 1992, Wochenendmagazin, S. 2)

Nur mit Mühe konnte der Physikprofessor Enrico Fermi noch seine Vorlesungen halten. Schon seit dem Frühjahr hatte der erst 52 Jahre alte Nobelpreisträger sich schlapp und elend gefühlt. Im September stellten die Ärzte die Diagnose: Magenkrebs.

Einige Wochen später, am 28. November 1954, zwei Monate nach seinem dreiundfünfzigsten Geburtstag, war Fermi tot, ein Opfer seiner Forschung. Denn sein Krebs war auf radioaktive Strahlen zurückzuführen. Zwölf Jahre zuvor, am 2. Dezember 1942, hatte Fermi den ersten von Menschenhand gebauten Kernreaktor in Gang gesetzt und damit das Atomzeitalter eingeleitet.

Atommeiler unter dem Football-Stadion

Untergebracht war der Reaktor - damals sprach man noch von „Atommeilern" - in einer Squash-Halle unter der Tribüne eines stillgelegten Football-Stadions der Universität von Chicago: Es war der größte Raum, den man hatte finden können, 20 Meter lang und je zehn Meter breit und hoch.

In der Tat - der erste Reaktor hatte viel mit einem Kohlenmeiler gemein. 56 Tonnen des Kernbrennstoffs Uran, so hatten die Forscher errechnet, sei die Mindestmenge, die „kritische Masse“, die genügend Neutronen freisetzen würde, um eine Kettenreaktion von selbst auszulösen. Zu Kugeln von je neun Zentimetern Durchmesser vergossen, waren sie in 400 Tonnen reinsten Graphits eingebettet. In diesem Graphit steckten meterlange Stäbe aus Cadmium, die von Hand herausgezogen oder hineingeschoben werden konnten.

Die freiwerdenden Neutronen sollten auf die Kerne von Uranatomen treffen und diese spalten. Dabei werden unvorstellbare Energiemengen frei. Doch die Neutronen sind normalerweise viel zu schnell - bis 100 000 Kilometer pro Sekunde, ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit - um das Uran spalten zu können, sie müssen verlangsamt werden. Dazu benötigt man Moderatoren als eine Art Neutronenbremse. Fermi hatte schon 1934 herausgefunden, daß sich dazu hochreines Graphit, aber auch Paraffin und schweres Wasser eignen und dafür den Nobelpreis bekommen. Cadmium wiederum hat die Eigenschaft, Neutronen zu verschlucken. Man kann so den Neutronenfluß steuern und die Kernspaltungsrate verlangsamen. erhöhen oder auch ganz anhalten.

Der: 2. Dezember war ein kalter Tag. wie er für den amerikanischen Mittelwesten um diese Zeit typisch ist. Schon am Morgen hatten sich Fermi und seine Arbeitsgruppe, dazu einige Gäste, in der Squashhalle eingefunden. Der ,,Meiler" selbst befand sich in einem Holzverschlag an einer Stirnseite der Halle und füllte fast die Hälfte des Raums. Ein Reaktordruckgefäß oder gar ein Sicherheitsbehälter, inzwischen längst Standard in den Reaktoren der westlichen Welt, fehlten ebenso wie eine ausgeklügelte elektronische Überwachung. An der gegenüberliegenden Seite befand sich eine Art Balkon, auf dem Fermi saß und die Kommandos gab. Auf dem Reaktor hockten drei junge Leute mit Eimern voller Cadmiumlösung. Sie sollten im Notfall die Flüssigkeit über den Reaktor gießen, um die Kettenreaktion zu stoppen.

Endlich gab Fermi das Kommando: Der Physiker George Weil zog von Hand langsam und zentimeterweise Cadmiumstab um Cadmiumstab aus dem Graphit, bis schließlich nachmittags um 15.45 Uhr die langersehnte Kettenreaktion einsetzte: Der Meiler lieferte Energie, alles lief genau nach Plan. Die Energieausbeute des ersten Reaktors war freilich mager - sie betrug gerade ein halbes Watt, nicht einmal genug, um eine Taschenlampenbirne zum Leuchten zu bringen.

Die Natur war schneller

Zweck des Reaktors war auch nicht die Energieerzeugung - man wollte vielmehr Plutonium für Atombomben erzeugen. Dafür erwies er sich als viel zu klein, aber immerhin hatte sich das Bauprinzip als richtig erwiesen. Der erste Kernreaktor war Fermis Atommeiler genaugenommen nicht - die Natur war schneller. 1972 entdeckten französische Geologen im westafrikanischen Staat Gabun zu ihrer Überraschung insgesamt 13 ,,Naturreaktoren". Durch einen Zufall hatte sich dort so viel Uran angereichert. daß vor fast zwei Milliarden Jahren eine Kettenreaktion einsetzen konnte.

Möglich gemacht hatte den Reaktor in Chicago die Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Fritz Straßmann Ende 1938, am Vorabend des Zweiten Weltkriegs. Die beiden Chemiker am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin hatten Uran mit Neutronen beschossen und dabei etwas beobachtet, das allen bisherigen wissenschaftlichen Erkenntnissen widersprach: Durch den Beschuß war der Urankern in zwei kleinere Teile zerplatzt, aus dem Uran waren Barium und Krypton, zwei ganz andere Stoffe, geworden. Seit der Antike nämlich galten Atome als unteilbar.

Die beiden veröffentlichten ihre ungewöhnlichen Ergebnisse - die Hahn später den Nobelpreis einbrachten - sofort in einer Fachzeitschrift. Am gleichen Tag schickte Hahn einen Brief an seine Kollegin Lise Meitner in Stockholm und teilte ihr seine Entdeckung mit. Hahn hatte über 30 Jahre mit ihr in Berlin zusammengearbeitet. Im Juli 1938 mußte sie Hals über Kopf aus Deutschland fliehen - die aus Wien stammende Forscherin war Jüdin. Hatte sie bis dahin als Ausländerin noch verhältnismäßig unbehelligt in Deutschland leben können, war sie mit dem Anschluß Österreichs an das Deutsche Reich plötzlich deutsche Staatsbürgerin und damit ein Opfer der nazistischen Rassengesetze geworden.

Eine unerschöpfliche Energiequelle

Lise Meitner besprach Hahns Ergebnisse in den Weihnachtsferien mit ihrem Neffen Otto Frisch, auch er ein hochkarätiger Physiker. Auch er hatte Deutschland verlassen müssen und lebte nun in Kopenhagen. Beide erkannten, daß beim Zerplatzen des Urans große Mengen Energie frei werden, weil die entstehenden Barium- und Kryptonkerne positiv geladen sind, sich deshalb abstoßen und mit großer Wucht auseinanderfliegen. Mehr noch, bei jedem Spaltvorgang entstehen überschüssige Neutronen, die weitere Uranatome spalten, wobei wiederum Neutronen frei werden, und so weiter: Es kommt zu einem lawinenartigen Anstieg der Reaktionen, zu einer Kettenreaktion.

Es dämmerte ihnen: Wenn sich eine solche Kettenreaktion sehr schnell und unkontrolliert ereignet, ist eine gewaltige Explosion die Folge - man hat eine Atombombe. Gelänge es jedoch, eine solche Kettenreaktion zu kontrollieren und im Gleichgewicht zu halten, erhielte man eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle. Rund 23 Millionen Kilowattstunden Energie ließen sich so aus einem einzigen Kilogramm Uran 235 gewinnen. Auch Meitner und Frisch veröffentlichten ihre Überlegungen noch Anfang 1939 in einer großen Fachzeitschrift.
Der Gedanke an eine Atombombe erschreckte die Wissenschaftler in aller Welt sofort zutiefst. Hitler hatte gerade erst die Tschechoslowakei besetzt. Dort, in Joachimsthal, lagen die ergiebigsten Uranminen Europas, und unmittelbar nach der Besetzung war die Uranausfuhr gestoppt worden. Was, wenn es den Nazis gelingen würde, eine Atombombe zu bauen? Immer unverhohlener bedrohte Hitler inzwischen auch Polen, und vielen Menschen wurde klar, daß es bald zu einem Krieg kommen würde.

Einsteins größter Fehler

In dieser Situation wandten sich die ungarischen Physiker Eugen Wigner, Eduard Teller und Leo Szilard - alle drei hatten in der Weimarer Zeit an deutschen Universitäten gelehrt und waren durch Hitlers Rassenwahn aus dem Land getrieben worden - an Albert Einstein. Der, zeitlebens ein Pazifist und ebenfalls von Hitler vertrieben, war schon damals eine Legende. Er sollte ihnen Zugang zum amerikanischen Präsidenten Roosevelt verschaffen.

Gemeinsam setzten die Vier, zunächst auf deutsch, einen Brief auf, in dem sie vor der drohenden Gefahr warnten und die Entwicklung einer amerikanischen Atombombe empfahlen. Trotz erheblicher Gewissensbisse unterzeichnet Einstein den Brief - später sollte er das als den größten Fehler seines Lebens bezeichnen.

Tatsächlich ließ sich Präsident Roosevelt von Einsteins Brief überzeugen und ordnete die Entwicklung der Atombombe an, die unter dem Tarnnamen ,,Manhattan Project" lief. Es wurde das größte Entwicklungsprogramm der Menschheitsgeschichte - mehr als 200 000 Menschen arbeiteten zeitweilig daran, darunter fast ein Dutzend Forscher, die entweder schon Nobelpreisträger waren oder es später wurden. Die Kosten des gigantischen Unternehmens betrugen rund drei Milliarden Dollar, gemessen an der Kaufkraft von 1940.
Als Einstein seinen Brief schrieb, hatte die deutsche Heeresleitung den militärischen Wert einer Atombombe noch nicht erkannt. Erst nach Kriegsbeginn gründete das Heereswaffenamt eine ,,Fachsparte Kernphysik", den sogenannten ,,Uranverein". Prominenteste Mitglieder: der Nobelpreisträger Werner Heisenberg und sein Schüler Carl Friedrich von Weizsäcker, der Bruder des heutigen Bundespräsidenten.

Noch heute sind sich die Historiker uneins, ob die deutschen Wissenschaftler die Bombe nicht bauen konnten oder nicht bauen wollten. Von Weizsäcker hat nach Kriegsende geäußert: ,,Hätten wir alle gewünscht, daß Deutschland den Krieg gewinnt, hätten wir es schaffen können." Doch der Nobelpreisträger Emilio Segrè, ein Freund Fermis, glaubt, daß es den deutschen Forschern nicht am Willen, sondern an der Fähigkeit gefehlt habe, die Bombe zu verwirklichen.

Bombenabwurf auf Nagasaki

Dar Reaktor in der Squashhalle war der entscheidende Teil des amerikanischen Projekts. Schon im Januar 1943 errichtete man in Oak Ridge eine große Reaktoranlage nach seinem Vorbild. Diese lieferte genug Plutonium für den ersten Atembombenversuch am 16. Juli 1945 in Alamogordo im US-Bundesstaat New Mexiko - zum Glück für Deutschland lag man rund ein halbes Jahr hinter dem Zeitplan, sonst hätten die ersten Bomben deutsche Städte vernichtet.

Bereits die zweite Plutoniumbombe traf eine Stadt - sie wurde am 9. August 1945 über Nagasaki abgeworfen, tötete rund 50 000 Menschen und verletzte noch einmal soviele durch Strahlenschäden – die exakten Zahlen sind unbekannt. Schon drei Tage zuvor war über Hiroshima eine Atombombe abgeworfen worden, die aus dem Uranisotop 235 bestand, das auf einem anderen Wege gewonnen wird. Auch diese Bombe hat Zehntausende von Opfern gefordert.