Geschichte der Spaltforschung und-technologie
Der Begriff Spaltung wurde erstmals 1939 von den deutschen Physikern Lise Meitner und Otto Frisch verwendet, um den Zerfall eines schweren Kerns in zwei leichtere Kerne von ungefähr gleicher Größe zu beschreiben. Die Schlussfolgerung, dass eine solche ungewöhnliche Kernreaktion tatsächlich auftreten kann, war der Höhepunkt einer wirklich dramatischen Episode in der Geschichte der Wissenschaft und setzte eine äußerst intensive und produktive Untersuchungszeit in Gang.,
Die Geschichte der Entdeckung der Kernspaltung begann tatsächlich mit der Entdeckung des Neutrons im Jahr 1932 von James Chadwick in England. Kurz darauf unternahmen Enrico Fermi und seine Mitarbeiter in Italien eine umfassende Untersuchung der Kernreaktionen, die durch den Beschuss verschiedener Elemente mit diesem ungeladenen Teilchen hervorgerufen wurden., Insbesondere beobachteten diese Arbeiter (1934), dass mindestens vier verschiedene radioaktive Arten aus dem Beschuss von Uran mit langsamen Neutronen resultierten. Diese neu entdeckten Arten emittierten Betateilchen und galten als Isotope instabiler „Transuranelemente“ der Ordnungszahlen 93, 94 und vielleicht höher. Es gab natürlich ein intensives Interesse an der Untersuchung der Eigenschaften dieser Elemente, und viele Radiochemiker nahmen an den Studien teil., Die Ergebnisse dieser Untersuchungen waren jedoch äußerst verwirrend, und die Verwirrung hielt bis 1939 an, als Otto Hahn und Fritz Strassmann in Deutschland nach einem Hinweis von Irène Joliot-Curie und Pavle Savić in Frankreich (1938) definitiv nachwiesen, dass es sich bei den sogenannten transuranischen Elementen tatsächlich um Radioisotope von Barium, Lanthan und anderen Elementen in der Mitte des Periodensystems handelte.,
Dass leichtere Elemente durch Bombardierung schwerer Kerne mit Neutronen gebildet werden könnten, war früher vorgeschlagen worden (insbesondere von der deutschen Chemikerin Ida Noddack im Jahr 1934), aber die Idee wurde nicht ernsthaft in Betracht gezogen, weil sie eine so breite Abweichung von den akzeptierten Ansichten der Kernphysik mit sich brachte und durch klare chemische Beweise nicht unterstützt wurde., Angesichts der eindeutigen Ergebnisse von Hahn und Strassmann griffen Meitner und Frisch jedoch auf das kürzlich formulierte Flüssigkeitstropfen-Modell des Kerns zurück, um den Spaltprozess qualitativ theoretisch zu interpretieren, und machten auf die damit einhergehende große Energiefreisetzung aufmerksam. Es gab fast sofortige Bestätigung dieser Reaktion in Dutzenden von Labors auf der ganzen Welt, und innerhalb eines Jahres wurden mehr als 100 Papiere veröffentlicht, die die meisten wichtigen Merkmale des Prozesses beschreiben., Diese Experimente bestätigten die Bildung extrem energetischer schwerer Partikel und erweiterten die chemische Identifizierung der Produkte.
Der chemische Beweis, der Hahn und Strassmann so entscheidend zur Entdeckung der Kernspaltung führte, wurde durch die Anwendung von Träger-und Tracertechniken erhalten. Da unsichtbare Mengen der radioaktiven Spezies gebildet wurden, musste ihre chemische Identität aus der Art und Weise abgeleitet werden, wie sie bekannten Trägerelementen, die in makroskopischer Menge vorhanden sind, durch verschiedene chemische Operationen folgten., Bekannte radioaktive Arten wurden ebenfalls als Tracer hinzugefügt und ihr Verhalten wurde mit dem der unbekannten Arten verglichen, um deren Identifizierung zu erleichtern. Im Laufe der Jahre wurden diese radiochemischen Techniken verwendet, um 34 Elemente von Zink (Ordnungszahl 30) bis Gadolinium (Ordnungszahl 64) zu isolieren und zu identifizieren, die als Spaltprodukte gebildet werden. Die breite Palette von Radioaktivität, die in der Spaltung erzeugt wird, macht diese Reaktion zu einer reichen Quelle von Tracern für chemische, biologische und industrielle Anwendungen.,
Obwohl die frühen Experimente die Spaltung von gewöhnlichem Uran mit langsamen Neutronen beinhalteten, wurde schnell festgestellt, dass das seltene Isotop Uran-235 für dieses Phänomen verantwortlich war. Das häufiger vorkommende Isotop Uran-238 konnte nur durch schnelle Neutronen mit einer Energie von mehr als 1 MeV gespalten werden. Es wurde auch gezeigt, dass die Kerne anderer schwerer Elemente, wie Thorium und Protactinium, mit schnellen Neutronen spaltbar sind; und andere Teilchen, wie schnelle Protonen, Deuteronen und Alphas, zusammen mit Gammastrahlen, erwies sich als wirksam bei der Induktion der Reaktion.,
Im Jahr 1939 fanden Frédéric Joliot-Curie, Hans von Halban und Lew Kowarski heraus, dass mehrere Neutronen bei der Spaltung von Uran-235 emittiert wurden, und diese Entdeckung führte zu der Möglichkeit einer sich selbst erhaltenden Kettenreaktion. Fermi und seine Kollegen erkannten das enorme Potenzial einer solchen Reaktion, wenn sie kontrolliert werden könnte. Am Dez. 2, 1942 gelang es ihnen, den ersten Kernreaktor der Welt zu betreiben. Bekannt als“ Stapel“, bestand dieses Gerät aus einer Reihe von Uran-und Graphitblöcken und wurde auf dem Campus der University of Chicago gebaut.,
Das geheime Manhattan-Projekt, das nicht lange nach dem Eintritt der Vereinigten Staaten in den Zweiten Weltkrieg gegründet wurde, entwickelte die Atombombe. Nach dem Ende des Krieges wurden Anstrengungen unternommen, neue Reaktortypen für die große Stromerzeugung zu entwickeln, aus denen die Kernenergieindustrie hervorging.