der Atomenergie Die Gewinnung ,,.., Auf Grund neuerer Vorstellungen

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1 dieser Ansprueh in einer Auseinandersetzung, wenn er gleichsam zur Verrechnung gegen materielle Oberlegenheit priisentiert wird, schon deshalb, weil sich der Riickgriff auf eine solche Kalkulation schlecht mit dem Bilde eines Denkers vcrtrlgt, der die Umwelt inmitten der Katastrophe seiner Heimatstadt vollkommen vergessen hat. Dabei ist es vielleicht nicht ganz fiberfliissig zu sagen, dan diese Ungereimtheiten nicht so sehr mit dem wirklichen Archimedes zu tun haben, als mit dem Kult der gronen Manner, der sich, in den Mitteln wenig wahlerisch, um Sinnfalligkeit bemiiht und dabei oft das Erhabene hoher stapelt als dem Gleichgewicht zutraglich ist. In einem Gichtigen Zug aber ist der Bericht sicher zutreffend, nlmlich in der unzullnglichen Anpassung des Wissenschaftlers an seine unfriedliche Umwelt: Dan Archimedes die gesamte Welt- geschichte ad seiner Seite hat, kwnte nicht 'verhindern, dall er in dern speziellen Fall sein Leben verlor. Ein Bhnliches Verhlltnis triibt aber auch ferner- 'hin den Glanz des Zitats, das er der Menschheit dabei hinterlien, besonders dann, wenn das,noli turbare circulos meosl' in naiver Weise in die Debatte geworfen wird. Seine grundsltzliche Berechtigung wird selten bestritten, aber im Einzelfall erregt die imperative Form fast immer VerdruR. Der Grund dafiir liegt in einer gewissen Unstimmigkeit zwischeni seiner Form und seinem Inhalt, die leicht einzusehen ist, denn die Uberlegenheit des Geistes, fiir den die Ausnahmestellung gefordert wird, mu0 sich dadurch manifestieren, dao sie dem Partner Einsicht zubilligt und ihm die Situation erhellt, aber nicht, indem sie sich hinter Poshlate verschanzt, m8gen sie auch noch so ehrwiirdig sein. Dr. U. Jetter Die Gewinnung der Atomenergie I. DIE ENTDECKUNG DER KERNSPALTUNG Die Chronisten der Atomenergie pflegen niit dern Ehepaar Curie oder zurnindest mit Ruthcrford zu beginnen. 'Die Schwelle aber, von der ab die Entwicklung ihrem eigenen politischen, militlrischen und wirtschaftlichen Gewicht folgte, wurde sehr vie1 sgater iiberschritten, namlich in den ersten Wochen des Jahres Im Januar erschicn die Mitteilung von tlahn und Sfra/Irnann'), dao ein radioaktiv'er Kiirpcr, den man bci dcr Bcschieflung von Uran mit Neutronen erhalten hatte, chcmisch identisch rnit Barium war. Darauf folgte am 11. Februar die Mitteilung von Meitner und Frisch'), in der die experimentellen Erfahrungen als eine neue Art von Kernprozen gedeutet wurden. Die kiirze Frist von 6 Jahren, die zwischen dicscr neuen IIypothese des Kernzerfalls und den darauf gegriindeten VerIahren liegt, niacht es reizvoll, sich noch einmal an den damaligen Stand zuriickzuerin- ') llahn 0. iind Strassmann F., Nalurwiss. 27, 11, (1939) ') hleilner L. und Frisch 0. R., Kalure 143, 23% (1'939) 3, Bohr N., Nature, 137, 344, 351, (1936) 74 nern. Dies geschieht am be ten an Hand der Formulierung, die Meitdr und Frisch in ihrer Publikation gegeben haben., Ins der Mitteilung in.nature' wirq zunkchst eine Deutung nach Art des a-zerfalls kritisiert und anschlieoend die neue Hypothese entwickelt:,,.., Auf Grund neuerer Vorstellungen iiber das Verhalten schwerer Kerne:) kann man sich ein ganz anderes und im Wescntlichen klassisches Bild von diesem neuen Zer/allsproz'e/J machen. Angesichts ihrer engen Packung und des starken Energieaustauschs kann man erwarten, dap sich die Teilchenbines schweren Kerns'gemeinschaftlich in einer Weise bewegen, die eine gewisse Ahnlichkeit mit der Bewegung des Tropfens einer Fliissigkeit hat. Wenn man durch Zuftihrung von Energie die Bewegung heftig genug rnacht, dann kann sich ein solcher Tropfen in zwei kleinere teilen.

2 Bei der aiskussion der Energien, die bei der Deformation von Kernen beteiligt sind, wurde der Begriff der Oberfldchenspannung von Kernsubstanz eingefiihrt und ihr Wert aus einfachen Betrachtungen iiber Kernkrdfte abgeschdtzt. Man mup jedoch aabei in Betracht ziehen, dap die Oberfldchenspannung eines geladenen Trdpfchens durch seine Ladung vermindert wird, und eine rohe Schdtzung zeigt, dap die Oberfldchenspannung uon Kernen rnit zunehmender Kernladung abnehmend, bei Atomnummern in der Umgebung von 100 Null werden kdnnte. Es ist deshalb nicht unmdglich. dafl der Urankern nur eine geringe Formstabilitdt hat und sich nach dem Einfangen eines Neutrons in zwei Kerne von etwa gleicher GrdPe teilt, (wobei das genaue Verhdltnis teils uon Feinstruktureigenschaften una teils vom Zufall abhdngt). Die beiden Kerne werden einander abstopen und dabei, wie man aus ihrem Radius und ihrer Ladung berechnen kann, eine kinetische Energie von insgesamt 200 MeV gewinnen. Dieser Energiebetrag darf in der Tat auch aus der Differenz im Packungsanteil von Uran einerseits und den Elementen in der Mitte des periodischen Systems andererseits erwartet werden..." N. Bohr, der damals in den Vereinigten Staaten weilte, erhielt die Mitteilung von Meitner und Frisch schon Mitte Januar. Die Ergebnisse selbst wurden wenig spater von mehreren amerikanischen Instituten bestiitigt. Die Tragweite des PhBnomens wurde sogleich von verschiedenen Seiten erkannt und diskutiert. Schon im Neutronen entstehen. Unter den Arbeiten iiber Uranspaltung befanden sich auch die Untersuchungen dariiber, welches der Isotope von Uran wirksam sei. Die Deutung der Versuchsergebnisse durch Bohr und Mitarbeiter lieflen erwarten, dafl nur das seltenere Isotop Usss durch langsame Neutronen gespalten wird. Fiir disschwierige Trennung der Isotope kam ausschlieblich ein massenspektroskopisches Verfahren in Frage, das rnit den damals bekannten Hilfsmitteln auflerordentlich geringe Mengen lieferte. Erst im Februar 1940 hatte A. 0. Nier in Minnesota geniigend Upss abgetrennt, dafl J. R. Dunning an der Columbia in New York die theoretischen Ergebnisse bestatigen konnte. Die weitere Arbeit iiber diesen Gegenstand gabelt sich in zwei Entwicklungslinien. Die eine fiihrt iiber die Untersuchung der Reaktionswahrscheinlichkeit von Neutronen verschiedener Geschwindigkeit rnit den Uranisotopen zur Kettenreaktion rnit natiirlichem Uran, die andere iiber die Abtrennung und Anreicherung von Uess zu explosiven Massen. Eine damit parallel gehende Entwicklung wurde sppter fiir die Herstellung des Plutoniums wichtig. Im spaten Friihjahr 1940 wurde der 3 1/e Minuten-Kbrper, den Ifahn, Meitner und Strapmann gefunden hatten, eingehend untersucht. Dieser Kern ist das P-strahlende Uranisotop U289, das in einen Kern rnit KeFnzahl 93 (spiiter Neptunium, Np, genannt), iibergeht. Neptunium ist ein /I-Strahler und verwandelt sich mit einer Halbwertszeit yon 2,3 Tagen in Element 94, (das spater Plutonium, Mirz 1939 fiihrte E. Fermi und G. B. Pe- Pu, genannt wurde). Aus theoretischen gram Verhandlungen rnit der amerikani- Griinden wurde erwartet. dafl Pu ein a- schen Flotte wegen cines ForschungsDro-, Strahler ist, was inzwisch6 auch besk gramms fiir Ur& zur Verwendu;; als tigt werden konnte. Seine Lebensdauer Energiequelle und Waffe. Das grobe InterFse an der Kernspaltung fiihrte allein im Jahre 1939 in den USA zu iiber hundert Verciffentlichungen. Da bei dem Spaltprozefl zwischen eins und drei Neutronen frei werden, konnte man errechnen, dafl bei geeignekr Abmessung und Anordnung eines Urankbrpers eine Kettenreaktion mciglich sein kcinnte, weil sich mehr Neutronen nachbilden als in der Kernreaktion verbraucht werden. Es war damals noch nichts dariiber bekannt, rnit welcher Geschwindigkeit die neuen isr'sehr grofl. Die weitere Arbeit in USA und England stand unter dem Eindruck, dafl in Deutschland in ungewbhnlich grobem Mane an der Nutzbarmachung der Atomenergie fiir militarische Zwecke gearbeitet wiirde. In diesem Zusammenhang wurde his zum Kriegsende (und in der Presse auch dariiber hinaus) die Vorstellung eines Wettlaufs gepflegt. Es wurde bis jetzt nicht bekannt, ob dabei den Anspielungen der deutschen Propaganda Glauben geschenkt worden war und aus.unzu- 75

3 liinglichen Informationen weitgehende SchlClsse gezogen worden waren, oder ob sich die Verwaltungsstellen von dieser Annahme einen dauernden Antrieb der etgenen Tatigkeit (und eine gewisse Dramatisierung des Erfolgs) erhofften. Aber wie auch lmmer damals im Friihjahr 1940 die Einschiitzung der deutschen Fortschritte war, die politische und militiirische Bedeutung der weiteren Entwicklung war so offenkundig geworden, dad die amerikanischen und englischen Wissenschaftler von sich aus eine Zensur fiir alle Ver- 6ffentlichungen auf dem Gebiete der Kernphysik beschlossen. Man hat deshalb von den Arbeiten der Folgezeit lediglieh Kenntnis durch Darstellungen aus zweiter Hand und andere indirekte Mitteilungen. Die Zensurbestimmungen wurden bis jetzt noch nicht erheblich gelockert. Die Beteiligung staatlicher Stellen' nahm in USA ihren Ausgang von einem Brief, den A. Einstein im Herbst.l940 an den Priisidenten Roosevelt geschrieben hatte. Wenig spiiter wurde ein AusschuD far Atomfragen eingesetzt und im November 1940 der erste Forschungsauftrag, der mit 40 OOO Dollar dotiert war, an die Columbia gegeben. 11. DIE ENTWJCKLUNG DER VERFAHREN Die Arbeiten von Herbst 1940 bis Ende 1941 waren fast alle an der Columbia- Universitiit in Manhattan konzentriert, weshalb das Uran-Projekt spiiter den Decknamen,Manhaffan District' erhalten hat. Urey, Dunning und Mitarbeiter untersuchten die M6glichkeit der Abtrennung des leichten Jsotops. Bei Vorversuchen wurde die Diffusionstrennung einer gasfbrmigen Uranverbindung als verhiiltnkmii5ig aussichtsreich ausgewiihlt. Die Theorie der Trennung von Isotopen durch Diffusion ist zwar bekannt und, erprobt, aber die praktischen Schwierigkeiten sind bei Uran ungewbhnlich. Die einzige gasf6rmige Verbindung, die sich eignet, ist Uranhexafluorid (Fluor zeigt keine Isotopie), und dieses Gas ist aunerordentlich reaktionsfiihig, korrodierend und empfindlich. Die Diffusionstrennung beruht darauf, dad das leichtere Molekiil dank seiner gr6deren Geschwindigkeit rascher durch die Poren einer Scbeidewand wandert als das schwerere. Die Wirksamkeit dieses Effekts entspricht dem relativen Unterschied der Geschwindigkeiten, der bei dem betreffenden Molekiil nur den fast hoffnungslos kleinen Wert von 0,4 o/o hat. Vom Herbst 1940 ab wurde an der Columbia als weiteres Trennverfahren die Thennodiffusion einer fliissigen Uranverbindung bearbeitet. Der Effekt der Thermodiffusion, welcher theoretisch aus Betrachtungen iiber die Feinheiten der StoOkinematik von Molekiilen schon lange bekannt ist, besteht darin, dad das leichtere Molekiil bevorzugt in Richtung wachsen- 76 der Temperatur diffundiert. Die Anderungen der Konzentration sind dabei auberoraentlich klein, und man erhiilt nur durch Anordnungen mit Gegenstromprinzip mcrkliche Verschiebungen. Ferrni und Mitarbeiter :chufen die theoretischen Unterlagen fiw die Kettenreaktion von natiirlichem Uran. Die Bedingung fiir eine solche Reaktion lii5t sich am einfachstcn mit dem Reproduktionsfaktor k beschreiben, der angibt, wieviel neue Neutronen sich im Mittel fiir jedes irgendwie verbrauchte Neutron nachbiiden. Fiir einen Faktor, der genau gleich 1 wire, erhielte man einen stationiiren Betrieb. Jst k< 1, so stirbt die Kettenreaktion ab, wogegen sie fiir k >1 exponentiell anwrichst. Der Reproduktionsfaktor wird dadurch verkleinert, dao Neutronen aus dem K6rper austreten oder mit U~M), mit Yerunreinigungen und anderen Stoffen, die gegenwsrtig sind, reagieren. Man mud den K6rper deshalb gro5 und kompakt (am besten kugelfcrmig) machen, Verunreinigungen, besonders solche mit grodem Wirkungsquerschnitt fclr. Neutronenreaktionen vermeiden und alle sonst verwendkten Stoffe danach aussuchen, dall sie m6glichst wenig Neutronen wegfangen. Ferner wirkt im Sinne eines gr6deren k die Abbremsung der Neutronen, weil die Wahrscheinlichkeit der gewiinschten Spaltung mit langsamen Neutronen sehr vie1 grbder ist. Die Anspriiche an die Menge und Reinheit von Uran und Bremssubstanz sind daher sehr erheblich. Die nicht vermeidbare Kernreaktion von Utss mit

4 Neutronen hat eine besonders hohe Wahrscheinlichkeit bei Neutronenenergien ' in der Gegend von 25 ev. Deshalb ist eine homogene Mischung von Uran und Bremssubstanz nicht zweckmlllig, weil dabei Neutronen jeder Geschwindigkeit mit Uran in Beriihrung kommen. Statt dessen kann man die Uranportionen in der Art eines Raumgitters in den Moderator einbauen, wobei die Abstiinde so bemessen sind, dad ein Neutron, wenn es einmal aus dem Uranbaustein ausgetreten ist, erst bei thermischer Geschwindigkeit wieder auf Uran trifft. Die Bremssubstanz, auch' Moderator genannt, mun mbglichst leichte Atomkerne haben, damit sie bei elastischen StbDen jeweils einen groden Energieanteil aufnehmen kann, und auderdem darf sie keinen merklichen Neutronenanteil durch Kernreaktionen absorbieren. Leichter Wasserstoff reagiert unter Bildung von Deuterium. Deuterium, das sich am besten eignet, ist in groden Mengen schwer herzustellen. Deshalb wurde Kohlenstoff gewkhlt, der nur mit. minimaler Wahrscheinlichkeit mit Neutronen reagiert, nlmlich Absorption eines Neutrons und a- Emission unter Verwandlung in Beryllium in Umkehr des bekannten Prozesses der,berylliumstrahlung'. Kohlenstoff hat den Vorteil, dad er in Form von Graphit in groder Reinheit zur Verfiigung steht und einen unempfindlichen Baustoff darstellt. Ende 1940 wurde auch schon an verschiedenen Stellen (Columbia, Berkeley, Princeton) unabhkngig von einander eine Anordnung erwogen, mit der Kettenreaktion Plutonium aus natiirlichem Uran herzustellen..uz$s liefert dabei die Neutronen. wiihrend Ups8 die Ausgangssubsanz des neuen Kerns ist. Theoretische Oberlegungen machten es wahrscheinlich, dao sich Plutonium lhnlich wie &,5 verhalte, jedoch noch 'leichter spaltbar sei. Spaltbarkeit durch langsame Neutronen ist an eine ungerade Zahl von Kernneutronen gebunden, und sie wird ferner durch ein grodes ZE/N, (wo 2 die Kernladungszahl und N die Kernmasse) begiinstigt. Dieser Faktor ist fiir Plutonium merklich grbder als fiir Uran. Schon das Jahr 1941 brachte die wichtigsten wissenschaftlichen Ergebnisse des Unternehmens. Im Vordergrund standen die Arbeiten iiber die Isotopentrennung. Neben der Trennung durch Diffusion und Thermodiffusion, die im LaboratoriumsmaDstabe gliickten, wurde an verschiedenen Stellen an der Trennung durch Zentrifugieren, Destillieren und einer Reihe anderer Prinzipien gearbeitet, die splter als unwirtschaftlich wieder aufgegeben wurden, obwohl sie z. T. zu guten Ergebnissen fiihrten. Neben eesen statistischen Trennverfahren, bei denen die eine Komponente nach und nach angereichert wird, wurden auch elektromagnetische Verfahren nach Art des Massenspektrographen behandelt, bei denen die Atome individuell sortiert werden. Diese Fragen wurden vor allem in Princeton von H. D. Srnyth und von E. 0. Lawrence in Berkeley bearbeitet. Unter den zahlreichen denkbaren Anordnucgen mit magnetischen oder elektrischen Gleich- oder Wechselfeldern erwies sich ein Gerlt, das ron Lawrence aus dem Zyklotron entwickelt und splter,calutron' benannt wurde, am leistungsflhigsten. Das Prinzip des Calutrons lkdt sich vermutlich so schildern, dad die Ionenstrahlen mit relativ kleinen Geschwindigkeiten periodische, elektrische Wechselfelder durchlaufen und auf einer flachen Spirale mit Hilfe des Magnetfeldes gefiihrt wer- den. Da die Winkelgeschwindigkeit im konstanten Magnetfeld nur von der spezifischen Ladung abhlngt, kanq man die Frequenz des Wechselfeldes mit groder Genauigkeit der Umlaufsfrequenz des leichten Isotops anpassen. Das schwere Isotop tritt dann jeweils mit einer geringen Phasenverzbgerung in das Wechselfeld ein; diese Verschiebung wlchst rasch an, bis das schwere Ion vbllig auder Phase gerlt und abgebremst wird, wlhrend das leichte Ion mit den gleichsinnig addierten Beschleunigungen am Rand austritt. Die grode Schwierigkeit dieses Prinzips liegt in der Beherrschung der Stbrungen des einfachen Schemas durch die Raumladungen, welche notwendig mit den relativ groden Ionenmengen verbunden sind. Die Leistung des Geriits wurde dadurch vervielfacht, dad es gelang, gleichzeitig mehrere Strahlen zu sortieren. Im Dezember 1941 teilte Lawrence mit, dad sein Gerlt stiindlich ein Mikrogramm relativ reines U~SS abzuscheiden vermag. 77

5 Im Juli 1941 wurde an der Columbia die erste Gitterstruktur aus brikettiertem Uranoxyd und Graphit zusammengesetzt. Es wurde ein Wiirfel von 2,5 m Kantenlinge gebaut, der 7 t technisch reines Uranoxyd enthielt. Mit diesem Wiirfel gelang es nicht, einen Reproduktionsfaktor k >1 zu erreichen, da die Verunreinigungen zu viele Neutronen abfingen. Dafiir brachte das Jahr'1941 nosh ein anderes Ergebnis, das fiir den Betrieb der Kettenreaktion sehr wichtig ist. Wenn namlich samtliche Neutronen, die bei einem ElementarprozeD entstehen, sogleich beim EinschuD des Neutrons frei aerden, dann ist die Dauer des Reproduktionszirkels lediglich die kurze Frist, innerhalb derer das Neutron abgebremst wird und wandert, bis es einen neuen Kern trifft. Diese Frist ist bei einer Atomexplosion storend gron, aber fiir Betriebssicherheit zu klein. Es'gibt dann schon ein Faktor k, der auch nur um 1/1000/0 die Einheit iiberschreitet, in einer Sekunde ein gewaltiges Anschwellen der Reaktion. Da der ProzeD grundsstzlich unstabil ist, mull der Faktor k durch geeignete Kontrollen immer im Gegensinne seiner gerade vorhandenen Tendenz geregelt werden. Die Batterie pendelt immer zwischen der beginnenden Katastrophe und dem Absterben. Die Regelung der Neutronendichte in der Batterie erfolgt mit Kadmiumstihen, die durch Fiihrungen mehr oder minder tief eingesenkt werden. Dank des hohen Absorptionsquerschnitt von Kadmium geniigen schon relativ, geringe Mengen, um die Neutronen,abzusaugen'. Diese Regelung mit dem eintauchenden Kadmiumstab wird iiber eine automatische Kontrolle der Neutronendichte bewirkt. Fiir die kurzen Fristen, welche der Reproduktionszyklus fiir den 'Regelungsverzug erlaubt, w!re eine mechanische Steuerung kaum ausfiihrbar gewesen. Der Anspruch an die Regelschnelligkeit. wurde erheblich gemildert, und zwar durch die Entdeckung, dad rund 1 O/O aller aus der Kernspaltung verfiigbaren Neutronen mit einer zeitlichen Verzogerung frei wird, die im Mittel einige Sekunden betrigt. Trotz dieser bedeutenden Ergebnisse hatten die Arbeiten bis zu diesem Zeitpunkt nur einen bescheidenen Umfang angenommen: Ende 1941 waren insgesamt 1Qgrb- Dere Forschungsauftrige mit zusammen Dollar in Arbeit. Es ist auch unwahrscheinlich, dan sich die Entwicklung mit sehr gronen Aufwendungen hitte forcieren lassen. Wie die Bearbeiter nachher anerkannten, bestand die wirksamste Hilfe der Regierung darin, dad sie ohne Umstandlichkeit die verlangten Mittel zur Verfiigung stellte und im iibrigen den Wissenschaftlern freie Hand lieq. Trotz dieser Vorteile ist die ungewohnlkhe Geschaindigkeit der Entwicklung nur durch die sehr gute Zusammenarbeit der Institute und die ungewohnlich grode Zahl europiischer und amerikanischer Wissenschaftler ersten Ranges zu erkliren, die von Anfang an die Fiihrung des'projektes hatten. Auch in der weiteren Entnicklung ist die Weilsicht in den Vorbercitungen, der FluD in der Zusammenarbeit und die Geschieklichkeit im Improvisieren ebenso bemerkenswert wie die Steigerung in Man und Zahl. Schon In jenem Herbst' 1941 war die Entwicklung so weit gediehcn, dad sich eine Planungsgruppe von Ingenieuren an die Arbeit machen konnte. Man begann auch mit den Dispositionen fiir die Beschaffung von Rohstoffen, Spezialeinrichtungen und elektrischer Energie. Im Jahre 1942 begannen die ausgedehnten Arbeiten in Chicago unter A. H. Cornpton iiber Kettenreaktionen mit natiirlichem Uran. Das metallurgische Laboratorium in Chicago widmete sich uor allem der Entwicklung neuer Verfahren zur.herstellung von extrem reinem Uran. Bis die Fabrikation groden Stils in Gang kam, griff man auf die Erfahrungen eines Laboratoriums von Westinghouse zuriick, das iiber die Darstellung von sehr reinrin Uran gearbeitet hatte, um die Eignung dieses Metalls fiir Gliihfaden zu erproben. Auf AnlaD von Cornpfon wurde das Laboratorium in einen provisorischen chemischen Betrieb umgewandelt, der die ersten Tonnen reines Uran fiir die Versuchbatterie herstellte. Im November 1942 wurde bei Chicago mit dem Bau einer neuen,pile' begonnen, der man die optimale Form einer Kngel geben wollte. Da noch nicht geniigend me- 78

6 tallisches.uran zur Berfiigung stand, wurde in der BuI3ere.n Schale auch Uran- -6xyd verwendet. Man legte abwechselnd Schichten, die ausqaie0lich aus Graphit bestanden, mit solchen, die in quadratischer Anordnung UrankBrper enthielten, wobei fiir Kadmiumstibe und Registrierinstrumente LBcher ausgespart wurden. Wihrend des Wachsens der Batterie wurden tiglich einmal die Kadmiumstibe herausgenommen und die Neutronendichte gemessen. Die kritische Menge wurde etwas friiher erreicht, als die Berechnung hatte vermuten lassen, so dad die Kugel unvollstindig blieb. Insgesamt wurden 6 t Uran eingebaut. Am 2. Dezember 1942 wurden die Kontroll- und Regelgefite eingestellt und die Batterie in Gang gebracht, die im Einklang rnit den Erwartungen arbeitete. Lawrence stellte in diesem Jahre die erste Probe Plutonium her, da er rnit dem gronen Zyklotroh in Berkeley die datnals stirkste Neutronenquelle zur Verfiigung hatte. Ris Ende 1942 wurde ein halbes Milligramm Plutonium gewonncn, an dem die chemischen Eigenschaften erforscht wur- _den, was die Unterlage fiir den Entwurf der Trennverfahren bildete. Da Plutonium homolog rnit Uran is1 und bei der Rettenreaktion nur in Spuren gebildet wird, sind die/ chemischen Anforderungen erheblich. Auch die anderen Vorarbeiten fiir die Fabrikation mullten sich auf unvollstindige Unterlagen stiitzen, da die meistcn Verfahren zwar im Prinzip erfolgreich, aber noch in voller Entwicklung waren. Im Jahre 1943 wurde dann schlienlich rnit dem Bau der gronen Werke und Vorrichtungen begonncn, wobei sich die Kosten zu den bekannten vielstelligen Millionenzahlen steigerten, um bis zum Abwurf der ersten Bombe fast 2 Milliarden Dollar zu erreichen. Von den wenigen Einzelheiten, welche der Offentlichkeit iiber diese Werke zuginglich gemacht wurden, sind im folgenden einige Angabeh zusammengestellt, die wenigstens einige Anhaltspunkte iiber Eigenart und Umfang des Projekts vermitteln kbnnen DIE TRENNUNG Die beiden bekannten MBglichkeiten zur Herstellung von M-1, das spontan unter Energieentwicklung zerfallen kann. sind die Abtrennung oder Anreicherung von UOSS einerseits und die synthetische Herstellung von Pu durch NeutronenbeschuB von Uem und seine nachtriigliche Extraktion und Konzentration rnit che mischen Hilfsmitteln andererseits. Diese Substanzen entwickeln bei der Spaltung eine Energie von rund 24 Millionen kwh pro kg. Der Wert der konzentrierten Produkte liegt lediglich in ihrer poten- tiellen Sprengkraff. Fiir allen.anderen Energiebedarf wird man nach langsameren Kettenreaktionen trachten, wobei die Gefihrlichkeit der aktiven Masse durch geeignete Verdiinnung und Beimischung ' herabgesetzt ist. Mittlere Konzenfiationen werden verhiltnismillig einfach durch die Diffusionstrennung geliefert und deshalb hat dieses IVerfahren vielleicht die grbbere wirtschaftliche Zukunft. Seine offensichtliche Eignung fiir ein GroBverfahren hat es aunerdem von Anfang an zu derjenigen Methode gemacht, die am DER URANISOTOPE cingehendsten und sorgfiltigsten bearbeitet wurde. Wegen der Schwierigkeiten mit der Gronherstellung des Diaphragmas und Materialfragen wurde jedoch das Calutron-Verfahren friiher, nimlich schon im Herbst 1942, fabrikationsreif. Als Standort fir die Anlagen war ein Areal von 180 qkm bei Clinton im Tenessee-Tal gewihlt worden, das spiter, Oak Ridge genannt wurde. Der Bauauftrag fiir das Calutron-Werk wurde im November 1942 gegeben. Die erste Produktionseinheit wurde im Herbst 1943 fertiggestellt. Der Betrieb hatte eine Belegschaft yon Mann und zihlt 270 Bauten auf - einer Fliche von 2 qkm. Die langgeetreckten Hauptgebiude enthalten eine grofle Anzahl von elektromagnetischen Trennaggregbten. Der grode Bedarf an elektrisched Energie wird durch die, Werke der Staudammkette der Tenessee Valley Administration (TVA) befriedigt. Bis Anfang 1945 war dieses Werk die einzige Quelle fiir konzentriertes spaltbares Material. Im Herbst 1943 wurde in Clinton mit dem \ 79

7 Bau der groden Trennanlage auf dem Prinzip der Diffusion begonnen. Die erste Betriebsgruppe konnte im Februar 1945 die Arbeit aufnehmen, aber die vollstindige TBtigkeit begann erst im Sommer Die Belegschaft des Werks betrigt bei vollem Betrieb 12 OOO Mann. Das Uranhexafluorid wird nicht im Werk hergestellt, sondern von einer chemischen Firma geliefert. Bis zur Aufnahme der Arbeit machte die Frage der Trennschichten grode Schwierigkeit. Obwohl geeignete Diaphragmen gefunden waren, blieb die Schwierigkeit einer GroDproduktion, weil viele Hektar Diffusionsfliche gebraucht wurden. Da man 5000 Trennstufen hintereinander schalten mun, um ein reines Endprodukt zu erhalten, benbtigt man ein sehr umfangreiches Leitungsund Pumpsystem, weil zwischen jeder Stufe der optimale Druck und DurchfluD eingestellt werden mud. Da das Gas fast alle Werkstoffe heftig angreift, war die Frage des Leitungsmaterials und noch mehr die der Pumpen sehr schwierig zu hen. Es wurde dabei eine neue Plattlerungstechnik entwickelt, die es mbglich machte, das ganze Innere des komplizierten Rbhrensystems mit Reinnickel zu plattieren. Fiir die Herstellung der 6000 Zentrifugalpumpen wurde eine Fabrik auf Abruf gebaut, bis die Pumpe durchkonstruiert war, die den schwierigen Voraus- setzungen geniigte. Auch die Meflgeriite und Kontrollinstrumente, die in Stiickzahlen von Tausenden und Zehntausenden gebraucht wurden, waren grodenteils Neuentwicklungen. Das Diffusionswerk hat trotz seiner kleineren Belegschaft einen erheblich grbderen Umfang als das Calutron-Werk. Schliefllich wurde noch ein Hilfswerk zur Konzentration! von nach dem Prinzip der Thermodiffusion gebaut, welches das Konzentrat fiir die massenspektroskopi- sche Trennung lieferte. Dieses Werk wurde erst im Jahre 1944 begonnen und innerhalb von 5 Monaten erstellt. Die erste Einheit konnte schon drei Monate nach dem Beginn der Erdarbeiten den Betrieb aufnehmen. Das Personal des Werks, das 20 grbdere Gebiude zihlt, betrigt etwa 2000 Mann. Dieser Betrieb ist Z. Zt. als einziger stillgelegt. Von allen diesen Betrieben wird mitgeteilt, dafl sie die errechneten Ausbeuten erreicht oder etwas iibertroffen haben. Die Hbhe der Produktionszahlen und Kosten ist wie viele andere Einzelheiten nicht bekanntgegeben worden, so dafl vorlaufig noch alle Unterlagen dafiir fehlen, wie hoch die Preise fiir verschiedene Konzentrate liegen. N. Bohr sol1 in einem Interview in Kopenhagen mitgeteilt haben, dad bei vollem Betrieb die tigliche Ausbeute 3 kg U236 betrage. IV. DIE HERSTELLUNG VON PLUTONIUM Die Isotopentrennung kniipft an bekannte Verfahren an, wogegen die Herstellung des Plutoniums ein v6llig neuartiger ProzeD ist. Im Gegensatz zu dem physikalisch-ehemisehen Verfahren von Oak Ridge handelt es sich dabei um grontechnische Kernchemie. Das hat die Folge, dao sich die ganzen Prozesse ferngelenkt und automatisch vollziehen miissen, weil Neutronen- und y-strahlen jede An# niherung lebensgefshrlich machen. Die Substanzen und das Oberwachungspersonal sind in jeder Stufe des Prozesses durch meterdicke Betonwinde von einander getrennt. An einigen wenigen Stellen kann das Material mit Periskopen beobachtet werden, aber im allgemeinen wird es ausschlienlich durch Men- und Regelgerite iiberwacht. Der Aufbau der 80 Batterien dagegen ist v6llig ungefihrlich, denn auch wenn die kritischen Betriebsbedingungen erreicht sind, kann die Reaktion mit Kadmium vbllig gediimpft werden. Sobald die Batterie aber eine Zeit lang in Betrieb war, ist die Strahlung der gebildeten radioaktiven Stoffe auch bei stillgelegter Reaktion lebensgefihrlich. Ein anderer eigenartiger Zug des Betriebs ist seine riumliche Ausdehnung. Die Produktionseinheiten sind aus Sicherheitsgriinden auf eine Fliche von 1600 qkm verteilt. Der Standort dieses Betriebs wurde im Nordwesten der Union, im Staate Washington am Columbia gewlhlt, einem sehr wasserreichen Flu& der in den Kanadischen Rocky Mountains entspringt. Das Werk liegt in der Nihe des bekannten Grand Coulee Damm. Der da-

8 bei gebauten Stadt wurde der Name Hanford gegeben. Der Betrieb wurde von der Firma DuPont Co. entworfen und gebaut und wird von ihr im Auftrage der amerikanischen Armee betrieben. Es ist bemerkenswert, dab die Unterlagen fiir den. Aufbau der chemischen Werke lediglich aus den mikroanalytischen Ergebnissen der Untersuchungen an der Substanzspur eines 'halben Milligramms gewonnen warden waren. Der Bau begann im Friihjahr 1943, und die erste Einheit konnte im Herbst 1944 in Betrieb genommen werden. Das stindige Personal betrigt nur 5200 Mann, beim Bau war etwa die lofache Anzahl beschiftigj. Die drei Batterien in Hanford bestehen aus einer gronen kubischen Graphitform, die in einer Kantenrichtung von Rohren aus Reinaluminium durchzogen ist. Durch diese Rohre wird das Kiihlwasser geleitet, und gleichzeitig dienen sie zur Aufnahme des Urans. Das reine Metall wird dazu in Stabform gebracht und hermetisch in Aluminiumhiilsen eingeschlossen. Diese Versiegelung ist notwendig, weil Uran mit Wasser reagiert, und weil sonst die radioaktiven Zerfallsprodukte das Wasser verseuchen wiirden. Die zuverlissiae Einschliehng des Urans machte erhebliche technische Schwierigkeiten. Der Wtirmeflun durch die Aluminiumhiilsen ist aunerordentlich gron. Wenn die Batterie in Betrieb ist, werden die eingeschlossenen Uranstibe sukzessive durch die Aluminiumrohre durchgeschoben. Wenn sie die Batterie durchlaufen haben, betrigt ihr Endgehalt an Plutonium ca. 0,10/,,, wozu eine grone Zahl und Menge radioaktiver Substanzen kommt. Die,heinen' Uranstibe 'werden in einer Art Rohrpost unter Wasser zu der unterirdischen chemischen Trennanlage gebracht. Bei der chemischen Trennung bedient man sich der an sich iiblichen Verfahren. Es miissen sehr umfangreiche Mafinahmen gegen radioaktive Verseuchung geschaffen werden. Die drei Battarien selbst sind luftdicht in starke Betongehiuse eingeschlossen. In allen Arbeitsriumen sind Geigerwhe Zihlrohre, zum Teil in Verbindung mit Alarmanlagen angebracht, um radioaktive Einschleppungen sofort zu melden. Ebenso wird die Radioaktivitit der Luft und des Luftstaubs dauernd iiberpriift. Am gesamten Personal werden in kurzen Zeitabstinden Zihlungen der BlutkBrperchen ausgeffihrt. Die radioaktiven Abfallprodukte, fiir die von Seiten der Wissenschaftler und der Industrie ein lebhaftes Interesse besteht, machen grde Schwierigkeiten, da ihre Menge so erheblich ist, dad man sie nicht in den Fliissen ableiten kann. Andererseits ist es vorliufig auch nicht mbglich, sie aufzuarbeiten. Die radioaktiven Abgase, die insbesondere Krypton enthalten, werden mit Luft gemischt und bei giinstiger Wetterlage durch hohe Schornsteine in der Atmosphere verteilt. Die Abwisser werden vorliufig in unterirdische Behilter geleitet. Von den Neutronen, die nicht zur Regeneration neuer Ne&ronen dienen, leistet nur ein Tdil nfitzliche Arbeit durch den Aufbau von Plutonium. AuDerdem ereignen sich Kernprozesse mit fast jegem Element, das von Anfang an vorhanden oder sich im Lauf der Reaktionen bildet. Der vorhandene Graphit wird offenbar auoerdem noch durch die elastischen St6ffe erheblich vertindert. Sein elektrischer Widerstand, seine Elastizitlt und Wlrmeleitftihigkeit werden modifiziert. Ein gewisser Bruchteil der Neutronen entweicht schlienlich in die Umgebung, wo eine weitere Reihe von Prozessen auspelijst werden. Die Betriebstragen werden dadurch kompliziert, dafl nicht nur alle organische Substanz, sondern auch eine ganze Reihe der iiblichen Werkstoffe gegen die sog.,kernkorrosion' empfindlich sind und sich unter Neutronenbeschufl erheblich veriindern. Batterien dieser Art kann man grund- sstzlich zur Energiegewinnung heranziehen. In Hanford ist aber die entwikkelte Wirme lediglich eine hbchst unangenehme Nebenerscheinung. Die Wirmeleistung der drei Batterien betrigt zusammen etwa 1 Million kw, das ist die GrBDenordnung der gesamten Wasserkrafte, die 1933 in Deutschland erschlossen waren. Das Werk arbeitet seit Frhhsommer 1945 mit voller Leistung, die bei 1 kg Plutonium pro Tag liegen SOU. 81

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