Friedrich Georg Houtermans ( ) Ein bedeutender Physiker des 20. Jahrhunderts

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1 KONZEPTE UND GESCHICHTE. Konrad Landrock, Coswig (Sachsen) Friedrich Georg Houtermans ( ) Ein bedeutender Physiker des 20. Jahrhunderts Fritz Houtermans der Einzelgänger holländisch-österreichischer Abstammung, der den verdienten Erfolg niemals erreichte. Otto Robert Frisch [1] Fritz Houtermans, Mischling 2. Grades, eine faszinierende Persönlichkeit mit großem Intellekt und Wiener Charme, voller Ideen und Humor, Vertreter des emanzipierten Bürgertums der 20er Jahre des vorigen Jahrhunderts, war sowohl ein Physiker von internationalem Rang als auch glühender Gegner des Nationalsozialismus. Bis zu seiner Verhaftung durch den sowjetischen Geheimdienst (NKWD, 1937) im Rahmen der großen Stalinistischen Säuberung war er Bewunderer der revolutionären Umwandlung des feudalen Russland und aktives Mitglied der KPD. Nachdem er in seinem politischen und privaten Leben bereits viele kleine Tode gestorben war, fand sein wissenschaftliches Leben eine späte Erfüllung im Aufbau der Berner Schule als Ordinarius für Physik der Universität Bern. Unter seinen etwa 140 wissenschaftlichen Veröffentlichungen finden sich grundlegende Beiträge zur Kernphysik, zur Astrophysik und zur radiometrischen Altersbestimmung. Friedrich Georg Houtermans (Abb. 1), von seinen Eltern Fritz gerufen und später von seinen Freunden Fissel, wurde am 22. Januar 1903 in Danzig geboren. Sein Vater Dr. Otto Houtermans ( ), ein holländischer Jurist, hatte von seinem Vater ein ansehnliches Vermögen und ein Villengrundstück in Sopot geerbt. Fritz Mutter Elsa Wanek ( ) wurde in Wien geboren und wuchs dort auf. Ihre Mutter wiederum gehörte der in Wien bekannten jüdischen Familie Karplus an, die Das Wiener Tageblatt herausgab. Der Unterschied in den Lebensauffassungen des wohlhabenden Vaters und der liberal-intellektuellen Mutter war offenbar zu groß, um dauerhaft überbrückbar zu sein. Elsa Wanek behagte das Leben in Wohlstand und Nichtstun in Sopot nicht. Die Eheleute ließen sich nach dreijähriger Ehe scheiden, und sie ging mit dem Sohn zurück nach Wien. Sie engagierte sich für die Emanzipation der Frauen, studierte Chemie und Biologie und schrieb eine Dissertation zum Thema Ist reines Wasser gefährlich?. Fritz Houtermans besuchte das Akademische Gymnasium in Wien. Nachdem er am l. Mai 1919 im Foyer des Gymnasiums aus dem Kommunistischen Manifest rezitiert hatte, wurde er von der Schule verwiesen und kam für die letzten zwei Schuljahre in die Freie Schulgemeinde Wickersdorf (Thüringen), die 1906 von Gustav Wyneken gegründet worden war. Dieses Landerziehungsheim orientierte sich an der Abb. 1. Friedrich Georg Houtermans (22. Januar 1903, Danzig 1. März 1966, Bern) als Ordinarius für Physik der Universität Bern. Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4,

2 Konzepte und Geschichte Schweizer Landsgemeinde, der souveränen Volksversammlung eines Kantons. Ziel war es, die bürgerliche Jugend in Selbstbestimmung zu bilden und eine neue Jugendkultur zu schaffen weg vom Untertan bestand Fritz Houtermans das Abitur als Externer an der Oberrealschule in Sonneberg (Thür.) [2]. Studium in Göttingen ( ) Nach dem Abitur studierte Fritz Houtermans Physik in Göttingen. Als Lehrer nannte er später Hilbert, Courant, Runge, Pohl, Franck, Born, Rausch von Traubenberg, Reich, Tammann und Windaus [2] erhielt er sein Diplom bei James Franck, der 1925 zusammen mit Gustav Hertz den Physik-Nobelpreis erhalten hatte. Das Thema seiner Arbeit lautete Über die Bandenfluoreszenz des Quecksilberdampfes promovierte er mit magna cum laude mit der Dissertationsschrift Über die Bandenfluoreszenz und die lichtelektrische Ionisierung des Quecksilberdampfes (vgl. S. 191, Kasten 1). Göttingen war neben München, Berlin und ab 1927 Leipzig eines der herausragenden und international berühmten Physik-Zentren Deutschlands. Die damalige Situation hat der Historiker Alan D. Beyerchen beschrieben [3] erlangten neben Fritz Houtermans auch Robert Oppenheimer, Walter M. Elsasser (beide bei Max Born) und Charlotte Riefenstahl (bei Gustav Tammann) den Doktortitel. Robert Oppenheimer ging zurück in die USA. Fritz Houtermans bekam zunächst für ein Jahr eine Stelle als Hilfsassistent am 2. Physikalischen Institut in Göttingen mit einem Stipendium der Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft und 1928 eine Stelle als Assistent (ab 1932 Oberassistent) an der TH Berlin Charlottenburg. Charlotte Riefenstahl, die er verehrte, während sie aufgrund dessen weltmännischer Art für Oppi schwärmte, ging für zwei Jahre in die USA. Walter M. Elsasser bekam eine Einladung von Paul Ehrenfest nach Leiden, wurde aber nach kurzer Zeit wieder entlassen und von Fritz Houtermans in Berlin als Hilfsassistent eingestellt [4]. Bevor Fritz Houtermans nach Berlin ging, drängte er Georg Gamow, der aus Leningrad nach Göttingen gekommen war, dessen Theorie der Emission von Alpha-Teilchen aus radioaktiven Kernen zu präzisieren und zu erläutern. Die gemeinsame Arbeit erschien 1928 [5]. Ebenfalls 1927 wurde Fritz Houtermans Mitglied der KPD, der er bereits 1920/21 in Wickersdorf kurzzeitig angehörte [6]. Als Assistent an der TH Berlin-Charlottenburg Ebenso wie in Göttingen gab es in Berlin eine beeindruckende Ansammlung von Naturwissenschaftlern und Mathematikern an der Friedrich-Wilhelms-Universität, der TH Berlin-Charlottenburg und den Kaiser-Wilhelm-Instituten, einige auch in der Industrie (Siemens, AEG, Osram). Hauptaufgabe von Fritz Houtermans war die Durchführung des Fortgeschrittenenpraktikums, dessen Leitung bei Wilhelm Westphal, Verfasser des in vielen Auflagen im Springer-Verlag erschienenen Lehrbuch der Experimentalphysik, lag. Der englische Astronom Robert d E. Atkinson, der zu einem Gastaufenthalt in Deutschland weilte (seine Frau Irmine von Holten kannte Fritz Houtermans bereits aus Wickersdorf), war ebenfalls von Göttingen nach Berlin übergesiedelt und Assistent im Fortgeschrittenenpraktikum geworden beschäftigte sie, angeregt durch Arthur S. Eddingtons 1926 erschienenes Buch The Internal Constitution of Stars, die Bildung der Elemente in Sternen und die damit verbundene Energieerzeugung. Sowohl Max von Laue (1928) als auch J. Kudar (1929) hatten kurz zuvor versucht, dies unter Annahme des umgekehrten Alpha-Zerfalls zu erklären, fanden aber hierfür viel zu kleine Ausbeuten. Atkinson und Houtermans nahmen als Ansatz den Einfang von Protonen (H-Kernen) unter den für das Sterninnere angenommenen physikalischen Bedingungen (10 23 Protonen/m 3 ; 10 bis 20 x 10 6 K) und fanden plausible Protonen-Halbwertszeiten von 8 s für Helium und 10 9 a für Neon und Werte für die beim Protonen-Einfang frei werdende Energie, mit denen die Energieabstrahlung der sonnenähnlichen Sterne erklärbar wurde. Vor der Veröffentlichung verabredeten sie sich mit Georg Gamow, dem Theoretiker, zu einem gemeinsamen Winterurlaub in Zürs (Vorarlberg, Österreich), um ihre Ergebnisse durch Diskussion mit ihm abzusichern. Georg Gamow überprüfte später die Arbeit und fand gute Übereinstimmung der Ergebnisse mit danach bestimmten Werten, obwohl ihnen (Gamow eingeschlossen) zwei Fehler unterlaufen waren, die sich aber in der Wirkung aufhoben und deshalb lange Zeit unbemerkt blieben: Für die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit des Zusammenstoßes von Protonen mit Kernen benutzten sie den klassischen (zu kleinen) geometrischen Wirkungsquerschnitt statt des quantentheoretischen Quadrats der de Broglie-Wellenlänge thermischer Protonen bei der Temperatur im Sonneninneren. Zudem schrieben sie die Emission von Photonen aus angeregten Kernen Dipolübergängen zu. Zwei Jahre später fand man, dass Kerne aus Protonen und Neutronen aufgebaut sind und das sie umgebende Feld eher einem Quadrupol ähnelt, was eine geringere Übergangs- (bzw. Emissions-)wahrscheinlichkeit bedeutet. Der Begriff thermonukleare Reaktion wurde von Atkinson, Gamow und Houtermans geprägt [5]. Fast 10 Jahre später haben C. F. von Weizsäcker (1937) und H. A. Bethe mit C. L. Critchfield (1938) alle für sonnenähnliche Sterne in Betracht kommenden Kernprozesse überprüft. Sie konnten dabei neue Erkenntnisse einbeziehen, die entweder theoretisch postuliert und mit den inzwischen verfügbaren Teilchenbeschleunigern bestätigt oder mittels derselben gewonnen worden waren, wie die Existenz von Neutron und Positron als Kernteilchen, von Deuteron und Triton als Teilchenkombinationen (Proton + Neutron bzw. Proton + Neutron + Neutron) und die Möglichkeit des Elektroneneinfangs durch Atomkerne (K-Strahler). Als ganz überwiegende Energiequelle erkannten sie die Bildung von Helium-Kernen (Alpha-Teilchen) aus Wasserstoff-Kernen (Protonen). Das Wasserstoffbrennen liefert in der Wasserstoffkette (p-p- Kette) 98,5% und im CNO-Zyklus 1,5% der Sonnenenergie. 188 Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4, 2003

3 Landrock: Friedrich Georg Houtermans ( ) Ein bedeutender Physiker des 20. Jahrhunderts GLOSSAR. Alphateilchen: Atomkern des Heliumatoms, bestehend aus 2 Protonen (p) und 2 Neutronen (n). Alphazerfall: Emission von Alphateilchen (Alphastrahlung; Symbol: α oder 4 2He aus radioaktiven Kernen, die zur Bildung von Kernen mit einer um 2 verringerten Kernladung (= Ordnungszahl im Periodensystem der chemischen Elemente) und um 4 verringerten Massenzahl führt. Umgekehrter Alphazerfall: Einfang von Alphateilchen durch Atomkerne, der zur Bildung schwererer Atomkerne und damit schwererer Elemente führt. Autoradiographie: Zweidimensionale Abbildung der Aktivitätsverteilung in radioaktiven oder radioaktiv markierten Proben mittels der Schwärzung lichtgeschützt verpackter photographischer Filme oder Platten bzw. der Anregung szintillierender Schichten durch die ionisierende Strahlung, die durch die in der Probe befindliche(n), radioaktive(n) Substanz(en) emittiert wird. Betazerfall: Zerfall eines Atomkerns unter Emission eines Elektrons (e oder β ) und eines Antineutrinos ( ν e ) oder eines Positrons (e + oder β + ) und eines Neutrinos (ν e ); im ersten Falle entsteht unter Umwandlung eines Neutrons in ein Proton ein Kern mit der nächsthöheren Kernladung (Ordnungszahl), im zweiten Falle unter Umwandlung eines Protons in ein Neutron ein Kern der nächstniedrigeren Kernladung. Die emittierten Elektronen und Positronen nennt man auch Betastrahlung. CNO-Zyklus: Reaktionszyklus im Wasserstoffbrennen (überwiegend aus dem Bethe-Weizsäcker-Zyklus bestehend), der bei höheren Temperaturen, d. h. in Sternen mit etwas größerer Masse als die der Sonne, überwiegt. Der als Katalysator benötigte Kohlenstoff wurde in der primordialen Nukleosynthese einige Minuten nach dem Urknall im expandierenden und sich dabei abkühlenden frühen Universum gebildet, nachdem sich vorher Quarks zu Neutronen und Protonen (Wasserstoffkerne) vereinigten und danach das Deuteron, das Triton (Kern des superschweren Wasserstoffs: Tritium; 3 1H, bestehend aus 1 Proton und 2 Neutronen), das Alphateilchen, Lithium-, Beryllium- und Bor- Kerne in Kernreaktionen entstanden. Der CNO-Zyklus führt in 4 Teilzyklen zur Bildung von Kernen der Elemente bis Fluor, die aber im CNO-Zyklus immer wieder verbraucht werden. Die Bildung der Elemente bis 20 10Ne erfolgt im Heliumbrennen, das nach dem Wasserstoffbrennen in den dann kontrahierenden und sich dabei erhitzenden massereicheren Sternzentren einsetzt. Danach folgen das Kohlenstoff-, das Neon-, das Sauerstoff- und das Siliciumbrennen mit der Bildung der Elemente bis 56 26Fe. Die Bildung der Elemente durch Fusionsprozesse geladener Teilchen in nuklearen Brennphasen endet hier, da der Potentialwall (Coulombbarriere) schwererer Kerne nicht mehr überwunden werden kann und die Bindungsenergie pro Nukleon bei Kernen der Elemente um Eisen ihr Maximum hat. Die Kerne schwererer Elemente werden durch Neutroneneinfang, dem meist ein Beta-Zerfall folgt, und Photoneneinfang gebildet. In beiden Fällen ist kein Potentialwall zu überwinden. de Broglie-Wellenlänge: Nach Louis de Broglie (1924) muss nicht nur Photonen (wie von Einstein vorhergesagt), sondern allen Elementar-Teilchen eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet werden. Die Eigenschaften eines Teilchens können durch eine Wellenfunktion (ψ) beschrieben werden: Die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen bei einem bestimmten Wert von x, y, z und t (Raum-Zeit) anzutreffen, ist proportional dem Quadrat der Intensität der Welle ψ (x, y, z, t) 2. Einfangwirkungsquerschnitt (Absorptionswirkungsquerschnitt): Wirkungsquerschnitt für den Einfang eines Teilchens durch einen Kern, z. B. von einem Neutron in einem Atomkern [Neutroneneinfang; (n, γ)]. Elektronenemission aus Festkörpern: Austritt von Elektronen aus Festkörpern durch Energiezufuhr (glühelektrischer und lichtelektrischer Effekt) sowie durch Feld- und Sekundäremission. Exoelektronenemission: Ohne äußere Energiezufuhr aus frisch aufgedampften Metalloberflächen infolge eines exothermen Prozesses stattfindende Emission von Elektronen sehr geringer Energie und Reichweite. Feinstruktur: Durch die verschiedenen Einstellmöglichkeiten des Spins (Eigendrehimpuls) der Elektronen in der Atomhülle relativ zum magnetischen Bahnmoment bewirkte Aufspaltung der Spektrallinien. Hyperfeinstruktur: Noch feinere Aufspaltung der Spektrallinien, die durch Wechselwirkung der Elektronenhülle mit den elektrischen und magnetischen Kernmomenten (Kernspin) oder infolge der unterschiedlichen Masse der Atomkerne der verschiedenen Isotope eines Elements bewirkt wird. Gammazerfall: Umwandlung eines energetisch angeregten Atomkerns (X*) in den energetischen Grundzustand unter Aussendung von Photonen (energiereiche Quanten, Gammastrahlung, γ), wobei Kernladungs- und Massenzahl erhalten bleiben. 1/v-Gesetz: Es besagt, dass die Wirkungsquerschnitte der Wechselwirkung von Neutronen für nicht-resonante Reaktionen umgekehrt proportional der Neutronengeschwindigkeit v sind. Je nach ihrer Geschwindigkeit bzw. kinetischen Energie (relativ zu den Kernen der sie umgebenden Materie) unterscheidet man schnelle, langsame, thermische und kalte Neutronen. Ionisierende Strahlung: α-, β- und γ-strahlung (direkt ionisierend) und Neutronenstrahlung (indirekt ionisierend), die sofern sie keine Kernumwandlung bewirken Atome der sie umgebenden Materie ionisieren. Isotope: Chemisch gleichartige Nuklide (Kernarten) eines Elements, die gleiche Ordnungszahl, aber unterschiedliche Massenzahl (d. h. unterschiedliche Anzahl von Neutronen) haben. Isotopentrennung: Separierung der Isotope eines Elements mittels physikalischer Effekte, z. B. die unterschiedliche Diffusion durch Membranen oder die verschieden stark wirkende Zentrifugalkraft, was zur Anreicherung eines Isotops in der einen und Abreicherung in der anderen Fraktion führt. Kernemulsion (Kernspuremulsion): Feinkörnige Photoemulsion hohen Bromsilbergehaltes, in der Bahnspuren ionisierender Teilchen nach dem Entwickeln unter dem Mikroskop sichtbar werden. Kernspaltung: Zerfall der Kerne bestimmter Isotope schwerer Elemente in 2, meist angeregte Spaltbruchstücke (Isotope leichterer Elemente), verbunden mit der Emission von Neutronen und Energiefreisetzung in Form von ionisierender Strahlung, die unter anderem Wärme erzeugt. Löchertheorie: Nach Dirac ist das Vakuum ein Elektronen-See, in dem alle Zustände negativer Energie aufgefüllt und alle Zustände positiver Energie unbesetzt sind. Diese hat er Löcher genannt. Die Löcher verhalten sich wie Antiteilchen positiver Energie (Positronen). Beim Herausschlagen eines Elektrons aus dem Elektronen-See durch ein Photon der Energie E > 2m e c 2 wird gleichzeitig ein Positron gebildet (Paarbildung). Maxwell-Boltzmann-Verteilung: Geschwindigkeitsverteilung der Atomkerne in einem nicht-relativistischen Gas (Plasma), das sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4,

4 Konzepte und Geschichte Polarisation von e -e + -Paaren: Ausrichtung von Elektronen und Positronen im sie umgebenden elektromagnetischen Feld. Radioaktivität: Zerfall von instabilen Atomkernen unter Aussendung ionisierender Strahlung. In der Natur gibt es 268 im energetischen Grundzustand stabile (Atom-)Kernarten [Halbwertszeit (HWZ) > Jahre] sowie 14 natürlich radioaktive Elemente (HWZ um 4,5 Mrd. Jahre/ Alter des Sonnensystems), ferner natürlich radioaktive Isotope in natürlich vorkommenden Isotopengemischen eines Elementes (z. B. 3 H, 40 K) sowie radioaktive Folgeprodukte der natürlichen Zerfallsreihen. Seit 1932 wurde eine große Zahl radioaktiver Kernarten durch Kernreaktionen künstlich hergestellt. Alle bekannten Kernarten (Nuklide) werden mit ihren wichtigsten Eigenschaften in Nuklidkarten (ähnlich dem Periodensystem der chemischen Elemente) dargestellt. Resonanz: Bei einer Resonanz werden bestimmte Konfigurationen des Atomkerns durch ein mit ihm in Wechselwirkung tretendes Teilchen mit einer charakteristischen Energie bzw. dessen Welle (Welle- Teilchen-Dualismus) zu besonders starken Schwingungen angeregt, wodurch das Teilchen im Vergleich zu gleichartigen Teilchen anderer Energien besonders stark absorbiert wird (der Wirkungsquerschnitt für die Kernreaktion wird bei dieser Energie besonders groß; z. B.: Einfang schneller Neutronen durch 238 U-Kerne). Unat: Das gegenwärtig in der Natur vorkommende Uran: Isotopengemisch aus 235 U (0,71%) und 238 U (99,29%). Infolge der unterschiedlichen Halbwertszeiten der beiden Isotope hat sich ihr Verhältnis im Laufe der Erdgeschichte zu Ungunsten des 235 U verschoben. Beim angereicherten und hochangereicherten (kernwaffenfähigen) Uran wurde der Gehalt an 235 U durch Isotopentrennung erhöht. Die nach der Isotopentrennung verbleibende Fraktion mit sehr geringem Gehalt an spaltbarem 235 U bezeichnet man als abgereichertes Uran (verwendet zur Abschirmung ionisierender Strahlung, als Trimmgewicht in Flugzeugen, für panzerbrechende Munition). Wasserstoffbrennen: Erste Brennphase eines Sterns, in der Wasserstoffkerne (Protonen) zu Heliumkernen fusioniert ( verbrannt ) werden. Wichtigster Prozess ist die pp-kette genannte (Kern-)Reaktionskette, die einsetzt, wenn nach der ursprünglichen Kontraktion der Materie aus den interstellaren Gas- und Staubwolken zu Sternen durch Gravitationsanziehung ausreichend hohe Temperaturen und Drücke vorliegen, um das Wasserstoffbrennen zu zünden: p + p > d + e + + ν d + p > 3 He + γ 3 He + 3 He > 4 He + p + p (zu 86%) und 3 He + α > 7 Be + γ (zu 14%) [p = Proton; d = Deuteron, Kern des schweren Wasserstoffs (Deuterium) 2 1H; e + = Positron; ν = Neutrino; γ = Gammaquant (Photon); 3 He = Heliumisotop mit instabilem Kern aus 2 Protonen und 1 Neutron] In der pp-kette werden 4 Protonen zu einem Heliumkern plus 2 Positronen plus 2 Neutrinos verbrannt. Die in Form von Gammaquanten und Neutrinos frei werdende Energie Q dieser Kernreaktionskette beträgt 26,73 MeV. Wechselwirkung: Wirkung von Teilchen aufeinander. Es gibt 4 fundamentale Arten der Wechselwirkung: starke, elektromagnetische, schwache und Gravitationswechselwirkung. Wirkungsquerschnitt: Maß für die Wahrscheinlichkeit des Stattfindens einer Streuung eines Teilchens an einem anderen oder Maß für eine bestimmte Kernreaktion (Symbol: σ, Maßeinheit: 1 barn = m 2 ). Der quantentheoretische Wirkungsquerschnitt hängt stark von der Art der Wechselwirkung ab. Er kann größer oder kleiner sein als der geometrische Wirkungsquerschnitt σ G (für 1 H + p ist σ G = 0, m 2, für 238 U U ist σ G = 8, m 2 ). Wenn die Wechselwirkung schwach ist, wird der quantentheoretische Wirkungsquerschnitt äußerst klein (z. B. Neutrinostreuung an Atomkernen: barn); er kann aber bei Wirken der starken Wechselwirkung sehr groß werden [z. B. (n, α)-reaktionen an Atomkernen: 10 7 barn]. Bei der Reaktion sollten auch Neutrinos freigesetzt werden, deren Existenz W. Pauli 1931 postuliert hatte veröffentlichten Robert d E. Atkinson und Fritz Houtermans eine zusammenfassende Darstellung der Theorie des Alpha-Zerfalls schwerer Kerne und berechneten für die Kerne der Nuklide der Uran-Radium-Zerfallsreihe die Dimensionen des jeweiligen Potentialwalls (proportional zur Massenzahl). Im selben Jahr veröffentlichte Fritz Houtermans den Übersichtsartikel Neuere Arbeiten über die Quantentheorie des Atomkerns [7]. 1931/32 leistete er, zusammen mit M. Knoll und W. Schulze, Beiträge zur Konstruktion magnetischer Linsen für Elektronenmikroskope. Fritz Houtermans und Max Knoll erhielten darauf ein Patent. Eugen Ruska hat 1974 in einem Bericht über die Vor- und Frühgeschichte des Elektronenmikroskops Fritz Houtermans und Max Knoll als diejenigen erwähnt, die als erste die de Broglie-Wellenlänge des Elektrons als die physikalische Größe bei der Betrachtung der Auflösung von Elektronenmikroskopen erkannt und eingeführt haben [8]. 1932, als Oberassistent bei Gustav Hertz, wirkte Fritz Houtermans mit an der Entwicklung der Isotopentrennung in Diffusionskaskaden, indem er seine Kenntnisse in der Atomspektroskopie, die er bei James Franck in Göttingen erworben hatte, anwandte, um den Grad der Anreicherung anhand der Spektren der angeregten Isotope zu bestimmen. Er war der erste, der die Hyperfeinstruktur künstlich getrennter Isotope maß [9], und habilitierte sich mit der Schrift Über die Isotopie-Hyperfeinstruktur am Neon zum (Privat-)Dozenten für Physik berichtete er über Untersuchungen an fluoreszierenden Stoffen mittels modulierten Lichts. Von da an ließ ihn die Lichtabsorption durch angeregte Atome oder Moleküle ein Problem, das eng verknüpft ist mit den Vorgängen in Lasern nie ganz los. Privatleben in Berlin Fritz Houtermans und Charlotte Riefenstahl fanden doch zueinander. Sie heirateten im August 1930 in Batumi, einem Schwarzmeerbadeort am Südhang des Kaukasus. Trauzeugen waren Wolfgang Pauli und Dmitri Iwanenko [10]. Zuvor hatten sie am l. Allunions-Physikerkongress der UdSSR in Odessa teilgenommen. Über 800 Kollegen kamen damals dort zusammen, darunter neben den bereits genannten A. Sommerfeld, F. Simon, I. Tamm und Y. Frenkel. Rudolf Peierls und seine spätere Frau Genia (Eugenia) Kannegieser, Physikerin aus Leningrad, waren ebenfalls zugegen. Die Exkursion am Ende des Kongresses hatte sie dann alle übers Schwarze Meer nach Batumi gebracht [11]. In Berlin waren 1931/32 Houtermans für ihre Gastfreundschaft bekannt und berühmt. Fritz Houtermans mit seinem Wiener Charme, seinem Humor, dem Talent, Witze zu er- 190 Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4, 2003

5 Landrock: Friedrich Georg Houtermans ( ) Ein bedeutender Physiker des 20. Jahrhunderts zählen, und seinem beeindruckenden Vermögen, Ideen zu gebären, zog Leute an eine nicht unwesentliche Rolle spielten hierbei es war die Zeit der Weltwirtschaftskrise auch die finanziellen Zuwendungen seines Vaters. Man traf sich bei Houtermans zur Kleinen Nachtphysik. Wolfgang Pauli kam zu Besuch, ebenso Georg Gamow und Lev Landau. Michael Polanyi und Alexander Weissberg, Eva Striker (später kurzzeitig Ehefrau Alexander Weissbergs und danach in den USA die bekannte Künstlerin Eva Zeisel) und der Schriftsteller Manès Sperber gehörten ebenso zur Runde, wie vermutlich auch Robert Rompe, Paul Rosbaud (wissenschaftlicher Berater der Zeitschrift Metallwirtschaft mit vielen Kontakten, auch zum britischen Geheimdienst [12]), Leo Szilard und Eugene P. Wigner. Fritz Houtermans politische Genossen des konspirativ agierenden BB-Ressorts des Apparates der KPD (BB steht für Betriebsberichterstattung), auch getarnt als Klub der Geistesarbeiter (KdG), Dr. Felix Bobek, Dr. Günther Kromrey, Dr. Walter Caro, Dr. Fritz Eichenwald und andere, dürften sich ebenfalls unter die Gäste gemischt haben [6]. Wilhelm Walcher, 1932 Hilfsassistent im Fortgeschrittenenpraktikum, erinnert sich noch heute gern und ohne jeden Beigeschmack an diese anregenden Abende [13] lernte Fritz Houtermans Victor Weisskopf ( ) kennen, der als Assistent von Erwin Schrödinger für ein Semester in Berlin weilte [14] kam das Töchterchen Giovanna zur Welt ( Epsilon genannt, weil sie so klein ist [13, 15]). 1933, mit der Machtübernahme Hitlers am 30. Januar, änderte sich das Leben radikal. Nationalsozialistische Studenten durchsuchten Wohnungen jüdischer oder verdächtiger Kommilitonen und Dozenten. Juden und politisch Unzuverlässige wurden von den Hochschulen und aus allen staatlichen Einrichtungen vertrieben (Gesetz zur Wiederherstellung des Berufsbeamtentums vom 7. April 1933). Max von Laue half vielen jüdischen Kollegen und Studenten, im Ausland Kontakte zu knüpfen und dort Beschäftigung zu finden. Fritz Houtermans half mit, war aber nicht imstande, für sich selbst etwas zu tun. Als Victor Weisskopf von Wien über Berlin nach Cambridge reiste, wurde er von Charlotte Houtermans um Hilfe gebeten. Er stellte die Verbindung zu EMI (Electrical and Musical Instruments Ltd., bekannt durch die Marke His Master s Voice ) in Hayes, Middlesex, her. Leiter des dortigen EMI Television Laboratory war Sir Isaac Schoenberg, der 1914 aus Russland nach England emigriert und dort als Industrie-Wissenschaftler und Fernseh-Pionier erfolgreich war [10]. Emigration: Hayes, Charkov; NKWD-Haft Fritz Houtermans ging im Sommer 1933 über Kopenhagen nach England. Charlotte folgte ihm nach Cambridge, wo sie die Blacketts wiedertrafen, mit denen sie zuvor in Göttingen zusammengekommen waren. Sie lernten Guiseppe Occhialini (Mitarbeiter Patrick M. S. Blacketts bei der Vervollkommnung der Blasenkammer) kennen, der bereits in Cambridge lebte. KASTEN 1:. ARBEITSFELDER. VON FRIEDRICH GEORG HOUTERMANS. Göttingen Studium, Diplom und Promotion an der Universität, Hilfsassistent am 2. Physik. Institut Bandenfluoreszenz des Quecksilberdampfes Emission von Alphateilchen aus radioaktiven Kernen (beides bei James Franck) Theorie der Emission von Alpha-Teilchen (mit Georg Gamow) Berlin Assistent, später Oberassistent an der TH Berlin-Charlottenburg Studium stellarer Prozesse Theorie der thermonuklearen Reaktion (mit Atkinson, Gamow) Theorie des Alpha-Zerfalls schwerer Kerne (mit Robert d E. Atkinson) Neuere Arbeiten über die Quantentheorie des Atomkerns Beiträge zur Konstruktion magnetischer Linsen für Elektronenmikroskope (mit M. Knoll, W. Schulze) Isotopentrennung in Diffusionskaskaden (als Mitarbeiter von G. Hertz) Untersuchungen zur Hyperfeinstruktur künstlich getrennter Isotope (Habilitationsarbeit) Hayes Wissenschaftler am EMI Television Laboratory Arbeiten u. a. über Lichtverstärkung Charkov und Haft (Moskau, Kiev, Charkov, Moskau) Wissenschaftler am Ukrainischen Physikalisch-Technischen Institut in Charkov Arbeiten über langsame Neutronen (mit Valentin Fomin) Studien zur Zahlentheorie (in der Haft) Berlin Mitarbeiter im Laboratorium für Elektronenphysik (Manfred von Ardenne), Gast an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt (ab Mitte 1942) Arbeiten über Isotopentrennverfahren Geheimbericht Zur Frage der Auslösung von Kernkettenreaktionen, in der die Spaltbarkeit des Plutoniums vorausgesagt wurde Arbeiten zur Neutronenphysik und der Metrologie von Neutronenquellen (mit Ilse Bartz) Ronneburg Mitarbeiter an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, Abtl. Kernphysik (ausgelagert) Arbeiten zur Neutronenphysik Göttingen zunächst kriegswichtige Forschung (bei H. Kopfermann, R. Becker), dann Dozent an der Universität Göttingen Neutronenphysik über die Möglichkeiten der experimentellen Beobachtung einer sehr geringen Variation der β-zerfallskonstante (mit P. Jordan) Über die Thermische Dissoziation des Vakuums (mit J. H. D. Jensen) Arbeiten zur Bestimmung des Alters von Uran Bern Ordinarius für Physik an der Universität Bern Gründung der Berner Schule. Schwerpunkt: Anwendung der Radioaktivität für Geowissenschaften, Astrophysik, Kosmochemie Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4,

6 Konzepte und Geschichte Im Forschungslabor von EMI versuchte Fritz Houtermans, Einsteins 1909 formulierte Hypothese zu überprüfen, nach der ein Lichtstrahl beim Durchlaufen eines Gases, das die richtige Art von angeregten Atomen enthält, nicht abgeschwächt, sondern verstärkt wird. Nach dem Durchbrennen eines teuren Transformators musste er die Versuche jedoch abbrechen. Bei einem Erfolg wäre möglicherweise der Laser 20 Jahre früher erfunden worden [1]. Das ländlich-sittliche Leben in Hayes und der geregelte Arbeitstag bei EMI waren für Fritz Houtermans völlig ungewohnt. Das als Isolation empfundene beschauliche Dasein währte allerdings nur wenige Wochen. Die Sorge um Freunde, die sich noch in Deutschland befanden, teilten die Houtermans mit anderen, so dass bald wieder Leben im Hause war. Gleichgesinnte Freunde und Kollegen kamen aus London, um gemeinsam Hilfe zu organisieren: Aufstellung von Namenslisten und Biographien Gefährdeter, Gespräche mit möglichen Arbeitgebern, Veranlassung schriftlicher Appelle namhafter Kollegen, Inhaftierte freizulassen. Im Mai 1933 war der Academic Assistance Council (AAC) von W. Beveridge, A. V. Hill und anderen (darunter 7 Nobelpreisträger) gegründet worden, um Mittel einzuwerben und praktische Hilfe zu gewähren umbenannt in Society for the Protection of Science and Learning, hatte die Gesellschaft Ende des Zweiten Weltkriegs 2541 Emigranten mit akademischem Grad in Naturwissenschaften (science) in ihren Listen erfasst. 20 von ihnen erhielten später den Nobelpreis, und mehr als 50 wurden Fellows of the Royal Society ( Hitlers Geschenk : [16]). Fritz Houtermans Gehalt bei EMI war sehr großzügig bemessen, so dass er nicht nur ideelle, sondern auch finanzielle Hilfe leistete. Die Gästeküche seiner Wohnung verwandelte er in eine Dunkelkammer, und er entwickelte zusammen mit Fritz Lange, der vor 1933 Hochspannungsphysik bei der AEG in Berlin betrieben hatte [17] und nun ebenfalls im Labor von EMI arbeitete, ein Verfahren, um ganze Seiten der Londoner Times auf Briefmarkengröße zu verkleinern und auf diese Weise die verbotene andere Sicht auf die Geschehnisse nach Deutschland zu senden. In Deutschland tat Felix Bobek das Gleiche [18]. Bei den Blacketts in London lernten Houtermans unter anderem die französischen Physiker Pierre Auger, Jean Perrin und Frédéric Joliot-Curie kennen. Aber all das vermochte nicht, das Leben an einer Universität, den Gedankenaustausch, die geistige Inspiration durch wissenschaftliche Dispute zu ersetzen. So fiel Sascha Leipunskis (sowjet. Physiker, ) Werben für das 1927 gegründete Ukrainische Physikalisch-Technische Institut in Charkov auf fruchtbaren Boden; er war mit einem Stipendium 2 Jahre im Rutherford- Labor in Cambridge und verbrachte seine Wochenenden in Hayes. Auch Alex Weissberg (Schulfreund, seit 1931 dort) schrieb begeistert aus Charkov. Ewig von 8 a. m. bis 5 p. m. für His Master s Voice zu arbeiten, war für Fritz Houtermans ganz und gar nicht verlockend. Eine Ausreise in die USA, ohne den Ruf an eine Universität oder ein Stipendium, vermutlich auch aufgrund seiner politischen Biographie, war nicht möglich. So schien eine neue Tür geöffnet worden zu sein. Die Konditionen klangen gut (eine ordentliche Professur und die Leitung des Kernphysikalischen Labors), zumal inzwischen auch sein Gehalt gekürzt worden war, damit mehr Emigranten eingestellt werden konnten. Fritz Houtermans ignorierte alle Warnungen. Insbesondere Wolfgang Pauli (der Walter Elsassers Erfahrungen bei dessen halbjährigem Aufenthalt 1930 und auch die Viktor Weisskopfs von einem Besuch im Jahre 1932 kannte) versuchte, ihm das Abenteuer auszureden. Houtermans fuhren also 1935 in die Sowjetunion und fühlten sich zunächst wohl in Charkov, vermutlich auch, weil sein Kollege Fritz Lange ebenfalls dorthin übersiedelte. Am 4. November 1935 wurde Sohn Jan geboren. Namhafte Kollegen arbeiteten im Physikalisch-Technischen Institut: K. D. Sinielnikow als Direktor, A. Leipunski, L. D. Landau, I. W. Kurtschatow, I. Pomerantschuk, A. Weissberg, H. Hellmann, M. Ruhemann, G. Placzek (als Gast) und L. Shubnikow, um nur einige zu nennen. Fritz Houtermans engster Mitarbeiter wurde Valentin P. Fomin ( ). Er hatte in Deutschland Physik studiert, Fritz Houtermans hatte ihn bereits in Berlin kennen gelernt. Sie untersuchten Wechselwirkungen von Neutronen mit Materie; unter anderem maßen sie Absorptionswirkungsquerschnitte und deren Temperaturabhängigkeit (1936 erschienen 5 gemeinsame Veröffentlichungen, 1937 noch eine). Aus den Messungen folgerten sie, dass im thermischen Bereich der Absorptionswirkungsquerschnitt für Neutronen in Silber und Bor dem 1/v-Gesetz folgt, während Cadmium eine Resonanz aufweisen sollte. In einem wasserstoffhaltigen Moderator, wie Paraffin oder Wasser, folgt bei Raumtemperatur und darüber das Neutronenspektrum grob einer Maxwell-Boltzmann- Verteilung, während in flüssigem Wasserstoff nicht das thermische Gleichgewicht erreicht wird. Diese Grundlagenforschung bekam nach Entdeckung der Kernspaltung Bedeutung für den Aufbau und die Dimensionierung von Uranmaschinen. Dann tat sich ein Abgrund auf. Einer nach dem anderen wurde vom Geheimdienst NKWD (Narodnij Komitet po Wnutrenich Djel = Volkskomitee für Innere Angelegenheiten) inhaftiert, darunter auch Alex Weissberg im März Anderen, wie Georg Placzek mit österreichischem Pass, gelang es, gerade noch rechtzeitig zu emigrieren. Charlotte Houtermans versuchte auf einer Reise nach England, ihre dortigen Freunde und Bekannten auf die bedrohliche Situation aufmerksam zu machen und eine Einladung für Fritz Houtermans zu erwirken, musste aber erfolglos zurückkehren. Kurz darauf nahm sich Fritz Houtermans Mitarbeiter Valentin Fomin, der zu einer Befragung abgeholt werden sollte, das Leben. Fritz Houtermans war zutiefst erschüttert und befürchtete das Schlimmste für sich und seine Familie. Er fuhr nach Moskau Lev Landau war bereits dort, weil der Eindruck bestand, dass der politische Druck in der Hauptstadt nicht so groß sei. Seine Familie kam nach und wohnte bei Landau. Fritz Houtermans ersuchte um Ausreiseerlaubnis. Die wurde ihm versprochen, aber die Klärung der Zollformalitäten zog sich in die Länge, und am l. Dezember 1937 wurde er am Zollamt verhaftet. Nachdem 192 Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4, 2003

7 Landrock: Friedrich Georg Houtermans ( ) Ein bedeutender Physiker des 20. Jahrhunderts Charlotte herausgefunden hatte, dass er in der Ljubjanka (NKWD-Zentrale) beziehungsweise im Butyrka-Gefängnis war, entschloss sie sich, mit den Kindern über Riga auszureisen, um die Kinder zu schützen und zu versuchen, Fritz Houtermans von Dänemark oder England aus mit Öffentlichkeit zu helfen. Nach einigen Querelen und Tagen bangen Wartens wurde ihr erlaubt, auszureisen. Von Riga aus bat sie das Bohr-Institut in Kopenhagen um eine Einladung, erhielt sie und wurde nach der Überfahrt in der Abfertigungshalle des Kopenhagener Hafens am Heiligabend von Christian Moeller in Empfang genommen, der noch fehlende Einreisepapiere mitbrachte. Niels Bohr und seine Mitarbeiter interessierten sich für das Schicksal von Fritz Houtermans, Lev Landau, Alex Weissberg und den anderen befreundeten und bekannten Physikern in der Sowjetunion. Es wurden Hilfsmöglichkeiten besprochen. Charlotte reiste dann nach London und von dort, auf Einladung von Fritz Houtermans Mutter, die 1936 mit Hilfe eines ihrer Schüler dorthin emigriert war, in die USA. Mutter und Ehefrau schrieben an Fritz Houtermans, erhielten jedoch nie eine Antwort. Charlotte Houtermans kam in Kontakt mit Eleanor Roosevelt, die über den Botschafter der USA in der UdSSR, Steinberg, herausfand, dass Fritz Houtermans lebte. Von Europa aus versuchten Irène Curie, Frédéric Joliot-Curie und Jean Perrin (alle Nobelpreisträger), Fritz Houtermans und Alex Weissberg freizubekommen, indem sie im Juni 1938 Telegramme an Stalin und den Generalstaatsanwalt Wischinsky sandten [19]. Eine Reaktion kam nicht, aber sicherlich halfen sie, eine Verurteilung und Ermordung zu verhindern. Übrigens: Das Politbüro der KPD in Moskau hat, nach Erhalt und Kenntnisnahme der NKWD-Mitteilung über die Inhaftierung Fritz Houtermans, ihn am 15. Januar 1938 routinemäßig wie in (fast) allen Fällen aus der Partei ausgeschlossen, ohne einen Versuch, zu intervenieren und den Wahrheitsgehalt der Anschuldigungen zu prüfen [6]. Am 23. August 1939 wurde der Hitler-Stalin-Pakt abgeschlossen, am 1. September 1939 marschierten deutsche Soldaten in Polen ein. Daraufhin erklärten Frankreich und England Deutschland den Krieg. Der Zweite Weltkrieg hatte begonnen. Am 30. September 1939 wurde Fritz Houtermans, der nach Kiev und Charkov verlegt und mehrfach mit der Beschuldigung, ein deutscher Spion zu sein, scharf verhört worden war, wieder nach Moskau gebracht. In der Ljubjanka wurde er relativ gut behandelt und über die vorherigen Befragungen und Geständnisse sowie die Befrager verhört. Das in Kiev geschriebene Manuskript über seine Studien zur Zahlentheorie, mit denen er versuchte, das Verrücktwerden zu verhindern, hatte man ihm abgenommen. In Moskau erhielt er Schreibmaterial, und er rekapitulierte die Ergebnisse seiner Denkübungen. Anfang Dezember 1939 wurde er nochmals befragt, und ihm wurde versichert, dass er bald aus der Sowjetunion ausgewiesen werde. Er bat darum, nicht nach Deutschland geschickt zu werden. Erst im Januar 1940 erfuhr Fritz Houtermans vom Krieg, so einschneidend war die Isolation in der Haft. Im Moskauer NKWD-Gefängnis waren gleichzeitig mit ihm Prof. Fritz Noether und Hugo Eberlein, die beide später umkamen. Im März 1940 unterschrieb Fritz Houtermans, nach Konsultation seiner Mitgefangenen und auf deren Anraten, eine Erklärung, nicht über seine Erlebnisse in den sowjetischen Gefängnissen zu sprechen und geheim für die UdSSR im Ausland tätig werden zu wollen. Am 30. April 1940 wurde er zusammen mit anderen aus der UdSSR ausgewiesen und am 2. Mai nach Brest-Litowsk gebracht, wo sie von der Gestapo übernommen wurden. (Bereits seit Herbst 1936 gab es ein Auslieferungsgesuch Deutschlands. Es existiert eine lange, alphabetisch geordnete Liste Flüchtige Kommunisten der Gestapo, in der Fritz Houtermans unter der Lfd. Nr aufgeführt ist [30], sowie eine Liste der in der SU aufhältlichen Reichsdeutschen, welche auf Grund ihrer kommunistischen und staatsfeindlichen Betätigung im In- und Auslande zur Auslieferung vorgeschlagen werden vom Okt. 1937, in der Fritz Houtermans ebenfalls aufgeführt ist [6]). Am 5. Mai brachte man sie nach Berlin; einige in ein nationalsozialistisches Rückwandererheim, von wo sie freigelassen wurden, andere in das Polizeigefängnis Alexanderplatz (das einzige verlauste Gefängnis). Als ein Mitgefangener entlassen wurde, trugen die Verbleibenden ihm auf, ihre Angehörigen oder Freunde zu benachrichtigen. Fritz Houtermans bat ihn, seinen alten Freund Dr. Robert Rompe anzurufen und nur zu sagen Fissel ist in Berlin. Dieser folgerte, dass Fritz Houtermans inhaftiert sei und informierte Max von Laue, der bald seinen Aufenthaltsort herausfand. Er brachte ihm Nahrungsmittel und etwas Geld und bemühte sich, ihn freizubekommen. Fritz Houtermans war ins Gestapo-Gefängnis Prinz-Albrecht-Straße gebracht und verhört worden. Er wurde aufgefordert, einen Bericht über seine Erlebnisse in der UdSSR zu schreiben, wobei er tunlichst vermied, zu erwähnen, dass er in Moskau darum ersucht hatte, nicht nach Deutschland ausgeliefert zu werden (ein deutscher Spion, der er sein sollte, hätte dies sicherlich nicht getan). Wenige Tage nach seiner Entlassung am 16. Juli 1940 kam er mit Max von Laue zusammen, der ihn über den Verbleib seiner Familie informierte. Noch im Juli reichte Fritz Houtermans eine Arbeit bei den Naturwissenschaften ein, die im Augustheft unter dem Titel Die Halbwertszeit von Radio-Tantal erschien, in der er über Arbeiten in Charkov vor Oktober 1937 informierte mit Dank an Herrn Kurtschatov für die Bestrahlung der Proben und an Frl. Poluschkina für ihre Mitwirkung bei den Zählmessungen und unter Angabe seiner Privatadresse in Berlin. Vorrangiges Anliegen war, Freunde und Bekannte zu informieren, dass er wieder in Berlin und zurück bei seiner Arbeit sei. Andererseits war der Inhalt der Arbeit interessant genug, um im FIAT-Review (Kasten 2, S. 195) über die Forschung in Deutschland erwähnt zu werden. Detektoren aus Tantalblech wurden zur Bestimmung des Zeitintegrals des Neutronenstroms an Generatoren (z. B. Zyklotrons) benutzt. In Briefen an seine Mutter vom l. August und 28. September 1940 schilderte er seine Odyssee, und unmittelbar nach Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4,

8 Konzepte und Geschichte Kriegsende, am 19. Mai 1945, verfasste er den Chronologischen Bericht über mein Leben in russischen Gefängnissen, versehen mit dem Wunsch, dass er nicht veröffentlicht werden solle. Edoardo Amaldi entschied sich 1987, nachdem nahezu alle erwähnten Personen verstorben waren, dennoch dafür, den Bericht zu zitieren, um auf diese Weise die Lebenszeugnisse anderer Inhaftierter zu ergänzen [10]. Max von Laue verschaffte Fritz Houtermans eine Stelle im privaten Laboratorium für Elektronenphysik von Manfred von Ardenne in Berlin-Lichterfelde. Manfred von Ardenne suchte einen erfahrenen Kernphysiker, da er, gesponsert vom Reichspostminister Dr. Wilhelm Ohnesorge, einem Freund seines Vaters aus dem Ersten Weltkrieg, parallel zum so genannten Uranverein auf dem neuen, faszinierenden Gebiet der Nutzbarmachung der Kernenergie Erfolge erzielen wollte. Fritz Houtermans kam wie gerufen, und Max von Laue hatte erreicht, dass Fritz Houtermans seine Kenntnisse nutzen konnte, ohne im Rampenlicht zu stehen. Houtermans quantentheoretisch hergeleitete Voraussage war: EkaRe Pu + β + ν (HWZ später zu 2,3 d bestimmt) a) 239 Pu 235 U+ 4 He (HWZ sehr lang; später zu a bestimmt) b) 239 Pu + n 1 X 1 + X 2 + n 1. Dabei stehen X 1 und X 2 für Spaltprodukte und n 1 für frei werdende Neutronen. Wegen der großen Halbwertszeiten für den Alphazerfall des 239 Pu (a) ist bei Vorhandensein von Neutronen die Spaltung (b) viel wahrscheinlicher. Fritz Houtermans hat später in einem Gespräch mit Guiseppe Occhialini und Cornelia Dilworth erklärt, dass seine Schlussfolgerungen sehr hypothetischen Charakter hatten, da er nicht die Wirkungsquerschnitte der ablaufenden Wechselwirkungsprozesse kannte, woraus auch der Fehlschluss herrührt, dass ein Reaktor bei tiefen Temperaturen ( 100 C) betrieben werden könne [10] bis 1945: Berlin-Lichterfelde, Berlin- Baumschulenweg, Ronneburg, Göttingen 1941 verfasste Fritz Houtermans vier Arbeiten: Zusammen mit K. H. Riewe widmete er sich in der Publikation Über die Raumladungswirkungen an einem Strahl geladener Teilchen von rechteckigem Querschnitt [20] einem Thema der Elektronenoptik und Plasmaphysik. Zwei umfangreiche Arbeiten berichteten über Isotopentrennverfahren, mit denen er eine entsprechende Arbeit von W. Walcher [21] ergänzte. Besonderes Gewicht hat aber die unveröffentlichte Schrift Zur Frage der Auslösung von Kernkettenreaktionen (Aug. 1941). Dieser Geheimbericht war wie alle Arbeiten zu diesem Thema als streng vertraulich eingestuft, aber den führenden Köpfen des Uranvereins zugänglich gemacht und mit ihnen (Werner Heisenberg, Carl Friedrich von Weizsäcker, Otto Haxel) diskutiert worden. Seine Bedeutung liegt in der Voraussage, dass das Nuklid der Ordnungszahl (Kernladungszahl) 94 und der Massenzahl 239 gut spaltbar sein müsse und erhebliche Vorteile gegenüber dem bekannten, gut spaltbaren Uranisotop 235 U bieten sollte. 235 U muss nämlich aus dem nicht waffentauglichen natürlichen Uran (99,3% 238 U + 0,7% 235 U) mittels aufwendiger physikalischer Isotopentrennungsverfahren angereichert werden. Das von Houtermans diskutierte hypothetische Nuklid später als Plutoniumisotop Pu bekannt sollte hingegen in einem Atomreaktor ( Uran-Maschine ) unter Beschuss von Uran ( U) mit schnellen Neutronen erbrütet und anschließend chemisch abgetrennt werden, was, trotz hoher Sicherheitsvorkehrungen zur Vermeidung von äußerer Bestrahlung, Kontaminationen und Inkorporationen, bei weitem nicht so aufwendig ist. Bekannt war: 238U + n U* 239U* 239 U + γ 239U EkaRe β + ν [Halbwertszeit (kurz HWZ): 23 min]. Bereits 1940 hatte C. F. von Weizsäcker eine geheime Arbeit Eine Möglichkeit der Energiegewinnung aus 238 U verfasst. Er bezieht sich auf Überlegungen von Bohr und Wheeler und vor allem auf Experimente von Nier und Cunnings: Nier hatte am 29. Februar 1940 in Minnesota mikroskopisch kleine Unat-Proben in 235 U und 238 U getrennt, und Cunnings (Columbia University) hatte wenige Tage später gezeigt, dass nur 235 U durch thermische Neutronen spaltbar ist. Weizsäcker folgerte daraus, dass bei der Kernspaltung von Uran (Unat) lediglich 235 U (<1% in Unat) zur Energieerzeugung beiträgt. Die Auslösung und Aufrechterhaltung einer Kettenreaktion erfordere die weitgehende Ausschaltung aller konkurrierenden Neutronenstreu- und -absorptionsprozesse, die bei der Kernspaltung frei werdende Neutronen verbrauchen, das heißt höchste Reinigung der in einer Kernbrennstoff-Konfiguration verwendeten Materialien. Außerdem wäre das schwer erhältliche Schwere Wasser (D 2 O) als Bremssubstanz erforderlich. Da ferner wegen der Resonanzabsorption der Neutronen im 238 U die bei der Spaltung des 235 U frei werdende Energie nicht auf einmal bei sehr hoher Temperatur freigesetzt werden könne, wäre Unat als Sprengstoff nicht nutzbar. Als Lösung schlug er die sukzessive Anlagerung von zwei Neutronen an 238 U vor: 238U + n U* 239U* 239 U+ γ 239U EkaRe β - + ν (HWZ 23 min). Diese Wirkung der Anlagerung des 1. Neutrons war bekannt (vgl. oben). Da bis dahin aber kein strahlendes Folgeprodukt von EkaRe 239 beobachtet worden war, hat C. F. v. Weizsäcker fälschlicherweise gefolgert, dass EkaRe 239 (= 239 Np) sehr langlebig sein und sich vermutlich unter Alpha- Zerfall in 235 Pu umwandeln würde, während es sich tatsächlich unter β- Zerfall in kurzer Zeit (HWZ = 2,3 d) in 239 Pu umwandelt. Das EkaRe 239 sollte aber wahrscheinlich durch thermische Neutronen spaltbar sein: EkaRe n 1 EkaRe 240 * EkaRe 240 * EkaRe γ EkaRe 240 X 1 + X 2 + n 1. C. F. von Weizsäcker ist also nicht auf 239 Pu gekommen, hat aber ebenfalls den Vorteil der chemischen Abtrennbarkeit des EkaRheniums (Neptunium; damals EkaRhenium genannt, weil Uran Ordnungszahl 92 im Periodensystem der chemischen Elemente unkorrekt unter Wolfram plaziert worden war, und deshalb das EkaRhenium dem 194 Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4, 2003

9 Landrock: Friedrich Georg Houtermans ( ) Ein bedeutender Physiker des 20. Jahrhunderts KASTEN 2:. FIAT-REVIEW. Nach dem Kriege veranlassten amerikanische Behörden die zusammengefasste Darstellung der naturwissenschaftlichen und medizinischen Forschungsarbeiten in Deutschland ab 1939, die als FIAT-Review of German Science bezeichnet wurde. FIAT steht für Field Investigation Agencies Technical. Die für Deutschland bestimmte Ausgabe erschien um 1950 im Verlag Chemie (Weinheim/Bergstraße) unter dem Titel Naturforschung und Medizin in Deutschland Im Zusammenhang mit Houtermans interessiert vor allem der Band 14: Kernphysik und Kosmische Strahlen, Teil II, der von W. Bothe und S. Flügge herausgegeben wurde. Abschnitt 7.1: Großversuche zur Vorbereitung der Konstruktion eines Uranbrenners von W. Heisenberg und K. Wirtz Theoretische Grundlagen, Fußnote 10: Im Folgenden sind einige Arbeiten genannt, die theoretische Probleme des Uranbrenners behandeln. Die Titel einer Reihe weiterer Arbeiten sind nicht mehr verfügbar. Es folgt eine Auflistung von 16 Arbeiten von F. Bopp, E. Fischer, W. Bothe, K. H. Höcker, P. O. Müller, H. Volz, C. F. von Weizsäcker, P. Harteck, H. Jensen, Fr. Knauer und H. Suess aus den Jahren , darunter 5 Arbeiten von C. F. von Weizsäcker, aber nicht die von F. Houtermans. So wird immer wieder C. F. von Weizsäcker als derjenige genannt, der als erster in Deutschland die Bedeutung des 239 Pu erkannte. Abb. 2. Inhaltsangabe einer internen Mitteilung von F. G. Houtermans zur Auslösung von Kernkettenreaktionen. Rhenium ähnliche chemische Eigenschaften haben sollte) von Uran und die Möglichkeit des gezielten Zugebens zu einer Kernbrennstoffkonfiguration erkannt. Er gehörte dem Uranverein an, und seine Arbeit wurde im Nachkriegsbericht Werner Heisenbergs über die deutschen Arbeiten zur Nutzbarmachung der Kernenergie während des Krieges erwähnt, die von Fritz Houtermans dagegen nicht ( Heisenberg hat nichts davon gehalten. [13]). Manfred von Ardenne hat die nicht-explizite Erwähnung der Houtermans-Arbeit durch W. Heisenberg offensichtlich als Affront betrachtet. Es hat ihn nicht ruhen lassen; mehrmals hat er nach seiner Rückkehr aus der Sowjetunion auf die in seinem Institut entstandene Arbeit von Fritz Houtermans hingewiesen, sie kopieren lassen und verschickt (Abb. 2). Er war bemüht, das schiefe Bild gerade zu rücken, wohl auch, um seinen Anteil an den frühen Arbeiten zur Nutzbarmachung der Kernenergie zu vermitteln. Für die Verdrängung des Houtermans-Berichts war aber vielleicht ein ganz anderes Motiv entscheidend: Offenbar waren die führenden Köpfe des Uranvereins im Einvernehmen mit Admiral Carl Witzell, Leiter des Marine-Zeugamtes, und mit dessen Verbindungsoffizier Otto Haxel 1941 nicht daran interessiert, Fritz Houtermans Arbeit der politischen und militärischen Führung zukommen zu lassen, da es möglicherweise blamabel für sie hätte sein können, und um einen zu erwartenden Erfolgsdruck von oben zu vermeiden. Wie auch immer das Verschweigen motiviert war, die Entwicklung wäre kaum anders verlaufen: Im Gegensatz zu Abschnitt 7.2: Der Beitrag der schnellen Neutronen zur Vermehrung von Uran (von O. Haxel). In diesem Abschnitt wird allerdings berichtet: W. Bothe 19, Flügge 19a, Heisenberg 20 und Houtermans 21 haben Theorien über die Neutronenvermehrung durch Spaltung, die durch schnelle Neutronen ausgelöst wird, aufgestellt. Da diese Theorien alle auf denselben Voraussetzungen basieren, genügt es, wenn wir uns einer davon, etwa den Ausführungen Heisenbergs, anschließen Als Literaturstelle (21) wird genannt: F. G. Houtermans: Zur Frage der Auslösung von Kernkettenreaktionen (vgl. Abb. 2). Forschungsbericht, unveröffentlicht. Im Band 14 (Abschnitt 5.2) findet sich auch der von Houtermans selbst verfasste Beitrag Messverfahren für Neutronen (offenbar wurde ihm die Ehre zuteil, da C. F. Weiss 1946 zur Arbeit in der Sowjetunion verpflichtet worden war). Die zusammen mit Dr. Ilse Bartz durchgeführten Arbeiten zur Neutronenphysik wurden in dem Band 13 in Kapitel 3, Kernbau und Kernprozesse, Abschnitt 3.5, von W. Ramm (mit einem Anhang von S. Flügge: Zusammenstellung gemessener Wirkungsquerschnitte für thermische Neutronen ) sowie in Abschnitt 3.6 von H. Maier-Leibnitz zitiert. Deutschland gab es in den USA bereits 1940 ein funktionsfähiges Zyklotron in Berkeley, mit dem es Anfang 1941 gelang, circa 0,5 x 10 6 g 239 Pu zu erzeugen und seine wichtigsten Eigenschaften zu bestimmen. Die Veröffentlichung erschien erst 1946 und enthielt den Zusatz: dated May 29, 1941 voluntary withheld from publication until the end of the war [22]. Naturwissenschaftliche Rundschau 56. Jahrgang, Heft 4,