Als Uranprojekt wird die Gesamtheit der Arbeiten im Deutschen Reich während des Zweiten Weltkrieges bezeichnet, bei denen die 1938 entdeckte Kernspaltung technisch nutzbar gemacht werden sollte. Hauptziel war dabei, die Möglichkeiten zum Bau einer Kernwaffe abzuschätzen sowie einen Demonstrations-Kernreaktor zu bauen. Trotz einiger Erfolge gelang es den Wissenschaftlern bis Kriegsende nicht, eine selbsterhaltende nukleare Kettenreaktion in einem solchen Reaktor herzustellen. Im Verlauf des Krieges wurden die industriellen Produktionsanlagen von den Alliierten zerstört.
Gegen Kriegsende wurden acht am Uranprojekt beteiligte Wissenschaftler von der Alsos-Mission gefasst und in Farm Hall (England) interniert. Andere, wie Manfred von Ardenne, wurden von sowjetischen Kräften festgesetzt. Die Versuchsaufbauten des Uranprojekts wurden demontiert und die Materialien beschlagnahmt.
Die Entdeckung der Kernspaltung und frühe Forschungen
Im Jahr 1934 hatte der italienische Physiker Enrico Fermi an der Sapienza-Universität von Rom chemische Elemente, unter anderem Uran, mit Neutronen bestrahlt und dabei durch Kernreaktion künstliche radioaktive Nuklide gewonnen. Die österreichische Physikerin Lise Meitner und der deutsche Chemiker Otto Hahn überprüften in den folgenden Jahren am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie in Berlin-Dahlem Fermis Experimente und glaubten in den folgenden Jahren einige neue Elemente, sogenannte Transurane, nachgewiesen zu haben. Aufgrund der Deutung, bei Fermis Versuchen seien neue Elemente entstanden und nachgewiesen worden, wurde ihm 1938 der Nobelpreis für Physik verliehen.
Lise Meitner musste im Juli 1938 aufgrund ihrer jüdischen Abstammung aus Deutschland fliehen und konnte dank Otto Hahns Hilfe über Holland nach Schweden emigrieren. Hahn experimentierte mit seinem Assistenten Fritz Straßmann in Berlin weiter. Am 17. Dezember 1938 gelang ihnen erstmals der Nachweis von Bariumisotopen, welche aufgrund ihres deutlich niedrigeren Atomgewichts aus Uran nur mittels Kernspaltung entstanden sein konnten. Die vorher vertretene These, man habe das deutlich schwerere aber chemisch ähnliche Radium gewonnen, konnte anhand chemischer Extraktion widerlegt werden.
Dieses Ergebnis war zunächst schwer zu verstehen. In einem Brief wandte sich Hahn an Lise Meitner, die zusammen mit ihrem Neffen Otto Frisch in der Nähe von Göteborg Weihnachten feiern wollte. Hahn beschrieb darin zwei Tage später seine entscheidenden Experimente und sprach erstmals von einem Zerplatzen des Urankerns als einer möglichen Erklärung, bat aber die Physikerin Meitner um eine Erklärung, die ihm als Chemiker nicht offensichtlich schien. Meitner fand die Lösung auf einer Schneeschuhwanderung mit Frisch und berechnete überschlagsmäßig die freiwerdende Energie auf etwa 200 MeV pro gespaltenem Urankern - dies ist auch im Verhältnis zu typischen Zerfallsenergien eine große Energiemenge.
Veröffentlichung und internationale Reaktionen
Hahn veröffentlichte seine Ergebnisse in einem Aufsatz, der am 6. Januar 1939 in der Zeitschrift Naturwissenschaften erschien. Ein weiterer Aufsatz Hahns, in dem er auf die Möglichkeit der Energiegewinnung mit Hilfe einer Kettenreaktion hinwies, folgte am 10. Januar 1939.
Im Januar 1939 gelang Meitner und Frisch eine erste kernphysikalische Deutung der Resultate. Tatsächlich waren die Uranatome in kleinere Bestandteile „zerplatzt“, wie es Otto Hahn anfangs formuliert hatte. Sie reichten am 16. Januar 1939 eine kurze Notiz bei der Zeitschrift Nature ein, die am 11. Februar 1939 erschien. Frisch informierte den dänischen Quantenphysiker Niels Bohr, der Hahns Entdeckung bereits am 26. Januar 1939 auf der fünften Konferenz für Theoretische Physik in Washington, D.C. bekannt machte.
Mehrere US-amerikanische Physiker konnten Hahns Ergebnisse unmittelbar darauf wiederholen. Auch der französische Physiker Frédéric Joliot-Curie konnte Hahns Experimente im März 1939 am Collège de France in Paris wiederholen. Er fand heraus, dass bei jeder Uranspaltung zwei bis drei Neutronen freigesetzt werden, wodurch die Möglichkeit einer Kettenreaktion gegeben ist, indem diese neuen Neutronen weitere Urankerne spalten.
Die Gründung des deutschen Uranvereins
Im April 1939 trug der Göttinger Physiker Wilhelm Hanle in einem Kolloquiumsvortrag über die friedliche Nutzung der Kernspaltung in einer „Uranmaschine“, also einem Kernreaktor, vor. Sein Kollege Georg Joos hörte diesen Vortrag und berichtete am 22. April 1939 im Reichserziehungsministerium zusammen mit Hanle über die technischen, aber auch die militärischen Möglichkeiten der Kernspaltung. Das Ministerium reagierte schnell, bereits am 29. April 1939 wurde unter der Leitung von Abraham Esau, dem damaligen Präsidenten der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, eine Expertenkonferenz im Reichserziehungsministerium in Berlin einberufen.
Neben Hanle und Joos waren die Teilnehmer an der Konferenz die Physiker Walther Bothe, Robert Döpel, Hans Geiger, Wolfgang Gentner und Gerhard Hoffmann. Hahn fehlte auf dieser Sitzung, er wurde sogar wegen der Veröffentlichung seiner entscheidenden Entdeckung in Abwesenheit gerügt. Diese Gruppe wurde formal „Arbeitsgemeinschaft für Kernphysik“ genannt, informell war sie als erster „Uranverein“ bekannt.
Gleichzeitig bereitete aber auch das Oberkommando des Heeres ein entsprechendes Forschungsvorhaben vor. Der Hamburger Physikochemiker Paul Harteck und sein Assistent Wilhelm Groth hatten am 24. April 1939 dem Reichswehrministerium geschrieben, dass die neuesten Entwicklungen aus der Kernphysik einen Sprengstoff ermöglichen könnten, der die Wirkung konventioneller Sprengstoffe um ein Vielfaches übertreffen würde. Dieser Brief landete letztendlich bei Kurt Diebner, dem Fachmann des Heeres für Sprengstoffe und Kernphysik. Dieser forderte umgehend Mittel beim Heer an, um in Kummersdorf südlich Berlins ein Versuchslabor einrichten zu können. Diebner wurde daraufhin zum Leiter einer neu eingerichteten Kernforschungsabteilung im Heereswaffenamt ernannt. Gleichzeitig befahl die Heeresleitung der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, ihre Uranforschungsversuche unverzüglich einzustellen.
Organisation und Forschungsansätze des Uranprojekts
Im September 1939, also gleich nach Kriegsbeginn, wurden Deutschlands führende Kernphysiker nach Berlin in das Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik zitiert. Diebner entwarf zusammen mit dem Kernphysiker Erich Bagge am 20. September 1939 ein Programm mit Titel „Vorbereitender Arbeitsplan zur Aufnahme von Versuchen für die Nutzbarmachung der Kernspaltung“, das die Forschungsarbeiten koordinieren sollte. Das Ziel des Programms war die Erreichung einer kontrollierten Kettenreaktion in einem Uranbrenner.
Nur wenige Physiker folgten dem Ruf nach Berlin, alle erklärten sich aber bereit, an dem Projekt mitzuarbeiten. Unter denjenigen, die nach Berlin zogen, waren Carl Friedrich von Weizsäcker und Karl Wirtz. Dem damaligen Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts, dem holländischen Physiker Peter Debye, wurde nahegelegt, die deutsche Staatsbürgerschaft anzunehmen oder abzudanken. Debye weigerte sich jedoch und kehrte nach einem Aufenthalt in den Vereinigten Staaten im Januar 1940 nicht mehr nach Deutschland zurück. Als seinen Nachfolger schlug das Heereswaffenamt Diebner vor, was jedoch von der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft abgelehnt wurde. Diebner wurde daraufhin für die Dauer der Abwesenheit Debyes als kommissarischer Leiter eingesetzt. Zusätzlich wurde aber der theoretische Physiker und Nobelpreisträger Werner Heisenberg als Berater in das Institut geholt.
Die Ergebnisse der Forschungen wurden in den Kernphysikalischen Forschungsberichten veröffentlicht, einer internen Publikationsreihe, die als streng geheim klassifiziert war. In einem Bericht an das Heereswaffenamt vom 6. Dezember 1939 beschrieb Heisenberg die Möglichkeit der technischen Energiegewinnung mit Hilfe der Uranspaltung genauer. Er zeigte, dass man dabei Natururan benutzen könne, wenn man mit einer weiteren Substanz (dem Moderator, damals Bremssubstanz genannt) die bei der Spaltung freigesetzten schnellen Neutronen verlangsamt, aber nur wenig absorbiert. Zu diesem Zweck könne entweder schweres Wasser oder besonders reiner Kohlenstoff verwendet werden.
Materialbeschaffung: Uran und schweres Wasser
An mehreren Forschungsinstituten wurden verschiedene Stoffe als Bremssubstanz für einen möglichen Uran-Reaktor untersucht. Bothe kam zu dem Resultat, Graphit sei wegen zu hoher Neutronenabsorption nicht gut geeignet, sondern könne nur zur Not gerade eben noch verwendet werden. Seine Messergebnisse wurden später als falsch erkannt; er hatte Graphit verwendet, der mit den starken Neutronenabsorbern Bor und Cadmium verunreinigt war. Dagegen fand Heisenberg heraus, dass schweres Wasser eine noch bessere Wirkung hatte als ursprünglich angenommen. Beim drei Jahre später gestarteten Manhattan-Projekt der USA wurde wegen der einfacheren Beschaffung von Anfang an Graphit in der Reaktorentwicklung verwendet (siehe Chicago Pile).
Für den Betrieb eines Uran-Reaktors waren mehrere Tonnen sowohl hochreinen Urans als auch sehr reinen schweren Wassers vonnöten. Das Heereswaffenamt forderte zunächst die Auslieferung der gesamten Uranvorräte der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt. Dieser Forderung kam Esau nur unwillig nach, nachdem ihm ja das Forschungsgebiet bereits genommen worden war. Zudem wurde die Berliner Auergesellschaft beauftragt, mehrere Tonnen Uranoxid zu liefern. Das Uran stammte aus den Uranbergwerken in Sankt Joachimsthal, die nach der deutschen Annexion des Sudetenlandes 1938 durch die Auergesellschaft ausgebeutet wurden. Innerhalb weniger Wochen baute die Gesellschaft in Oranienburg einen Betrieb mit einer monatlichen Produktionskapazität von etwa einer Tonne Uranoxid auf.
Zu Kriegsbeginn produzierte nur die Norwegische Hydroelektrische Gesellschaft (Norsk Hydro) in einem Werk in Vemork bei Rjukan schweres Wasser in nennenswerten Mengen. Das Werk diente vor allem zur Produktion von Kunstdünger und lieferte schweres Wasser nur als Nebenprodukt. Da der Aufbau einer eigenen Schwerwasser-Produktion in Deutschland zu aufwändig schien, nahm eine Delegation der I.G. Farben mit Norsk Hydro Kontakt auf mit dem Ziel, den ganzen Vorrat von 185 Kilogramm schwerem Wasser zu erwerben. Im April 1940 besetzte das deutsche Heer Norwegen und marschierte am 3. Mai 1940 in Rjukan ein. Die einzige Schwerwasserfabrik der Welt fiel unbeschädigt in deutsche Hände, aber man stellte fest, dass der gesamte Vorrat an schwerem Wasser bereits abgegeben worden war. Dies war für die Heeresleitung nicht nur enttäuschend, sondern vor allem eine Warnung, dass die Alliierten ebenfalls an der Nutzung der Kernspaltung interessiert waren.
Ressourcenkonflikte und weitere Forschungsrichtungen
Anfang 1940 arbeitete neben Werner Heisenberg am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin und Kurt Diebner in Kummersdorf auch Paul Harteck an der Universität Hamburg an einem Uranmeiler. Zu diesem Zeitpunkt waren die Uran- und Schwerwasservorräte in Deutschland noch stark begrenzt und ein Kampf um die Ressourcen begann zwischen den Institutionen. Als Heisenberg im April 1940 das Heereswaffenamt um 500 bis 1000 Kilogramm Uranoxid bat, schrieb Diebner ihm zurück, er solle sich mit Harteck einigen, der gerade selbst wegen 100 bis 300 Kilogramm angefragt hätte. Harteck wollte in einem Versuchsreaktor in seinem Institutskeller Uranoxid in festes Kohlendioxid (Trockeneis) betten, das er von den Leunawerken der I.G. Farben aus Merseburg erhalten sollte. Harteck war in Eile, denn der Kohlendioxidblock hielt nur gut eine Woche, und er bat Heisenberg, ihm das Uranoxid zu überlassen, bis er mit seinem Versuch fertig sei. Ende Mai trafen schließlich 50 Kilogramm Uranoxid in Hamburg ein, erheblich weniger, als Harteck sich erhofft hatte.
Mitte Juni 1940 fiel Paris und kurze Zeit später trafen der Leiter der Forschungsabteilung des Heereswaffenamtes Erich Schumann und Kurt Diebner dort ein, um Joliot-Curie in seinem Labor im Collège de France aufzusuchen. Der französische Physiker war nicht wie seine Kollegen nach London geflohen, und Diebner konnte ihn zur Weiterarbeit an nichtmilitärischen Projekten bewegen. Er versprach ihm, sein halb fertig gebautes Zyklotron könne dann fertiggestellt werden.
Parallel dazu wurde im Juli 1940 auf dem Gelände des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Biologie in Berlin-Dahlem ein Labor eingerichtet, in dem Deutschlands erster Uran-Reaktor stehen sollte. Um unerwünschte Besucher fernzuhalten, bekam der Bau den abschreckenden Decknamen „Virus-Haus“.
Anreicherung und die Erzeugung von Plutonium
Eine Möglichkeit wäre es gewesen, den Anteil des spaltbaren Uranisotops 235U, das in natürlichem Uran nur zu 0,7 % vorhanden ist, entsprechend stark zu erhöhen. Arbeiten dazu wurden von Wilhelm Walcher in Kiel und der Gruppe Josef Mattauch am Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie durchgeführt. Einen Vorschlag zu einer effizienten Uran-Anreicherung hatte 1942 der Physiker Heinz Ewald vom Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie unterbreitet. Er schlug eine „Atomumwandlungsanlage“ vor, eine Art Massenspektrometer, in dem ionisierte Uranatome in einem elektrischen Feld beschleunigt und anschließend in einem ringförmigen magnetischen Feld anhand der Unterschiede der Atommassen getrennt werden.
Manfred von Ardenne, der in Berlin-Lichterfelde das Forschungslaboratorium für Elektronenphysik leitete, griff die Idee auf und baute einen Prototyp. Er wurde bei diesem Vorhaben von Reichspostminister Wilhelm Ohnesorge unterstützt. Diese Trennanlage ähnelt dem Zyklotron, das mit den Mitteln der Reichspost schließlich 1943 bei Miersdorf fertiggestellt wurde. Auf dem Gelände eines Luftwaffenstützpunktes bei Bad Saarow wurde ein Ringbunker gefunden, der der Zyklotron-Halle in Miersdorf entspricht.
Ebenfalls aus dem Forschungsinstitut von Ardenne kam durch den Physiker Friedrich Georg Houtermans der Vorschlag, in einem Uranbrenner aus dem wesentlich häufigeren Uranisotop 238U das ebenfalls leicht spaltbare Plutoniumisotop 239Pu zu erbrüten. Er fasste seine Theorien in einem geheimen Forschungsbericht „Zur Frage der Auslösung von Kern-Kettenreaktionen“ zusammen. Dieser Bericht war zwar staatlichen Stellen und einigen im Uranverein organisierten Physikern zugänglich, er wurde aber nicht weiter beachtet.
Carl Friedrich von Weizsäcker berichtete an das Heereswaffenamt von der Möglichkeit, 239Pu könne „zum Bau sehr kleiner Maschinen“, „als Sprengstoff“ und „zur Umwandlung anderer Elemente“ genutzt werden. Vom Frühjahr 1941 ist ein Patententwurf Weizsäckers bekannt. Er beinhaltet neben Ansprüchen auf Kernreaktoren ein „Verfahren zur explosiven Erzeugung von Energie und Neutronen“, das „in solcher Menge an einen Ort gebracht wird, z. B. in einer Bombe“. Dieser Entwurf hatte jedoch keinen Bestand und wurde innerhalb der Uranverein-Arbeitsgruppe am Kaiser-Wilhelm-Institut überarbeitet und ausgeweitet.
Plutonium Production Animation
Misserfolg und Demontage
Die Diskussion über die Vorschläge zur Entwicklung einer Uranbombe kam nur schleppend voran. Bei einigen führenden deutschen Forschern zeigten sich jetzt Skrupel, inwieweit sie sich überhaupt im Uranprojekt engagieren sollten. Trotz einiger Erfolge gelang es den Wissenschaftlern bis Kriegsende nicht, eine selbsterhaltende nukleare Kettenreaktion in einem Reaktor herzustellen. Die industriellen Produktionsanlagen wurden von den Alliierten zerstört, und die Versuchsaufbauten des Uranprojekts wurden demontiert und die Materialien beschlagnahmt.
tags: #red #nuke #ubersetzung