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präsentiert von Michael Palomino
<"Heisenberg-Würfel"
verrät Details über Hitlers Atomprogramm> - "keine Spur von Plutonium"
<Aus Karlsruhe berichtet Markus Becker
aus: spiegel online, 19.3.2009;
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,614227,00.html
Karlsruher
Forscher haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie weit das
Atomprogramm des Dritten Reichs wirklich fortgeschritten war.
Uranproben aus dem letzten Labor erzählen die erstaunliche Geschichte
des Projekts - die USA lagen in ihrer Einschätzung über Hitlers
Wissenschaftler falsch.
Als die USA mit der Entwicklung der
ersten Atomwaffen begannen, wähnten sie sich in einem Wettlauf auf
Leben und Tod: Hitler, so fürchteten die Alliierten, lasse deutsche
Wissenschaftler schon seit Jahren an der neuen, furchterregenden Waffe
basteln. Zahlreiche Wissenschaftler, darunter Albert Einstein, hatten
die US-Regierung im Sommer 1939 vor der angeblich drohenden Gefahr
gewarnt. Mit ungeheurem Aufwand begannen die Amerikaner daraufhin ihre
Aufholjagd. Das Ergebnis des "Manhattan-Projekts" war 1945 die nukleare
Einäscherung von Hiroshima und Nagasaki.
Später aber stellte
sich heraus, dass die Alliierten den Stand der deutschen
Nuklearforschung bei weitem überschätzt hatten. Der "Uranverein" unter
Leitung des Physik-Nobelpreisträgers Werner Heisenberg hatte, so die
gängige Meinung unter Historikern, nicht die Entwicklung einer
Atomwaffe im Sinn. Hauptziel der Wissenschaftler vom
Kaiser-Wilhelm-Institut war ein Kernreaktor mit einer selbsterhaltenden
nuklearen Kettenreaktion - ähnlich wie sie in modernen Atomkraftwerken
stattfindet.
Jetzt haben Forscher am Karlsruher Institut für
Transuranelemente (ITU), der zur Gemeinsamen Forschungsstelle der
Europäischen Kommission gehört, einige der ältesten bekannten
Spaltmaterial-Proben Deutschlands mit Hightech-Methoden analysiert.
"Wir haben erstmals experimentell belegt, was man bisher nur aus
Literaturberichten schlussfolgern konnte", sagt ITU-Chemiker Klaus
Mayer im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Wir haben stumme Zeitzeugen zum
Reden gebracht."
Bei den Zeitzeugen handelt es sich um: einen Uranwürfel, ein Fragment
eines weiteren Würfels - und eine Uranplatte.
Reaktorkonzept mit schwerem Wasser
Der
Grund für die unterschiedlichen Geometrien - Platte und Würfel - ist,
dass die Deutschen zwei grundverschiedene Reaktordesigns getestet
haben. "Die Uranplatte geht auf einen Entwurf von Werner Heisenberg
selbst zurück", sagt Mayer. Der Theoretiker hatte vorgeschlagen,
spaltbares Uran und sogenannte Moderatoren wie Paraffin, Trockeneis
oder Graphit übereinanderzuschichten. Solche Moderatoren bremsen die
umherschwirrenden Neutronen ab. Sind sie langsamer unterwegs, steigt
die Wahrscheinlichkeit, dass sie von Urankernen eingefangen werden und
weitere Kernspaltungen auslösen. Nur so kann es zu einer Kettenreaktion
kommen.
Uran eignet sich sowohl für die Energiegewinnung als
auch für den Einsatz in Atomwaffen. Entscheidend ist der Grad der
Anreicherung. Im Ausgangsstoff Uranerz findet sich zu rund 99,3 Prozent
Uran-238; das spaltbare Uran-235 macht nur etwa 0,7 Prozent aus. Für
die Nutzung in Kernreaktoren muss der Anteil von Uran-235 auf drei bis
fünf Prozent gesteigert werden, für eine Atombombe ist ein
Anreicherungsgrad von mindestens 90 Prozent notwendig.
Uranerz wird
nach dem Abbau zunächst zu einem gelblichen Pulver verarbeitet, dem
sogenannten Yellowcake. Es dient zur Herstellung von Brennelementen für
Reaktoren, kann aber zwecks Anreicherung auch in Uran-Hexafluorid (UF6)
umgewandelt werden, das bis 56 Grad Celsius in kristalliner Form
vorliegt und darüber gasförmig ist.
Die meisten
Anreicherungsanlagen weltweit basieren auf der Gasdiffusion:
Gasförmiges Uran-Hexafluorid wird durch halbdurchlässige Membrane
gepresst, wobei sich das Uran-235 vom Rest trennt. Das Verfahren gilt
inzwischen jedoch aufgrund seines hohen Energiebedarfs als veraltet.
Eine
modernere Methode ist die Gaszentrifuge, an der auch in Iran
experimentiert wird. Bei ihr macht man sich den Massenunterschied
zwischen beiden Uran-Isotopen zunutze: Wird Uran-Hexafluorid in die
Zentrifugen gegeben, sammeln sich die schwereren Uran-238-Moleküle bei
bis zu 70.000 Umdrehungen pro Minute außen in den Zylindern, die
Uran-235-Moleküle dagegen bleiben weiter innen.
Für den Einsatz
in Kernreaktoren genügt es bereits, wenn Uran-235 zu 3 bis 5 Prozent in
den Brennelementen angereichert ist. Ab 20 Prozent ist von
hochangereichertem Uran die Rede. Für eine Atombombe ist ein
Anreicherungsgrad von mindestens 80 Prozent erforderlich, da sonst eine
zu große Uranmenge notwendig wäre.
Uran-235 kam in der ersten
jemals eingesetzten Atombombe, die am 6. August 1945 Hiroshima
zerstörte, als Sprengstoff zum Einsatz. Die Bombe hatte eine
Sprengkraft von rund 13 Kilotonnen TNT. Die Bombe, die drei Tage später
auf Nagasaki abgeworfen wurde, erreichte 20 Kilotonnen TNT. Ihr
Sprengstoff war allerdings nicht Uran, sondern Plutonium-239, das per
Neutronenbeschuss in Brutreaktoren aus Uran-238 gewonnen wird.
Der
Nachteil von Heisenbergs Schichten-Anordnung war jedoch, dass man das
spaltbare Material nicht aus allen Richtungen mit Neutronen beschießen
konnte. Deshalb entwickelte Kurt Diebner mit seiner Arbeitsgruppe am
Heereswaffenamt ein weiteres Reaktorkonzept, bei dem Würfel aus Uran in
einem Becken mit sogenanntem schwerem Wasser versenkt wurden, das als
Moderator diente. "So konnte das Uran von allen Seiten mit Neutronen
beschossen werden", sagt Mayer.
Als US-Soldaten gegen Kriegsende
das letzte deutsche Atomlabor stürmten, einen Bierkeller unter der
Schlosskirche des Städtchens Haigerloch am Rand der Schwäbischen Alb,
fanden sie 659 Uranwürfel. "Es hätten aber 664 sein müssen", sagt
Mayer. Wo die restlichen Würfel geblieben sind, wurde nie vollständig
geklärt.
Analyse des "Heisenberg-Würfels"
Allerdings
besteht der Verdacht, dass Heisenberg einen oder mehrere mitgehen ließ.
Anfang der sechziger Jahre fanden spielende Kinder einen der
dunkel-metallisch schimmernden Würfel am Flüsschen Loisach, nur wenige
Kilometer entfernt vom Wohnort der Familie Heisenberg. Obwohl der Kubus
nur fünf Zentimeter Kantenlänge besaß, brachte er beeindruckende
zweieinhalb Kilo auf die Waage. "Als die Kinder ihn über die Straße
rollten, schlug er Funken", sagt Mayer. Denn ähnlich wie Magnesium
fangen Uranpartikel Feuer, wenn sie mit Sauerstoff in Berührung kommen.
Dann
verschwand der Würfel erneut - und tauchte erst in den neunziger Jahren
in einem Hauskeller in der Gegend wieder auf. Der Finder übergab ihn
dem Bundesamt für Strahlenschutz, das die Experten am ITU bat, das
Fundstück genauer zu untersuchen.
"Wir durften nur kleine Mengen
abfeilen", sagt Mayer. Eine ganze Kante vom letzten erhaltenen
"Heisenberg-Würfel" abzuschneiden, wie er von den Karlsruher Forschern
genannt wird, kam nicht in Frage. Hilfreich war, dass das
"Atomkeller-Museum" in Haigerloch, das am früheren Arbeitsplatz des
Uranvereins eingerichtet wurde, dem ITU das Fragment eines weiteren
Würfels zur Verfügung stellte.
Bei den Untersuchungen stellte
sich heraus, dass die beiden Würfel aus unterschiedlichen
Produktionslinien stammten, da sie sich in ihrem Verunreinigungsgrad
unterschieden. Die weitere Analyse gestaltete sich schwierig. "Bei
derart alten und seltenen Proben fehlte uns das Vergleichsmaterial",
sagt Mayer. Da Uran aber schwach radioaktiv ist und mit der Zeit
zerfällt, konnten die Forscher anhand des Verhältnisses zwischen
Zerfallsprodukten und Ursprungsmaterial das Alter der Proben bestimmen.
Keine Spur von Plutonium
Der
intakte Würfel und das Fragment wurden demnach spätestens im Herbst
1943, die Uranplatte schon Mitte 1940 hergestellt. Anhand der
chemischen Verunreinigungen konnten die Forscher die Proben der
Uranmine Joachimstal zuordnen. Das wichtigste Ergebnis aber: "Der
Würfel hat kaum Neutronen abbekommen", so Mayer. Das lege nahe, dass
der Uranverein "weit davon entfernt war, eine selbsterhaltende
Kettenreaktion zu erschaffen".
Fazit der Wissenschaftler: Die
Deutschen hätten nur dann einen Reaktor mit selbsterhaltender
Kettenreaktion bauen können, wenn die Arbeitsgruppen von Diebner und
Heisenberg ihre Würfel kombiniert hätten. Dies war jedoch kurz vor
Kriegsende nicht mehr möglich.
Die Analysen brachten auch eine
zentrale historische Erkenntnis: Heisenberg und seinen Kollegen ist,
soweit es das untersuchte Material verrät, keine Plutonium-Herstellung
gelungen. Hätten die Wissenschaftler eine Atomwaffe herstellen wollen,
wäre es technisch leichter gewesen, sie auf Basis dieses Stoffs zu
bauen. Doch in den Proben suchten die Karlsruher Wissenschaftler
vergebens nach Plutonium, das aus einem Reaktorbetrieb stammte.
Die
Amerikaner beschritten dagegen beide Wege - und gelangten auf beiden
zum Ziel: In der Hiroshima-Bombe "Little Boy" entfachte eine Uranladung
das nukleare Feuer, ihr Nachfolger "Fat Man" machte Nagasaki mit Hilfe
von Plutonium dem Erdboden gleich.>
