Vor 75 Jahren unternahmen die Wissenschaftler unter der Tribüne eines Fußballfeldes der Universität von Chicago den ersten Schritt, um die Kraft der Kettenreaktion der Kernspaltung zu nutzen. Ihre Forschung leitete das Atomzeitalter ein und leitete den Wettlauf des Manhattan-Projekts auf eine Waffe von unvorstellbarer Macht ein. Später würde genau dieselbe Technik den Bau der Atomkraftwerke ankurbeln, die heute 20 Prozent der amerikanischen Energie liefern. Von der Medizin bis zur Kunst hat das unglaubliche und schreckliche Potenzial, das Atom zu spalten, nur wenige Aspekte unseres Lebens unberührt gelassen.
Die Geschichte beginnt Ende 1938, als die Arbeiten der Chemiker Otto Hahn, Fritz Strassman und Lise Meitner zur Entdeckung führten, dass das Atom, dessen Name vom Griechischen für „unteilbar“ abgeleitet ist, tatsächlich getrennt werden könnte. In Zusammenarbeit mit Meitner, einem jüdischen Flüchtling aus dem nationalsozialistischen Deutschland, der sich in Stockholm, Schweden, niedergelassen hatte, bombardierten Hahn und Strassman an der Universität Berlin große, instabile Uranatome mit winzigen Neutronen. Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass das Verfahren Barium produzieren könnte, ein Element, das viel leichter als Uran ist. Dies zeigte, dass es möglich war, die Urankerne in weniger massive, chemisch unterschiedliche Bestandteile aufzuspalten.
Die drei Forscher wussten sofort, dass sie auf etwas Großes aus waren. Die Identität eines Elements zu verändern, war einst die Fantasie der Alchemisten: Jetzt war es wissenschaftliche Realität. Zu dieser Zeit ahnten sie jedoch nur, welche vielen wissenschaftlichen und kulturellen Revolutionen ihre Entdeckung auslösen würde.
Die theoretische Arbeit von Meitner und ihrem Neffen Otto Frisch weitete diesen ersten Befund rasch aus - ein im Januar 1939 in Nature veröffentlichter Aufsatz beschrieb nicht nur die Mechanismen der Spaltung, sondern auch die erstaunliche Energieabgabe. Als schwere Urankerne platzten und von instabilen Hochenergiezuständen in stabile Niedrigenergiezustände übergingen, setzten sie enorme Energiemengen frei. Darüber hinaus spuckten die Spaltatome streunende Neutronen aus, die selbst die Spaltung in anderen nahe gelegenen Kernen auslösen konnten.
Nachdem ein amerikanisches Team der Columbia University das Berliner Ergebnis prompt nachgebildet hatte, war klar, dass die Kraft der Atomspaltung kein Witz war. Angesichts des angespannten geopolitischen Klimas der damaligen Zeit erlangte die Eile, diese neue Technologie zu nutzen, enorme Bedeutung. Die Welt selbst ähnelte einem instabilen Atom am Rande der Selbstzerstörung. In den Vereinigten Staaten befasste sich Präsident Franklin Roosevelt zunehmend mit dem Aufstieg charismatischer Tyrannen in Übersee.
Der sperrige Reaktor wurde unter den Tribünen am Staggs Field errichtet. (Universität von Chicago) Für einige Chemiker und Physiker war die Situation noch schlimmer. "Wissenschaftler, von denen einige (darunter Albert Einstein und der ungarische Physiker Leo Szilárd) Flüchtlinge aus dem faschistischen Europa waren, wussten, was möglich war", sagt Eric Isaacs, Physikprofessor an der Universität von Chicago. „Sie kannten Adolf Hitler. Und mit ihren Kollegen und Kollegen hier in Amerika wurde ihnen sehr schnell klar, dass es jetzt, da wir eine Spaltung hatten, sicherlich möglich sein würde, diese Energie auf schändliche Weise zu nutzen. “
Besonders beängstigend war die Möglichkeit, eine Kette von Spaltreaktionen aneinander zu reihen, um genug Energie zu erzeugen, um eine echte Zerstörung herbeizuführen. Im August 1939 veranlassten diese Besorgnis Einstein und Szilárd, sich zu treffen und einen Brief an Roosevelt zu schreiben, um ihn auf die Gefahr aufmerksam zu machen, dass Deutschland eine Atombombe bauen könnte, und ihn aufzufordern, ein Programm intensiver inländischer Forschung in den USA zu beginnen. Einstein, der Lise mag Meitner hatte seine Professur in Deutschland aufgegeben, als sich die antisemitische Stimmung durchsetzte, und die ernste Botschaft gebilligt, um einen tiefen Eindruck auf den Präsidenten zu hinterlassen.
Einen Monat später marschierte Hitlers Armee in Polen ein und zündete den Zweiten Weltkrieg an. Wie Isaacs beschreibt, kam bald ein widerstrebender Roosevelt auf Szilárd zu und erkannte, dass die Alliierten Deutschland zu einer Atomwaffe schlagen mussten. Zu diesem Zweck engagierte er sich offiziell bei einer engagierten, hochbegabten Gruppe von Nuklearforschern. "Ich habe ein Gremium einberufen", schrieb Roosevelt in einem Follow-up-Brief an Einstein, "um die Möglichkeiten Ihres Vorschlags in Bezug auf das Uranelement gründlich zu untersuchen."
"Einsteins Brief hat eine Weile gedauert, bis er sich eingelebt hat", sagt Isaacs. Und Arthur Holly Compton, Leiter der Physikabteilung der Universität von Chicago, konnte bis 1941 ein Traumteam von Wissenschaftlern - Chemikern, Physikern und Metallurgen - hier an der Universität sammeln. Einschließlich Enrico Fermi, einschließlich Szilárd. Genau hier auf dem Campus. Und dort haben sie das Experiment durchgeführt. “
Eine Luftaufnahme des Gedenkvierecks, das jetzt an CP-1 erinnert. In der Mitte (oder im Kern) befindet sich Henry Moores Knollenskulptur "Nuclear Energy". Die umgebenden schwarzen Ranken bestehen aus einer temporären Installation mit dem Titel "Nuclear Thresholds" von Ogrydziak Prillinger Architects. (Universität von Chicago) Das Ziel des Traumteams war es, eine sich selbst tragende Reihe von Spaltungsereignissen in einer kontrollierten Umgebung zu produzieren: mit anderen Worten, eine nukleare Kettenreaktion. Hahn und Strassman hatten die Spaltung in einigen isolierten Atomen beobachtet. Nun wollten Compton, Fermi und Szilárd Milliarden von Spaltungen aneinander reihen, wobei die Neutronen, die durch eine Reaktion freigesetzt wurden, die nächsten auslösten. Der Effekt würde exponentiell wachsen, ebenso wie die Energieabgabe.
Um das Experiment durchführen zu können, müssten sie den ersten künstlichen Kernreaktor der Welt bauen, einen kastenförmigen Apparat aus Graphitsteinen und Holz mit einer Länge von 60 Fuß und einer Breite von 30 Fuß und einer Höhe. Innerhalb des Geräts saugten Cadmium-Kontrollstäbe überschüssige Neutronen aus den Spaltreaktionen auf und verhinderten so einen katastrophalen Kontrollverlust. In seiner Nische unter den Tribünen am Stagg Field der Universität löste der Reaktor - entworfen und hergestellt innerhalb eines Monats - erfolgreich eine nukleare Kettenreaktion aus und erzeugte daraus Strom.
Die Arbeit des Chicagoer All-Star-Wissenschaftsteams war der entscheidende erste Schritt in Richtung des Ziels des Manhattan-Projekts, eine Atombombe vor der Achse zu entwickeln. Dieses Ziel wurde 1945 verwirklicht, als die Vereinigten Staaten über Hiroshima und Nagasaki Atombomben abwarfen und damit den Krieg tödlich und provokativ beendeten. („Wehe mir“, soll Einstein gesagt haben, als er die Nachricht hörte.) Dennoch war der Durchbruch von Chicago Pile-1 mit dem Spitznamen CP-1 für die USA mehr als ein Schritt in Richtung größerer militärischer Macht die Fähigkeit, die Herzen der Atome für Treibstoff zu erschließen.
Eines der offensichtlichsten Hinterlassenschaften des CP-1-Experiments ist das Wachstum der Atomindustrie, das der Physiker Enrico Fermi nach seiner Zeit mit dem verdeckten Chicagoer Forschungs-Outfit maßgeblich vorangetrieben hat. "Fermi hatte auf lange Sicht wirklich kein Interesse an Waffen", sagt Isaacs. "Er hat natürlich am Manhattan-Projekt mitgearbeitet und war total engagiert - aber als der Krieg vorbei war, baute er weiter Reaktoren mit der Idee, dass sie für zivile Zwecke und zur Stromerzeugung verwendet werden."
Henry Moores "Nuclear Energy" von der Seite gesehen. Im Hintergrund ragt die Kuppel der Bibliothek von Joe und Rika Mansueto empor. (Universität von Chicago) Isaacs stellt fest, dass die kontrollierte Spaltung, die mit CP-1 demonstriert wurde, auch den Weg für die Integration der Nukleartechnologie in die Medizin (denken Sie an Röntgenbilder, CT-Scans und andere diagnostische Instrumente sowie Krebstherapien) und die Landwirtschaft (Isaacs zitiert als eine) ebnete Beispiel: Laufende Bemühungen zur genetischen Diversifizierung von Bananen durch taktische Bestrahlung ihrer Gene. Eine der größten Auswirkungen von CP-1 war jedoch die Ausübung der Wissenschaft.
"Wenn Sie darüber nachdenken, was gerade nach dem Krieg passiert ist", sagt Isaacs, "waren einige der ersten Dinge, die geschaffen wurden, die Bundesbehörden, die die Forschung in diesem Land finanzieren: die Atomenergiekommission, die jetzt das Energieministerium heißt." und Jahre später die National Institutes of Health und die National Science Foundation. “Diese Agenturen entstanden nach dem Erfolg von CP-1 und dem Manhattan-Projekt und ebneten den Weg für ein erneutes öffentliches Vertrauen in Wissenschaft und Technologie.
Auch die wissenschaftliche Zusammenarbeit mit dem renommierten „Dream Team“ wurde durch die Bemühungen von CP-1 bekannt. Isaacs sieht die heutige interkollegiale Krebsforschung beispielsweise als natürliche Erweiterung des Manhattan-Projektmodells: Bringen Sie die klügsten Köpfe aus dem ganzen Land zusammen und lassen Sie die Magie geschehen. Dank des Internets tauschen moderne Forscher Daten und Hypothesen oft nicht physisch, sondern digital aus, aber die schnelle, zielgerichtete Ideenfindung und Prototypenerstellung der Chicago Pile-1-Tage ist sehr lebendig und gut.
Stagg Field wurde 1957 geschlossen, die Tribünen, die einst den ersten künstlichen Kernreaktor der Welt schützten, wurden kurzzeitig abgerissen. Die Website ist jetzt ein bescheidenes graues Viereck, umgeben von Forschungseinrichtungen und Bibliotheken der Universität. Im Herzen dieses offenen Raums erinnert eine stark bronzefarbene Skulptur mit einem abgerundeten Panzer an die atomaren Durchbrüche. Seine Form könnte entweder als Schutzschild oder als Scheitel einer Pilzwolke interpretiert werden. Das Stück mit dem Titel „Nuclear Energy“ wurde speziell vom abstrakten Bildhauer Henry Moore in Auftrag gegeben.
„Löst es sich auf“, fragt Christine Mehring, Vorsitzende für Kunstgeschichte an der Universität Chicago, „oder entwickelt es sich weiter?“ In der nuklearen Welt, in die wir uns vor 75 Jahren begeben, scheinen solche Fragen ein Schicksal zu sein verfolgt uns für immer.
