Otto Hahn - Forschung

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Wie Otto Hahn forschte und zu seinen Erkenntnissen kam

Das Arbeitsgebiet Otto Hahns war die Atomforschung. Er beschäftigte sich also mit einem Gegenstand, der so klein ist, dass er ihn nicht mit dem Auge sehen konnte, auch nicht mit den besten Vergrößerungsgläsern. Die Atome galten damals als nicht mehr weiter aufspaltbare Teilchen, aus denen sich alles, was uns auf der Welt umgibt, zusammensetzt. Für seine Arbeit konnte Hahn auf wichtige Erkenntnisse von Kollegen zurückgreifen. Sie hatten bereits Modelle entwickelt, um sich Atome überhaupt vorstellen zu können. Danach besteht jedes Atom aus einer Hülle und einem Kern. Die Hülle bilden die Elektronen. Sie sind negativ geladen und bewegen sich auf verschiedenen Bahnen um den Atomkern. Dieser setzt sich zusammen aus Protonen, die positiv geladen sind und aus Neutronen. Sie sind sozusagen der Puffer zwischen den Protonen, die sich sonst, durch ihre gleiche Ladung abstoßen würden. Die Anzahl der Protonen bestimmt die Eigenschaften eines Stoffes oder Elementes. Atome verschiedener solcher Grundstoffe können sich zu Molekülen miteinander verbinden. So entstehen neue Stoffe mit neuen Eigenschaften.

Die spezielle Forschung Otto Hahns galt der sogenannten Radiochemie. Er beschäftigte sich mit radioaktiven Elementen, zum Beispiel dem Uran. Er hatte das Glück, in sehr gut ausgestatteten Laboren arbeiten zu können. Außerdem hatte er Kollegen, vor allen seine Kollegin Lise Meitner, die große Spezialisten auf dem Forschungsgebiet der Radioaktivität waren. So konnte er seine Vermutungen anstellen, entsprechende Experimente entwickeln und in weiteren Experimenten seine ersten Ergebnisse bestätigen oder eben nicht. Er konnte nie direkt sehen, was geschehen war, sondern nur an den Auswirkungen erkennen, was passiert sein musste. So gelang es Hahn, neue Elemente oder Unterarten eines Elementes (Isotope) nachzuweisen. Sie waren durch einen Prozess entstanden, der so zu erklären ist: Die Atome der radioaktiven Elemente enthalten in ihrem Kern viel mehr Neutronen als Protonen. Dadurch sind diese Kerne weniger stabil und zerfallen zu neuen Elementen oder Isotopen. In diesem Zusammenhang ist Hahn das Experiment gelungen, das ihn weltberühmt machte. Er bestrahlte radioaktive, nicht stabile Kerne mit zusätzlichen Neutronen. So wurde ein Kern durch das Auftreffen eines Neutrons in zwei Kerne geteilt und weitere Neutronen freigesetzt, die wiederum Kerne spalteten und so weiter. Erst im Nachhinein und nach langen Diskussionen mit einigen Kollegen und der Physikerin Lise Meitner wurde klar, was geschehen sein musste und Otto Hahn als Erstem gelungen war: Es war also möglich, Atome, die als unteilbar gegolten hatten, mit bestimmten Methoden aufzuspalten. Sie konnten also nicht die kleinsten Teilchen sein. Zum ersten Mal wurde damit eine Kernspaltung als solche erkannt und theoretisch erklärt. Da bei dieser Kernspaltung große Mengen von Energie freigesetzt werden, die friedlich oder militärisch genutzt werden kann, war der Anfang für eine intensive Forschung gemacht.

Wie Otto Hahn zu seinem Forschungsgegenstand kam

Schon als Jugendlicher führte Otto Hahn zu Hause in der Waschküche „chemische Spielereien“ durch, wie er es später nannte. Manche davon waren nicht ganz ungefährlich. Er experimentierte mit Wasserstoff, Natrium oder mit Kaliumchlorat und Phosphor. Die Schule war für Otto wahrscheinlich nicht besonders interessant, vor allem den Physik- und Chemieunterricht fand er etwas langweilig und trocken.

Da er großes Interesse am Aufbau, den Eigenschaften und der Umwandlung von Stoffen hatte, lag es nahe, dass er nach der Schule, neben anderen Fächern, Chemie studierte. Aber mit dem Forschungsgegenstand, mit dem er sich später beschäftigen sollte, hatte er während des Studiums wenig zu tun. Als er am University College in London angestellt und Mitarbeiter von Sir William Ramsay (1852-1916) wurde, sagte dieser: „Sie werden über Radioaktivität arbeiten“. Auf diesem Forschungsgebiet ist er zu einem hervorragenden Wissenschaftler geworden. Seine Physiker-Kollegin Lise Meitner sagte über ihn:

„Hahn ist einer der Begründer der Radiochemie und hat als solcher eine erhebliche Zahl neuer radioaktiver Substanzen entdeckt. Mit großer Erfindungsgabe hat er es verstanden, diese auf vielerlei physikalische, chemische und geologische Probleme anzuwenden. Letztlich gehört auch seine größte Leistung, die Entdeckung der Uranspaltung, für die er den Nobelpreis erhalten hat, in diese Arbeitsrichtung.

Sie gelang mit einer ungewöhnlich guten Chemie von Hahn und Straßmann, mit einer phantastisch guten Chemie, die zu dieser Zeit wirklich niemand anderer gekonnt hat. Später haben’s die Amerikaner gelernt. Aber damals waren wirklich Hahn und Straßmann die Einzigen, die das überhaupt machen konnten, weil sie so gute Chemiker waren. Sie haben wirklich mit der Chemie einen physikalischen Prozess sozusagen nachgewiesen.“

Wie Otto Hahn seine Erkenntnisse dokumentierte

Otto Hahn hat viele Bücher veröffentlicht, in denen er über seine Forschungstätigkeit schrieb, beispielsweise über die Umwandlung der Atomkerne. Viele von ihnen sind in mehrere Sprachen übersetzt worden.

Besonders nach dem Zweiten Weltkrieg war Otto Hahn in Interviews und Vorträgen im Radio zu hören. Neben dem Erklären seiner wissenschaftlichen Tätigkeit setzte er sich hier hauptsächlich für die friedliche Nutzung der Atomkraft und das Verbot von Atomwaffen ein. Die Aufzeichnungen, die während seiner Forschungstätigkeit entstanden sind, werden im Archiv der Max-Plank-Gesellschaft aufbewahrt.

Wie die Erkenntnisse von Otto Hahn weiterentwickelt wurden und welche Bedeutung seine Forschung heute hat

Zu Beginn von Otto Hahns Experimenten mit radioaktiven Elementen war nicht klar, ob und wie seine Erkenntnisse gebraucht werden könnten. Aber nachdem es ihm 1938 gelungen war, Atomkerne zu spalten, startete eine extrem schnelle Entwicklung zur technischen Verwendung seiner Forschungsergebnisse. Schon sieben Jahre nach Hahns Entdeckung wurden die ersten Atombomben in Japan abgeworfen. Sie hatten eine bis dahin unbekannte zerstörerische Wirkung. Nach weiteren neun Jahren, 1954, ging das erste Atomkraftwerk in der Sowjetunion in Betrieb, ein Jahr später begann in England ein Kernkraftwerk, elektrischen Strom zu produzieren.

Otto Hahn kämpfte gegen die Entwicklung und Verbreitung von Atomwaffen. Eine friedliche Nutzung der Kernenergie sah er allerdings positiv. Nach den schweren Unfällen in den Atomkraftwerken von Harrisburg, Tschernobyl und Fukushima weiß man heute, wie gefährlich diese Art von Energiegewinnung ist. Trotzdem werden immer noch neue Atomkraftwerke zur Stromerzeugung gebaut. Und trotz vieler Abrüstungsverträge, die es heute gibt, existieren immer noch genug Atomwaffen, um die ganze Menschheit zu vernichten.

Seit Hahns Arbeit mit radioaktiven Elementen gab es nicht nur eine große technische Weiterentwicklung, sondern man kam auch zu neuen wissenschaftlichen Einsichten in der Atomforschung. Vor seinen Erkenntnissen war man davon ausgegangen, dass ein Atomkern nicht zu spalten ist. Nachdem Hahn dies gelungen war, war man der Meinung, dass Elektronen, Protonen und Neutronen nicht weiter teilbar sind. Heute geht man davon aus, dass auch Elektronen, Protonen und Neutronen sich aus noch kleineren Teilchen zusammensetzten, Protonen und Neutronen bestehen aus sogenannten Quarks. Die Vorstellung von den kleinsten Teilchen, aus denen sich alle Materie zusammensetzt, verändert sich also immer wieder. Damit ändern sich natürlich auch die Modelle, die helfen sollen, sich den Aufbau von Atomen überhaupt vorstellen zu können.

Heutzutage kann man einige der Strukturen, die Atome ausbilden, mit Mikroskopen sichtbar machen. Beispielswiese kann man das regelmäßige dreidimensionale Gitter, zu dem sich die Atome in Kristallen anordnen, in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) abbilden. 

Neben der wissenschaftlichen und technischen Entwicklung in der Atomforschung ist ein anderes Problem bis heute allerdings ungelöst. Nämlich dieses, ob Wissenschaftler*innen für die Folgen ihrer Forschung verantwortlich sind. Otto Hahn fühlte sich verantwortlich, als im August 1945 mehr als 300.000 Menschen starben, nachdem US-amerikanische Flugzeuge Atombomben auf die japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki geworfen hatten. Er äußerte sich immer wieder öffentlich dazu. In seiner Dankesrede zur Verleihung des Nobelpreises warnte Hahn vor der Verbreitung und Weiterentwicklung von Kernwaffen.

Gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern, die im Atomprojekt der 1940er Jahren zusammengearbeitet hatten, unterzeichnete er 1957 die Göttinger „Erklärung der 18 Atomwissenschaftler“, die sich gegen die Aufrüstung der Bundeswehr mit Atomwaffen aussprachen.

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