Quelltext der Seite Entdeckung der Kernspaltung

[[Datei:Dahlem Thielallee Hahn-Meitner-Bau.JPG|mini|Ehemaliges Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie (KWI), heute Hahn-Meitner-Bau der [[Freie Universität Berlin|Freien Universität Berlin]]. Die Forschungsgruppe ist bereits 1949 nach Mainz an das [[Max-Planck-Institut für Chemie]] bzw. Otto Hahn Institut umgezogen.<ref>{{Internetquelle |autor=MPIC |url=https://www.mpic.de/3537696/about-us |titel=About the Max Planck Institute for Chemistry |hrsg=MPI |sprache=en |abruf=2025-09-28}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=http://www.kernchemie.uni-mainz.de/strassmann01.html |titel=Institut für Kernchemie: Vorträge |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160126151030/http://www.kernchemie.uni-mainz.de/strassmann01.html |archiv-datum=2016-01-26 |abruf=2025-09-28}}</ref>]]

Die '''Entdeckung der Kernspaltung''' am [[17. Dezember]] [[1938]]<ref>Siehe die Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh)</ref> im [[Max-Planck-Institut für Chemie|Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie]] (KWI) in [[Berlin-Dahlem]] ist eines der bedeutendsten und folgenreichsten Ereignisse in der Geschichte der [[Naturwissenschaft]]en.<ref>{{Literatur |Autor=Günter Herrmann |Titel=Vor fünf Jahrzehnten: Von den „Transuranen“ zur Kernspaltung |Sammelwerk=Angewandte Chemie |Band=102 |Nummer=5 |Datum=1990-05 |ISSN=0044-8249 |DOI=10.1002/ange.19901020504 |Seiten=469–496 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.19901020504 |Abruf=2025-09-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=[[Glenn T. Seaborg]] |Titel=Nuclear fission and transuranium elements: 50 years ago |Sammelwerk=Journal of Chemical Education |Band=66 |Nummer=5 |Datum=1989-05 |Sprache=en |ISSN=0021-9584 |DOI=10.1021/ed066p379 |Seiten=379 |Online=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed066p379 |Abruf=2025-09-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=[[Peter Brix|P. Brix]] |Titel=Die folgenreiche Entdeckung der Uranspaltung — und wie es dazu kam Festvortrag |Sammelwerk=Physikalische Blätter |Band=45 |Nummer=1 |Datum=1989-01 |ISSN=0031-9279 |DOI=10.1002/phbl.19890450103 |Seiten=2–5 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/phbl.19890450103 |Abruf=2025-09-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=[[Kurt Starke (Chemiker)|Kurt Starke]] |Titel=The detours leading to the discovery of nuclear fission |Sammelwerk=Journal of Chemical Education |Band=56 |Nummer=12 |Datum=1979-12 |ISSN=0021-9584 |DOI=10.1021/ed056p771 |Seiten=771 |Online=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed056p771 |Abruf=2025-09-28}}</ref>

Bei der Bestrahlung von [[Uran]] mit [[Neutron]]en entstanden [[Spaltprodukt]]e des Urans, unter anderem das zuerst nachgewiesene [[Barium]].<ref name=":0">{{Literatur |Autor=O. Hahn, F. Strassmann |Titel=Über die Entstehung von Radiumisotopen aus Uran durch Bestrahlen mit schnellen und verlangsamten Neutronen |Sammelwerk=Die Naturwissenschaften |Band=26 |Nummer=46 |Datum=1938-11 |ISSN=0028-1042 |DOI=10.1007/BF01774197 |Seiten=755–756 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01774197 |Abruf=2025-09-28}}</ref><ref>Hinweis: Das zweite Spaltfragment wäre hier Lanthan, das im Artikel weiter unten erwähnt wird.</ref> Diese Tatsache musste jedoch erst erkannt werden.<ref name=":7" details="''Als Chemiker müßten wir aus den kurz dargelegten Versuchen das oben gebrachte Schema eigentlich umbenennen and statt Ra, Ac, Th die Symbole Ba, La, Ce einsetzen. Als der Physik in gewisser Weise nahestehende „Kernchemiker“ können wir uns zu diesem, allen bisherigen Erfahrungen der Kernphysik widersprechenden Sprung, noch nicht entschließen.''" /><ref>{{Literatur |Autor=O. Hahn, F. Strassmann |Titel=On the production of radium isotopes from uranium caused by irradiation with fast and decelerated neutrons⋆⋆⋆⋆⋆⋆ |Sammelwerk=The European Physical Journal H |Band=41 |Nummer=3 |Datum=2016-09 |Sprache=en |ISSN=2102-6459 |DOI=10.1140/epjh/e2016-70025-1 |Seiten=261–264 |Kommentar=Neue englische Übersetzung des Originalartikels: Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle |Online=http://link.springer.com/10.1140/epjh/e2016-70025-1 |Abruf=2025-09-29}}</ref> Da alle anderen Deutungsversuche nicht den Regeln der Physik gehorchten, war damit die [[Kernspaltung]] als neuartiger Kernprozess oder Kernreaktion entdeckt worden.<ref>{{Literatur |Autor=[[Jakow Borissowitsch Seldowitsch|Ya B Zeldovich]], [[Juli Borissowitsch Chariton|Yu B Khariton]] |Titel=Fission and chain decay of uranium |Sammelwerk=Physics-Uspekhi |Band=36 |Nummer=4 |Datum=1993-04-30 |Sprache=en |ISSN=1063-7869 |DOI=10.1070/PU1993v036n04ABEH002155 |Seiten=311–325 |Online=https://ufn.ru/en/articles/1993/4/i/ |Abruf=2025-09-29}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=N. Bohr |Titel=Disintegration of Heavy Nuclei |Sammelwerk=Nature |Band=143 |Nummer=3617 |Datum=1939-02-25 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/143330a0 |Seiten=330–330 |Online=https://www.nature.com/articles/143330a0 |Abruf=2025-10-01}}</ref> Dieses entscheidende Ergebnis eines [[kernphysik]]alischen und [[Radiochemie|radiochemischen]] Experiments von [[Otto Hahn]] wurde durch [[Chemie|chemische]] Analysen seines Assistenten [[Fritz Straßmann]] bestätigt.<ref>{{Literatur |Autor=Günter Herrmann |Titel=The Discovery of Nuclear Fission - Good Solid Chemistry Got Things on the Right Track |Sammelwerk=ract |Band=70-71 |Nummer=Supplement |Datum=1995-12 |ISSN=2193-3405 |DOI=10.1524/ract.1995.7071.special-issue.51 |Seiten=51–68 |Online=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1524/ract.1995.7071.special-issue.51/html |Abruf=2025-09-28}}</ref> Nach Angaben von Strassmann war das Experiment am [[18. Dezember]] [[1938]] vollständig abgeschlossen und die Spaltung nachgewiesen.<ref>„In diesem Meßzimmer, am 18.12.1938, war der Schluß nicht mehr zu umgehen, daß eine Spaltung des Urans nachgewiesen war.“ und „Am 18.12.1938 wurden die Experimente endgültig abgeschlossen, danach der Bericht verfaßt.“ – Fritz Strassmann (''Kernspaltung. Berlin Dezember 1938,'' 1978, Privatdruck)</ref>

Das Experiment wurde 1939 auch in den USA und anderen Laboren durchgeführt und bestätigt.<ref>{{Literatur |Autor=[[Herbert L. Anderson|H. L. Anderson]], E. T. Booth, [[John R. Dunning|J. R. Dunning]], E. Fermi, G. N. Glasoe, F. G. Slack |Titel=The Fission of Uranium |Sammelwerk=Physical Review |Band=55 |Nummer=5 |Datum=1939-03-01 |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.55.511.2 |Seiten=511–512 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.55.511.2 |Abruf=2025-09-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=E. Bretscher, L. G. Cook |Titel=Transmutations of Uranium and Thorium Nuclei by Neutrons |Sammelwerk=Nature |Band=143 |Nummer=3622 |Datum=1939-04 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/143559b0 |Seiten=559–560 |Online=https://www.nature.com/articles/143559b0 |Abruf=2025-10-03}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=F. A. Heyn, A. H. W. Aten, C. J. Bakker |Titel=Transmutation of Uranium and Thorium by Neutrons |Sammelwerk=Nature |Band=143 |Nummer=3621 |Datum=1939-03 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/143516b0 |Seiten=516–517 |Online=https://www.nature.com/articles/143516b0 |Abruf=2025-10-03}}</ref>

In interdisziplinärer Zusammenarbeit wurde dieses unerwartete Ergebnis im Januar 1939 durch [[Lise Meitner]] und [[Otto Frisch]] erstmals theoretisch und kernphysikalisch gedeutet.<ref name=":5">{{Literatur |Autor=Lise Meitner, O. R. Frisch |Titel=Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction |Sammelwerk=Nature |Band=143 |Nummer=3615 |Datum=1939-02-11 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/143239a0 |Seiten=239–240 |Online=https://www.nature.com/articles/143239a0 |Abruf=2025-09-28}}</ref> Unabhängig davon gelang [[Siegfried Flügge]] zusammen mit [[Gottfried von Droste]] eine vollständige physikalisch-theoretische Deutung unmittelbar nach Bekanntwerden<ref>[[Horst Kant]]: ''Zur Geschichte der Physik an der Reichsuniversität Straßburg in der Zeit des Zweiten Weltkrieges'', Berlin 1997. Preprint: Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte 73. S. 28.</ref> der Entdeckung der Kernspaltung<ref>[[Helmut Rechenberg]]: ''Siegfried Flügge und Horst Korsching und der Uranverein''. Nachruf. In: [[Naturwissenschaftliche Rundschau]]. Jg. 51 (1998). H. 8, S. 312.</ref>. Eine Theorie der Physik der Kernspaltung lieferten [[Niels Bohr]] und [[John Archibald Wheeler|John A. Wheeler]] noch 1939,<ref>{{Literatur |Autor=Niels Bohr, John Archibald Wheeler |Titel=The Mechanism of Nuclear Fission |Sammelwerk=Physical Review |Band=56 |Nummer=5 |Datum=1939-09-01 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.56.426 |Seiten=426–450 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.56.426 |Abruf=2025-09-28}}</ref> wobei Bohr die Theorie des [[Compoundkern|Zwischenkerns]] bereits 1936 vorgeschlagen hatte. Die Theorie von Bohr-Wheeler sagte auch die [[Spontane Spaltung|spontane Kernspaltung]] voraus, die im Jahr 1940 von sowjetischen Forschern bestätigt wurde.<ref>{{Literatur |Autor=[[Georgi Nikolajewitsch Fljorow|Flerov]], Petrjak |Titel=Spontaneous Fission of Uranium |Sammelwerk=Physical Review |Band=58 |Nummer=1 |Datum=1940-07-01 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.58.89.2 |Seiten=89–89 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.58.89.2 |Abruf=2025-09-29}}</ref>

''Dieser Artikel behandelt ausschließlich die'' ''Entdeckung der Kernspaltung. Weitere Details zu dem Kernspaltungsprozess finden sich in den entsprechenden Artikeln. Die [[Proton]]en und [[Neutron]]en im Atomkern werden durch die [[Starke Wechselwirkung|Kernkraft]] zusammengehalten, die theoretisch durch die [[Quantenchromodynamik]] beschrieben wird. Die Anwendungen der [[Kernenergie]] wird durch die [[Kerntechnik]] ermöglicht.''

== Einleitung ==
[[Datei:GDCh-Gedenktafel Fritz Straßmann.jpg|mini|Gedenktafel Historische Stätten der [[Gesellschaft Deutscher Chemiker]] (GDCh) aus dem Jahr 2002 zu Ehren des 100. Geburtstags von Fritz Strassmann.]]
Noch bevor die Kernspaltung 1938 genauer erforscht und entdeckt wurde, fand bereits seit Jahrzehnten<ref>{{Literatur |Autor=[[William Crookes]] |Titel=Radio-activity of uranium |Sammelwerk=Proceedings of the Royal Society of London |Band=66 |Nummer=424-433 |Datum=1900-12-31 |Sprache=en |ISSN=0370-1662 |DOI=10.1098/rspl.1899.0120 |Seiten=409–423 |Online=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspl.1899.0120 |Abruf=2025-10-01}}</ref> die Erforschung der [[Radioaktivität]] und der [[Ionisierende Strahlung|ionisierenden Strahlung]] als Teil der [[Entdeckung der Radioaktivität|Radiochemie]] an einigen Instituten statt, beispielsweise dem [[Cavendish-Laboratorium]].<ref>{{Literatur |Autor=Malcolm Longair |Titel=Rutherford and the Cavendish Laboratory |Sammelwerk=Journal of the Royal Society of New Zealand |Band=51 |Nummer=3-4 |Datum=2021-10-02 |Sprache=en |ISSN=0303-6758 |DOI=10.1080/03036758.2021.1885452 |Seiten=444–466 |Online=https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/03036758.2021.1885452 |Abruf=2025-10-01}}</ref> Mit dem Nobelpreis-Experiment von [[Cockcroft-Walton-Beschleuniger|Cockcroft und Walton]] wurden bereits Atomkerne mit geladenen subatomaren Teilchen zertrümmert. Damals wurden Teilchenbeschleuniger auch umgangssprachlich bekannt als {{EnS|atom smashers|de=Atomzertrümmerer}}. Die Reaktion war jedoch keine Kernspaltung mit Neutronen. Diese Arbeiten markierten den Beginn der Kernforschung. Zu diesem Zeitpunkt waren Kernreaktoren noch nicht erfunden.

Den Ausgangspunkt für die Entdeckung der Kernspaltung bildeten die Versuche von [[Enrico Fermi]] – „der letzte Mann der alles wusste“ – in [[Rom]]<ref>{{Internetquelle |url=https://www.cref.it/en/hp-english/ |titel=CREF – Centro Ricerche Enrico Fermi |sprache=en-GB |abruf=2025-09-28}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://museum.cref.it/en/welcome/ |titel=MUSEO ENRICO FERMI |hrsg=Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Ferm |sprache=en-GB |abruf=2025-09-28}}</ref> (später in den USA), der 1934 verschiedene chemische Elemente mit Neutronen bestrahlt hatte, unter anderem Uran.<ref name=":4">{{Literatur |Autor=[[Edoardo Amaldi|E. Amaldi]], E. Fermi |Titel=On the Absorption and the Diffusion of Slow Neutrons |Sammelwerk=Physical Review |Band=50 |Nummer=10 |Datum=1936-11-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.50.899 |Seiten=899–928 |Kommentar=Siehe die Referenzen darin. |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.50.899 |Abruf=2025-09-28}}</ref> In jahrelanger Arbeit versuchten Hahn, Meitner und Straßmann, die bei der Bestrahlung des Urans gemachten Beobachtungen aufzuklären.<ref>{{Literatur |Autor=Fritz Straßmann, Fritz Krafft |Titel=Ein frühes Beispiel interdisziplinärer Teamarbeit (I): Zur Entdeckung der Kernspaltung durch Hahn, Meitner und Straßmann |Sammelwerk=Physikalische Blätter |Band=36 |Nummer=4 |Datum=1980-04 |ISSN=0031-9279 |DOI=10.1002/phbl.19800360403 |Seiten=85–89 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/phbl.19800360403 |Abruf=2025-09-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Fritz Straßmann, Fritz Krafft |Titel=Ein frühes Beispiel interdisziplinärer Teamarbeit (II): Zur Entdeckung der Kernspaltung durch Hahn, Meitner und Straßmann |Sammelwerk=Physikalische Blätter |Band=36 |Nummer=5 |Datum=1980-05 |ISSN=0031-9279 |DOI=10.1002/phbl.19800360503 |Seiten=113–118 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/phbl.19800360503 |Abruf=2025-09-28}}</ref> Unabhängig hiervon widmete sich von 1937 an auch eine Arbeitsgruppe um [[Irène Joliot-Curie]] am Radium-Institut in Paris dem gleichen Thema. Anfangs verfolgten alle Arbeitsgruppen die [[Hypothese]], dass bei den Bestrahlungen schwerere Elemente als Uran (sogenannte [[Transurane]]) entstehen.<ref name=":2">{{Literatur |Autor=H. Menke, G. Herrmann |Titel=Was waren die „Transurane“ der dreißiger Jahre in Wirklichkeit ? |Sammelwerk=ract |Band=16 |Nummer=3-4 |Datum=1971-12-01 |ISSN=2193-3405 |DOI=10.1524/ract.1971.16.34.119 |Seiten=119–123 |Online=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1524/ract.1971.16.34.119/html |Abruf=2025-09-28}}</ref> Obwohl diese bei derartigen Experimenten ''auch'' entstehen (zum Beispiel <sup>239</sup>[[Plutonium|Pu]] durch [[Neutroneneinfang]] und zwei anschließende [[Betazerfall|Betazerfälle]] aus dem Isotop <sup>238</sup>U), ist heute bekannt, dass die chemischen und radiologischen Eigenschaften dieser Elemente nicht zu den Beobachtungen von Fermi, Joliot-Curie und Hahn passen.

Im Dezember 1938 kam es zu einem unerwarteten Ergebnis: Hahn<ref name=":1">{{Literatur |Autor=Dietrich Hahn |Titel=Otto Hahn und Fritz Straßmann |Sammelwerk=Physikalische Blätter |Band=37 |Nummer=2 |Datum=1981-02 |ISSN=0031-9279 |DOI=10.1002/phbl.19810370210 |Seiten=44–46 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/phbl.19810370210 |Abruf=2025-09-28}}</ref> und Straßmann<ref name=":1" /> wiesen mit Hilfe spezieller chemischer [[Fällungsreaktion|Trenn- und Analyseverfahren]] nach, dass es sich bei den beobachteten Reaktionsprodukten um in der Natur nicht vorkommende radioaktive [[Barium]]isotope handelte. Es kam bei den Versuchen offenbar zu einem – wie es Hahn formulierte – „Zerplatzen“ des [[Atomkern]]s, das sich die Chemiker theoretisch nicht erklären konnten. Dieses „Zerplatzen“ führt nicht zu den beim radioaktiven Zerfall des Urans ([[Uran-Radium-Reihe]] und [[Uran-Actinium-Reihe]]) auftretenden Reaktionsprodukten. Lise Meitner verwendet im Januar 1939 bereits neben dem Begriff „Zerplatzen“ auch explizit das Wort „Zerspaltung“ in einem Briefentwurf.<ref>Nicht datierter Brief von Lise Meitner an Otto Frisch als Antwort auf einen Brief von Otto Hahn vom 7. Jänner 1939; Meitner Collection, Churchill Archives Center, Cambridge</ref>

Lise Meitner, die wegen ihrer jüdischen Abstammung im Sommer 1938 das [[Nationalsozialistisches Deutschland|nationalsozialistische Deutschland]] hatte [[Liste antijüdischer Rechtsvorschriften im Deutschen Reich 1933–1945|verlassen müssen]] und mit Hahns Hilfe über die [[Niederlande]] nach [[Schweden]] emigriert war, wurde in der Folgezeit brieflich von Otto Hahn über den Fortschritt der Berliner Experimente unterrichtet. Sie konnte somit im Januar 1939 gemeinsam mit ihrem Neffen Otto Frisch eine erste kernphysikalische Deutung der Hahn-Straßmann’schen Ergebnisse ausarbeiten und zusammen mit Frisch im Februar 1939 in der britischen [[Wissenschaftliche Fachzeitschrift|Fachzeitschrift]] ''[[Nature]]'' veröffentlichen.

Frisch und Meitners Idee beschrieb den Urankern als elektrisch geladenen [[Tröpfchenmodell|Flüssigkeitstropfen]], der durch das Einfangen des Neutrons so in Schwingungen versetzt wurde, dass er sich in zwei annähernd gleich große Fragmente teilte, wobei eine hohe Energie freigesetzt wurde. Frisch gab diesem bisher unbekannten [[Kernreaktion]]styp den Namen ''nuclear fission'' ([[Kernspaltung]]), der sich schnell international durchsetzte.

Die Hahn-Straßmann- und Frisch-Meitner-Veröffentlichungen im Januar und Februar 1939 lösten eine außerordentliche Resonanz unter den Naturwissenschaftlern aus, weil die Kernspaltung eine neue Energiequelle von bisher unbekannter Größenordnung erschloss, die [[Kernenergie]]. Genauer gesagt war Meitner und Frisch, sowie anderen Physikern, schnell klar, dass die Energie dieser Reaktion (Kernspaltung) tausendfach größer ist als bei [[Bindungsenergie (Chemie)|chemischen Reaktionen]].

Vor der Spaltung sind die Nukleonen des Urans mit rund <math>238 \times 7,6~\text{MeV} \approx 1809~\text{MeV}</math><ref>Hinweis: Dies ist lediglich eine stark vereinfachte Abschätzung der freiwerdenden Energie. Die Spaltung verläuft tatsächlich asymmetrisch. Es entstehen z. B. die Bruchstücke Lanthan-148 und Brom-85. In diesem Falle sind 148 + 85 = 233, d. h. es werden noch drei Neutronen benötigt (frei). Es sind dann 233 + 3 = 236*, d. h. Uran-235 + 1 Neutron bilden genau diesen [[Compoundkern|Zwischenkern]] (236*). Kerndaten zu den Bindungsenergien (BE/A) u. a. können der [[Atomic Mass Evaluation]] (AME) entnommen werden. Der umfangreiche Datensatz (Stand: AME 2020) wird beispielsweise vom [[National Nuclear Data Center]] (NNDC) in der Engine [https://www.nndc.bnl.gov/nudat3/ NuDat] dargestellt.</ref> gebunden. Nach der Spaltung sind zwei (binäre, in diesem Beispiel symmetrische) Fragmente mit einer leicht höherer [[Bindungsenergie#Kernphysik|Bindungsenergie]] gebunden, also <math>2 \times 119 \times 8,5~\text{MeV} \approx 2023~\text{MeV}</math>, d. h. es findet sich eine theoretische Energiedifferenz von <math>\Delta E \approx 214~\text{MeV} </math> pro Spaltung (pro Atomkern). Otto Frisch bewies bereits im Februar 1939 experimentell, dass es etwa <math>2 \times 70~\text{MeV} </math> kinetische Energie pro Kernspaltung sind. Diese Menge wird im Moment (auch genannt ''prompt,'' d. h. innerhalb von wenigen Nanosekunden) der Spaltung frei.<ref name=":9" /> Weitere MeVs summieren sich durch die Emission der prompten Neutronen, der prompten <math>\gamma </math>-Photonen und dem anschließenden radioaktiven [[Betazerfall]] der Fragmente auf <math>\approx 200~\text{MeV} </math> pro Spaltung eines spaltbaren Atomkerns.<ref>{{Literatur |Autor=S. Oberstedt, R. Billnert, A. Gatera, W. Geerts, P. Halipré, F.-J. Hambsch, M. Lebois, A. Oberstedt, P. Marini, M. Vidali, J.N. Wilson |Titel=Prompt Fission γ–ray Spectra Characteristics - A First Summary |Sammelwerk=Physics Procedia |Band=64 |Datum=2015 |Sprache=en |DOI=10.1016/j.phpro.2015.04.011 |Seiten=83–90 |Online=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1875389215001273 |Abruf=2025-10-04}}</ref> Diese „Kernenergie“ wird zunächst als [[kinetische Energie]] (Fragmente), dann [[thermische Energie]] (Wärme) im Kernbrennstoff frei. In Bezug auf die Anzahl der Nukleonen (hier 238) ist diese Energie durch Kernspaltung jedoch etwa ein Viertel geringer als bei der Fusion leichter Kerne, d. h. durch die [[Kernfusion]]. Letztere ist jedoch unter terrestrischen Bedingungen um ein Vielfaches schwieriger zu realisieren. Es sei noch gesagt, dass bei seiner 1905<ref name=":11">{{Literatur |Autor=A. Einstein |Titel=Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? |Sammelwerk=Annalen der Physik |Band=323 |Nummer=13 |Datum=1905-01 |ISSN=0003-3804 |DOI=10.1002/andp.19053231314 |Seiten=639–641 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.19053231314 |Abruf=2025-10-03}}</ref> bzw. 1908<ref>{{Literatur |Autor=A. Einstein |Titel=Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen |Sammelwerk=Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik |Band=4 |Nummer=16 |Datum=1908 |Seiten=411-462 |Online=https://fisica.net/relatividade/Einstein/Uber-das-Relativitatsprinzip-und-die-aus-demselben-gezogenen-Folgerungen.pdf}}</ref> gefundenen Masse-Energie-Äquivalenz [[Albert Einstein]] nur die freigewordene Energie durch radioaktiven Zerfall einzelner Radioelemente bekannt war, nicht aber die Kernspaltung als nukleare Energiequelle.

== Vorbemerkungen zur Nomenklatur und Schreibweise ==

Im Rahmen dieses Artikels werden die in der [[Kernchemie]] und Kernphysik in den 1930er Jahren üblichen Bezeichnungen verwendet, auch wenn sie heute nicht mehr gebräuchlich oder durch neue Begriffe ersetzt sind, so z.&thinsp;B. Atomgewicht durch [[Atommasse]]. Für radiochemische Präparate werden die in den damaligen Protokollen und Veröffentlichungen benutzten Bezeichnungen wie „Aktivität“, „Körper“ oder „β-Strahler“ beibehalten, oft in Zusammensetzungen wie „13-min-Aktivität“ oder „3,5-Stunden-Körper“, wobei mit der jeweiligen Zeitangabe die [[Halbwertszeit]] (HWZ) gemeint ist. Die dabei verwendeten [[Zeiteinheit]]en sind [[Sekunde]]n (mit dem [[Einheitenzeichen]]&nbsp;s), [[Minute]]n&nbsp;(min), [[Stunde]]n&nbsp;(h), [[Tag]]e&nbsp;(d) und [[Jahr]]e&nbsp;(a).

Auch die damals üblichen Benennungen einzelner radioaktiver [[Nuklid]]e, wie z.&thinsp;B. Mesothorium 1 (MsTh1) oder Thorium X (ThX), die beide keine [[Thorium]]-, sondern [[Radium]]<nowiki></nowiki>isotope sind, werden beibehalten und durch die heutige Schreibweise ergänzt.

Für das Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie in Berlin wird die Abkürzung KWI verwendet.

== Der Stand der Forschung Anfang der 1930er Jahre ==
[[Datei:Periodisches System der Elemente (1904-1945, now Gdansk University of Technology).jpg|mini|In diesem Periodensystem aus dem Jahr 1904 ist zu erkennen, dass Uran damals vorwiegend als Uran-238 bekannt war, das etwa 99,3 % des natürlichen Urans ausmacht. Das Isotop Uran-235 wurde jedoch schon 1935 von [[Arthur Jeffrey Dempster|Arthur J. Dempster]] erkannt.<ref>{{Literatur |Autor=A. J. Dempster |Titel=Isotopic Constitution of Uranium |Sammelwerk=Nature |Band=136 |Nummer=3431 |Datum=1935-08-03 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/136180a0 |Seiten=180–180 |Online=https://www.nature.com/articles/136180a0 |Abruf=2025-10-05}}</ref> Seine spaltbaren Eigenschaften wurden 1939 von Niels Bohr erkannt.<ref name=":13" /> Weitere Eigenschaften wurden erst nach der Entdeckung der Kernspaltung eingehender erforscht.<ref>{{Literatur |Autor=[[Alfred Nier|Alfred O. Nier]], E. T. Booth, J. R. Dunning, A. V. Grosse |Titel=Nuclear Fission of Separated Uranium Isotopes |Sammelwerk=Physical Review |Band=57 |Nummer=6 |Datum=1940-03-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.57.546 |Seiten=546–546 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.57.546 |Abruf=2025-10-05}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=A. O. Nier, E. T. Booth, J. R. Dunning, A. V. Grosse |Titel=Further Experiments on Fission of Separated Uranium Isotopes |Sammelwerk=Physical Review |Band=57 |Nummer=8 |Datum=1940-04-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.57.748 |Seiten=748–748 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.57.748 |Abruf=2025-10-05}}</ref> Credit: [[Technische Universität Danzig]]]]

=== Das Periodensystem der Elemente ===
Die Arbeitsgruppen, die sich nach der [[#Die Entdeckung der künstlichen Radioaktivität|Entdeckung Fermis]] an der Suche nach den Transuranen<ref name=":2" /> beteiligten, standen vor dem Problem, eine durch die Neutronenbestrahlung in nur unwägbaren Mengen gebildete, neue radioaktive Substanz zu identifizieren. Hierbei spielt das [[Periodensystem|periodische System der chemischen Elemente]] (PSE) eine wichtige Rolle. Da es in seiner damaligen Form jedoch von der heute üblichen Anordnung der Elemente an einigen Stellen abweicht, wird es hier (vereinfacht) dargestellt und erläutert.
:{| border="0" cellpadding="8" cellspacing="1" width="70%"
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|}

:'''Periodensystem der Elemente (1938)'''

: Die chemischen Elemente werden in der Reihenfolge ihrer Ordnungszahl (Kernladungszahl) von links nach rechts in Tabellenform angeordnet, wobei in periodischen Abständen, die teils gleich sind, mehrmals aber auch sprunghaft zunehmen, jeweils eine neue Reihe der Tabelle begonnen wird. Die dann untereinander stehenden Elemente gehören einer ''[[Gruppe des Periodensystems|Gruppe]]'' an, sie zeigen ein ähnliches chemisches Verhalten, man bezeichnet sie deshalb auch als chemisch [[Homologe Reihe#Homolog|homologe Elemente]].

: Die Elemente 61 ([[Promethium]]), 85 ([[Astat]]) und 87 ([[Francium]]) waren damals noch unbekannt, die Elemente 43 (Masurium) und 71 (Cassiopeium) heißen heute [[Technetium]] bzw. [[Lutetium]]. Für das Element [[Jod]] war damals das Symbol J (heute I) üblich, für [[Xenon]] das Symbol X (heute Xe).

: Die bei der Neutronenbestrahlung des Urans möglicherweise entstehenden beziehungsweise erwarteten Transurane wurden den damaligen Vorstellungen entsprechend in die noch freien Felder des periodischen Systems rechts vom Uran eingeordnet (die Abbildung zeigt diese für die Elemente 93 bis 96 damals vorgesehenen Plätze). Demnach wurde also das Element 93 für homolog zu [[Mangan]], Masurium und [[Rhenium]] gehalten, Element 94 wäre dann ein homologes Element zu [[Eisen]], [[Ruthenium]] und [[Osmium]] usw. Daher rühren auch die damals üblichen und in den zitierten Veröffentlichungen benutzten Bezeichnungen ''Eka-Rhenium'', ''Eka-Osmium'', ''Eka-Iridium'' und ''Eka-Platin'' für diese noch unbekannten Elemente 93–96. Die Vorsilbe „[[Eka (Chemie)|Eka]]“ wurde schon von [[Dmitri Iwanowitsch Mendelejew|Dimitri Mendelejew]] bei der Erstellung seines Periodensystems als „Platzhalter“ für von ihm postulierte „Lücken“ verwendet. Sie stammt vom [[sanskrit]]ischen Wort für ''eins'' und soll damit andeuten, dass das gesuchte Element „eine Reihe weiter“ als sein Homolog zu finden ist. Da diese Nomenklatur unweigerlich (wie sich in diesem Fall zeigte) falsche Implikationen über die genaue Stellung im PSE beinhaltet, hat die [[IUPAC]] heute [[Systematische Elementnamen|eine andere]] „Platzhalter“-Nomenklatur für noch nicht benannte chemische Elemente vorgesehen.

: Erst Jahre später stellte sich heraus, dass diese Anordnung bereits für [[Actinium]] und die ihm nachfolgenden Elemente (einschließlich der Transurane) nicht zutrifft, sie gehören zur Gruppe der [[Actinoiden]]. Die 1938 erwartete chemische Ähnlichkeit zwischen Element 93 und Rhenium war also ein Trugschluss, ebenso die zwischen Element 94 und Eisen. Heute haben die chemischen Elemente mit den Ordnungszahlen 93 bis 96 folgende Namen: [[Neptunium]] (Np),&nbsp;[[Plutonium]] (Pu),&nbsp;[[Americium]] (Am)&nbsp;und [[Curium]] (Cm). Von allen sind jeweils mehrere (allesamt radioaktive) Isotope bekannt.

=== Die Entdeckung der künstlichen Radioaktivität ===

Bis zum Jahre 1933 verstand man unter radioaktiven chemischen Elementen nur die in der Natur vorkommenden „natürlichen“ radioaktiven Elemente. Dies sind die chemischen Elemente mit den hohen Kernladungszahlen 84 bis 92 und die bei ihrem Zerfall gebildeten radioaktiven Tochtersubstanzen. Daneben gibt es in der Natur noch einige leichtere chemische Elemente wie z.&nbsp;B. [[Kalium]] und [[Rubidium]], bei denen einzelne Isotope radioaktiv sind; auch deren natürliche Radioaktivität war damals bereits bekannt. Die sehr geringe Radioaktivität von <sup>209</sup>Bi wurde erst im 21. Jahrhundert entdeckt, sodass [[Bismut]] mit Kernladungszahl 83 damals als schwerstes stabiles Element galt.

Dem Ehepaar [[Irène Joliot-Curie]] und [[Frédéric Joliot]] gelang es 1934, Atomkerne nicht radioaktiver Elemente durch die Bestrahlung mit [[Alphastrahlung|Alphateilchen]] aus solchen natürlichen Strahlenquellen – also in heutiger Sprechweise durch [[Kernreaktion]]en – in ein benachbartes chemisches Element umzuwandeln ([[Transmutation]]) und „radioaktiv zu machen“. Im Gegensatz zu den natürlich radioaktiven Isotopen bezeichnete man solche Isotope als „künstlich radioaktiv“. Die Elementumwandlung beschränkte sich allerdings auf die leichteren chemischen Elemente, da bei schwereren Elementen deren hohe positive Kernladung das Eindringen des ebenfalls positiv geladenen α-Teilchens in den Atomkern verhinderte.

Für die Entdeckung dieser künstlichen Radioaktivität erhielt das Ehepaar Joliot-Curie 1935 den [[Nobelpreis für Chemie]].

=== Die Neutronenbestrahlung chemischer Elemente durch Fermi (1934) ===

In Rom setzte [[Enrico Fermi]] in den Jahren 1934/35 die Versuche von Joliot-Curie zur Herstellung künstlich radioaktiver Elemente fort.<ref name=":4" /> Zur Bestrahlung verwendete er jedoch das von [[James Chadwick]] im Jahre 1932 entdeckte, elektrisch ungeladene [[Neutron]], das im Gegensatz zu den von Joliot-Curie verwendeten α-Teilchen auch in Atomkerne mit hoher Kernladungszahl ungehindert eindringen kann. An 68 der damals bekannten 89 chemischen Elemente wurden die Bestrahlungen durchgeführt, bei 47 Elementen wurde eine Umwandlung beobachtet, die bei schweren Elementen immer nach folgendem Schema ablief: Das auf den Atomkern auftreffende Neutron wird [[Neutroneneinfang|in den Kern aufgenommen]], es entsteht ein Isotop des bestrahlten Elements mit einer um eine Einheit höheren [[Massenzahl]]. Dieser Atomkern ist instabil (radioaktiv) und zerfällt unter Aussendung eines β<sup>−</sup>-Teilchens ([[Elektron]]) in ein stabiles Isotop des nächsthöheren Elements; also zum Beispiel:

:<math>{}^{109}_{\ 47} \mathrm {Ag} + {}^{1}_{0} \mathrm {n} \ \rightarrow \ {}^{110}_{\ 47} \mathrm {Ag} \ \xrightarrow[\text{24 s}]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \  {}^{110}_{\ 48} \mathrm {Cd} </math>

: (n: Neutron; Ag: [[Silber]]; Cd: [[Cadmium]]; β<sup>−</sup>: [[Betastrahlung]]; 24 s: [[Halbwertszeit]] (HWZ) des radioaktiven Silberisotops <sup>110</sup>Ag)
Fermi fand bei diesen Versuchen, dass die Strahlung der Proben dann besonders intensiv ist, wenn sich zwischen [[Neutronenquelle]] und Probe eine dicke Schicht aus wasserstoffhaltiger Substanz befindet (z.&nbsp;B. Wasser oder [[Paraffin]]), in heutiger Sprechweise ein [[Moderator (Physik)|Moderator]]. Durch häufige Stöße der Neutronen mit den Wasserstoffkernen ([[Proton]]en) wird ihre Geschwindigkeit erheblich abgebremst. Die Wahrscheinlichkeit, dass solche langsamen („thermischen“) Neutronen von einem Atomkern der Probe eingefangen werden, ist wesentlich größer als bei ungebremsten Neutronen. Heute wird für diese Wahrscheinlichkeit ein [[Wirkungsquerschnitt]] angegeben, der mathematisch gesehen eine Fläche ist. Aus historischen Gründen wird dafür heute üblicherweise die vom [[Manhattan-Projekt]] stammende Einheit [[barn]] verwendet. In der zitierten Literatur wird diese Methode mit „verstärkter“ Bestrahlung bezeichnet.

== Die unerkannte Kernspaltung des Urans bei der Suche nach Transuranen ==
[[Datei:Otto Hahn und Lise Meitner.jpg|mini|Meitner und Hahn am [[Max-Planck-Institut für Chemie|Kaiser-Wilhelm-Institut]] 1913]]
In der Folgezeit versucht Fermi in Rom, durch Bestrahlung von [[Uran]] (dem damals schwersten bekannten Element im periodischen System mit der Ordnungszahl 92) mit Neutronen Transurane herzustellen.<ref name=":4" /> In Berlin und Paris versuchen die Arbeitsgruppen um [[Otto Hahn|Hahn]]/[[Fritz Straßmann|Straßmann]]/[[Lise Meitner|Meitner]] bzw. [[Irène Joliot-Curie|Joliot-Curie]]/[[Paul Savitch|Savitch]], Transurane mit Hilfe der damaligen Annahmen über die chemischen Verwandtschaften dieser noch unbekannten und in der Natur nicht vorkommenden Elemente nachzuweisen.

Entsprechend dem oben für das Silber angegebenen Schema müsste diese Reaktion ablaufen nach

:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} + {}^{1}_{0} \mathrm {n} \ \rightarrow \ {}^{239}_{\ 92} \mathrm {U} \ \xrightarrow[\text{ }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 93} \mathrm {Element} </math>

und somit zu einem neuen Element mit der Ordnungszahl 93 führen.

Heute weiß man, dass <sup>238</sup>U mit Neutronen zwar nach diesem Schema reagiert, diese Reaktion aber völlig von der Spaltung des damals noch unbeachteten <sup>235</sup>[[Uran#Isotope|U]] überlagert wird. Dessen zahlreiche Spaltprodukte wurden von den Forschern in den 1930ern für Transurane gehalten und als solche beschrieben, wie aus den Folgeartikeln ersichtlich ist. Weil Uran mit Neutronen überwiegend anders reagiert als seinerzeit angenommen und die vermuteten Verwandtschaftsbeziehungen gar nicht galten, war der Weg zur Aufklärung der wahren Sachverhalte langwierig und mühsam.
[[Datei:Nuclear fission reaction.svg|mini|Schema der Kernspaltung von <sup>235</sup>U in die Spaltfragmente Barium-144 und Krypton-89.]]
Was wirklich geschah:

:<math>{}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \ + \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow \ {}^{236}_{\ 92} \mathrm {U} \ \rightarrow \ {}^{139}_{\ 56} \mathrm {Ba} \ + \ {}^{95}_{36} \mathrm {Kr} \ + \ 2 \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} </math>

Dies ist nur ein Beispiel von mehr als 100 vorkommenden Spaltungen von <sup>235</sup>U, und zwar dasjenige mit dem von Hahn und Straßmann Ende 1938 chemisch nachgewiesenen Barium. Dass eine Kernspaltung vorlag, wurde in den Tagen zwischen Weihnachten 1938 und Neujahr 1939 von Frisch und Meitner bestätigt; dass diese Spaltung aber nur das Uranisotop 235 betrifft, wurde erst 1939 von [[Niels Bohr]] erkannt.

Weniger relevant ist die Tatsache, dass der beta-stabile [[Isobar (Kernphysik)|Isobar]] mit Massezahl 239 nicht die Kernladungszahl 93, sondern 94 aufweist. Es wurden also nicht nur Dinge für Transurane gehalten, die keine sind, sondern es wurde das ''falsche'' Transuran gesucht. Die korrekte, zum relevanten Transuran führende Reaktion war stattdessen:
:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} + {}^{1}_{0} \mathrm {n} \ \rightarrow \ {}^{239}_{\ 92} \mathrm {U} \ \xrightarrow[\text{ }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 93} \mathrm {Element} \xrightarrow[\text{ }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 94} \mathrm {Element} </math>

=== Die Neutronenbestrahlung von Uran durch Fermi 1934 ===

Bei der Bestrahlung von Uran fand Fermi anstatt einer neuen Substanz gleich fünf radioaktive Produkte, mit 10&nbsp;s, 40&nbsp;s, 13&nbsp;min, 40&nbsp;min und etwa 24&nbsp;h Halbwertszeit. Einen dieser Körper, den mit einer HWZ von 13&nbsp;Minuten, versuchte Fermi chemisch zu identifizieren. Er konnte dabei eine Zugehörigkeit zum Uran oder einem seiner leichteren Nachbarelemente ausschließen und äußerte deshalb die Vermutung, dass die Ordnungszahl des Elementes größer als 92 sein könnte. Für Element&nbsp;93 sprach die Tatsache, dass der Körper sich ähnlich wie die für homolog gehaltenen Elemente [[Mangan]] und [[Rhenium]] verhielt, aber auch die Möglichkeit für eine Ordnungszahl 94 oder 95 wollte Fermi nicht ausschließen, da er annahm, dass die chemischen Eigenschaften dieser Elemente denen von Element&nbsp;93 wohl ziemlich ähnlich seien.<ref>{{Literatur |Autor=E. Fermi |Titel=Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92 |Sammelwerk=Nature |Band=133 |Nummer=3372 |Datum=1934-06-16 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/133898a0 |Seiten=898–899 |Online=https://www.nature.com/articles/133898a0 |Abruf=2025-09-28}}</ref>

Die Bezeichnung ''Transurane'' für diese neuen Elemente wurde von Fermi nicht verwendet; sie hat sich erst später eingebürgert. Weitere Versuche zur Aufklärung des Reaktionsablaufs und zur chemischen Identifizierung der Umwandlungsprodukte wurden von dem Physiker Fermi nicht vorgenommen. 1938 wurde ihm für seine Entdeckungen der [[Nobelpreis für Physik]] verliehen. Nach der Preisverteilung in Stockholm kehrte er nicht in das faschistische Italien zurück, sondern emigrierte mit seiner Frau in die USA. Fermis Auswanderung in die USA hatte auch mit dem zunehmenden Antisemitismus des Mussolini-Regimes zu tun, welcher Fermi in Sorgen um seine jüdischstämmige Ehefrau und die gemeinsamen Kinder brachte.

=== Die Neutronenbestrahlung von Uran durch das KWI 1934–1938 ===
Das einzige Institut in Deutschland, das sich in dieser Zeit mit radiochemischen und zugleich auch kernphysikalischen Fragen befasste, war das Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie in Berlin (KWI). Der damalige Direktor des Instituts, dem gleichzeitig auch die chemisch-radioaktive Abteilung unterstand, war der Radiochemiker [[Otto Hahn]], die Leiterin der physikalisch-radioaktiven Abteilung die Physikerin [[Lise Meitner]]. Beide kannten sich seit 1907, beide wurden an der Universität in Berlin [[Habilitation|habilitiert]], beide waren (1910 bzw. 1926) zum Professor bzw. zur außerordentlichen Professorin ernannt worden. 1933 allerdings war Lise Meitner die Lehrbefugnis wegen ihrer jüdischen Abstammung entzogen worden, als Österreicherin konnte sie jedoch ihre Arbeit am (nicht staatlichen) KWI zunächst ungehindert fortsetzen.

In Hahns Abteilung arbeitete weiterhin der Chemiker [[Fritz Straßmann]], der 1929, nach seiner Promotion, als Stipendiat eingestellt worden war und 1935 eine Assistentenstelle am Institut erhalten hatte.

Fermis Beobachtungen bei der Neutronenbestrahlung von Uran werden gegen Ende des Jahres 1934 am KWI in Berlin von diesem Team aufgegriffen. Sie waren der Anlass der Suche nach Transuranen, denn der Physiker Fermi hatte die fünf Reaktionsprodukte nicht chemisch identifizieren können; möglich war dies nur in den radiochemischen Laboratorien von Berlin und Paris.

So begann damit in Berlin eine Suche nach Transuranen, die volle vier Jahre andauerte und zur Entdeckung der Kernspaltung führte.

==== Natürliches Uran und seine Folgeprodukte ====
Uran, das in der Natur hauptsächlich in Form von [[Pechblende]] (U<sub>3</sub>O<sub>8</sub>) gefunden wird, besteht aus den Isotopen <sup>238</sup>U (99,28 %), <sup>235</sup>U (0,715 %) und <sup>234</sup>U (0,005 %). Alle drei Isotope sind α-Strahler und zerfallen in langen Zerfallsreihen von α- und β-Strahlern, bis schließlich beim Blei (<sup>206</sup>Pb bzw. <sup>207</sup>Pb) stabile Endzustände erreicht sind (vgl. [[Zerfallsreihe]] sowie [[Uran-Radium-Reihe]] und [[Uran-Actinium-Reihe]]). Chemisch reines Uran enthält nur noch die Anfangsglieder, nämlich die drei Uranisotope und die sich rasch neu bildenden Folgeprodukte des <sup>238</sup>U, das Thoriumisotop UX1 und das Protactiniumisotop UX2:

:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} \ \xrightarrow[{4,5} \ \cdot \ {10^9} {\ a}] {\text{ }\mathrm{\alpha}} \ {}^{234}_{\ 90} \mathrm {Th \ (UX1)} \ \xrightarrow[\text{ 24,1 d }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{234}_{\ 91} \mathrm {Pa \ (UX2)} \ \xrightarrow[\text{ 1,17 m }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{234}_{\ 92} \mathrm {U} \ \xrightarrow[{2,5} \ \cdot \ {10^5} {\ a}] {\text{ }\mathrm{\alpha}} \ {}^{230}_{\ 90} \mathrm {Th}</math>

Wird eine handelsübliche Uranverbindung mit Neutronen bestrahlt, so ist bei den schwachen Neutronenquellen der damaligen Zeit die Aktivität des entstehenden Reaktionsproduktes viel schwächer als die Aktivität der beiden nachgebildeten natürlichen Folgeprodukte <sup>234</sup>Th und <sup>234</sup>Pa. Man muss deshalb unmittelbar vor der Neutronenbestrahlung diese beiden störenden Folgeprodukte abtrennen (das Uran „reinigen“).

==== Vorgereinigtes Uran ====
Die Vorreinigung geschieht durch den weiter unten beschriebenen Vorgang einer Mitfällung der Folgeprodukte an Eisenhydroxid. Das hierbei in Lösung bleibende Uran wird dann mit Ammoniak als Ammoniumdiuranat (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>U<sub>2</sub>O<sub>7</sub> (Ammoniumpyrouranat) ausgefällt, abfiltriert und getrocknet. Unmittelbar nach dieser Abtrennung des Th- und Pa-Isotops ist das Uran ein reiner [[Alphastrahlung|Alphastrahler]], die beiden Isotope werden jedoch sofort wieder nachgebildet. Sie haben allerdings nach 24,1&nbsp;Tagen erst 50 % ihrer Gleichgewichtsaktivität erreicht, man kann also mit dem gereinigten Uranpräparat einige Tage arbeiten (bestrahlen, messen, analysieren), ohne eine wesentliche Beeinflussung durch die beiden β-strahlenden Tochtersubstanzen befürchten zu müssen.

==== Die Bestrahlungsdauer von Uran ====
Um trotz der Reinigung des Urans zu hinreichend messbaren Aktivitäten zu kommen, müssen größere Mengen (10&nbsp;bis 100&nbsp;Gramm Ammoniumdiuranat) bestrahlt werden. Allgemein nimmt die Menge und damit die [[Aktivität (Physik)|Aktivität]] des Reaktionsproduktes mit steigender Dauer der Neutronenbestrahlung zu; sie nähert sich jedoch einem Endwert, wenn die Bestrahlungsdauer z. B. dem Zehnfachen der Halbwertszeit des neuen radioaktiven Körpers entspricht. Bestrahlt man nur für die Dauer einer HWZ, so hat die Aktivität 50 % dieses Endwertes erreicht, bei zwei Halbwertszeiten 75 %, bei drei HWZ 87,5 % usw. Eine Bestrahlungsdauer von mehr als 3&nbsp;Halbwertszeiten bringt also kaum noch eine Aktivitätserhöhung und ist deshalb wenig sinnvoll.

Hat das Reaktionsprodukt jedoch eine HWZ von Tagen oder Wochen, so muss man sich notfalls mit einer Bestrahlungsdauer begnügen, die noch kürzer als z.&nbsp;B. eine Halbwertszeit ist und die geringere Aktivität des neuen Körpers in Kauf nehmen.

==== Die Bestrahlungs- und Messapparatur ====
Die damals verwendete chemische und physikalische Ausrüstung befindet sich heute im [[Deutsches Museum|Deutschen Museum]] in München. Die Apparaturen und Geräte, die im KWI in verschiedenen Räumen untergebracht sein mussten, sind im Museum auf einem [[#bild tisch|Tisch]] zusammengestellt; soweit es sich um radioaktive Substanzen handelt, sind sie durch Attrappen ersetzt. Verglichen mit den heute zur Verfügung stehenden Messgeräten waren die damaligen Einrichtungen äußerst einfach.

Die [[Neutronenquelle]]n zur Bestrahlung des Urans sind pulverförmige Gemische aus [[Beryllium]] oder [[Berylliumsulfat]] und jeweils etwa 100&nbsp;mg Radiumsulfat, luftdicht in Glasröhrchen eingeschmolzen. Die Neutronen werden hierbei mittels der <sup>9</sup>Be(α,n)<sup>12</sup>C - Reaktion erzeugt, mit der schon [[James Chadwick]] das Neutron entdeckt hatte. Auch wenn Radium als Quelle der Alphateilchen heute seltener eingesetzt wird, sind Neutronenquellen, welche nach diesem Grundprinzip funktionieren, nach wie vor im Einsatz.

Wenn die sechs damals vorhandenen Quellen nicht zur Bestrahlung mehrerer Proben benötigt wurden, so konnten sie gemeinsam zur Bestrahlung nur einer Probe verwendet werden und so die Aktivität des Reaktionsproduktes erhöhen. Wenn das Uran mit langsamen (thermischen) Neutronen bestrahlt werden sollte, befanden sich Uran und Quellen in einem allseits geschlossenen Paraffinblock, der mit Bohrungen zur Aufnahme der Neutronenquellen und des Urans versehen ist.

Nach der Bestrahlung wurde die Uranprobe in Wasser oder Säure gelöst und die gebildete radioaktive Substanz vom Uran abgetrennt. Dies geschah in einem der radiochemischen Laboratorien des KWI mithilfe spezieller chemischer Trennmethoden, die für kurzlebige Körper hinreichend schnell ablaufen mussten. Von den hierzu benötigten chemischen Geräten ist auf dem Arbeitstisch lediglich eine Saugflasche mit aufgesetzter [[Nutsche]] und einem runden glatten Filter von 3&nbsp;cm Durchmesser zu sehen, auf dem die radioaktive Probe abgeschieden und anschließend getrocknet wurde.

In einem dritten Raum wurde mit einem [[Zählrohr#Geiger-Müller-Zählrohr|Geiger-Müller-Zählrohr]] die Aktivität dieser Probe gemessen. Die Zählrohre wurden in der Institutswerkstatt aus Aluminiumrohren von ca. 2&nbsp;cm Durchmesser und 6&nbsp;cm Länge hergestellt. Deren Wandstärke wurde zuvor durch Abdrehen auf der Drehbank auf ca. 0,1&nbsp;mm verringert, damit die zu messende β-Strahlung nicht bereits in der Zählrohrwand absorbiert wird. Ein mittig eingeführter Stahldraht wurde mithilfe von beidseitig angebrachten Hartgummistopfen gegen das Rohr isoliert, ein ebenfalls eingebettetes Glasröhrchen diente zum Auspumpen und Füllen des Zählrohrs mit einem gasförmigen [[Argon]]-[[Ethanol|Alkohol]]-Gemisch.

Bei der Messung wurde das Zählrohr zur Abschirmung äußerer Einflüsse waagrecht in einen zerlegbaren Bleiblock eingebettet, in dem sich unterhalb des Zählrohres eine Öffnung befindet, in die ein Blei-„Schiffchen“ eingeschoben werden kann, in dessen Mulde zuvor das Filter mit der Probe eingeklebt wurde. Auf diese Art lag die radioaktive Probe weitgehend formgerecht an der Außenwand des Zählrohrs an. Zur Spannungsversorgung des Zählrohrs (1000–1500&nbsp;Volt Gleichspannung) dienten mehrere hintereinandergeschaltete [[Anodenbatterie]]n. Über einen hochohmigen Widerstand ist der Zähldraht an den positiven, das Gehäuse an den negativen Pol der Batterie angeschlossen.

Gelangt ein von der zu messenden Probe emittiertes β<sup>−</sup>-Teilchen (Elektron) durch die Aluminiumwand des Zählrohrs in das Rohrinnere, so wird es im elektrischen Feld zum Zähldraht hin beschleunigt. Auf diesem Weg werden die von ihm getroffenen Argonatome ionisiert, die hierbei gebildeten Elektronen fliegen ebenfalls zum Zähldraht und bilden unterwegs durch Ionisation weitere Elektronen. Diese Elektronenlawine fließt über Zähldraht und Widerstand zum geerdeten positiven Pol ab. Durch einen Röhrenverstärker wird dieser Stromimpuls verstärkt und von einem mechanischen Zählwerk registriert. Die Alkoholfüllung des Zählrohrs bewirkt ein selbsttätiges Erlöschen der Entladung nach kurzer Zeit, so dass das Zählrohr dann zum Nachweis eines weiteren Elektrons bereit ist.

==== Das Arbeiten mit unwägbaren radioaktiven Substanzmengen ====
Bei der Suche nach den Transuranen standen die Forscher am KWI vor dem Problem, in einer relativ großen Menge einer wasser- oder säurelöslichen Uranverbindung (ca. 10&nbsp;bis 100&nbsp;g) eine durch die Neutronenbestrahlung in kleinsten, unwägbaren Mengen gebildete neue, radioaktive Substanz –&nbsp;wesentlich weniger als 1&nbsp;Pikogramm (10<sup>−12</sup>&nbsp;Gramm)&nbsp;– chemisch zu identifizieren.

Auch für die empfindlichsten damals bekannten Analysenverfahren, die [[Spektroskopie|Spektralanalyse]] und die [[Massenspektrometrie]], ist diese Menge jedoch viel zu gering. Der Nachweis der [[Ionisierende Strahlung|ionisierenden Strahlung]] dieser neuen Substanz ist jedoch weitaus empfindlicher als die beiden ebengenannten Analysenverfahren. Für das Arbeiten mit unwägbaren radioaktiven Substanzen hatte man deshalb seit der [[Entdeckung der Radioaktivität]] (1898) spezielle „radiochemische“ Arbeits- und Analysentechniken entwickelt, in denen diese Nachweisstärke mit der Selektivität chemischer Trennungen kombiniert wird. Hierbei werden immer wieder die beiden nachfolgenden chemischen Trennmethoden angewandt.

===== Die Abtrennung durch Mitfällung =====
Es wurde vermutet, dass es sich bei einem oder mehreren der von Fermi beobachteten fünf Aktivitäten um das unbekannte Element&nbsp;93 handelt. Ein Blick in das Periodensystem der chemischen Elemente in seiner damaligen Form zeigt das Element&nbsp;93 unterhalb von Rhenium, es sollte also zu ihm und den darüber stehenden Elementen Mangan und Masurium (heute [[Technetium]]) homolog sein und seine chemischen Verbindungen müssten sich ähnlich wie die von Rhenium, Masurium und Mangan verhalten. Masurium konnte allerdings nicht zum Vergleich herangezogen werden, da keine Verbindungen dieses Elements bekannt waren. Es blieben für eine Ähnlichkeitsbetrachtung also nur Rhenium und Mangan.

Gesucht wurde nun ein chemisches Reagens, mit dem aus einer wässrigen Lösung von Rhenium und Uran das Rhenium ausgefällt werden konnte, Uran jedoch in Lösung blieb. Ein solches Reagens ist [[Schwefelwasserstoff]], er bildet mit den ebengenannten Elementen [[Sulfide]], jedoch mit folgenden unterschiedlichen Eigenschaften.
{|
|-
|align="left"| [[Uransulfid]]: || align="left"| löslich in verdünnten Säuren
|-
|align="left"| [[Mangan(II)-sulfid|Mangansulfid]]: || align="left"| löslich in verdünnten Säuren
|-
|align="left"| [[Rhenium(VII)-sulfid|Rheniumsulfid]]: || align="left"| unlöslich sogar in starker (unverdünnter) Salzsäure
|}
Aus der unterschiedlichen Löslichkeit von Mangan- und Rheniumsulfid kann man schließen, dass ein Sulfid des Elements&nbsp;93 mindestens ebenso unlöslich in [[Salzsäure]] ist wie Rheniumsulfid.

Man löst also das bestrahlte Uran in starker Salzsäure, gibt eine kleine Menge (einige Milligramm) eines löslichen Rheniumsalzes dazu und leitet gasförmigen Schwefelwasserstoff ein. Es bildet sich unlösliches schwarzes Rheniumsulfid Re<sub>2</sub>S<sub>7</sub>, wobei das Sulfid des neu gebildeten Elements mitgerissen werden sollte, falls es sich um das Element&nbsp;93 handelt.

Man bezeichnet diesen Vorgang als eine Mitfällung. Die äußerst geringen Substanzmengen eines chemisch verwandten Elements werden ebenfalls in Form ihres Sulfids in das Kristallgitter des Rheniumsulfids eingebaut und mit ausgefällt. Man filtriert den Niederschlag ab und hat auf diese Weise die durch die Bestrahlung entstandenen Isotope des erwarteten Elements&nbsp;93 vom Uran abgetrennt.

Wird damit gerechnet, dass sich unter den Reaktionsprodukten des Urans auch die Elemente&nbsp;94 bis 96 befinden, so empfiehlt sich ebenfalls eine Mitfällung als Sulfid, diesmal jedoch in mittelstarker Salzsäure und mit einem z. B. Platinsalz als Trägersubstanz; die Elemente&nbsp;93 bis 96 würden hierbei mitgefällt.

===== Die Trennung homologer Substanzgemische durch fraktionierte Kristallisation =====
Soll die aktive Substanz von dem inaktiven Träger getrennt werden, so erweist sich die bei der Mitfällung erwünschte Eigenschaft einer chemischen Ähnlichkeit der Verbindungen nun, bei der Trennung, als großes Hindernis. Hilfe bringt hier das Verfahren einer [[Fraktionierte Kristallisation (Chemie)|fraktionierten Kristallisation]] (oder fraktionierten Fällung), das um 1885 von [[Carl Auer von Welsbach]] entwickelt wurde, um die chemisch sehr ähnlichen Elemente der [[Lanthanoide]] (Seltene Erden; Elemente&nbsp;57&nbsp;bis&nbsp;71) voneinander zu trennen.

Für die Radiochemie erprobt wurde dieses Verfahren von [[Marie Curie]] in den Jahren 1899–1902 bei der Reindarstellung des Radiums aus den Verarbeitungsrückständen der Pechblende.<ref>S. Curie: ''Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen''. Dissertation von Marie Curie; übersetzt von W. Kaufmann. Die Wissenschaft, Erstes Heft, S.&nbsp;23–33. Braunschweig: Vieweg (1904).</ref>

Sie stand vor der Aufgabe, von dem aus den Rückständen bereits isolierten radiumhaltigen Bariumchlorid (ca.&nbsp;8&nbsp;kg BaCl<sub>2</sub> pro Tonne Verarbeitungsrückstände) das Radium in wägbaren Mengen vom Barium abzutrennen, um es spektralanalytisch untersuchen und seine [[Atommasse]] bestimmen zu können.

Sie löste hierzu das Bariumchlorid (in Mengen von etwa 1&nbsp;kg) in heißem destillierten Wasser und kochte die Lösung so lange ein, bis sich erste Kristalle zeigten. Beim Abkühlen kristallisierte dann ein Teil des Bariumchlorids aus, es bildeten sich am Boden der Schale schöne, festhaftende Kristalle (Fraktion&nbsp;A; Kopffraktion), von denen die überstehende Mutterlauge nach dem Erkalten leicht abgegossen werden konnte. Die Mutterlauge wurde dann in einer zweiten (kleineren) Schale wieder bis zur Sättigung eingedampft; nach dem Abkühlen und „[[Dekantieren]]“ (Abgießen der Mutterlauge) erhielt sie die Kristallfraktion&nbsp;B (Schwanzfraktion). Beim Vergleich der Aktivität beider Kristallfraktionen stellte M.&nbsp;Curie fest, dass die Fraktion&nbsp;A ungefähr fünfmal stärker radioaktiv war als Fraktion&nbsp;B. Der Grund hierfür ist die geringere Wasserlöslichkeit von Radiumchlorid gegenüber Bariumchlorid, es wurde deshalb (obwohl es in nur unwägbar kleinsten Mengen in der Lösung vorhanden war) in der ersten Kristallfraktion des Bariumchlorids bei der Mitfällung „angereichert“.

Marie Curie musste diesen Vorgang (Lösen, Eindampfen, Auskristallisieren, Dekantieren) unzählige Male und an immer wieder neuen Mengen von radiumhaltigem Bariumchlorid wiederholen, um schließlich einige Milligramm bariumfreies Radium zu erhalten. Eine ausführlichere Beschreibung dieser sehr mühevollen und äußerst langwierigen Arbeiten findet sich im Artikel über die [[Entdeckung der Radioaktivität]]. Im Zusammenhang mit der Kernspaltung sind jedoch noch folgende Hinweise von M.&nbsp;Curie interessant:

Verwendet man zur Lösung des Barium-Radium-Chlorids anstatt Wasser verdünnte oder gar starke Salzsäure, so wird die Löslichkeit beider Chloride verringert und der Trenneffekt zwischen beiden Komponenten außerdem beträchtlich vergrößert; die Anreicherung des Radiums in der Kopffraktion ist also erheblich größer als bei einer wässrigen Lösung. Noch größer ist die Anreicherung des Radiums in der Kopffraktion, wenn die Isolierung des radiumhaltigen Bariums aus den Pechblenderückständen nicht mit Barium- und Radiumchlorid, sondern in Form ihrer [[Bromide]] (also mit [[Bariumbromid]] + [[Radiumbromid]]) erfolgt.

===== Die Messung der Aktivität mit dem Zählrohr =====
Die ausgefällte inaktive Trägersubstanz, in deren Kristallgitter die nahezu gewichtslose Menge des radioaktiven Reaktionsproduktes eingeschlossen ist, wurde abfiltriert und getrocknet, der Filter in ein Bleischiffchen eingeklebt und in den Bleiblock des Zählrohrs eingeschoben. Die β<sup>−</sup>-Strahlung des Präparates wurde dann in bestimmten Zeitabständen gemessen. Die Dauer einer Zählrohrmessung konnte frei gewählt werden; naturgemäß musste sie umso länger sein, je schwächer die Aktivität der Probe war. Errechnet wurde aus dem Messwert dann die Anzahl der Zählimpulse pro Minute.

Vor oder nach jeder Messung eines radioaktiven Präparates musste der [[Nulleffekt]] des Zählrohrs gemessen und dessen Wert von der Aktivität des Präparats abgezogen werden. Man versteht unter dem Nulleffekt die Anzahl der Zählimpulse pro Minute, die vom Zählrohr registriert werden, wenn sich keine radioaktive Probe im Bleiblock befindet. Ursache für diesen Leerwert von etwa 10–20&nbsp;Impulsen/Minute ist im Wesentlichen die [[Höhenstrahlung]].

Trägt man dann die jeweils ermittelte Aktivität der Probe in Abhängigkeit von der Zeit grafisch auf, so lässt sich aus dem Kurvenverlauf die Halbwertszeit des Strahlers bestimmen. Enthält der Niederschlag mehrere radioaktive Isotope, so lässt sich auch hier die HWZ für jedes Isotop ermitteln, wenn diese Werte nicht zu nahe beieinander liegen.

==== Ein Transuran unter den Reaktionsprodukten ====
Bis zum Sommer 1938 verlief die Arbeit am KWI in Berlin unbeeinflusst von den politischen Ereignissen in Deutschland. Die Kernphysikerin Meitner, der Radiochemiker Hahn und der Analytiker Straßmann (der Mann für die Trennversuche) ergänzten sich auf das Beste. Das Team glaubte herausgefunden zu haben, dass es sich bei den erfolgreich abgetrennten Substanzen um drei betastrahlende Uranisotope sowie sieben Folgeprodukte handelte, die sich bei bzw. nach der Neutronenbestrahlung von Uran gebildet hatten.
{|
|-
| align="center" | Uran || || align="center" | Element 93 || || align="center" | Element 94 || || align="center" | Element 95 || || align="center" | Element 96 || || align="center" | Element 97
|-
| align="center" | 10 s || → || align="center" | 2,2 min || → || align="center" | 59 min || → || align="center" | 66 h || → || align="center" | 2,5 h || → || align="center" |?
|-
| align="center" | 40 s || → || align="center" | 16 min || → || align="center" | 5,7 h    || → || align="center" | 60 d || → || align="center" |? || ||
|-
| align="center" | 23 min || → || align="center" |? || || || || || || || ||
|}

Alle diese radioaktiven Körper können sowohl durch schnelle als auch, mit viel besserer Ausbeute, durch thermische Neutronen erzeugt werden.

Für die an dritter Stelle aufgeführte Substanz (mit der HWZ von 23 min) konnten allerdings keine Folgeprodukte gefunden werden, man vermutete deshalb, dass es sich bei seinem ersten Folgeprodukt, also Element&nbsp;93, um ein sehr langlebiges Isotop handelt, das während der Beobachtungsdauer nicht merklich unter Strahlenemission zerfällt. Wie [[#Element 93: Neptunium|später]] durch McMillan nachgewiesen wurde, handelte es sich in diesem einen Falle tatsächlich nicht um ein Spaltprodukt von <sup>235</sup>U, sondern um eine Reaktion des Neutrons mit <sup>238</sup>U nach der ursprünglich angenommenen Reaktion:

:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} + {}^{1}_{0} \mathrm {n} \  \rightarrow \ {}^{239}_{\ 92} \mathrm {U} \ \xrightarrow[\text{ 23 m }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 93} \mathrm {EL93}</math>

Damit war wirklich ein Transuran entstanden.

Zur Abtrennung der Uranisotope wurden zunächst die Elemente&nbsp;93 bis 96 durch Fällung an Platinsulfid entfernt und dann im Filtrat das zur Bestrahlung eingesetzte Uran als Natrium-Magnesium-Uranylacetat ausgefällt. Wenn diese beiden Fällungen sehr schnell erfolgten, konnte im Uranniederschlag der 40s-Körper noch gemessen werden.

In zwei Veröffentlichungen<ref>{{Literatur |Autor=L. Meitner, O. Hahn, F. Strassmann |Titel=Über die Umwandlungsreihen des Urans, die durch Neutronenbestrahlung erzeugt werden |Sammelwerk=Zeitschrift für Physik |Band=106 |Nummer=3-4 |Datum=1937-03 |ISSN=1434-6001 |DOI=10.1007/BF01340321 |Seiten=249–270 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01340321 |Abruf=2025-12-17}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=O. Hahn, L. Meitner, F. Strassmann |Titel=Über die Trans‐Urane und ihr chemisches Verhalten |Sammelwerk=Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series) |Band=70 |Nummer=6 |Datum=1937-06-09 |ISSN=0365-9488 |DOI=10.1002/cber.19370700634 |Seiten=1374–1392 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cber.19370700634 |Abruf=2025-12-17}}</ref> des Jahres 1937 wurden die gewonnenen Erkenntnisse über die chemischen und kernphysikalischen Eigenschaften der Transurane zusammengefasst. Die chemische Ähnlichkeit mit den homologen Elementen Rhenium, Osmium, Iridium und Platin und damit auch die Einordnung in das periodische System als Transurane erschien gesichert.

Die kernphysikalischen Befunde stützen diese Interpretation, wenn es auch Probleme macht zu verstehen, wie aus <sup>238</sup>U drei verschiedene Produktlinien entstehen können. An eine Namensgebung für die neuen chemischen Elemente dachte das Berliner Team jedoch nicht.

Im Juli 1938 erschien dann von Hahn, Meitner und Straßmann die letzte gemeinsame Veröffentlichung.<ref>{{Literatur |Autor=O. Hahn, L. Meitner, F. Strassmann |Titel=Ein neues langlebiges Umwandlungsprodukt in den Trans-Uranreihen |Sammelwerk=Die Naturwissenschaften |Band=26 |Nummer=29 |Datum=1938-07 |ISSN=0028-1042 |DOI=10.1007/BF01774171 |Seiten=475–476 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01774171 |Abruf=2025-09-29}}</ref>

Lise Meitner war als Österreicherin von den [[Gesetz zur Wiederherstellung des Berufsbeamtentums|seit 1933 erlassenen Rassegesetzen]] Hitlers anfangs nicht betroffen. Mit dem Anschluss Österreichs an Deutschland im März 1938 änderte sich jedoch diese Situation, sie emigrierte deshalb Mitte Juli 1938 nach Stockholm an das Nobel-Institut für Physik. Mit Otto Hahn stand sie jedoch in regem Briefwechsel; sie war so über alle weiteren Arbeiten am KWI informiert.

=== Die Neutronenbestrahlung von Uran in Paris 1937–1938: Die 3,5-Stunden-Aktivität ===
Irène Joliot-Curie und [[Paul Savitch]] in Paris fanden 1937 beim Bestrahlen von Uran mit Neutronen einen β<sup>−</sup>-Strahler mit einer Halbwertszeit von 3,5&nbsp;Stunden, dessen chemische Identifizierung sich jedoch als außerordentlich schwierig erwies.

Da sich der „3,5&nbsp;h-Körper“ zusammen mit [[Lanthan]], einem Element aus der [[Scandiumgruppe|3.&nbsp;Gruppe des periodischen Systems]], ausfällen ließ, gingen Joliot-Curie und Savitch aufgrund der damaligen Annahmen über chemische Verwandtschaften anfangs davon aus, dass es sich bei der fraglichen Substanz um ein Isotop des nächsthöheren Elements dieser Gruppe, also [[Actinium]], handeln müsse. Nur wenig später erkannten sie jedoch, dass der „3,5&nbsp;h-Körper“ zwar ganz ähnliche Eigenschaften wie Lanthan hat, sich von Actinium und Lanthan jedoch durch fraktionierte Fällung trennen lässt, es sich also nicht um Actinium oder Lanthan handeln kann.

Bei der Publikation ihrer Ergebnisse im Juli 1938 interpretierten Joliot-Curie und Savitch ihre Ergebnisse schließlich so, dass der „3,5&nbsp;h-Körper“ ein Transuran sein müsse. Ungeachtet seiner sehr großen Ähnlichkeit mit Lanthan konnten sie sich vorstellen, „dass dieser Körper die Kernladungszahl 93 hat und es sich bei den von Hahn, Meitner und Straßmann bisher gefundenen Transuranen um die Elemente&nbsp;94 bis 97 handelt.“<ref name=":10">{{Literatur |Autor=Irène Curie, Paul Savitch |Titel=Sur les radioéléments formés dans l'uranium irradié par les neutrons. II |Sammelwerk=Journal de Physique et le Radium |Band=9 |Nummer=9 |Datum=1938 |Sprache=fr |ISSN=0368-3842 |DOI=10.1051/jphysrad:0193800909035500 |Seiten=355–359 |Online=http://www.edpsciences.org/10.1051/jphysrad:0193800909035500 |Abruf=2025-09-29}}</ref>

== Der chemische Nachweis einer Kernspaltung des Urans ==
=== Berlin, Herbst 1938: Die „Radium“-Isotope ===
Mitte Oktober 1938 wird die Veröffentlichung von Joliot-Curie und Savitch<ref>{{Literatur |Autor=Irène Curie, P. Savitch |Titel=Sur les radioéléments formés dans l'uranium irradié par les neutrons |Sammelwerk=Journal de Physique et le Radium |Band=8 |Nummer=10 |Datum=1937 |Sprache=fr |ISSN=0368-3842 |DOI=10.1051/jphysrad:01937008010038500 |Seiten=385–387 |Online=http://www.edpsciences.org/10.1051/jphysrad:01937008010038500 |Abruf=2025-09-29}}</ref><ref name=":10" /> in Berlin bekannt. Das waren neue Gesichtspunkte und zugleich eine Herausforderung für Hahn und Straßmann. Das Berliner Team hatte die Abtrennung der Reaktionsprodukte stets mit einer gemeinsamen Fällung an Platinsulfid begonnen. Dabei fällt der „3,5&nbsp;h-Körper“, wie Joliot-Curie und Savitch berichteten, nicht mit. Deren Trennungsgang beginnt mit einer Fällung an schwerlöslichem Kalium-Lanthan-Sulfat.

Hahn und Straßmann gehen bei der Überprüfung dieser Ergebnisse von folgenden Überlegungen aus. Actinium, das zumindest für einen gewissen Zeitraum von Paris postuliert worden war, könnte aus Uran in folgenden Schritten entstehen:

Das auf den Urankern auftreffende Neutron schlägt in einem (n,&nbsp;α)-Prozess ein α-Teilchen aus dem Kern heraus und es entsteht ein Thoriumisotop:

:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} + {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow {}^{235}_{\ 90} \mathrm {Th} +  {}^{4}_{2} \mathrm {He} </math>

Aus dem <sup>235</sup>Th entsteht durch α-Zerfall Radium

:<math>{}^{235}_{\ 90} \mathrm {Th} \rightarrow {}^{4}_{2} \mathrm {He} + {}^{231}_{\ 88} \mathrm {Ra} </math>&nbsp;&nbsp;&nbsp;oder in abgekürzter Schreibweise&nbsp;&nbsp;<math>{}^{235}_{\ 90} \mathrm {Th}\ \xrightarrow\alpha \ {}^{231}_{\ 88} \mathrm {Ra} </math>

und aus diesem durch β<sup>−</sup>-Zerfall Actinium:

:<math>{}^{231}_{\ 88} \mathrm {Ra}\ \xrightarrow[\text{ }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}}\ {}^{231}_{\ 89} \mathrm {Ac} </math>

Bei einer Mitfällung des so entstehenden Actiniums an Kalium-Lanthan-Sulfat kann dann aber das [[Zwischenprodukt|intermediär]] gebildete Radium-231 als schwerlösliches Radiumsulfat mitgerissen werden und so das Actinium in den Niederschlag begleiten. Bei der anschließenden Fraktionierung würde Radium in die Kopffraktion gelangen und so das Ergebnis verfälschen.

Hahn und Straßmann prüfen diese Hypothese, indem sie aus der bestrahlten Probe Bariumchlorid ausfällen. Diese Fällung ist tatsächlich radioaktiv, es muss also Radium mitgefällt worden sein. Aufgrund der gemessenen unterschiedlichen Halbwertszeiten enthält die Fällung sogar mindestens drei betastrahlende Radiumisotope, die ihrerseits drei betastrahlende Actiniumisotope nachbilden und diese wiederum drei nicht näher charakterisierte Thoriumisotope.

In einer Anfang November 1938 erscheinenden Mitteilung<ref name=":0" /> stellen sie dies so dar:

:<math>\mathrm{Ra}^{}_{1} \ \xrightarrow[\mathrm{\sim} \ \text {25 Min.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Ac}^{}_{1} \ \xrightarrow[\mathrm{\sim} \ \text{40 Min.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Th?} </math>
:<math>\mathrm{Ra}^{}_{2} \ \xrightarrow[\mathrm{\sim} \ \text {110 Min.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Ac}^{}_{2} \ \xrightarrow[\mathrm{\sim} \ \text{4 Stdn.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Th?} </math>
:<math>\mathrm{Ra}^{}_{3} \ \xrightarrow[\text{mehrere Tage}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Ac}^{}_{3} \ \xrightarrow[\mathrm{\sim} \ \text{60 Std.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Th?} </math>

Dieser Befund ist jedoch in mehrfacher Hinsicht problematisch. Gefunden werden drei Radium-Actinium-Paare, die sich in ihren Halbwertszeiten unterscheiden. Sie müssen alle die gleiche Massenzahl&nbsp;231 haben, weil der von einem Neutron getroffene Atomkern <sup>238</sup>U sich nur nach folgendem, bereits in seinen Einzelschritten beschriebenen Schema in Radium umgewandelt haben kann:

:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} \ (n,\alpha) \ {}^{235}_{\ 90} \mathrm {Th} \ \xrightarrow\alpha \ {}^{231}_{\ 88} \mathrm {Ra} </math>

Von diesem <sup>231</sup>Ra gibt es aber offensichtlich die drei „Versionen“ Ra<sub>1</sub>, Ra<sub>2</sub> und Ra<sub>3</sub> mit verschiedenen Halbwertszeiten!

Nun waren durchaus Fälle bekannt, bei denen es zwei Versionen eines Atomkerns mit verschiedenen Halbwertszeiten gibt; man nennt dieses Phänomen [[Isomer (Kernphysik)|Kernisomerie]] und führt es auf verschiedene Energiezustände desselben Kerns zurück. Eine dreifache Kernisomerie, die noch dazu beim radioaktiven Zerfall auch auf die Folgeprodukte Actinium-231 übertragen wird, war jedoch gänzlich neu und schwer zu erklären.

Aber auch der postulierte (n,&nbsp;α)-Prozess macht Probleme, weil er schon mit langsamen Neutronen ablaufen müsste, zum Herausschlagen eines α-Teilchens aus dem getroffenen Urankern aber eigentlich energiereiche (schnelle) Neutronen erforderlich wären. Andererseits war das gleiche Phänomen aber auch bereits bei der Bestrahlung von Thorium beobachtet worden, wo drei Radiumisotope mit unterschiedlichen Halbwertszeiten (<1&nbsp;Minute, 15&nbsp;Minuten, 4&nbsp;Stunden) dem <sup>229</sup>Ra zugeordnet wurden<ref name=":6">{{Literatur |Autor=Lise Meitner, Fritz Strassmann, Otto Hahn |Titel=Künstliche Umwandlungsprozesse bei Bestrahlung des Thoriums mit Neutronen; Auftreten isomerer Reihen durch Abspaltung von alpha-Strahlen |Sammelwerk=Zeitschrift für Physik |Band=109 |Nummer=7-8 |Datum=1938-07 |ISSN=1434-6001 |DOI=10.1007/BF01340332 |Seiten=538–552 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01340332 |Abruf=2025-09-28}}</ref>:

:<math>{}^{232}_{\ 90} \mathrm {Th} + {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow {}^{229}_{\ 88} \mathrm {Ra} \ + {}^{4}_{2} \mathrm {He} </math>

Über diesen Stand der Erkenntnisse berichtet Otto Hahn Mitte November 1938 in Kopenhagen am Bohrschen Institut. Er trifft dort auch Lise Meitner und [[Otto Robert Frisch|Otto Frisch]]. Die Kernphysiker Meitner, [[Niels Bohr|Bohr]] und Frisch sind skeptisch hinsichtlich der Kernisomerie, haben aber für die Befunde auch keine befriedigende Erklärung. Weitergehende Experimente sind also notwendig; es geht um die Frage: ''Sind die mit Ra<sub>1</sub>, Ra<sub>2</sub> und Ra<sub>3</sub> bezeichneten Radiumisotope wirklich Radium?''

Um dies zu entscheiden, muss man die in der Barium-Radium-Fraktion in nur unwägbaren Mengen vorhandenen radioaktiven Ra-Isotope vom [[Barium]] abtrennen oder zumindest anreichern. Möglich ist dies durch die bereits beschriebene fraktionierte Kristallisation von Bariumchlorid oder Bariumbromid.

Ehe es jedoch hierzu kommt, wird noch ein viertes, sehr kurzlebiges Radiumisotop <sup>231</sup>Ra gefunden, Hahn und Straßmann ändern deshalb die Probenbezeichnungen der bisherigen drei Zerfallsreihen. Die Halbwertszeiten sind mittlerweile auch genauer bestimmt, es ergibt sich deshalb folgendes Schema:

:<math>\mathrm{Ra \ I?}^{}_{} \ \xrightarrow[\mathrm{<} \ \text {1 Min.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Ac \ I \ } \xrightarrow[\mathrm{<} \ \text{30 Min.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Th?} </math>
:<math>\mathrm{Ra \ II}^{}_{} \ \xrightarrow[\text {14}\ \mathrm{\pm} \ {2 Min.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Ac \ II \ } \xrightarrow[\mathrm{\sim} \ \text{2,5 Std.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Th?} </math>
:<math>\mathrm{Ra \ III}^{}_{} \ \xrightarrow[\text {86}\ \mathrm{\pm} \ {6 Min.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Ac \ III \ } \xrightarrow[\mathrm{\sim}\ \text{mehrere Tage?}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Th?} </math>
:<math>\mathrm{Ra \ IV}^{}_{} \ \xrightarrow[\text {250-300 Std.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Ac \ IV \ } \xrightarrow[\text{40 Std.}]{\text{ }\mathrm{\beta}} \mathrm {\ Th?} </math>

==== Trennversuche ====
Nur dem Umstand, dass die Laborjournale von Fritz Straßmann zum großen Teil erhalten sind, ist es zu verdanken, dass Einzelheiten über Versuchsdurchführung und Messergebnisse des KWI der letzten Wochen des Jahres 1938 auch heute noch allgemein bekannt und zugänglich sind.

Die Originale befinden sich im Nachlass von Fritz Straßmann im [[Landeshauptarchiv Koblenz]], das Protokollheft „Chem.&nbsp;II“ (Nr.&nbsp;192, November&nbsp;1938 bis Februar&nbsp;1939) jedoch im Deutschen Museum. Faksimiles einzelner Protokollseiten sind in dem im Abschnitt „Sonstige Literatur“ erwähnten Buch von F. Krafft, dem Band&nbsp;95 der Landesarchivverwaltung Rheinland-Pfalz sowie den beiden Aufsätzen von G.&nbsp;Herrmann zu finden.

Die in den folgenden Versuchen genannten Details (Probemengen, Bestrahlungsdauer, Messdatum, Messergebnisse etc.) sind diesen Laborjournalen entnommen.

===== Die Fraktionierung mit Bariumchlorid =====
Die erste Radium-Barium-Fraktionierung wird am 25. November 1938 durchgeführt. Sie sei exemplarisch eingehender beschrieben:

11 g Ammoniumdiuranat waren 16 Stunden mit verlangsamten (thermischen) Neutronen bestrahlt worden, die Bestrahlung wird um 11:36&nbsp;Uhr beendet. Die Probe wird dann in Salzsäure gelöst, und nach Zugabe von 1,5&nbsp;g Bariumchlorid (als Trägersubstanz) wird das Barium mit starker Salzsäure ausgefällt; die durch die Bestrahlung gebildeten Radiumisotope werden hierbei mitgefällt. Der Niederschlag wird abfiltriert und so von der Uranlösung getrennt. Das Gemisch von Barium- und Radiumchlorid wird dann in heißem Wasser gelöst und so lange tropfenweise mit starker Salzsäure versetzt, bis die Lösung trüb wird. Durch Abkühlen der Lösung kristallisiert ein Teil des Bariumchlorids aus und wird abfiltriert; durch weiteres Abkühlen des Filtrats werden zwei weitere Kristallfraktionen gewonnen. Nach der Abtrennung der ersten Kristallfraktion kann dann bereits mit den Zählrohrmessungen begonnen werden. In der Zeit von 12:05&nbsp;Uhr bis 13:22&nbsp;Uhr wird dann die Zählrate jeweils gleicher Mengen der drei Fraktionen (350&nbsp;mg&nbsp;BaCl<sub>2</sub>) alternierend mit dem gleichen Zählrohr gemessen. Die Aktivität der Proben nimmt während dieser Zeitspanne kontinuierlich ab (für die erste Fraktion von 387 auf 132&nbsp;Impulse/Minute), dies ist durch den radioaktiven Zerfall von RaII und RaIII bedingt. Eine sprunghafte Abnahme der Aktivität zwischen der ersten und zweiten oder der zweiten und dritten Kristallfraktion ist jedoch nicht zu erkennen. Eine Anreicherung der Radiumisotope in der Kopffraktion hat also nicht stattgefunden.

===== Die Fraktionierungen mit Bariumbromid =====
Nur drei Tage später wird der nächste Versuch durchgeführt. Die Uranprobe ist diesmal 45&nbsp;Stunden lang bestrahlt worden, die Mitfällung der Reaktionsprodukte erfolgt wiederum an Bariumchlorid, die anschließende Fraktionierung jedoch mit Bariumbromid. Hierzu wird die Mischung aus Barium- und Radiumchlorid in Form ihrer [[Carbonate]] ausgefällt und die Fällung in [[Bromwasserstoffsäure]] HBr gelöst. Durch tropfenweise Zugabe weiterer HBr wird die Lösung fraktioniert kristallisiert. Vier Kristallfraktionen von Bariumbromid sind diesmal das Ergebnis.

Mit dem Beginn der Messungen wartet man etwa eine Stunde, dann liegt nur noch RaIII vor. Drei dieser vier Fraktionen werden abwechselnd gemessen. Auch hier ist die Aktivität bei allen Proben zum gleichen Zeitpunkt die gleiche, sie nimmt der HWZ des RaIII entsprechend stetig ab.

Bei einem dritten Versuch, am 8. Dezember, mit lang bestrahltem Uran, erfolgt eine Fraktionierung mit dem langlebigen RaIV, wiederum mit Bromid. Auch hier das gleiche Ergebnis, alle Fraktionen haben die gleiche Aktivität, eine Anreicherung des RaIV findet ebenfalls nicht statt.

==== Kontrollversuche ====
Bei der Suche nach einer plausiblen Erklärung für dieses anomale Verhalten des Radiums halten Hahn und Straßmann es für möglich, dass die Radiumisotope nur deshalb nicht in der Kopffraktion der Bariumsalze angereichert werden, weil ihre Konzentration in den Trägersubstanzen zu gering ist; jedenfalls wesentlich geringer als bei den klassischen Arbeiten zur Isolierung des Radiums.

Zur Gegenkontrolle versetzen sie deshalb Bariumchlorid mit unterschiedlichen Mengen an natürlich radioaktiven Radiumisotopen (<sup>224</sup>Ra bzw. <sup>228</sup>Ra; vgl. [[#Indikatorversuche|Indikatorversuche]]) und fraktionierten. Diese (wirklichen) Radiumisotope reicherten sich, auch wenn sie in nur sehr geringen Konzentrationen dem Barium beigemischt sind, erwartungsgemäß in der Kopffraktion des Bariums an.

==== Indikatorversuche ====
Die bisher beschriebenen Versuche haben also übereinstimmend gezeigt, dass bei der fraktionierten Kristallisation der Radiumisotope RaII, RaIII und RaIV mit Bariumchlorid oder Bariumbromid nicht die für Radium zu erwartende Anreicherung in der Kopffraktion erfolgt. Die natürlichen Radiumisotope <sup>224</sup>Ra und <sup>228</sup>Ra hatten sich hingegen, in getrennten Versuchsreihen, wie gewohnt verhalten.

Nun lag es nahe, die beiden Versuchsreihen zu vereinen: das aus dem Uran durch Neutronenbestrahlung entstandene „künstliche“ Radium mit natürlichem Radium zu vermischen und gemeinsam zu fraktionieren. Das natürliche Radium ist dann der [[Indikator (Chemie)|Indikator]] für das chemische Verhalten dieses Elements unter den gewählten Bedingungen; ein künstliches Radium muss sich genau so verhalten.

Hahn und Straßmann betrachten einen solchen Versuch als [[experimentum crucis]]. Sie verwenden als Indikator das Radiumisotop [[Radium|Mesothorium 1]] (MsTh1; <sup>228</sup>Ra), einen β<sup>−</sup>-Strahler, der 1908 von Hahn entdeckt worden war. Er ist die Tochtersubstanz des natürlichen Thoriums, des Anfangsgliedes der [[Thorium-Reihe|Thorium-Zerfallsreihe]]:

:<math>{}^{232}_{\ 90} \mathrm {Th}\ \xrightarrow[{1,4} \ \cdot \ {10^1}{^0} {\ a}]{\text{ }\mathrm{\alpha}} {}^{228}_{\ 88} \mathrm {Ra\ (MsTh1)} \ \xrightarrow[{6,7\ a}]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{228}_{\ 89} \mathrm {Ac\ (MsTh2)} \ \xrightarrow[{6,13\ h}]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{228}_{\ 90} \mathrm {Th} \ \xrightarrow[{1,9\ a}]{\text{ }\mathrm{\alpha}} \ </math> ……

Aus dem <sup>228</sup>Ra geht das Actiniumisotop Mesothorium2 (MsTh2; <sup>228</sup>Ac) hervor, ebenfalls eine frühe Entdeckung Hahns. Es dient als Indikator für ein gleichartiges Experiment mit dem künstlichen Actinium (vgl. Abschnitt [[#AcIV - MsTh2|AcIV - MsTh2]]).

===== RaIII - MsTh1 =====
Der Versuch zur Prüfung von RaIII wird am 17. Dezember 1938 durchgeführt. Nachdem eine Uranprobe über Nacht bestrahlt worden war, bleibt sie 2,5&nbsp;Stunden stehen, um das kurzlebige RaI und RaII zerfallen zu lassen. Die Folgeprodukte AcI und AcII werden dann entfernt und als Indikator wird gereinigtes MsTh1 zugegeben. Zur Mitfällung des RaIII und des MsTh1 werden 3&nbsp;Gramm Bariumbromid zugesetzt.

Die Fraktionierung ergibt drei Fraktionen mit je 500&nbsp;mg&nbsp;BaBr<sub>2</sub>. Um zu entscheiden, wie sich die beiden Radium-Isotope verhalten, muss die Aktivität der Fraktionen über mehrere Tage hinweg gemessen werden, da es hierzu ja drei Beiträge gibt:
{| width="100%" cellspacing="5" 
|- valign="top"
| RaIII, || das mit einer HWZ von 86 Minuten zerfällt,
|- valign="top"
| MsTh1 || (<sup>228</sup>Ra), dessen Aktivität während der Versuchsdauer konstant bleibt (HWZ:&nbsp;6,7&nbsp;a),
|- valign="top"
| MsTh2 || (<sup>228</sup>Ac), das bei der Fraktionierung in der Mutterlauge zurückbleibt, aber während der Messdauer aus MsTh1 nachgebildet wird (HWZ:&nbsp;6,13&nbsp;h).
|}
Erst anhand einer graphischen Auswertung kann dann das Ergebnis ermittelt werden. Die Kurven zeigen in den ersten Stunden einen steilen Aktivitätsabfall, der durch den Zerfall von RaIII verursacht ist. Dieser Abfall wird gebremst und schließlich in einen Aktivitätsanstieg umgemünzt durch das aus MsTh1 nachgebildete MsTh2, das nach ca.&nbsp;60&nbsp;Stunden seinen Endwert erreicht hat und dann im radioaktiven Gleichgewicht mit seiner langlebigen Muttersubstanz MsTh1 ist. Dieser Endwert liegt für die drei Fraktionen bei 67,6&nbsp;/&nbsp;25&nbsp;/&nbsp;11&nbsp;Impulsen/Minute. Er besagt, dass das MsTh1 in den Bariumbromidfraktionen 1&nbsp;bis&nbsp;3 in Konzentrationen vorhanden ist, die sich wie 6,1 ''':''' 2,3 ''':''' 1 verhalten; das natürliche Radiumisotop hat sich also wie erwartet in der Kopffraktion stark angereichert.

Der Aktivitätsanteil des RaIII bei jeder der drei Fraktionen ergibt sich, wenn von der jeweils gemessenen Aktivität die Anteile abgezogen werden, die dem MsTh1 und dem nachgebildeten MsTh2 zuzuordnen sind. Trägt man diese bereinigten Messwerte in Abhängigkeit von der Zeit in ein Diagramm mit halblogarithmischem Maßstab ein, so liegen die Messpunkte für jede Fraktion auf einer Geraden, deren Neigung der HWZ des RaIII entspricht; extrapoliert man diese Geraden auf den Zeitpunkt Null, so ergeben sich für die drei Fraktionen Aktivitäten von 81, 72 und 81&nbsp;Impulsen/Minute. Innerhalb der Fehlergrenzen der Messungen (±10 % angesichts der geringen Zählraten) ist die Konzentration des RaIII in den drei Bariumbromidfraktionen also konstant, eine Anreicherung hat nicht stattgefunden. RaIII verhält sich also auch bei diesem Versuch nicht wie der zugesetzte Radiumindikator MsTh1, sondern wie natürliches Barium.

===== AcIV - MsTh2 =====
Wenn die „Radium“isotope kein Radium sind, sondern Barium, dann wird aus der obengenannten Zerfallsreihe mit den vermeintlichen Radiumisotopen (vgl. [[#Berlin, Herbst 1938: Die „Radium“-Isotope|Berlin, Herbst 1938: Die „Radium“-Isotope]])
: Ra → Ac → Th → ?
die neue Reihe
: Ba → La → Ce → ?
Das Ac-Isotop ist also kein Actinium, sondern sollte Lanthan sein. Auch diese Folgerung prüfen Hahn und Straßmann in einem weiteren Indikatorversuch zwei Tage später nach. Sie unterziehen bei einer mehrere Tage lang bestrahlten Uranprobe das aus RaIV nachgebildete AcIV (HWZ:&nbsp;40&nbsp;Stdn) einer fraktionierten Kristallisation mithilfe von Lanthanoxalat. Die [[Oxalate]] von Lanthan und Actinium sind in verdünnten Säuren schwer löslich, Actinium-Oxalat jedoch nicht so sehr wie Lanthan-Oxalat; bei einer fraktionierten Kristallisation müsste sich also Actinium-Oxalat in der letzten Fraktion, der Schwanzfraktion, anreichern.

Als Indikator wird das natürlich radioaktive Ac-Isotop MsTh2 (HWZ: 6,1&nbsp;Stdn) zugeben. MsTh2 reichert sich, wie erwartet, in der Schwanzfraktion an, das AcIV jedoch ist gleichmäßig über alle vier Fraktionen verteilt; es ist also kein Actinium, es verhält sich wie Lanthan.

=== Berlin, Dezember 1938: Der chemische Nachweis von Barium ===
{{anker|bild_tisch}}
[[Datei:Nuclear Fission Experimental Apparatus 1938 - Deutsches Museum - Munich.jpg|mini|Versuchsaufbau, mit dem [[Otto Hahn]] und [[Fritz Straßmann]] am 18. Dezember 1938 in Berlin die Kernspaltung entdeckten bzw. feststellten. (Standort des Messtisch: [[Deutsches Museum]])]]
Alle diese Trenn-, Kontroll- und Indikatorversuche zeigen also, dass die Körper RaII, RaIII und RaIV, die man bisher für Radiumisotope gehalten hatte, keine Isotope des chemischen Elements Radium sein können. Sie verhalten sich chemisch genau so wie das inaktive Trägerelement Barium. Hieraus müssen Hahn und Straßmann den einzig möglichen Schluss ziehen: Die vermeintlichen Radiumisotope sind kein Radium, es sind radioaktive Isotope des chemischen Elements Barium.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden von Hahn und Straßmann in einem Bericht zusammengefasst, der am 22. Dezember 1938 bei der Redaktion der Zeitschrift ''[[Die Naturwissenschaften]]'' eingereicht wird und bereits am 6.&nbsp;Januar 1939 erscheint.<ref name=":7">{{Literatur |Autor=O. Hahn, F. Strassmann |Titel=Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle |Sammelwerk=Die Naturwissenschaften |Band=27 |Nummer=1 |Datum=1939-01 |ISSN=0028-1042 |DOI=10.1007/BF01488241 |Seiten=11–15 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01488241 |Abruf=2025-09-29}}</ref> Die Autoren geben ihre „seltsamen Ergebnisse nur zögernd“ bekannt. Als Chemiker zweifeln sie nicht daran, dass es sich bei den vermeintlichen Radiumisotopen um radioaktive Bariumisotope handelt. Als der Physik „in gewisser Weise nahestehende Kernchemiker“ halten sie sich jedoch mit einer physikalischen Deutung des Vorgangs zurück, da er allen bisherigen Erfahrungen der Kernphysik widerspricht. In einem Brief an Lise Meitner vom 19.&nbsp;Dezember 1938 wird Hahn jedoch deutlicher, indem er schreibt: „Vielleicht kannst Du irgend eine phantastische Erklärung vorschlagen. Wir wissen dabei selbst, dass es (Anmerkung: der Urankern) eigentlich nicht in Ba zerplatzen kann.“

==== Indikatorversuch mit Radiumisotop ThX ====
In einer weiteren Arbeit<ref name=":8">{{Literatur |Autor=Otto Hahn, Fritz Strassmann |Titel=Nachweis der Entstehung aktiver Bariumisotope aus Uran und Thorium durch Neutronenbestrahlung; Nachweis weiterer aktiver Bruchstücke bei der Uranspaltung |Sammelwerk=Die Naturwissenschaften |Band=27 |Nummer=6 |Datum=1939-02 |ISSN=0028-1042 |DOI=10.1007/BF01488988 |Seiten=89–95 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01488988 |Abruf=2025-09-29}}</ref> die Ende Januar 1939 eingereicht wird, veröffentlichen Hahn und Straßmann dann die Messkurven ihres Indikatorversuchs mit RaIII-MsTh1 und Bariumbromid, und sie berichten über die Ergebnisse weiterer Indikatorversuche mit RaIII und RaIV (wobei sie an Stelle von RaIII und RaIV nun BaIII und BaIV schreiben). Der Indikator ist das Isotop <sup>224</sup>Ra (Thorium X), ein α-Strahler, der über ein β<sup>−</sup>-strahlendes Folgeprodukt nachgewiesen wird. Die Fraktionierung des Radium-Barium-Gemisches erfolgt durch Fällung der schwerlöslichen [[Chromate]], die sich besonders gut für diesen Zweck eignen. Die Auswertung der Messkurven bringt wiederum das gleiche Ergebnis: das „echte“ Radiumisotop (ThX) wird in der Kopffraktion von BaCrO<sub>4</sub> sehr stark angereichert, das vermeintliche Radium (BaIII bzw. BaIV) ist gleichmäßig auf die einzelnen BaCrO<sub>4</sub>-Fraktionen verteilt.

==== Kreislaufversuch ====
In einem letzten Indikatorexperiment prüfen Hahn und Straßmann, ob inaktives Barium und die vermeintlichen Radium-Aktivitäten auch dann unzertrennlich sind, wenn folgender „Kreisprozess“ durchgeführt wird.

Aus einem lang bestrahlten Uran wird der 12d-Körper RaIV nach Zugabe von 3&nbsp;g&nbsp;BaCl<sub>2</sub> abgetrennt. Von diesem nun radioaktiven [[Bariumchlorid]] werden etwa 0,5&nbsp;g zurückbehalten, die übrige Menge wird nacheinander in folgende chemische Verbindungen umgewandelt:
:: [[Bariumsuccinat]] (bernsteinsaures Barium)
:: [[Bariumnitrat]]
:: [[Bariumcarbonat]]
:: Bariumchlorid
:: Barium-Ferri-Mannit (organische Barium-Eisen-Verbindung)
:: Bariumchlorid
wobei die jeweilige Verbindung gefällt oder auskristallisiert wird und nach dem Abtrennen von der wässrigen Lösung in die nächstfolgende Verbindung überführt wird.

Sowohl vom zurückbehaltenen wie auch dem mehrfach umgewandelten Bariumchlorid werden dann jeweils gleiche Mengen abwechselnd unter demselben Zählrohr gemessen. Über einen Zeitraum von 14&nbsp;Tagen haben beide Präparate zum gleichen Zeitpunkt immer die gleiche Aktivität. An dem Mischungsverhältnis zwischen Barium und RaIV hat sich während des Kreislaufs also nichts geändert, RaIV verhält sich auch bei diesem Versuch wie Barium.

=== Der chemische Nachweis weiterer Spaltprodukte ===
==== Radioaktive Edelgase ====
Wenn der Urankern mit seinen 92 Kernladungen einen Bariumkern mit der Kernladung 56 abspaltet, bleibt das Element mit der Kernladung 36 übrig, also ein Isotop des Edelgases [[Krypton]]. Da eine direkte Messung radioaktiver [[Edelgase]] schwierig erscheint, benutzen Hahn und Straßmann indirekte Nachweise anhand der Zerfallsprodukte des Kryptons, nämlich radioaktiver Isotope der Elemente 37 und 38 ([[Rubidium]] und [[Strontium]]). Am einfachsten lässt sich Strontium isolieren. Es gehört ebenso wie Barium zur Gruppe der [[Erdalkalimetalle]], lässt sich jedoch leicht von Barium trennen, da [[Strontiumchromat]] im Gegensatz zu [[Bariumchromat]] in verdünnten Säuren löslich ist. Ein entsprechender Versuch bestätigt die Vermutung: Es wird radioaktives Strontium gefunden und auch dessen Folgeprodukt, ebenfalls ein β<sup>−</sup>-Strahler.

In einem zweiten Experiment beweisen sie auf einem ganz anderen Weg, dass ein Edelgas vorliegt und in ein Alkalielement zerfällt. Dazu bestrahlen sie eine wässrige Lösung von Uranylnitrat und lassen während der Bestrahlung einen Luftstrom hindurchperlen, um gebildete Edelgas-Spaltprodukte (Krypton oder Xenon) auszutreiben. Der Luftstrom passiert anschließend ein zweites Gefäß mit Wasser, das die aus dem Edelgas entstehenden wasserlöslichen Zerfallsprodukte (Rubidium oder Cäsium) aufnimmt. Aus dieser Lösung werden dann die schweren Alkalielemente gemeinsam mit inaktivem Cäsiumträger ausgefällt.

In der Veröffentlichung<ref name=":8" /> bleibt noch offen, ob es sich um Rubidium (aus Krypton) oder Cäsium (aus Xenon) handelt. Wenig später stellt sich heraus, dass beide Elementpaare vorliegen.

=== Der chemische Nachweis einer Kernspaltung des Thoriums ===
Der Bericht<ref name=":8" /> bringt nicht nur den „endgültigen Beweis für das Entstehen von Barium aus dem Uran“, sondern auch den Nachweis, dass bei der Bestrahlung des Thoriums mit Neutronen ebenfalls Bariumisotope entstehen.

In ihrer vorhergehenden Veröffentlichung<ref name=":7" /> hatten Hahn und Straßmann Bestrahlungsversuche an Thorium erwähnt, die sie 1938 noch gemeinsam mit Lise Meitner durchgeführt hatten und bei denen damals auch „Radium“-Isotope gefunden worden waren<ref name=":6" />, die aus jetziger Sicht ebenfalls radioaktive Bariumisotope sein könnten. Die nun erfolgte erneute Überprüfung (mit Thorium X als Indikator für Radium und einer Fraktionierung in Form der Chromate) bestätigt diese Vermutung.

== Die physikalische Deutung der Kernspaltung ==
{{Hauptartikel|Kernspaltung}}
Bereits vor dem Abschluss des ersten Manuskripts zu<ref name=":7" />, am 19.&nbsp;Dezember 1938, hatte Otto Hahn Lise Meitner brieflich über diese Ergebnisse informiert und sie gefragt, ob sie für das beobachtete Verhalten des Urans (''Zerplatzen in Barium?'') irgendeine kernphysikalische Erklärung hätte. Ohne ihre Antwort abzuwarten, schreibt er ihr zwei Tage später: „Wir können unsere Ergebnisse nicht totschweigen, auch wenn sie physikalisch vielleicht absurd sind.“ Sie antwortet ihm auf seinen ersten Brief am 21. Dezember 1938:

„Mir scheint die Annahme eines so weitgehenden Zerplatzens sehr schwierig, aber wir haben in der Kernphysik so viele Überraschungen erlebt, daß man auf nichts ohne weiteres sagen kann: es ist unmöglich.“

=== Theoretische Überlegungen ===
Lise Meitner verbringt die Weihnachtstage bei schwedischen Freunden in der kleinen Stadt [[Kungälv]] in der Nähe von Göteborg und hat ihren Neffen Otto Frisch gebeten, sie dort zu besuchen. Frisch ist Physiker bei Niels Bohr am Institut für Theoretische Physik in Kopenhagen. Es wird nach seinen eigenen Worten der bedeutungsvollste Besuch seines Lebens, denn innerhalb weniger Tage finden sie gemeinsam die Lösung des Problems.

Von einem Atomkern waren bisher niemals größere Bruchstücke als Protonen oder Heliumkerne (Alphateilchen) abgespalten worden, eine Emission noch größerer Teilchen war nach wohlfundierten theoretischen Konzepten der Kernphysik äußerst unwahrscheinlich. Dieser Ansicht widersprechen jedoch die jüngsten Analysenergebnisse aus Berlin.

Meitner und Frisch greifen deshalb auf eine Modellvorstellung zurück, bei der Atomkerne mit elektrisch geladenen [[Tröpfchenmodell|Wassertröpfchen]] verglichen werden. In diesem Konzept ist der große Urankern ein schon ziemlich labiles Gebilde, das – so ihr Schluss – durch das Einfangen eines Neutrons so heftig in Schwingungen geraten kann, dass er sich in zwei kleinere, etwa gleich große Kerne teilt. Diese beiden Atomkerne stoßen sich wegen ihrer positiven Kernladungen stark voneinander ab. Die dadurch freiwerdende Energie schätzen sie anhand des [[Massedefekt]]es auf etwa 200&nbsp;Millionen [[Elektronenvolt]] (= 200&nbsp;MeV); das ist weit mehr, als ein anderer Prozess irgendwelcher Art liefern könnte.

Meitner und Frisch bezeichnen diesen bisher unbekannten Vorgang als „fission process“ (in Anlehnung an den biologischen Vorgang der Zellteilung), im Deutschen werden daraus die Begriffe „Spaltprozess“ und „Kernspaltung“. Anschaulich beschrieben hat Frisch diese Überlegungen und Schlussfolgerungen, zu denen seine Tante und er bei einem Spaziergang im Schnee gelangt sind, in seinem Buch „Woran ich mich erinnere“ (vgl. Abschnitt „Sonstige Literatur“).

Über ihre Erkenntnisse berichten Meitner und Frisch in einer kurzen Notiz, die am 16. Januar 1939 bei der Zeitschrift „Nature“ eingereicht wird und am 11. Februar 1939 erscheint.<ref name=":5" /> Otto Hahn erhält eine Kopie des Manuskripts am 24. Januar 1939.

Frisch fährt Anfang Januar nach Kopenhagen zurück. Als er Niels Bohr über die neuesten Ergebnisse aus Berlin und Kungälv informiert, schlägt dieser sich mit der Hand an die Stirn und ruft: „Ach, was für Idioten wir doch alle waren! Das hätten wir voraussehen können.“

=== Physikalische Bestätigung der Kernspaltung ===
Den theoretischen Überlegungen von Meitner und Frisch folgt eine Veröffentlichung von Otto Frisch, in der er das im Vorgängerartikel<ref name=":5" /> entworfene Konzept einer Spaltung in zwei energiereiche Fragmente experimentell bestätigt.<ref name=":9">{{Literatur |Autor=O. R. Frisch |Titel=Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment |Sammelwerk=Nature |Band=143 |Nummer=3616 |Datum=1939-02-18 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/143276a0 |Seiten=276–276 |Online=https://www.nature.com/articles/143276a0 |Abruf=2025-09-29}}</ref>

Frisch sucht nach den postulierten Fragmenten hoher Geschwindigkeit mit einer Kernladungszahl von etwa 40 bis 50 und einem Atomgewicht von etwa 100 bis 150. Trotz ihrer sehr hohen Energie von bis zu 100&nbsp;MeV sollten diese Atomkerne nur eine Reichweite von einigen Millimetern haben, da sie aufgrund ihrer hohen Ladung die umgebende Luft sehr stark ionisieren und hierdurch rasch abgebremst werden. Solche Vorgänge lassen sich mit einer [[Ionisationskammer]] messen.

Frisch verwendet eine sehr kleine Ionisationskammer von nur 3&nbsp;cm Durchmesser, in die er auf einem Kupferblech ein Uranpräparat einschiebt. Da die Reichweite der Fragmente von der Gasfüllung der Kammer abhängt (sie ist umso größer, je niedriger das Atomgewicht des Füllgases ist), füllt er sie mit Wasserstoff.

Die Ra-Be-Neutronenquelle (mit 300&nbsp;mg Radium) ist so unter der Ionisationskammer angebracht, dass (zur Abbremsung der Neutronen) ein hohler Paraffinzylinder über die Neutronenquelle geschoben werden kann. Durch eine geeignete elektrische Schaltung mit einem [[Thyratron]] sorgt Frisch dafür, dass von dem angeschlossenen Zählwerk nur stark ionisierende Teilchen (mit einer Energie größer als 20&nbsp;MeV) registriert werden; alle schwächeren Stromimpulse, vor allem die Alphateilchen des Urans (4,2&nbsp;MeV), werden hingegen unterdrückt.

Bei der Bestrahlung mit ungebremsten Neutronen registriert die Messapparatur etwa 15&nbsp;Spaltprodukte pro Minute; werden die Neutronen durch die Paraffinschicht abgebremst, so werden doppelt so viele dieser energiereichen Bruchstücke gemessen. Bei der Bestrahlung von Thorium sind die Ergebnisse ähnlich, langsame Neutronen verstärken hier den Effekt jedoch nicht. Mit diesem Versuch (durchgeführt am 13. und 14.&nbsp;Januar 1939) gelingt es Frisch, die Spaltung von Uran und Thorium auf physikalischem Wege nachzuweisen und die postulierte, ungewöhnlich hohe Energiefreisetzung zu bestätigen.

=== Ergänzende Beobachtungen zur Kernspaltung ===
Durch das Erscheinen der Berichte<ref name=":7" /><ref name=":8" /><ref name=":5" /><ref name=":9" /> im Januar bzw. Februar 1939 wird weltweit eine wahre Flut von Untersuchungen ausgelöst. Bereits Ende Februar sind mehr als 40 Arbeiten erschienen, in denen die Kernspaltung des Urans durch Neutronen ebenfalls nachgewiesen wird.

==== Die Kettenreaktion beim Uranisotop 235 ====
Niels Bohr entwickelt das von Meitner und Frisch vorgeschlagene Konzept weiter und kommt zu der Erkenntnis, dass die Spaltung des Urans nicht am Hauptisotop <sup>238</sup>U, sondern am seltenen Uranisotop <sup>235</sup>U erfolgt, das im natürlichen Uran nur zu 0,7 % vorhanden ist.<ref name=":13">{{Literatur |Autor=N. Bohr |Titel=Resonance in Uranium and Thorium Disintegrations and the Phenomenon of Nuclear Fission |Sammelwerk=Physical Review |Band=55 |Nummer=4 |Datum=1939-02-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.55.418.2 |Seiten=418–419 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.55.418.2 |Abruf=2025-09-29}}</ref> Eine Arbeitsgruppe um Frédéric Joliot findet, dass bei der Uranspaltung zwei bis drei Neutronen pro Spaltung freigesetzt werden.<ref>{{Literatur |Autor=H. Von Halban, F. Joliot, L. Kowarski |Titel=Liberation of Neutrons in the Nuclear Explosion of Uranium |Sammelwerk=Nature |Band=143 |Nummer=3620 |Datum=1939-03 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/143470a0 |Seiten=470–471 |Online=https://www.nature.com/articles/143470a0 |Abruf=2025-09-29}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=H. Von Halban, F. Joliot, L. Kowarski |Titel=Number of Neutrons Liberated in the Nuclear Fission of Uranium |Sammelwerk=Nature |Band=143 |Nummer=3625 |Datum=1939-04-22 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/143680a0 |Seiten=680–680 |Online=https://www.nature.com/articles/143680a0 |Abruf=2025-09-29}}</ref> Damit ist die Möglichkeit für eine [[Kettenreaktion (Kernphysik)|Kettenreaktion]] gegeben, in der diese Neutronen weitere Urankerne spalten.<ref name=":12" />

[[Siegfried Flügge]] prüft 1939 in einer ausführlichen Abhandlung, ob und wie der Energieinhalt der Atomkerne in einer solchen „Uranmaschine“ technisch nutzbar gemacht werden kann.<ref>{{Literatur |Autor=S. Flügge |Titel=Kann der Energieinhalt der Atomkerne technisch nutzbar gemacht werden? |Sammelwerk=Die Naturwissenschaften |Band=27 |Nummer=23-24 |Datum=1939-06 |ISSN=0028-1042 |DOI=10.1007/BF01489507 |Seiten=402–410 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01489507 |Abruf=2025-09-29}}</ref> Nach heutiger Begrifflichkeit stellt er also die Frage ob ein Kernreaktor ausschließlich als [[Forschungsreaktor]] oder auch als Leistungsreaktor betrieben werden kann.

==== Spaltprodukt-Paare ====
In ihrem Bericht<ref name=":8" /> haben Hahn und Straßmann auch einige Vermutungen über die Massenzahl der Bariumisotope geäußert; danach dürfte BaIII das Atomgewicht 139 und BaIV das Atomgewicht 140 haben. Beide sind Isotope, die im natürlich vorkommenden Barium nicht vorhanden sind.

Unterstellt man nun, dass bei der Uranspaltung zusammen mit jedem der beiden ebengenannten Bariumisotope sowohl zwei als auch drei freie Neutronen auftreten können, so ergeben sich allein für diese beiden Bruchstücke folgende Spaltprozesse:

:<math>{}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \ + \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow \ {}^{236}_{\ 92} \mathrm {U} \ \rightarrow \ {}^{139}_{\ 56} \mathrm {Ba} \ + \ {}^{95}_{36} \mathrm {Kr} \ + \ 2 \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} </math>

:<math>{}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \ + \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow \ {}^{236}_{\ 92} \mathrm {U} \ \rightarrow \ {}^{139}_{\ 56} \mathrm {Ba} \ + \ {}^{94}_{36} \mathrm {Kr} \ + \ 3 \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} </math>

:<math>{}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \ + \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow \ {}^{236}_{\ 92} \mathrm {U} \ \rightarrow \ {}^{140}_{\ 56} \mathrm {Ba} \ + \ {}^{94}_{36} \mathrm {Kr} \ + \ 2 \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} </math>

:<math>{}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \ + \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow \ {}^{236}_{\ 92} \mathrm {U} \ \rightarrow \ {}^{140}_{\ 56} \mathrm {Ba} \ + \ {}^{93}_{36} \mathrm {Kr} \ + \ 3 \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} </math>

Dass die Spaltung jedoch nicht auf die Kombination Barium + Krypton beschränkt ist, haben Hahn und Straßmann bereits in ihrem Bericht angedeutet, einige Wochen später können sie dann auch die Elementkombination Xe + Sr als weiteres Spaltproduktpaar nachweisen<ref>{{Literatur |Autor=Otto Hahn, Fritz Strassmann |Titel=Über die Bruchstücke beim Zerplatzen des Urans |Sammelwerk=The Science of Nature |Band=27 |Nummer=10 |Datum=1939-03 |ISSN=0028-1042 |DOI=10.1007/BF01489658 |Seiten=163–164 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01489658 |Abruf=2025-09-29}}</ref>, schließlich auch Cs + Rb.<ref>{{Literatur |Autor=Otto Hahn, Fritz Strassmann |Titel=Weitere Spaltprodukte aus der Bestrahlung des Urans mit Neutronen |Sammelwerk=Die Naturwissenschaften |Band=27 |Nummer=31 |Datum=1939-08 |ISSN=0028-1042 |DOI=10.1007/BF01495576 |Seiten=529–534 |Online=http://link.springer.com/10.1007/BF01495576 |Abruf=2025-09-29}}</ref>

Betrachtet man die ebengenannten und noch weitere Spaltpaare in der geordneten Reihenfolge

:<math>{}^{}_{53} \mathrm {I }  \ \ \ + \ {}^{}_{39} \mathrm {Y} </math>

:<math>{}^{}_{54} \mathrm {Xe} \ + \ {}^{}_{38} \mathrm {Sr} </math>

:<math>{}^{}_{55} \mathrm {Cs} \ + \ {}^{}_{37} \mathrm {Rb} </math>

:<math>{}^{}_{56} \mathrm {Ba} \ + \ {}^{}_{36} \mathrm {Kr} </math>

:<math>{}^{}_{57} \mathrm {La} \ + \ {}^{}_{35} \mathrm {Br} </math>

so erkennt man, dass sowohl die erstgenannten Partner (I……La) als auch die zweiten (Y……Br) jeweils aufeinanderfolgende Elemente im periodischen System sind, wobei sich beide Gruppen in ihrer Massenzahl deutlich voneinander unterscheiden. Die Uranspaltung erfolgt also asymmetrisch; wie sich in den folgenden Jahren herausstellt, gruppieren sich die schweren Partner um die Massenzahl&nbsp;138, die leichten um die Masse&nbsp;95. Nimmt man die selteneren Produkte hinzu, so sind im Spaltproduktgemisch um die vierzig Elemente, vom Kupfer bis zu den schweren Lanthanoiden vertreten und von jedem dieser Elemente mehrere Isotope.

==== Spaltprodukt-Zerfallsketten ====
Die primären Spaltprodukte, die unmittelbar nach dem Neutroneneinfang eines Urankerns durch dessen Spaltung entstehen, wandeln sich durch β<sup>−</sup>-Zerfall um und bilden Zerfallsketten, bis ein stabiler Kern erreicht ist. Aus einem primären Spaltprodukt Lanthan z.&nbsp;B. entsteht die Zerfallskette
:: La → Ce → Pr → Nd (stabil)
aus einem primären Barium eine andere Kette
:: Ba → La → Ce → Pr (stabil)
Reaktionsprodukte der Bestrahlung entstehen also sowohl primär durch Spaltung als auch sekundär durch Zerfall.

Bei den Versuchen in Rom, Paris und Berlin waren alle diese Spaltprodukte im neutronenbestrahlten Uran vorhanden, die Beteiligten hatten jedoch nicht gezielt danach gesucht!

Der 3,5-h-Körper von Joliot-Curie und Savitch wird im Nachhinein als ein Isotopengemisch identifiziert, das hauptsächlich aus dem Spaltprodukt <sup>92</sup>[[Yttrium|Y]] (HWZ: 3,5 Stunden) besteht, einem Isotop des chemischen Elements Yttrium, das in der gleichen Gruppe des periodischen Systems steht wie Lanthan (Lanthanoide).

Diese schon für sich genommen komplexen Zerfallsketten werden zusätzlich verkompliziert, wenn – anders als in den oben beschriebenen Experimenten – die Neutronenstrahlung über längere Zeit anhält. Einige Zerfallsprodukte bzw. deren Tochternuklide haben sehr große Wirkungsquerschnitte für [[Neutroneneinfang]]. Hierdurch kann bei einer entsprechend lang anhaltenden Bestrahlung ein Nuklid in eines mit einer höheren Massezahl umgewandelt werden. Insbesondere im Rahmen der so-genannten [[Xenonvergiftung]] ist dies beim Betrieb kommerzieller Kernreaktoren von Relevanz.

=== Freisetzung von Energie bei der Kernspaltung ===

Die [[Nukleon]]en (Protonen und Neutronen) im Atomkern werden durch die so genannten [[Starke Wechselwirkung|Kernkräfte]] zusammengehalten. Die Energie, die freigesetzt würde, wenn man einen Atomkern aus einzelnen Nukleonen zusammensetzen würde, nennt man „[[Bindungsenergie#Kernphysik|Bindungsenergie]]“. Sie wächst mit der Zahl der Nukleonen im Kern, jedoch nicht gleichmäßig, sondern sie ist pro Nukleon gerechnet für mittelschwere Atomkerne wie z.&nbsp;B. die Spaltprodukte deutlich größer als für die Atomkerne des Urans. Dieser Überschuss an Bindungsenergie wird beim Spaltprozess frei, wenn aus einem Uran- zwei Spaltproduktkerne entstehen.

Die Kernkräfte sind weitaus stärker als die [[Elektromagnetische Wechselwirkung|elektromagnetischen Kräfte]], die für die chemische Bindung verantwortlich sind. Daher wird bei Kernspaltung weitaus mehr Energie freigesetzt als beispielsweise bei der Explosion von Sprengstoffen oder alltäglichen Prozessen. So kann man durch Verbrennen von 1&nbsp;[[mol]] (12&nbsp;Gramm) Kohlenstoff etwa 1&nbsp;Liter Wasser zum Kochen bringen; bei der Kernspaltung von 1&nbsp;mol (235&nbsp;Gramm) <sup>235</sup>U sind es {{ZahlExp|5|7|post=Liter}} Wasser (=&nbsp;50.000&nbsp;Kubikmeter).

Nach der von Einstein 1905<ref name=":11" /> entdeckten Beziehung {{nowrap|1=''E<sub>0</sub> = mc<sup>2</sup>''}} sind [[Äquivalenz von Masse und Energie|Masse und Energie äquivalent]]: wenn ein System Energie abgibt, verringert sich seine Masse. Im Fall der Kernspaltung ist die Energiefreisetzung so groß, dass man diesen Massenverlust experimentell nachweisen kann. In manchen populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen heißt es, dass „eine [[Äquivalenz von Masse und Energie#Umwandlung von Masse in Energie|Umwandlung von Masse in Energie]]“ stattfinde und dass „aufgrund“ des Massenunterschieds die Energien so hoch seien. Dies ist jedoch falsch: es wird nichts „umgewandelt“, die Masse ist vielmehr direkt mit der Energie verknüpft. Zur Erklärung der Kernspaltung und der freigesetzten Energiemengen benötigt man die Beziehung {{nowrap|1=''E<sub>0</sub> = mc<sup>2</sup>''}} nicht.

{| class="wikitable" style="float:right;text-align:center;"
|-
! Isotop
! Masse&nbsp;([[Atomare Masseneinheit|u]])
|-
| Neutron
| align="right" | 1,008664
|-
| <sup>235</sup>U
| align="right" | 235,043922
|-
| <sup>139</sup>Ba
| align="right" | 138,908835
|-
| <sup>140</sup>Ba
| align="right" | 139,910599
|-
| <sup>93</sup>Kr
| align="right" | 92,931265
|-
| <sup>94</sup>Kr
| align="right" | 93,934362
|-
| <sup>95</sup>Kr
| align="right" | 94,939840
|}
Aus den heute sehr gut bekannten Werten für die Atommassen der Reaktionspartner lässt sich die bei der Kernspaltung auftretende Massenänderung einfach ermitteln und hieraus dann die freiwerdende Energie berechnen.

Aus diesen Werten ergibt sich für die Kernreaktion
: <sup>235</sup>U + n → <sup>139</sup>Ba + <sup>94</sup>Kr + 3 n
eine Massenänderung von 0,183&nbsp;[[Atomare Masseneinheit|u]]; um so viele Masseneinheiten sind die Spaltprodukte auf der rechten Seite der Gleichung leichter als das Uranisotop 235 samt Neutron. Bei der ähnlichen Kernreaktion
: <sup>235</sup>U + n → <sup>140</sup>Ba + <sup>94</sup>Kr + 2 n
ist der Massendefekt mit 0,190&nbsp;u sogar noch etwas größer. Von der ursprünglich vorhandenen Masse von etwa 236&nbsp;u sind also 0,183&nbsp;u bzw. 0,19&nbsp;u verschwunden; dieser Massenanteil von etwa 0,08&nbsp;Prozent ist als Energie freigesetzt worden. Da der Masse von 1&nbsp;u eine Energie von 931,494&nbsp;MeV entspricht, ergeben 0,19&nbsp;u Massendefekt etwa 177&nbsp;MeV Energie.

Meitner und Frisch standen die exakten Daten für die Atommassen nicht zur Verfügung, sie haben deshalb die kinetische Energie der beiden Bruchstücke des Urankerns (die sich wegen ihrer positiven Kernladungen gegenseitig abstoßen) aus dem [[Coulombsches Gesetz|Coulombschen Gesetz]] errechnet<ref name=":5" />, wobei sie für den Abstand der beiden kugelförmigen Spaltprodukte die Summe der Kernradien einsetzen mussten, deren Größe sie nur abschätzen konnten. Sie lagen mit den von ihnen errechneten 200&nbsp;MeV jedoch bemerkenswert gut.

== Die tatsächlichen Transurane ==
{{Hauptartikel|Transurane|Actinoide}}
Mit der Entdeckung der Kernspaltung war die Interpretation aller zuvor in Berlin durchgeführten Versuche fragwürdig geworden. Die vermeintlichen Transurane erwiesen sich nun als unterschiedliche Spaltprodukte des Urans. Damit begann die Suche nach den Transuranen von neuem.

=== Element 93: Neptunium ===
{{Hauptartikel|Neptunium}}
Ausgangspunkt ist der 23-Minuten-Körper, den das KWI-Team 1937 gefunden und einwandfrei als Uranisotop 239 identifiziert hatte (vgl. Abschnitt [[#Ein Transuran unter den Reaktionsprodukten|Ein Transuran unter den Reaktionsprodukten]]).

Als β<sup>−</sup>-Strahler muss dieses Isotop in Element 93 zerfallen; alles Suchen danach in den Mitfällungen der schwer löslichen Sulfide blieb indessen in Berlin erfolglos.

Die Entdeckung von Element 93 und die Identifizierung gerade dieses Isotops&nbsp;239 von Element&nbsp;93 gelingt 1940 in Berkeley (USA) durch [[Edwin Mattison McMillan|Edwin M. McMillan]] und P. H. Abelson. Als [[Neutronenquelle]] verwenden sie das dort vorhandene, damals weltweit größte [[Cyclotron]]. Mithilfe einer Be-D-Reaktion (Beschuss eines Berylliumpräparats mit [[Deuteron]]en)

::<math>{}^{9}_{4} \mathrm {Be} + {}^{2}_{1} \mathrm {D} \  \rightarrow \ {}^{10}_{\ 5} \mathrm {B} \ + {}^{1}_{0} \mathrm {n} </math>

erzeugt es einen Neutronenstrom, der dem einer Radium-Beryllium-Neutronenquelle mit etwa 1200&nbsp;kg Radium entspricht.

Nach dem intensiven Beschuss einer dünnen Uranschicht kann an dem Präparat ohne eine vorhergehende chemische Trennung neben der 23-min-Aktivität des <sup>239</sup>U eine weitere β<sup>−</sup>-Strahlung mit einer HWZ von 2,3&nbsp;Tagen gemessen werden, die von dem gesuchten Element&nbsp;93 herrühren könnte:

:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} + {}^{1}_{0} \mathrm {n} \  \rightarrow \ {}^{239}_{\ 92} \mathrm {U} \ \xrightarrow[\text{ 23 min}]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 93} \mathrm {EL93}\ \xrightarrow[\text{ 2,3 d}]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 94} \mathrm {EL94}</math>

Dieser Zusammenhang wird im Laufe der Untersuchungen chemisch eindeutig bewiesen. Anders als erwartet erweist sich Element&nbsp;93 jedoch nicht als ein homologes Element zu Rhenium. Es wird nicht mit Platinsulfid zusammen ausgefällt, sondern verhält sich ganz anders, nämlich sehr ähnlich wie Uran. Damit ist auch klar, weshalb die Suche nach Element&nbsp;93 in Berlin und anderswo scheiterte: an falschen Annahmen über die chemischen Eigenschaften dieses Elements.

McMillan und Abelson veröffentlichen ihre Entdeckung Mitte Juni 1940,<ref name=":3">{{Literatur |Autor=Edwin McMillan, Philip Hauge Abelson |Titel=Radioactive Element 93 |Sammelwerk=Physical Review |Band=57 |Nummer=12 |Datum=1940-06-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.57.1185.2 |Seiten=1185–1186 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.57.1185.2 |Abruf=2025-09-28}}</ref> in Berlin wird sie Ende August bekannt. Der Name [[Neptunium]] wird später in Anlehnung an die sonnenfernen Planeten Uranus, Neptun und Pluto gewählt.

Hahn und Straßmann versuchen nun erneut, das Folgeprodukt des 23-Minuten-Körpers zu finden. Da die β<sup>−</sup>-Strahlung von <sup>239</sup>Np jedoch sehr energiearm ist (um 0,4&nbsp;MeV), gelingt ihnen dies erst nach dem Bau eines besonders dünnwandigen Zählrohres. Sie entwickeln ein chemisches Verfahren, um dieses Neptunium-Isotop aus großen Mengen von neutronenbestrahltem Uran zu isolieren. Die von McMillan und Abelson beschriebenen chemischen Eigenschaften können sie bestätigen und wesentlich ergänzen.<ref>{{Literatur |Autor=Fritz Strassmann, Otto Hahn |Titel=Über die Isolierung und einige Eigenschaften des Elements 93 |Sammelwerk=Naturwissenschaften |Band=30 |Nummer=17 |Datum=1942-04-01 |ISSN=1432-1904 |DOI=10.1007/BF01475962 |Seiten=256–260 |Online= |Abruf=}}</ref> Auch sie kommen zu dem Ergebnis, dass das Element&nbsp;93 kein homologes Element zu Rhenium sein kann, das Periodensystem der Elemente in der Anordnung von 1938 also korrekturbedürftig ist.

=== Element 94: Plutonium ===
{{Hauptartikel|Plutonium}}
Da Neptunium-239 ein β<sup>−</sup>-Strahler ist, muss es in ein Isotop 239 des Elements 94, das spätere [[Plutonium]], zerfallen. McMillan und Abelson suchen deshalb in sehr starken Präparaten von Neptunium-239 nach diesem neuen Element, jedoch ohne Erfolg und mit dem Schluss, dass es sich um ein sehr langlebiges und somit selten strahlendes Isotop handeln müsse.<ref name=":3" />

Mit fortschreitender Kenntnis des Spaltprozesses wird klar, dass dieses Plutoniumisotop ähnlich gut spaltbar sein sollte wie <sup>235</sup>U. Die Suche am Berkeley-Cyclotron wird deshalb, nun als geheime Forschung, intensiviert.

Man wird auf einem Umweg fündig. Bei der Bestrahlung von Uran mit Deuteronen wird von [[Glenn T. Seaborg]], [[Edwin Mattison McMillan|Edwin M. McMillan]], [[Joseph William Kennedy|Joseph W. Kennedy]] und [[Arthur Wahl|Arthur C. Wahl]] folgende Kernreaktion beobachtet:<ref>{{Literatur |Autor=G. T. Seaborg, A. C. Wahl, J. W. Kennedy |Titel=Radioactive Element 94 from Deuterons on Uranium |Sammelwerk=Physical Review |Band=69 |Nummer=7-8 |Datum=1946-04-01 |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.69.367 |Seiten=367–367 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.69.367 |Abruf=2025-09-28}}</ref>

::<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} + {}^{2}_{1} \mathrm {H} \ \rightarrow \ {}^{238}_{\ 93} \mathrm {Np} + 2 \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} </math>

Das Np-Isotop 238 zerfällt gemäß

::<math>{}^{238}_{\ 93} \mathrm {Np} \ \xrightarrow[\text{ 2,1 d }]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{238}_{\ 94} \mathrm {Pu} \ \xrightarrow[\text{ 88 a }]{\text{ }\mathrm{\alpha}} \  {}^{234}_{\ 92} \mathrm {U} </math>

in <sup>238</sup>Pu, einen langlebigen α-Strahler, der seinerseits ein Uran-Isotop nachbildet. An <sup>238</sup>Pu werden die chemischen Eigenschaften von Plutonium studiert. Es erweist sich als dem Neptunium und Uran eng verwandt und ist sehr schwierig von diesen Elementen zu trennen. Mit diesen Kenntnissen gelingt es aber dann, das gesuchte Plutoniumisotop 239 zu finden, einen Alphastrahler mit 24.000 Jahren Halbwertszeit:<ref>{{Literatur |Autor=J. W. Kennedy, G. T. Seaborg, E. Segrè, A. C. Wahl |Titel=Properties of 94(239) |Sammelwerk=Physical Review |Band=70 |Nummer=7-8 |Datum=1946-10-01 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.70.555 |Seiten=555–556 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.70.555 |Abruf=2025-09-28}}</ref>

:<math>{}^{238}_{\ 92} \mathrm {U} \ + \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow \ {}^{239}_{\ 92} \mathrm {U} \ \xrightarrow[\text{23 min}]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 93} \mathrm {Np} \ \xrightarrow[\text{2,33 d}]{\text{ }\mathrm{\beta}\mathrm{^-}} \ {}^{239}_{\ 94} \mathrm {Pu} \ \xrightarrow[\text{24000 a}]{\text{ }\mathrm{\alpha}} \ {}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} </math>

<sup>239</sup>Pu ist, wie erwartet, sehr gut spaltbar durch Neutronen; auch dabei werden Neutronen emittiert, so dass auch bei diesem Element eine Kettenreaktion möglich ist.

McMillan und Seaborg werden für ihre Entdeckungen 1951 gemeinsam mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

In Deutschland wird nicht nach dem Folgeprodukt von <sup>239</sup>Np, also <sup>239</sup>Pu, gesucht. Hahn und Straßmann, die sich intensiv mit dem Element 93 beschäftigten, mussten dies nach den vergeblichen Versuchen von McMillan und Abelson angesichts ihrer eigenen schwachen Neutronenquellen als aussichtslos ansehen. In den USA wird im Zuge des Manhattan Projects bald die „Massenproduktion“ von Plutonium gestartet. Nach dem Demonstrationsobjekt [[Chicago Pile 1]] (erster von Menschen gemachter Kernreaktor der [[Kritikalität]] erreicht) werden bald „Produktionsreaktoren“ gebaut, welche schließlich genug Plutonium für den [[Trinity-Test]] liefern. Dem deutschen [[Uranverein]] gelingt es nie, Kritikalität zu erreichen. Zuletzt scheitert ein entsprechender Versuch am [[Forschungsreaktor Haigerloch]]. Die Bedeutung von Plutonium wurde von den Deutschen wohl auch nicht erkannt, so unterblieben auch entsprechende Versuche, chemische Verfahren zur Trennung von Uran, Plutonium und Spaltprodukten zu entwickeln, wie sie zur Nutzung von Plutonium nötig sind.

=== Weitere Transurane ===
Die Elemente 95 ([[Americium]]) und 96 ([[Curium]]), die 1944/45 ebenfalls in den USA entdeckt wurden, setzen die uranähnlichen Eigenschaften nicht fort, sondern lehnen sich stark an das Actinium an. Daraus folgert Seaborg, dass im [[Periodensystem]] beim Actinium eine zu den Lanthanoiden homologe Reihe, die der [[Actinoide]]n beginnt, die sich bis zum Element 103 (Lawrencium) erstrecken sollte, eine Voraussage, die sich in den folgenden Jahrzehnten bestätigt hat.

Mit dem Element 104 beginnt dann die Reihe der [[Transactinoide]]. Gegenwärtig (2006) sind deren chemische Eigenschaften bis zum Element&nbsp;108 einschließlich erforscht.<ref>{{Literatur |Autor=Matthias Schädel |Titel=Chemie superschwerer Elemente |Sammelwerk=Angewandte Chemie |Band=118 |Nummer=3 |Datum=2006-01-09 |ISSN=0044-8249 |DOI=10.1002/ange.200461072 |Seiten=378–414 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.200461072 |Abruf=2025-09-28}}</ref> Im [[Periodensystem|periodischen System]] steht jetzt unter dem Rhenium das Element 107 (Bohrium), mit chemischen Eigenschaften, die man in den 1930er Jahren für das Element 93 vermutet hatte.

== Fazit ==
Rückblicke der an der Entdeckung der Kernspaltung unmittelbar beteiligten Personen<ref>O. Hahn: ''Die Auffindung der Uranspaltung''. FIAT Review of German Science 1939–1946, Nuclear Physics and Cosmic Rays, Part 1. Dieterich, Wiesbaden (1948) S.&nbsp;171–178.</ref><ref>L. Meitner: ''Wege und Irrwege zur Kernenergie''. Naturwissenschaftliche Rundschau 16 (1963) S.&nbsp;167–169.</ref><ref>F. Straßmann: ''Kernspaltung – Berlin, Dezember 1938'' Privatdruck, Mainz 1978.</ref> bringen übereinstimmend zum Ausdruck: {{Zitat|Die Entdeckung der Kernspaltung ergab sich, ohne dass man nach ihr gesucht hätte, aus der jahrelangen konsequenten Verfolgung bisweilen unerwarteter radiochemischer Versuchsergebnisse.}}

In der Kernphysik hatte man bei der Herstellung künstlich radioaktiver Isotope ebenso wie bei dem Zerfall natürlich radioaktiver Elemente bis zum Jahresende 1938 immer nur Kernumwandlungen beobachtet, bei denen die neu entstandenen Elemente im periodischen System ganz nahe zum Ausgangselement standen. Bei dem Wettlauf um die Synthese der ersten Transurane aus Uran ging man in Rom, Berlin und Paris deshalb davon aus, die beobachteten radioaktiven Substanzen könnten nichts anderes als Isotope des Urans oder seiner nächsten Nachbarn sein, rechts oder allenfalls auch links von ihm im periodischen System. Zudem nahm man an, dass die Transurane chemisch dem Rhenium und den Platinmetallen ähnlich sind.

Eine bereits 1934 von [[Ida Noddack]] geäußerte Vermutung blieb deshalb sowohl in Rom wie auch in Berlin und Paris unbeachtet:<ref>{{Literatur |Autor=Ida Noddack |Titel=Über das Element 93 |Sammelwerk=Angewandte Chemie |Band=47 |Nummer=37 |Datum=1934-09-15 |ISSN=0044-8249 |DOI=10.1002/ange.19340473707 |Seiten=653–655 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.19340473707 |Abruf=2025-09-28}}</ref>
{{Zitat|Es wäre denkbar, daß bei der Beschießung schwerer Kerne mit Neutronen diese Kerne in mehrere größere Bruchstücke zerfallen, die zwar Isotope bekannter Elemente, aber nicht Nachbarn der bestrahlten Elemente sind.
}}
Auf die weitere Entwicklung und Bestätigung der Vermutung hatte sie jedoch keinen Einfluss.

Irène Joliot-Curie und Paul Savitch kamen im Sommer 1938 der Lösung allerdings schon näher, indem sie postulierten, bei den Neutronenbestrahlungen von Uran ein Transuran mit ganz anderen chemischen Eigenschaften gefunden zu haben. Dies veranlasst Otto Hahn und Fritz Straßmann, nach Radiumisotopen zu suchen und sie finden gleich mehrere. Um diesen Befund zu erhärten, überprüfen sie deren chemisches Verhalten im Detail, mit einem völlig unerwarteten Ergebnis: Die vermeintlichen Radiumisotope sind radioaktive Bariumisotope; der Urankern spaltet sich nach Einfang eines Neutrons in leichtere Elemente.

Dieses Ergebnis veröffentlichen Hahn und Straßmann Anfang 1939 „nur zögernd“, doch können sie innerhalb weniger Wochen weitere chemische Beweise vorlegen. Gleichzeitig finden die hinsichtlich einer plausiblen Erklärung um Hilfe gebetenen Kernphysiker Lise Meitner und Otto Frisch ein qualitatives Modell für den neuartigen Prozess und Frisch gelingt die erste Bestätigung durch ein physikalisches Experiment.

Die Resonanz ist außerordentlich. Bis Dezember 1939 erscheinen bereits mehr als 100 Publikationen, die sich mit dem Problem der Kernspaltung befassen.<ref>{{Literatur |Autor=Louis A. Turner |Titel=Nuclear Fission |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=12 |Nummer=1 |Datum=1940-01-01 |Sprache=en |ISSN=0034-6861 |DOI=10.1103/RevModPhys.12.1 |Seiten=1–29 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.12.1 |Abruf=2025-09-28}}</ref>

Lise Meitner schrieb rückblickend: {{Zitat|Die Entdeckung der Uranspaltung durch Otto Hahn und Fritz Straßmann hat ein neues Zeitalter in der Geschichte der Menschheit eröffnet. Die dieser Entdeckung zugrunde liegende wissenschaftliche Leistung scheint mir darum so bewundernswert, weil sie ohne jede theoretische Wegweisung auf rein chemischem Weg erreicht worden ist.|ref=<ref>Lise Meitner: ''Erinnerungen an Otto Hahn''. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2005. S.&nbsp;74.</ref>}}

Und in einem ARD-Interview am 8. März 1959 ergänzte sie: {{Zitat|Es 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.}}

Fritz Straßmann präzisierte in demselben Interview:<ref>{{Literatur |Autor=Lise Meitner, Otto Hahn |Titel=Erinnerungen an Otto Hahn: mit Beiträgen von Mitarbeitern und Weggefährten |Verlag=Hirzel |Ort=Stuttgart |Datum=2005 |ISBN=978-3-7776-1380-2 |Seiten=50 }}</ref>
{{Zitat|Frau Professor Meitner hat vorhin erklärt, daß der Erfolg auf die Chemie zurückzuführen ist. Ich muss sie etwas korrigieren. Denn die Chemie hat lediglich zustande gebracht eine Isolierung der einzelnen Substanzen, aber nicht eine genaue Identifizierung. Um das durchzuführen, war die Methode von Herrn Professor Hahn notwendig. Das ist also sein Verdienst.
}}
== Ausblick ==
{{Hauptartikel|Atomzeitalter}}
[[Datei:HD.5A.032 (10542728606).jpg|mini|Dieses Modell zeigt den Chicago Pile (CP-1) Reaktor, welcher aus verschiedenen Sorten von Nukleargraphit und Uranbrennstoffen (natürlich und oxidisch) aufgebaut wurde. Der graphitmoderierte Versuchsreaktor wurde am 2. Dezember 1942 [[Kritikalität|kritisch]], noch bevor die oberen Schichten zu einer kugelrunden Anordnung fertiggestellt werden mussten.<ref>{{Literatur |Autor=Enrico Fermi |Titel=Experimental Production of a Divergent Chain Reaction |Sammelwerk=American Journal of Physics |Band=20 |Nummer=9 |Datum=1952-12-01 |Sprache=en |ISSN=0002-9505 |DOI=10.1119/1.1933322 |Seiten=536–558 |Online=https://pubs.aip.org/ajp/article/20/9/536/1034490/Experimental-Production-of-a-Divergent-Chain |Abruf=2025-10-04}}</ref> Anschließend wurde er wieder abgebaut und das Graphit und Uran in anderen Anordnungen wiederverwendet. Andere Teile wurden in der Nähe des Argonne National Laboratory (ANL) im Wald „beerdigt“ (entsorgt). Die Theorie des Reaktors war einige Jahre lang Verschlusssache.]]
Weit über die Wissenschaften hinaus reichende Konsequenzen erhält die Kernspaltung dadurch, dass bei jedem Spaltprozess neben den beiden Bruchstücken auch noch einige [[Promptes Neutron|prompte (schnelle) Neutronen]] freigesetzt werden, die in anderen, naheliegenden (wie im Falle von [[Kernbrennstoff]]) Urankernen weitere Spaltvorgänge auslösen.<ref>{{Literatur |Autor=H. L. Anderson, E. Fermi, Leo Szilard |Titel=Neutron Production and Absorption in Uranium |Sammelwerk=Physical Review |Band=56 |Nummer=3 |Datum=1939-08-01 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.56.284 |Seiten=284–286 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.56.284 |Abruf=2025-10-01}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=H. L. Anderson, E. Fermi, H. B. Hanstein |Titel=Production of Neutrons in Uranium Bombarded by Neutrons |Sammelwerk=Physical Review |Band=55 |Nummer=8 |Datum=1939-04-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.55.797.2 |Seiten=797–798 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.55.797.2 |Abruf=2025-10-01}}</ref> Diese Möglichkeit einer [[Kettenreaktion]] wurde bereits im Verlauf des Jahres 1939 erkannt.<ref name=":12">{{Literatur |Autor=[[Leo Szilard]], [[Walter H. Zinn]] |Titel=Instantaneous Emission of Fast Neutrons in the Interaction of Slow Neutrons with Uranium |Sammelwerk=Physical Review |Band=55 |Nummer=8 |Datum=1939-04-15 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.55.799 |Seiten=799–800 |Online= |Abruf=}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=H. Halban, F. Joliot, L. Kowarski, F. Perrin |Titel=Mise en évidence d'une réaction nucléaire en chaîne au sein d'une masse uranifère |Sammelwerk=Journal de Physique et le Radium |Band=10 |Nummer=10 |Datum=1939 |Sprache=fr |ISSN=0368-3842 |DOI=10.1051/jphysrad:019390010010042800 |Seiten=428–429 |Online=http://www.edpsciences.org/10.1051/jphysrad:019390010010042800 |Abruf=2025-10-01}}</ref>

Diese Kettenreaktion ermöglicht es, die extrem hohe Spaltungsenergie im Bereich von Millionen Elektronenvolt technisch zu nutzen. Man erkannte jedoch, dass die Nutzung sowohl zivilen als auch militärischen Zwecken dienen kann. Daraufhin wurde im Verlauf des kaum noch in der öffentlich zugänglichen Literatur publiziert. Stattdessen gab es geheime Forschungsprojekte seitens aller wesentlicher Parteien des [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieges]]; den deutschen [[Uranverein]], das britische [[Tube Alloys]], das – letztlich erfolgreiche – amerikanische [[Manhattan-Projekt]] und auch ein [[Sowjetisches Atombombenprojekt]], welches erst nach 1945 durch den „Atomspion“ [[Klaus Fuchs]] und andere den Durchbruch (d. h. den Bau und Test einer Atombombe) erzielte.

Bis zur Verwirklichung der Idee, Kernspaltung kontrollieren und praktisch nutzen zu können, dauerte es nur rund drei Jahre. Der erste von Menschen gebaute funktionsfähige Anordnung spaltbaren Materials, viz. [[Kernreaktor]], der von Enrico Fermi an der Universität in Chicago erbaute, auch gekannt ''[[Chicago Pile|Chicago Pile 1]]'', wurde im [[2. Dezember]] [[1942]] „kritisch“. Das heißt, die Kettenreaktion lief selbständig und der Reaktor bewies die Annahmen und erzeugte zunächst geringe thermische Energie.

Wenig später wurde im Juli 1945 die erste Atombombe gezündet, der „[[Trinity-Test]]“ in der Wüste von [[Alamogordo]], New Mexico. Bis zur zivilen Nutzung dauerte es bis nach dem Krieg. Die Kontrolle der neuen Kernenergie war ein Problem seit 1945 und erst mit dem [[Atoms for Peace|Atoms-for-Peace]]-Programm und den [[Genfer Atomkonferenz]]en ab 1955 machten die Nationen mit Kernforschung ihre Arbeiten der Öffentlichkeit bekannt.

Das [[Kernkraftwerk Obninsk]] in der Sowjetunion nahm 1954 den Betrieb auf, [[Kernkraftwerk Calder Hall|Calder Hall]] in England und [[Kernkraftwerk Shippingport|Shippingport]] in den USA folgten 1956 und 1957. Je nach Definition – alle diese Reaktoren waren in unterschiedlichem Ausmaß [[Forschungsreaktor]]en – war eines dieser drei oder aber der [[Experimental Breeder Reactor I]] (EBR), welcher bereits 1951 einige Glühbirnen mit Strom versorgt hatte, das erste „Atomkraftwerk“ der Welt. Spätestens ab diesem Zeitpunkt befand sich die Menschheit im '''[[Atomzeitalter]]''', das bis heute andauert. Kernenergie wurde auch für andere Zwecke genutzt, z. B. für [[Kernenergieantrieb|nukleare Antriebe]]. Bereits 1954 wurde mit der ''[[Nautilus (U-Boot, 1954)|Nautilus]]'' das erste mittels Kernspaltung angetriebene U-Boot in Dienst gestellt.

== Ehrungen ==
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| 1945 || Für „seine Entdeckung der Spaltung schwerer Kerne“ wurde [[Otto Hahn]] der Nobelpreis für Chemie 1944 verliehen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1944/hahn/facts/ |titel=Otto Hahn – Facts |hrsg=Nobel Prize |sprache=en-US |abruf=2025-09-28}}</ref> (Überreichung im Dezember 1946).
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| 1966 || Für die gemeinsamen Arbeiten, die zur Entdeckung der Kernspaltung führten, erhielten [[Lise Meitner]], Otto Hahn und [[Fritz Straßmann]] den [[Enrico-Fermi-Preis]] der [[United States Atomic Energy Commission|U.S. Atomic Energy Commission]]
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|2023
|Das Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC) bzw. ''Otto Hahn Institut'', als Nachfolger des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Chemie erhält den ''[[Citation for Chemical Breakthrough Award]]'' der [[American Chemical Society]] (APS) für die Entdeckung der Kernspaltung.<ref>{{Internetquelle |autor=Claudia Dolle, MPIC |url=https://idw-online.de/de/news828604 |titel=Historischer Preis für die Entdeckung der Kernspaltung |werk=idw |abruf=2025-09-28}}</ref>
|}

== Weblinks ==
* {{Internetquelle |url=https://digital.deutsches-museum.de/item/71930/ |titel=Originalgeräte zur Entdeckung der Kernspaltung, „Hahn-Meitner-Straßmann-Tisch“ |werk=Deutsches Museum Digital |abruf=2024-04-10 |abruf-verborgen=1}}

== Literatur ==
{{Siehe auch|Kernspaltung|Kernphysik|Atomkern}}

=== Fachartikel ===

* {{Literatur |Autor=W. Seelmann-Eggebert |Titel=Über die Entdeckung der Kernspaltung. Ein historischer Rückblick |Sammelwerk=CHIMIA |Band=33 |Nummer=8 |Datum=1979-08-31 |DOI=10.2533/chimia.1979.275 |Seiten=275}}
* {{Literatur |Autor=Jack E. Fergusson |Titel=The history of the discovery of nuclear fission |Sammelwerk=Foundations of Chemistry |Band=13 |Nummer=2 |Datum=2011-07 |Sprache=en |DOI=10.1007/s10698-011-9112-2 |Seiten=145–166}}

=== Bücher ===
* {{Literatur |Autor=Otto Hahn |Titel=Vom Radiothor zur Uranspaltung. Eine wissenschaftliche Selbstbiographie |Hrsg=Dietrich Hahn |Verlag=Vieweg |Ort=Braunschweig |Datum=1989 |ISBN=978-3-528-08413-4 |Online=https://archive.org/details/vomradiothorzuru0000otto}}
* {{Literatur |Titel=Die Geschichte der Entdeckung der Kernspaltung. Ausstellungen von dem Deutschen Museum München, Hahn-Meitner Institut Berlin, Technische Universität Berlin |Hrsg=[[Jost Lemmerich]] |Verlag=TU Berlin |Ort=Berlin |Datum=1989 |ISBN=978-3-7983-1257-9}}
* Hahn, Otto: ''Mein Leben''. F. Bruckmann, München 1968. Taschenbuchausgabe (Hg: Dietrich Hahn) bei Piper, München-Zürich 1986; ISBN 3-492-00838-0.
* Hahn, Otto: ''Erlebnisse und Erkenntnisse'' (Hg: Dietrich Hahn). Mit einer Einführung von Prof. Dr. Karl Erik Zimen, Econ Verlag, Düsseldorf-Wien 1975; ISBN 3-430-13732-2.
* [[Dietrich Hahn|Hahn, Dietrich]]: ''Otto Hahn – Begründer des Atomzeitalters. Eine Biographie in Bildern und Dokumenten''. Geleitwort von [[Reimar Lüst]], Vorwort von [[Paul Matussek]], Einführung von [[Walther Gerlach]]. List Verlag, München 1979; ISBN 3-471-77841-1.
* Frisch, Otto Robert: ''Woran ich mich erinnere – Physik und Physiker meiner Zeit''. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1981; ISBN 3-8047-0614-2.
* [[Fritz Krafft|Krafft, Fritz]]: ''Im Schatten der Sensation – Leben und Wirken von Fritz Straßmann''. Verlag Chemie, Weinheim 1981; ISBN 3-527-25818-3.
* [[Walther Gerlach|Gerlach, Walther]] und Hahn, Dietrich: ''Otto Hahn – Ein Forscherleben unserer Zeit''. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1984; ISBN 3-8047-0757-2.
* Hahn, Dietrich: ''Otto Hahn – Leben und Werk in Texten und Bildern''. Vorwort von [[Carl Friedrich von Weizsäcker]]. Insel Taschenbuch Verlag, Frankfurt/M, 1988; ISBN 3-458-32789-4.
* Brommer, Peter und Herrmann, Günter: ''Fritz Straßmann (1902–1980) – Mitentdecker der Kernspaltung''. Inventar des Nachlasses und Kommentierung der Versuche zur Kernspaltung. Veröffentlichungen der Landesarchivverwaltung Rheinland-Pfalz Band 95. Verlag der Landesarchivverwaltung Rheinland-Pfalz, Koblenz 2001; ISBN 3-931014-57-6.
* [[Lise Meitner|Meitner, Lise]]: ''Erinnerungen an Otto Hahn'' (Hg: Dietrich Hahn). S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2005; ISBN 3-7776-1380-0.

== Einzelnachweise ==
<references>
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[[Kategorie:Kernspaltung]]
[[Kategorie:Geschichte der Physik]]
[[Kategorie:Geschichte der Chemie]]
[[Kategorie:Radiochemie]]
[[Kategorie:Otto Hahn]]
[[Kategorie:Fritz Straßmann]]
[[Kategorie:Lise Meitner]]
[[Kategorie:Otto Frisch]]