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Sir Chadwick entdeckt das Neutron

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Sir Chadwick entdeckt das Neutron

Vor 75 Jahren entdeckte der britische Physiker Sir James Chadwick das Neutron. Es gehört zu den Elementarbausteinen, aus denen die Atome und damit alle Materie aufgebaut ist. Die Entdeckung trug sehr zum Verständnis der Welt bei, legte aber auch den Grundstein für die Kernspaltung und damit auch für Atomwaffen.

James Chadwick wurde am 20. Oktober 1891 in Manchester geboren. Seine physikalische Ausbildung erhielt er in Manchester und Berlin. Er war Schüler der berühmten Physiker Ernest Rutherford und Hans Geiger, dem Erfinder des Geigerzählers für radioaktive Strahlung.

Chadwick nahm am ersten Weltkrieg teil und geriet in Gefangenschaft. Nach der Rückkehr nach England arbeitete er ab 1919 zusammen mit Ernest Rutherford am Cavendish-Laboratorium. Erforscht wurde besonders die Natur der radioaktiven Gammastrahlung und der Aufbau des Atomkerns.

Gamma... was?

Du hast sicher schon von radioaktiver Strahlung gehört. Sie entsteht beim Zerfall mancher Atome. Sie können auf verschiedene Weise zerfallen. Dabei senden sie unterschiedlich aggressive Arten radioaktiver Strahlung aus. Alphastrahlung kann schon durch ein Blatt Papier abgeschirmt werden. Um Betastrahlung abzuschirmen braucht man ein Metallblech, und Gammastrahlung schließlich wird erst durch dicke Bleischichten gestoppt. Für Lebewesen sind alle drei Arten gefährlich, denn sie zerstören Zellen, was zu Krebs und Strahlentod führen kann.

Mit Hilfe dieser Strahlung kann man aber auch Untersuchungen anstellen. Chadwick verwendete Alphastrahlung und experimentierte mit verschiedenen Materialien. Er war auf der Suche nach einem neuen Teilchen, dessen Existenz die Physiker damals schon seit längerem vermuteten. Und tatsächlich, Chadwick entdeckte ein Teilchen, dass weder positiv noch negativ geladen war, sondern neutral. Entsprechend wählte er den Namen für den neuen Kernbaustein: das Neutron war entdeckt.

Das Unteilbare teilen

Das eröffnete ganz neue Möglichkeiten. Mit dieser Entdeckung konnten die Atome von Elementen gespalten werden. Und man konnte sogar neue, auf der Erde unbekannte Elemente erzeugen. Wie das?

Nachdem es entdeckt war, konnte man richtiggehende Strahlen aus Neutronen erzeugen. Weil sie elektrisch neutral sind, reagieren sie nicht auf elektrische Felder. Das war der entscheidende Vorteil, denn damit konnte man nun gezielt Atomkerne beschießen. Die vorher bekannten Teilchen und Strahlen wurden immer abgelenkt, kamen dem Atomkern also gar nicht nahe.

Beim Beschuss von Atomkernen mit Neutronen gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird das Neutron eingefangen und verändert damit den Atomkern. Somit entstehen Elemente mit ganz neuen Eigenschaften.

Kommt eins zum andern, gibts ne Kettenreaktion

Oder das Neutron bringt den Atomkern zum Zerplatzen und er zerfällt in zwei Teile. Dann hat man ein Element in ein anderes umgewandelt. Das ist auch das Prinzip in Atomreaktoren. Der Brennstoff Uran sendet selbst Neutronen aus. Bringt man nun eine gewisse Menge Uran in geeigneter Form zusammen, dann entstehen richtiggehende Teilchenkaskaden: Der erste Atomkern sendet Neutronen aus und spaltet weitere Atomkerne, die dabei wiederum Neutronen freisetzen und so weiter eine nukleare Kettenreaktion.

Läuft dieser Prozess kontrolliert ab, kann man damit nutzbare Energie erzeugen. Läuft der Prozess unkontrolliert ab, ereignet sich eine nukleare Explosion und das Uran wandelt sich innerhalb von Bruchteilen von Sekunden in reine Energie in Form von Licht und Wärme um das Prinzip einer Atombombe.

Für die Entdeckung des Neutrons erhielt Chadwick 1935 den Nobelpreis für Physik. Nachdem Chadwick erfuhr, dass etwa zeitgleich auch der deutsche Physiker Hans Falkenhagen in Rostock das Neutron entdeckt hatte, aber die Ergebnisse nicht publiziert hatte, bot er ihm an, den Nobelpreis mit ihm zu teilen. Falkenhagen lehnte jedoch ab.

Sir James Chadwick starb am 24. Juli 1974 in Cambridge.

Falls dich Physik und Materie interessieren, dann wirf doch auch mal einen Blick in unseren WAS IST WAS-Band 79: Moderne Physik

Text: -jj- 23.2.2007 // Bilder: Atomkraftwerk: Christian VisualBeo Horvat/GFDL; Chadwick © http://nobelprize.org; Atomexplosion PD;

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