Am 2. Dezember 1942 um 15:25 Uhr Lokalzeit wurde unter Leitung des italienischen Kernphysikers Enrico Fermi der erste funktionsfähige Atomreaktor „Chicago Pile-1“ (CP-1) für eine Kettenreaktion in Betrieb genommen. Der dabei benutzte Kernreaktor war aus Geheimhaltungsgründen unter der Tribüne des Football-Stadions der University of Chicago aufgebaut worden. Das Experiment gehörte zum hochgeheimen „Manhattan-Projekt“, das die Entwicklung einer Atombombe diente.

Bei der ersten Kettenreaktion im Chicago Pile-1 wurde Uran-235 als Brennstoff verwendet. Uran-235 ist eine seltene isotope Form des Urans, die spaltbar ist und somit für eine Kettenreaktion geeignet ist. Der Reaktor bestand aus einer Schicht von Graphitblöcken, in die der Uran-235-Brennstoff eingebettet war. Um die Kettenreaktion zu initiieren, wurden spezielle Steuerstäbe aus Kadmium entfernt, die normalerweise Neutronen absorbieren und so die Reaktion unterdrücken. Als die Steuerstäbe entfernt wurden, traten die freien Neutronen, die bei der Spaltung von Uran-235 entstehen, in den Graphit ein und wurden von anderen Uran-235-Atomen absorbiert, was zu weiteren Spaltungen und der Freisetzung zusätzlicher Neutronen führte.

Da die Anzahl der freien Neutronen mit jeder Spaltung zunahm, wurde die Kettenreaktion selbstständig aufrechterhalten und verstärkte sich kontinuierlich. Die Reaktionsrate erhöhte sich exponentiell, bis ein Punkt erreicht wurde, an dem das Gleichgewicht zwischen Neutronenerzeugung und -absorption erreicht wurde.

Ein erster Versuch schlug fehl, aber beim zweiten Mal erfolgte es. Physiker George Weil beschreibt es:

„Fermi hatte alles unter Kontrolle. Er wusste, wie weit man den Kontrollstab herausziehen musste und gab mir entsprechende Instruktionen. Dann kündigte er den Anwesenden an, dass nun die Kettenreaktion einsetzen würde. Und so kam es dann auch.“

Der Reakter lief 30 Minuten lang, dann beendete Fermi das Experiment. Der Leiter der Plutoniumforschungsabteilung Arthur Compton, Fermis Chef, könnte dann Erfolg melden.

1943 wurde CP-1 mit einem neuen Reaktor ersetzt, Chicago Pile-2. 1944 wurde Chicago Pile-3 in Argonne National Laboratory gebaut. Ein 4. und 5. Reaktor wurden ebenfalls gebaut.

xh/ai

Bearbeitungsstand: Juli 2023

► Weitere Informationen zur Entwicklung der Atombombe

Quellen:

Allardice C, Trapnell ER: The First Pile, Atomic Archive, 1946
Grotelüschen F: Die Einläutung des Atomzeitalters, 02.12.2017