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Der Entdecker der Radioaktivität

Vor 120 Jahren fand Henri Becquerel Strahlen, die ohne Lichtzufuhr Fotoplatten schwärzen. So begann das Atomzeitalter.
Von Angelika Sauerer, MZ

Der französische Physiker Henri Becquerel erhielt 1903 mit Pierre und Marie Curie zusammen den Physiknobelpreis für die Entdeckung der Radioaktivität.. Foto: dpa
Der französische Physiker Henri Becquerel erhielt 1903 mit Pierre und Marie Curie zusammen den Physiknobelpreis für die Entdeckung der Radioaktivität.. Foto: dpa

Hätte er seinen stattlichen Vollbart am Kinn nicht so akkurat gescheitelt, würde Henri Becquerel heute als typischer Nerd durchgehen, mit den rund um seine Glatze sehr kurz geschnittenen Haaren sowie der Tatsache, sein ganzes Leben der Wissenschaft gewidmet zu haben. Er kannte es ja nicht anders. Denn Antoine Henri Becquerel wurde am 15. Dezember 1852 in Paris in eine Familie hineingeboren, in der das Forschen quasi in den Genen steckte. Auch Vater und Großvater waren Naturwissenschaftler, die sich vor allem mit Lichtphänomenen beschäftigten. Der Sohn und Enkel stellte sie in den Schatten. Mit seiner Entdeckung der Radioaktivität begann an der Schwelle zum 20. Jahrhundert das Atomzeitalter.

Es war ein trüber Tag, der 26. Februar vor 120 Jahren, an dem Professor Becquerel durchs steinerne Tor der Pariser École Polytechnique im Quartier Latin schritt und in sein Labor ging. Vielleicht hat er sich ein bisschen geärgert über das Wetter. Denn für das Experiment, das ihm seit Ende Januar nicht mehr aus dem Kopf ging, meinte er, das Sonnenlicht zu brauchen. Also packte er den vorbereiteten Versuchsaufbau in eine dunkle Schublade und widmete sich anderen Dingen.

Das Jahrhundert der Naturwissenschaften

War es Zufall? Der etwas ältere Zeitgenosse Louis Pasteur, Chemiker und Mikrobiologe, meinte einmal: „Der Zufall begünstigt den vorbereiteten Geist.“ Und vorbereitet war Becquerel. Das lag nicht zuletzt am Zeitgeist eines Jahrhunderts, das geprägt war von revolutionären Erfindungen, von einem Boom der Wissenschaft und Technik. Es herrschte beinahe eine Goldgräberstimmung in den Instituten und Laboren. Zwischen 1800 und 1900 hat sich das Wissen der Menschheit verdoppelt. Und im nächsten Jahrhundert sollte es sich verzehnfachen. Es war wie eine Kettenreaktion.

In Becquerels Schublade schlummerte also eine lichtdicht in schwarzes Papier eingepackte, noch unbelichtete Fotoplatte, darauf eine Portion Kaliumuranylsulfat, das ist ein Uransalz. Zwischenzeitlich hatte der Professor bereits erste Erkenntnisse veröffentlicht: Alle ihm bekannten fluoreszierenden Substanzen waren bei Anregung durch Sonnenlicht nicht in der Lage, die eingepackte Bromsilber-Gelatineplatte von Lumière zu schwärzen – mit einer Ausnahme: Das Uransalz hinterließ ein Selfie: einen dunklen Fleck. Dass das UV-Licht dazu gar nicht nötig war, erfuhr Becquerel erst ein paar Tage später.

Man wusste um den elektrischen Magnetismus, baute Elektromotoren, schlürfte die erste Cola, öffnete Konservendosen.

Um eine Entdeckung in der Rückschau einordnen zu können, hilft ein Blick auf das, was zu Becquerels Zeit bekannt war: Batterien zum Beispiel seit etwa hundert Jahren, Generatoren seit gut 50. Man wusste um den elektrischen Magnetismus, baute Elektromotoren, schlürfte die erste Cola, öffnete Konservendosen. Elektrisches Licht begann in Großstädten die Straßen zu erleuchten, in den Häusern wurden elektrische Hydraulikaufzüge eingebaut. Das Rad mauserte sich von der Draisine zum Fahrrad. Die Telegrafie war noch ans Kabel gebunden, das Telefon sowieso und das Automobil hatte die ersten Fahrversuche gerade erfolgreich absolviert. Auch die Fotografie – wichtig für die Strahlungsexperimente – steckte nicht mehr in ganz kleinen Kinderschuhen.

Ausgangspunkt: Die X-Strahlen von Professor Röntgen

Die Initialzündung für Becquerels Versuche gab jedoch ein Physikprofessor aus Würzburg. Conrad Wilhelm Röntgen (1845-1923) beobachtete am 1. November 1895 einen seltsamen Effekt bei einem Versuch mit einer Gasentladungsröhre. In dieser teilevakuierten Röhre wurden unter Hochspannung Elektronen von der Kathode auf die Anode geschossen. Dabei durchdrangen unsichtbare Strahlen, Röntgen nannte sie X-Strahlen, die Glaswand, sorgten dort für ein Fluoreszieren und trafen auf einen Schirm. Selbst als Röntgen die Röhre einpackte, schwärzten die Strahlen Fotoplatten. Sie durchdrangen – und das war der Clou dabei – sogar den menschlichen Körper, so dass auf dem Foto Umrisse und Knochen zu sehen waren.

Der deutsche Physiker Wilhlem Conrad Röntgen entdeckte am 8.11.1895 in Würzburg die später nach ihm benannten Röntgenstrahlen und wurde dafür 1901 mit dem ersten Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Foto: dpa
Der deutsche Physiker Wilhlem Conrad Röntgen entdeckte am 8.11.1895 in Würzburg die später nach ihm benannten Röntgenstrahlen und wurde dafür 1901 mit dem ersten Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Foto: dpa

Während die Welt vom unerhörten Blick ins Innere des Körpers gebannt war, elektrisierte Henri Becquerel die Fluoreszenz. Röntgen hatte sich an Forscherkollegen gewandt, da ihm die Art der Strahlen – es sind elektromagnetische – nicht ganz klar war. Am 20. Januar 1898 berichtete Henri Poincaré, Physikprofessor an der Sorbonne und wie Becquerel Mitglied der französischen Akademie der Wissenschaften, von Röntgens Entdeckung, die 1901 mit dem ersten Physik-Nobelpreis gewürdigt wurde.

Becquerel, der sich schon jahrelang mit dem Leuchten von Stoffen, nach dem sie mit UV-Licht angeregt wurden (Lumineszenz), beschäftigte, fragte sich, ob Röntgenstrahlung durch Fluoreszenz (Leuchten während der Anregung) oder Phosphoreszenz (langes Nachleuchten nach Anregung) hervorgerufen werden könne. Sofort nach Poincarés Vortrag begann Becquerel, verschiedene, ihm bekannte fluoreszierende Materialen auf ihre Röntgenwirkung hin zu testen.

„Die Silhouetten erschienen in großer Deutlichkeit. Ich dachte mir sofort, dass der Prozess in völliger Dunkelheit vonstattengehen müsse.“

Henri Becquerel, Physik-Nobelpreisträger

Als am 1. März 1896 wieder die Sonne schien, führte der Physiker seine Versuche fort. Zuvor aber – Ordnung muss sein – entwickelte er die Platte aus der Schublade. Und traute seinen Augen kaum: „Die Silhouetten erschienen in großer Deutlichkeit. Ich dachte mir sofort, dass der Prozess in völliger Dunkelheit vonstattengehen müsse“, berichtete der Wissenschaftler. Vom Uransalz war deutlich erkennbar eine Strahlung ausgegangen, die die Platte geschwärzt hatte. Fieberhaft begann er mit weiteren Versuchen. Spielte nicht doch die Sonne eine Rolle? Nein. Funktionierte der Versuch auch mit nicht fluoreszierenden Uranverbindungen? Ja. Welche Rolle spielte die Temperatur? Keine.

Marie Curie prägte zusammen mit ihrem Mann Pierre den Begriff „Radioaktivität.“ Foto: dpa
Marie Curie prägte zusammen mit ihrem Mann Pierre den Begriff „Radioaktivität.“ Foto: dpa

Antoine Henri Becquerel hatte mit seinen Uran- oder Becquerelstrahlen ein erstes Indiz dafür gefunden, was im Innern von Atomen vorgeht. Woher die als Wärme deutlich messbare Energie der Strahlung stammte, sollte er nicht herausfinden. Das war der Ausgangspunkt für die Forschungen seiner Doktorandin Marie Curie, geborene Marya Sklodowska (1867-1934), und ihres Mannes Pierre (1859-1906). Die beiden Curies prägten den Begriff „Radioaktivität“. Alle drei Forscher zusammen erhielten 1903 den Nobelpreis für Physik. Die Maßeinheit „Becquerel“ für die Aktivität radioaktiver Substanzen wurde nach ihrem Entdecker benannt. Pierre Curie starb leider bereits 1906 bei einem Verkehrsunfall: Ein Pferdefuhrwerk hatte ihn erfasst und seinen Schädel überrollt.

„Das Atom, das mit chemischen Mitteln nicht weiter zerlegbar ist, ist hier sehr wohl zerlegbar.“

Marie Curie, Nobelpreisträgerin

Im Juni 1900 schrieb Marie Curie, die später die erste Frau sein sollte, die an der Sorbonne Vorlesungen hielt, dass Atome radioaktiver Materie in keinem stabilen Zustand seien, „da Teilchen, die kleiner als Atome sind, emittiert werden. Das Atom, das mit chemischen Mitteln nicht weiter zerlegbar ist, ist hier sehr wohl zerlegbar.“ Beim spontanen Zerfall der Kerne werden Strahlung und Energie frei. Curie fand Radioaktivität nicht nur bei Uran und seinen Verbindungen, sondern zum Beispiel auch bei Thorium.

Dieses Gesteinsstück aus der Grube Elias in Jachymov zeigt weiß-rötliche Baryteinschlüsse, die von dunkler Pechblende umrahmt werden. Foto: Rudolf Geipel
Dieses Gesteinsstück aus der Grube Elias in Jachymov zeigt weiß-rötliche Baryteinschlüsse, die von dunkler Pechblende umrahmt werden. Foto: Rudolf Geipel

Da die uranhaltige Pechblende stärker strahlte als Uran, vermutete Curie ein zweites strahlendes Element in der Verbindung. So entdeckte sie das Polonium, das ihr zu Ehren nach ihrer Heimat Polen benannt wurde. Auch die Entdeckung des stark radioaktiven Radiums ging auf die Curies zurück. Weiteren Forschern, darunter zuvorderst Ernest Rutherford (1871-1937), gelangen Antworten auf viele offene Fragen. Zum Beispiel nach der Natur der drei Arten radioaktiver Strahlung – Alpha, Beta und Gamma, die je nach Zerfallsart von den Atomen freigesetzt werden.

Das Gesteinsstück mit Pechblende wurde für zehn Stunden auf einen Sofortbildpack gelegt, der – anders als Negativ-Filme – einen positiven Abzug liefert. Die Strahlung färbte den Film hell. Foto: Rudolf Geipel
Das Gesteinsstück mit Pechblende wurde für zehn Stunden auf einen Sofortbildpack gelegt, der – anders als Negativ-Filme – einen positiven Abzug liefert. Die Strahlung färbte den Film hell. Foto: Rudolf Geipel

Alphastrahlung besteht aus einem Heliumkern (zwei Protonen, zwei Neutronen), reicht nur zwei, drei Zentimeter weit und kann bereits mit einem Blatt Papier abgeschirmt werden. Betastrahlen sind abgefeuerte Elektronen, die 20 bis 30 Zentimeter schaffen und von einer zwei, drei Millimeter starken Aluminiumplatte abgeschirmt werden können. Gammastrahlung aus elektromagnetischen Wellen reicht sehr weit und kann nur durch dicke Bleiplatten und Betonmauern abgeschwächt werden. Rutherford führte auch den Begriff der Halbwertszeit ein, er entdeckte das Proton als Kernbestandteil und formulierte das Atommodell neu: Atome bilden keine gleichmäßige Masse, sondern zentrieren diese in einem relativ kleinen Kern, um den sich die Elektronen bewegen. Das fand er heraus, indem er Atome mit Alphateilchen bestrahlte und deren Ablenkung maß.

Nutzen und Katastrophe

Ebenfalls im Jahrzehnt nach Becquerels Entdeckung stellte man Zerfallsreihen auf, die beschreiben, in welcher Abfolge instabile Elemente sich verwandeln, bis sie einen stabilen Endzustand erreicht haben. Bei Uran ist das beispielsweise Blei. Daraus entstand nicht zuletzt die Idee der Altersbestimmung der Erde, die bereits Rutherford formulierte. 1953 errechnete dann Clair Cameron Patterson basierend auf Bleiisotopen-Messungen in einem Meteoriten das Alter der Erde: 4,55 Milliarden Jahre.

Neben vielen nutzbringenden Anwendungen von Radioaktivität, etwa in der Nuklearmedizin, wurden verheerende Projekte ersonnen. Künstlich provozierte Kernspaltungen setzen in Bomben eine bis dahin nicht vorstellbare explosive Kraft frei und vergiften die Umgebung mit für lange Zeit weiterstrahlenden Spaltprodukten. Kontrollierte Kernspaltungen liefern zwar Energie, können aber durch Naturkatastrophen – siehe Fukushima – oder technisches und menschliches Versagen – siehe Tschernobyl – außer Kontrolle geraten.

Der französische Wissenschaftler Pierre Curie entdeckte Anfang des Jahrhunderts mit seiner Frau Marie Curie das Radium und warnte vor dem Nobelkomitee vor dessen Gefahr. Foto: dpa
Der französische Wissenschaftler Pierre Curie entdeckte Anfang des Jahrhunderts mit seiner Frau Marie Curie das Radium und warnte vor dem Nobelkomitee vor dessen Gefahr. Foto: dpa

Aus Becquerels Entdeckung der Radioaktivität vor 120 Jahren entwickelte die Menschheit das Werkzeug, um die Erde zu zerstören. Die Curies sahen in der von Pierre vor dem Nobelkomitee gehaltenen Rede die Bedrohung voraus: „Man kann auch annehmen, dass das Radium in verbrecherischen Händen sehr gefährlich werden könnte, und hier stellt sich die Frage, ob es für die Menschheit vorteilhaft ist, die Geheimnisse der Natur zu kennen, ob sie reif genug ist, sich diese Geheimnisse nutzbar zu machen oder ob diese Erkenntnisse ihr nicht schädlich sind.“

„Man muss nichts im Leben fürchten, man muss nur alles verstehen.“

Marie Curie

Wie schädlich, erfuhren sie am eigenen Leib. Marie Curie litt immer wieder unter entzündeten Fingerspitzen und Erschöpfungszuständen. Als Henri Becquerel einmal eine Radiumprobe in der Westentasche vergessen hatte, zog er sich schwere Verbrennungen zu. Becquerel starb 1908 mit nur 56 Jahren an Strahlenschäden. Marie Curie erlag 1934 mit 67 Jahren einer von Strahlung hervorgerufenen Leukämie. „Man muss nichts im Leben fürchten, man muss nur alles verstehen“, sagte die Physikerin.

Für Antoine Henri Becquerel wäre es übrigens gesünder gewesen, hätte er ein Forschungsprojekt seines Vaters Alexandre Edmond fortgeführt. 1839 hatte dieser zwei Platten aus Platin in verdünnte Säure getaucht. Der damals erst 19-Jährige bemerkte, dass sein Modell mehr Spannung erzeugte, wenn die Sonne darauf schien. Damit entdeckte er den photoelektrischen Effekt: Licht kann die Position der Elektronen in Atomen verändern – die Grundlage der Photovoltaik. Sonnenenergie statt Kernenergie – aber: Wenn nicht Henri Becquerel die Radioaktivität entdeckt hätte, wäre es ein anderer gewesen.

Radioaktivität im Alltag

Rudolf Geipel aus Regenstauf kennt viele Gebrauchsgegenstände, in denen radioaktives Material verarbeitet wurde. Hier zeigen wir einige Stücke aus der Sammlung des Autors von Fachliteratur über Radioaktivität sowie von Schulbüchern (Physik und Mathematik).

Lesen Sie mehr zum Thema „30 Jahre Atomkatastrophe von Tschernobyl“ hier in unserem MZ-Spezial!

Hier geht es zu weiteren Artikeln aus unserem Wochenendmagazin „nr. sieben“.

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