Frederick Soddy (1952) - Isotopes

Now, my lecture is in two parts. A chemical part and a physical part, totally distinct in their methods. And for the physical part I merely am here deputising for the dead. For more than a century since the rise of the modern atomic theory the chemical elements were regarded as homogeneous, the ultimate separate constituents of matter. As propounded by Dalton in the first decade of last century, it was based specifically upon two postulates. The first that the atoms of the same element were the same weight and secondly that the atoms of different elements were of different weights, both of which could hardly have been further from the truth. As the word “isotope” was coined and invented to imitate two Greek words, isos, topos, the same place, and the same place refers to the periodic table of the chemical elements, perhaps it is as well that I should begin by saying something about this periodic law. In the last third of the last century, after the atomic weights of a sufficient number of the elements had been accurately determined, it was found that when they were arranged in order of atomic weight, they fell naturally into families of chemically related or chemically similar elements. And the discoverer of that was Newlands, an Englishman, in 1862 I think. And he knew that a short description of the periodic law could be better than his own words. He said the 8th element in the series is like the first, like the octave of a scale of music. That is the simple law at the beginning and still holds true with a slight modification. It gives you the idea at once, that if you arrange the elements in order of atomic weight, then you will get a number of series of elements. At first it was derided by the chemists, just as isotopes, atomic disintegration and all the rest of it were in my time. But it is well known, its first success was a prediction of the existence of three new elements together with the approximate atomic weights they had and their chemical character. The three, gallium in 1875, scandium in 1879 and germanium in 1887, were predicted by Mendeleev, the Russian chemist, to whom the present form of the periodic table is due. The other great pioneer being Lothar Meyer, a German chemist. Shortly before this, the advent of the spectroscope had revealed four new elements existing in nature in only minute quantity, caesium, rubidium, thallium and indium. Now, these were the elements predicted by Mendeleev. You see at once that by arranging in serial order and from the chemistry of successive columns being alike, you could detect once again, and so Mendeleev was able to predict these three new elements. You notice three points please, this long gap here ... where the rare earth only one which I think is present. These are so alike in their chemistry that they are the nearest example we had formerly to what we now know with isotopes. This slide refers to somewhere around 1890. The slope of the line - it’s difficult for me to see here but you notice the lines on the slope imitating a device of Sir William Crookes - that it really represents not, you see, a split up set of tables but a continuous spiral, wrapped around the cylinder. And that was very important, but that's just this point about it, it was forgotten later, it would have been helpful if they had kept to it. Actually this first family at that time was the alkalines and the last family, the seventh, were the halogens. And you have therefore sudden change from the elements that are most unlike in the whole of those, the table without any intervening gap - I’m referring to 1890. You must forget now about the chemical characters of the periodic table, which before this century was of chief importance, that merely really acted only as a method, as a method by which the elements were arranged in a certain serial order. Roughly but not exactly in order of the atomic weight. And the next point I want you to notice are these two isolating outstanding elements, uranium, thorium, they even then get a great number of elements before you come to this sequence. Continuous without any gaps at all, right through from bismuth to the heavy platinum metals. That’s the second point of importance. I’ll have the next slide, please. Now, this comes to early in the present century. The chief differences you notice with the new, absolutely new family of argon or inert gases discovered in the year 1894 by Lord Rayleigh and Sir William Ramsay. They are, just let these words sink in, without chemical character, they are absolutely inert. And they are the buffers between the strongly electronegative halogens at the extreme right and the strongly electropositive alkali metals at the extreme left. Now also the rare earths have been mainly filled in. They actually here have been taken out of the table. I’m afraid I’m getting mixed with my two slides, would you let me have the next one for a moment, next please … Now, already the discovery of radioactivity in the year 1896 has begun to people this vacant space, between the elements. I have already shown there, even at the beginning of this century the radium emanation, now called radon and Madam Curie’s polonium. Now, this gap is particularly of interest to us, you’d think there was no link whatever between that discovery and radioactivity two years afterwards. There was in fact the most intimate connection for if it hadn’t been for the discovery of those gases in the year 1894 and the subsequent years in the atmosphere, argon only being abundant, the rest being in proportions of millions, beginning with helium, neon, argon, krypton, xenon. Now, a helium exceptionally was found first by Sir Norman Lockyer in the sun by the spectroscope in the year 1868, and then it was traced by Ramsay and Rayleigh to the certain minerals. A certain mineralogist, the American mineralogist Hillebrand had discovered that uraninite, which is the primary mineral of pitchblende, which is a secondary form of it, almost pure oxide of uranium, had a gas which was present in considerable quantity, which he took to be nitrogen. Myles at Oxford told Ramsay about this who at that time was engaged in trying to make argon combine and they separated this gas of Hillebrand’s and it proved to be helium. The solar element, the lightest of that table, and the one that Lockyer had discovered in the solar chromosphere in 1868. Now, I’ll have the next slide please, just for completeness. Now, this is just an up to date version of the present table, we’ve got it out of order somehow where the whole array of lanthanides are now complete ... (inaudible) been taken completely out of the periodic table as a complete exception. This original idea ... (inaudible 14:43), divide them in the first two periods as they are called. After that there’s large numbers of elements are interpolated as shown here from there to there and so on. So that they always increases the number of the order, but that is a probable fairly modern idea dating from maybe 1945 I think, representation of the periodic table as it is today. And it contains practically all the work about which later I shall be speaking. Now, this aroused, of course it doesn’t contain the article, the elements which Professor Hahn has already been speaking. This is extended beyond the uranium, the last one here, six places further on by purely artificial elements. And all the fine gaps that they can place is still there, have been artificially made with the new methods of atomic synthesis which have come in quite within the last decade. Professor Hahn has written a most interesting book on this subject called “The New Atom” which I’d advise you to read. I mustn’t forget to point out that already by this time and before the end of the century it was known that there were exceptions to this rule, this periodic law. No less than three pairs of elements had their atomic weights wrong. They were transposed, the first was tellurium, 127.6, the atomic weight followed by iodine, 126.9, less instead of more and two others, argon followed by potassium, cobalt followed by nickel. So it was well known that the periodic law was not an exact law. Another point at that time that aroused the very keenest interest was the very large proportion of the elements that were integral in atomic weight in terms not of hydrogen - the lowest atomic weight, which is 1.008 - but in terms of oxygen, which is 16. This is far too large a proportion of the whole elements to be due to chance. And it revives a very simple and at first wholly derided hypothesis of Prout in the beginning of the century, immediately following Dalton's atomic theory. Prout, a doctor, had suggested that because of the integral relation of hydrogen and oxygen, which is very nearly, it’s about 1% different really but it was enough in those days. It might be true that the whole of the elements were compounded of hydrogen. And this of course was derided and mathematized by the exact chemists of the day but science had its tragedies as well as its successes. Right up to the very beginning of this century when I was a student, the high water mark of theoretical chemistry was regarded as more and more exact determination of the atomic weights. Under the entirely false impression that they must have some profound physical meaning. ... Right up to the very beginning of this century it was regarded as a high water mark of theoretical chemistry, this exact determination, the atomic weights. Under the false impression that they must have some profound theoretical interest which if you could only grasp would solve the whole cryptogram of the periodic law. Now, 50 years later, it transpires that the work of those original pioneers, beginning with Berzelius, Marignac, Stas, ending with V. W. Morley and T. W. Richards, the last of the American, exact atomic weight chemists, their life work was truly thrown away, as if they’d been engaged in the determination of the specific gravity of a collection of beer bottles, some of them empty, some of them full and some of them partly full and partly empty. And yet, paradoxically enough, the riddle of the periodic table cryptogram is now read so that any child at school can understand it and indeed they ought to be taught it, instead of a lot of the old stuff, in my opinion. The nature of the constitution of matter, in spite of the certain increasing complexity, which has to be put up with, has been enormously simplified of recent years. It was the object of natural philosophy from the very earliest times to find out the nature of the internal constitution of matter. And within the last decade almost that goal has been very largely achieved. And now to my subject, the strange new complexity of matter, which is known by the name of isotope. It was of course a discovery in 1896 by Henri Becquerel of radioactivity, which made inevitable the recognition of this heterogeneity, new heterogeneity in matter. It was established just 50 years ago, almost to a month, and it’s strange that such a jubilee should not have been considered worthy of some formal scientific recognition. For, undoubtedly, it has rocked the world that the two naturally radioactive elements, those isolated pairs at the end of last century, standing alone at the very end of the table, were undergoing a process of spontaneous natural transmutation. The atoms are disintegrating at excessively slow rates, though the actual disintegration of any atom is a sudden, instantaneous or explosive affair. Light particles relatively to the mass of the whole atom are expelled which simulate rays, new atoms are left which correspond to new elements with different properties. In both cases of uranium as for thorium there’s a long series of successive disintegrations in the course of which there comes into existence an infinitesimal quantity for most part, a very large number of new chemical elements, of which radium is typical, of a limited period of life before they proceed to disintegrate again and turn into a new member of a disintegration series. This represents a model of the theories, I won’t go into it very much in detail but the different colours of the various model atoms represent their chemical character. The different colours of the rays that are being expelled, there are only two, white and black, shows the difference in the rays. Now, the important point is this, this is the primary element, uranium or thorium, average period of life lasting thousands of millions of years. This may have a period of a few hours. Indeed the white balls represent the alpha particle, which I have to say, the black balls, the beta particles or the ordinary electron travelling at a speed, near the velocity of light. Only two varieties. These beta rayers, as we call them, are short-lived, relatively. Very rarely, I don’t think any case longer than about quarter of a century. There we come down to the next that may have a life of a million years and so on all the way down. But you’d never know, some of the lives are so short that the existence of a separate member is only in theoretical, you couldn’t possibly distinguish between them. We’re going millions and thousands of millions of a second from the shortest lives. But just remember that the alpha rays are generally more stable than the beta rays. Now, this slide, ... that is the slide that has rocked the world if ever anything has. That’s Becquerel’s first picture of a uranium radiograph, taken by sprinkling or piling over a photographic plate wrapped in black paper a quantity of uranium salt. Putting in between the salt and the film an aluminium medallion and leaving it in a drawer in the dark for weeks. A curious phenomenon, 1896. But followed one year, Roentgen’s famous discovery of the x-rays, known by his name, Roentgen and before him Crookes in England and Lenard in Germany and very many others with the very latest electric appliances of high tension electrical generation, very best high vacuum technique to remove the gas from their vacuum tubes, had discovered x-rays. But this, we had uranium doing of itself and doing more powerfully the very best that at that time could be done by artificial agencies. That was a real wonder of Becquerel’s discovery. It might have remained just a curious, almost curiosity of science, but as is well known for the subsequent work of the Curies. It was Madam Curie, together with a German physicist G. C. Schmidt who discovered the radioactivity of the next element in the table. And that is a radiograph of the ordinary Welsbach mantle which has been, before it burned off, had flattened out, then burned off and laid upon a photographic plate, wrapped up in black paper and left for a few weeks. And you see how the thorium, that’s a positive from the original negative, thorium has imprinted its picture. Now, this is a result of Madam Curie’s very careful systematic analysis of the whole of the known elements of which only one at that time, thorium was radioactive as well as uranium. And then, as everyone knows, that was followed by the dramatic discovery of Madam Curie’s new partially radioactive elements, millions of times more radioactive than uranium and thorium which brought the subject out, being a curiosity to a colossus striding the whole modern world. By Madam Curie’s investigation of the uranium mineral, pitchblende. Now, there’s only one, it’s very important, extremely interesting feature of these amazing discoverers, so well-known, the Curies, for which I have time to mention and I don’t think it’s ever been pointed out before. ... The success of the Curies is simply due to the fact that Madam Curie was a chemist, not a physicist. And instead like Becquerel working with the commercial preparations of uranium after they’ve been treated in the factory, Madam Curie went to the uranium minerals and it was in these minerals that she discovered first polonium and then radium. Now, it’s one of the curiosities of scientific history that no one thought at that time of repeating Madam Curie’s work for uranium with the thorium minerals. And still more curious is it, that when it was done eight years later, it was by reason of an accident instead of it being a conscious piece of research. Now, the essential feature of this discovery or theory of the disintegration of the atom as being the cause of radioactivity is shown for the first change of the radium atom. Now called radon for short, an imitation of argon and the other gases with the same value. It’s been a customary or a privilege to deal with the most amazing changes of matter in the course of their studies, transformations, which were considered for ages magical. But I don’t think any discovery in the old-fashioned molecular chemistry equals in interest or amazing character the first natural transmutation that was made out. You have the sudden explosion, the certain proportion about 1 in 2,500 parts every year of the radium atoms into two different atoms, and these two atoms that are formed turned out to be the lightest and the heaviest of Rayleigh and Ramsay’s argon gases. This disintegration occurs and it was proved very soon afterwards both by Mrs Curie and by ourselves, Rutherford and myself, occurs with the evolution of a million times as much energy as in the most energetic ordinary chemical change known, which results in a helium atom in this case being expelled, the sort of ray, the speed of about 1/15th to 1/20th of that of light itself. There are 14 successive changes in the main series that starts from uranium and ten in that which start from thorium. And in addition there is a minor uranium series starting from the now notorious uranium 235, which formerly, before it was actually known to exist, was called actino-uranium as it was supposed that such an isotope was the parent of the actinium series, which originated like radium from uranium. Can I have now the next slide? These series are set out in detail here, where you have the uranium, a series starting here, the actino-uranium or uranium-235, starting there. The first series starting here, thorium. Broken off with the argon gas family, the emanations as they were first called by Rutherford who discovered them, and then going on right to the very ... (inaudible 32.45) which in each case is shown the nature of the particle that’s expelled, the period of average life in seconds, minutes, hours, centuries and so on, from the beginning to the end. So we come to know in that way some 40 new elements. Almost half as many as were before known. ... When the chemical character of a sufficiently large number of these ephemeral new elements had been made out, then a very strange situation arose which Professor Hahn has already alluded in his earlier lecture. Many of them proved to be completely identical in their chemical nature with one another. Although obviously different being formed from different parents and giving rise to different products. Being distinguished by different rays that have been given out different periods radioactively. And some of them, as we learned later, in the later part of the disintegration series became chemically identical with the elements lead, bismuth and thallium, which are next to the old 1890 periodic table to uranium and thorium at the end of the series. Now, being chemically identical, once mixed they defy separation by chemical analysis. And it was decided novel experience for the chemists to come across simple mixtures, which could not be resolved by chemical means. They could be resolved by physical means, true - theoretically. But as it happens, diffusion, one of the methods of separating gases of different atomic or molecular weight, is one of the most difficult processes to carry out practically. And it wasn’t until the necessity arose for the separation of the two uraniums, for the production of the atomic bomb that it was ever really tackled technologically as a process. Today it remains one of the most marvellously difficult and expensive processes possible to conceive. I coined the word “isotopes” in the year 1913 to signify the same place in the periodic table. But nowadays this could be put much more sweepingly by turning it round. Isotope is by no means confined to the radioactive elements among which it was discovered first. So that one can say that the separate places in the periodic table are occupied more often than not, by a group of different but chemically identical elements that are now called isotopes. Now, in natural radioactivity there are only two ways in which the atom can disintegrate. Why, no one knows, indeed you might say that a great deal about this new subject. ... The theory is merely very often a crude imitation of the facts that conjure up putting into the hat the rabbits that the experimentalist had often pulled out, just before. In both cases the individual atom disintegrating emits a single radiant particle. That had to be assumed at first but was afterwards proved. Like a bullet coming from a gun at a speed a considerable fraction of that of light. And these particles, the alpha, the white ones in my model and the beta, the black ones are different. In the alpha change what are called by Rutherford, their discoverer, alpha particles are expelled, in the beta change electrons. A very penetrating radiation, the beta are penetrating rays like the Roentgen rays, going through opaque matter, only in proportion to the amount in its way, being absorbed only in proportion to the amount in its path. And from the very first they were regarded of course as analogous, never really expected except a much higher velocity to the ordinary cathode rays of the now ubiquitous vacuum tube. That was made out almost as soon as the discovery of radioactivity itself. But the nature of the alpha rays took far longer to establish. For many years they were correctly thought to be atoms of helium as I’ve already indicated, a solar element, which Sir William Ramsay and I proved in 1903, was continually being produced by the element radium. A very first case of a natural transmutation established by ordinary physical and chemical methods. But it wasn’t till about 1911 I think, seven or eight years after their first recognition that Rutherford succeeded in proving with the spectroscope that the alpha rays were veritable helium atoms. Now, though they are much the most important and energetic of the two types, they are very, very feebly penetrating, they are stopped as a rule by a few centimetres of air and corresponding quantity of any other substance. But it’s a miracle that one atom can penetrate another, that is something new if you like. Here we have the second lightest known atom passing clean through all the atoms, 100’s of 1000’s of atoms of the guest in which it passes. And that was pointed out as early as about 1904 by Sir William Bragg in Adelaide, a lone worker right away from all culture, all research. A man, by the way, who had gone out to Australia, not as a physicist but as a mathematician. Who had trained himself in experimental methods entirely alone, isolated, he had most wonderful discovery of this passage of the alpha rays clean through the atoms of matter almost as if they were not there. That’s a case if you like of two particles occupying the same place at the same time. It was upon that property that Rutherford in 1911 to 1913 founded his celebrated nuclear theory of atomic structure. Now, it was the discovery, absolutely simultaneously, 1911 to 1913, of what is now known as the displacement law of radioactive change, that cleared up this whole subject like a flash. For it was then established that when the alpha particle is expelled from the atom, the chemical character of the substance changes in a way to indicate that it has moved in the periodic table, two places nearer the start. When the beta particle is expelled, the change of chemical character is one place in the opposite direction. This is the displacement law of radioactive change, as it appeared in the year 1913 when it was discovered. It was first discovered in the aftermath ... (inaudible 41.39) because they very much longer live than the beta rayers, whereas most of the beta rayers are too short lived to be chemically identifiable. It was my assistant Alexander Fleck of Glasgow, when I’d got hold of the alpha rule of how when an alpha ray is expelled beginning with the thorium series, it jumps two places from the thorium place to the radium place. Dr Hahn’s Thorium-1 (inaudible 42.15). Then it starts to leak in particle one-two. There’s thorium-1 and there’s thorium-2 and it comes back to itself. And then alpha-beta-beta sequenced in any order, which is very common in the radioactive disintegration. And so it comes about, you see, that a matter frequency, that the great grandchild of an element is identical to its parent. It doesn’t have to be order, alpha-beta-beta, it comes back into the same place in the periodic table and is absolutely chemically identical, although four units less in atomic mass, the weight of the alpha particle that has been expelled. It wasn’t until the latter part of the century that it was established of course that this actinium series is derived from a separate isotope of uranium and runs back, that I haven’t time to deal with. Indeed that’s a rather interesting point, that the uranium-235 was only discovered after all the rest of the work had been made out, it was foreshadowed by, what was the man’s name who went up into the stratosphere in a balloon, Piccard, a Swiss investigator, Swiss physicist who went to Belgium. And he called this uranium-235 isotope actino-uranium to indicate that it was a probable bearing to the whole actinium series, which you see there. You might take that just simply, actinium, beta-alpha-alpha-alpha-alpha-beta-alpha-beta. The interesting point about this was that it revealed a half a dozen new things and one of the most important was this: That in every case - that’s the end of the series - and the atomic weight of lead, 207.2, whereas a calculated atomic weight of lead from this one, thorium, is 208, I think, I can hardly see here, this is the lead-208, yes that’s right. The atomic weight of the lead from the uranium series is 206, that from a thorium series is 208 and the common lead is 207. Raising the possibility, you see of ascertaining, proving definitely this theory of isotopy. Because one has only got to go to minerals which contain no thorium, contain uranium only, and separate the lead from them, provided of course that there’s no lead originally in the mineral. And that had become at that time a perfectly well understood technique because it’s a method that enables the geologist to determine the age of the sample, the age of the earth from the amount of lead, the ratio of the lead to the uranium. Whereas at that time the geologists were against even the idea that thorium produced lead too, so they were wrong. I had the good fortune to get from Ceylon a new quantity of a new mineral called thorite, silicate, which was the purest thorium mineral at that time known. It’s not possible to get a mineral like Madam Curie’s pitchblende, uraninite, which contains no thorium to speak of, only the merest trace. But this particular specimen of the thorium mineral contains only very small proportion of uranium. And by hand sorting this most carefully, working up about 30 kilograms of it chemically for the lead, I was able to separate in quantity in the year 1916 thorium lead, the isotope of 208 thorium lead. Whereas T. W. Richards, I’ve already mentioned, the United States atomic weight chemist at that time had similarly tackled pure uranium minerals and determined the age of those which the geologists had selected for him as being suitable in not containing lead originally and had found the atomic weight to be 206. And as to be expected, because even at that time it was expected that the specific gravity of these atoms would be proportional to the atomic weight. The external part of the atom being the same, only the internal part different. We established the specific gravities of these two totally distinct isotopes of lead, separated respectively from thorium and uranium minerals were in agreement with the atomic weight. And that’s the only case where it’s possible to test this theory of isotopy with the ordinary elements, save the one case with the atomic bomb, where after spending 5,000 millions on it they did succeed in separating enough of the uranium-235 by diffusion and other methods from the major isotope 99.3%, 238. And as to be expected, because even at that time it was expected, that the specific gravity of these atoms would be proportional to the atomic weight. The external part of the atom being the same, only the internal part different. We established the specific gravities of these two totally distinct isotopes of lead, separated respectively from thorium and uranium minerals were in agreement with their atomic weight. And that’s the only case where it’s possible to test this theory of isotopy with the ordinary elements. Save the one case with the atomic bomb where after spending 5,000 millions on it, they did succeed in separating enough of the uranium-235 by diffusion and other methods from the major isotope, 99.3%, 238, which Otto Hahn has told you. Just enough for three atomic bombs that exploded respectively at the end of the war on their testing grounds in New Mexico and on two Japanese cities. It is the absolutely most difficult technological feat that’s ever been accomplished by man. It beats to the rare earths, it took years, it took lifetimes of many chemists to separate the rare earths from one another. Each devoting himself to one or two of them. But this is heroic in comparison and it certainly could not have been done, I’m quite certain in any other country but the United States of America under the pressure of war. Now, since the loss of the single negative electron that is the beta particle, sends the atom in the periodic table one place one way, whereas the loss of the doubly positively charged alpha particles sends it two places in the other way. Then it was obvious to the merest tyro that the places in the periodic table represented the internal atomic charge and nothing else. The loss of a negative with the opposite of the loss of two negatives, exact opposite of the loss of one positive alpha particle. And so it came about you see that the cryptogram to a very large extent was read. I should have pointed out the chief change that has come over this modern periodic table compared with all the ones that have been produced before and published without the evidence of radioactive elements that have been discovered and the vacant... (inaudible 51.20). Every place here is numbered, 1 with hydrogen, fairly outside the regular sequence in order 2, 3, 4, 5, up to uranium at the end, only 92. Now, that represented nothing more or less on Rutherford’s nuclear theory than the integral value of the positive charge on the atom’s nucleus. And the periodic table represents nothing but the orderly progressive serial increase from one unit at a time of this nuclear charge. The outside of the atom on this theory is made up of the neutralising electrons, negative electrons, equal in number, individual single electrons equal in number to the positive charge. That is always now called the atomic number. We found that originally only for the limited range at the end of the periodic table from uranium to thallium, the last place is actually entered in that chart that I showed you, but almost immediately the Bohr-Rutherford nuclear theory predicted enabled the positive nuclear charge of the elements to be actually measured. Even before, it was Bragg, the father and son who developed it in this country with the work of Friedrich and Knipping in Austria. Even before that Barkler, one of the Liverpool chemists, physicists in England, had shown that there is a regular increase of penetrating powers of the secondary rays that are produced when you bombard the various elements through the periodic table with high speed Roentgen rays. And this in the hands of Moseley led to his being able definitely to call the roll of the atoms. To say whether or not all were known or whether any vacant places remained. The next slide now, which is think is number nine. That’s his famous, what's called step ladder diagram, showing the regular step wise change in the wavelength of the rays that are produced from the elements in the periodic table. This is calcium, he hadn’t got cadmium you see, so he dropped to the next one, titanium titanium, selenium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, brass, brass being a mixture of the copper and zinc. This was showing the zinc in addition to the copper line. You see here at a glance, you can tell, anybody could tell that there was a gap here, between this and this. And that was the first picture he got, the x-rays are relatively to the ordinary optical spectre enormously simple, he found only one strong and one weak life. But of course that isn’t when you get up to higher intensities, that isn’t true of the others. And in this way Moseley was able to show the periodic table contained 92 places from hydrogen to uranium. Now, I’m beginning to get into my second part of the subject, the physical part. At this time, 1913, there was one other way of examining an element to see whether it contained isotopes or not, to see whether it was homogeneous or a mixture of different isotopes. And that was a purely physical application of the method by which J. J. Thomson in 1896 had first evaluated the mass, the charge, the velocity of the electron, a negative electron, in 1896. And he’d use it since then, same method, to evaluate the charge of the positive ions. In the electric discharge of gases at very low pressure, which are called positive rays. And these positive rays, which are called anode rays, discovered by Goldstein, had been examined as early 1900 about by a German physicist, Wilhelm Wien I think, who had shown that the mass of the positive is never less than the single hydrogen atom. That was the essence of it. The answer will no doubt will differ according as to whether you’re a philosopher or a practical mind. The isotopes have provided both types of food for thought. To the chemist with a soul of a poet, if there are any such, few discoveries can rival in philosophic interest, the way that isotopes, actually in the language of Keats, swam into our kin. We’ve been honoured with the presence of having listened to Dr. Hahn and I’ve already alluded to the curious circumstance that no one thought of repeating Madam Curie’s epoch-making work for uranium minerals for thorium minerals. As it happens, the very first piece of original work that Professor Hahn did and he’s told you about it and this subject to which he is now our greatest living master in radio chemistry, appeared at first to involve what is now known to be a completely impossible result, the separation of two isotopes, thorium and radiothorium, by simple chemical means. As a research student with Sir William Ramsay he had the good fortune, he told it, to discover a new member of thorium disintegration series. This is the thorium disintegration series. This is the isotope that he discovered, radiothorium. In working out a mineral which was not known to contain thorium, by a simple mistake in the standard German text book of analysis, Fresenius, when the analysis had recorded that mineral, the new mineral from Ceylon, called thorianite, which is not to be confused with thorite, containing a high proportion of uranium but still mainly thorium. It had been imported into England, discovered by the gemmers in Ceylon in their search for jewel, imported into Britain by the Eton college science master named Porter. Sent to Ramsay’s laboratory for analysis and had been returned as mainly zirconium, through an error in Fresenius’s analysis. And had then gone to the factory to be worked up according to Madam Curie’s method. All that Hahn was given by Ramsay was a repetition of Madam Curie’s pioneering work on uranium minerals with a different mineral. And to get practice in separating radium. As it turned out, of course Hahn was given this thing, nobody was consciously, had consciously thought of repeating Madam Curie’s work for the thorium minerals and similar results, it was eight years after the original work of Madam Curie. And the moment he discovered radiothorium which is a body of a considerable period, life of two or three years, the alpha rayer which produces beta rays in the course of time as it disintegrates, all the other chemists, radio chemists in the world tried to do the same thing and failed absolutely. If they could have separated radiothorium, you see, from the ordinary commercial thorium salt, it would have been just as valuable as radium, while it lasted. And it would appear that Hahn had actually done the impossible. But the explanation was given, this is another curious historical point, as early as 1907 by two American chemists, McCoy and Ross, who after trying in vain every known method for purifying thorium, in the attempt to separate the radiothorium that they knew from its radioactivity was there, they had the originality and the courage boldly to state what is a simple adopting of isotope, as early as 1907. Radiothorium and thorianite were in their opinion non-separable by chemical means. So that how did our magician Hahn, a mere tyro at that time, do it? In the meantime, as he told you, he’d crossed the Atlantic, working with Rutherford in Montreal and had come across mesothorium, you see, a new member in the thorium disintegration series. In addition to the radiothorium, (count again two beta-rayers or one, one big beta-... ) ... Now, one position Hahn has done, it seems, is to separate thorium from the radiothorium. ... He discovered the radiothorium, which was not what he’d separated from the mineral which was inseparable, (inaudible 61.30), but his fresh radiothorium he had grown, very difficult to effect the operation. McCoy and Ross correctly pointed out that it was a case of showing what an utterly unanticipated fact really was discovered, inevitably as it would have been, sooner or later, by the fact that the atom is disintegrating. What Hahn has done is to separate mesothorium and thorianite without discovering it. There’s no rays to speak of and this in the course of time had quickly grown a fresh crop of radiothorium, what Hahn had discovered. He had in fact achieved the easy chemical separations of mesothorium from thorium and of radiothorium from mesothorium. The original radiothorium in the mineral remained then as it now is, completely non-separable from the main constituent. How could any more elegant revelation of a tremendous secret, so long and jealously guarded by nature be conceived? By their fruits you shall know them, is true not only of trees as it is of men, but of all unlikely things of the elements and of the atoms. What Hahn and Ramsay working with thorianite were doing like gardeners, trying to separate red tulips from blue, after they had bloomed. The job doesn’t require a gardener at all, as anybody who is doing who is not colour blind, what the other chemists were doing, they were trying to separate it from thorium, to separate before they had bloomed and that no gardener could possibly do. It’s very easy to underrate, looking back, the difficulties that attend even the smallest forward step in discovery, the difficulties of McCoy and Ross which they successfully surmounted in 1907 were so great that I think it deserves recognition. It looks so simple after they discovered the displacement law, but remember that at that time, before that, it was not even known that the product of a radioactive change is, must necessarily be different chemically from its parent. If, as Hahn first thought, radiothorium and thorium were successive in the series, then radiothorium could under no possibility whatever have been discovered. Sometimes as well I think to keep in mind the things that might be, we can’t discover, as to dwell on those that we can. On the practical side, on the other hand, there can be few discoveries in this century likely to prove as great a boom to mankind as that of isotopes. I need do no more than mention this as we are honoured by the presence of the pioneer in this field as you’ve already heard Professor George de Hevesy, who used quite in the early days before the name ‘isotopes’ was coined, used them as tracer elements and later extended it to biological and medical research. That’s about the one and only thing about isotopes that the public probably ever heard. But now that artificial atomic disintegration has been achieved, so that elements have built up at will almost as well as broken down by these new powerful instruments in America that we’ve heard about, it’s possible to make radioactive isotopes of almost all the common elements. Of course, still in completely unweighable amounts, doesn’t matter, because you're not dealing with the weights, you’re dealing with the radioactivity. And there are more radioactive isotopes in the 400 or 500 common isotopes of ordinary elements I already had on the screen. Looking back at the distant days of my youth, before it became possible to break down and build up atoms at will, science then seemed to have been in a preliminary, primitive stage compared with where it is today. Almost one might say it was still at school. Even whatever discoveries there may be in the future, in the science of matter, even though there were none, what we already know now and didn’t know half a century ago will carry man far. One essential condition is that before it’s too late war must be abolished from the earth, let there be no doubt whatever about that, that is the unanimous opinion of every scientific man that has ever expressed an opinion on this burning question. (Applause).

Mein Vortrag gliedert sich in zwei Teile, einen chemischen und einen physikalischen Teil, die von ihren methodischen Ansätzen her völlig unterschiedlich sind. Und was den physikalischen Teil betrifft, vertrete ich hier ausschließlich die Toten, denn seit über einem Jahrhundert und seit dem Aufkommen der modernen Atomtheorie werden die chemischen Elemente als homogene Elemente betrachtet, die letzten isolierbaren Bestandteile von Materie. Wie von Dalton im ersten Jahrzehnt des letzten Jahrhunderts dargelegt, fußte diese Theorie konkret auf zwei Axiomen: Erstens, dass die Atome derselben Elemente dasselbe Gewicht haben, und zweitens, dass die Atome unterschiedlicher Elemente unterschiedliche Gewichte aufweisen, was beides nicht ferner von der Wahrheit entfernt sein könnte. Der Begriff "Isotop" wurde in Anlehnung an zwei griechische Wörter, nämlich "isos" und "topos" - der gleiche Ort - erfunden und geprägt, wobei sich der gleiche Ort auf das Periodensystem der chemischen Elemente bezieht. Vielleicht sollte ich zunächst etwas zu diesem Periodengesetz sagen. Nachdem im letzten Drittel des letzten Jahrhunderts das Atomgewicht einer ausreichenden Zahl von Elementen genau ermittelt worden war, stellte sich heraus, dass bei einer systematischen Anordnung nach ihrem Atomgewicht natürliche Familien von chemisch verwandten oder chemisch ähnlichen Elementen entstehen. Der Entdecker dieser Ordnung war der Engländer Newlands und das war, glaube ich, 1862. Und er wusste, dass eine Kurzbeschreibung dieses Periodengesetzes besser wäre als seine langwierigen Umschreibungen. Er sprach deshalb von einer Anordnung der Elemente in Achtergruppen, wobei das erste Element wie das letzte ist - vergleichbar mit einer Oktave in der Musik. Das ist also gleich zu Beginn das einfache Gesetz, das mit einer kleinen Abänderung noch immer gilt und die zugrunde liegende Vorstellung auf einen Blick vermittelt. Wenn man also die Elemente nach ihren Atomgewichten ordnet, erhält man Reihen von Elementen. Zunächst wurde dieses Konzept von den Chemikern verspottet und verhöhnt - genauso wie Isotope, atomarer Zerfall und all die anderen Dinge in meiner Zeit es wurden. Aber es ist bekannt, dass der erste Erfolg dieses Systems eine Vorhersage der Existenz von drei neuen Elementen mit ihren ungefähren Atomgewichten sowie ihren chemischen Merkmalen war. Die drei, Gallium in 1875, Scandium in 1879 und Germanium in 1887, wurden von dem russischen Chemiker Mendelejew vorhergesagt, auf den die heutige Form des Periodensystems zurückzuführen ist. Der andere große Pionier war Lothar Meyer, ein deutscher Chemiker. Kurz zuvor hatte die Entwicklung des Spektroskops für die Entdeckung von vier neuen Elementen gesorgt, die in der Natur nur in minimalen Mengen vorkommen: Cäsium, Rubidium, Thallium und Indium. Und genau dies waren die von Mendelejew vorausgesagten Elemente. Auf einen Blick sieht man, dass man durch die serielle Anordnung und aus der Ähnlichkeit der Chemie aufeinanderfolgender Spalten neue Elemente entdecken konnte. Und so war Mendelejew in der Lage, diese drei neuen Elemente zu prognostizieren. Achten Sie bitte auf drei Punkte, diese lange Lücke hier ... ich glaube, hier ist nur ein (Element) vorhanden. Diese sind sich chemisch so ähnlich, dass sie von dem, was wir offiziell gefunden hatten, dem am nächsten kamen, was wir heute als Isotope bezeichnen. Dieses Dia bezieht sich auf die Zeit um 1890. Der Anstieg der Linien ... das ist für mich schwer zu sehen ... aber Sie erkennen die ansteigenden Linien, die ein Gerät von Sir William Crookes imitieren, das das hier tatsächlich repräsentiert. Was Sie da sehen, ist nicht ein aufgegliederter Tabellensatz, sondern eine kontinuierliche Spirale rund um den Zylinder. Und das ist sehr wichtig, weil das genau der Punkt ist, der später in Vergessenheit geriet. Es wäre hilfreich gewesen, wenn man sich daran erinnert hätte. Tatsächlich bildeten zu dieser Zeit die Alkalimetalle die erste Familie und die Halogene die letzte, die siebte Familie. Und deshalb gibt es eine sehr plötzliche Veränderung bei den Elementen, die diesen hier in der Tabelle insgesamt sehr unähnlich sind, ohne dass eine Lücke dazwischen liegt, worauf ich 1890 Bezug genommen habe. Vergessen Sie jetzt einmal die chemischen Merkmale des Periodensystems der Elemente, das vor diesem Jahrhundert große Bedeutung hatte und lediglich als Methode dient, nämlich eine Methode, nach der die Elemente in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet wurden. Grob, aber nicht exakt in der Reihenfolge ihrer Atomgewichte. Und der nächste Aspekt, auf den ich Sie hinweisen möchte, sind diese beiden getrennten, herausragenden Elemente, Uran, Thorium, und dann hat man eine große Zahl von Elementen, bevor man zu dieser Sequenz kommt. Kontinuierlich ohne Lücken, durchgehend bis (unverständlich 9:49) ... bis zu den schweren Platinmetallen. Das ist der zweite wichtige Punkt. Bitte das nächste Dia. Nun, das hier ist Anfang dieses Jahrhunderts. Die Hauptunterschiede dieser neuen, absolut neuen Familie von Argon- oder inerten Gasen, die im Jahr 1894 von Lord Rayleigh und Sir William Ramsay entdeckt wurden, bestehen darin, dass sie - lassen Sie das einmal auf sich wirken - ohne chemische Merkmale sind. Sie sind absolut inaktiv. Und sie sind die Puffer zwischen den stark elektronegativen Halogenen ganz rechts und den stark elektropositiven Alkalimetallen äußerst links. Inzwischen wurden auch die seltenen Erdelemente größtenteils ergänzt. Tatsächlich wurden sie hier aus dem System herausgenommen. Ich befürchte, dass ich hier zwei Dias verwechselt habe, könnten Sie bitte das nächste Dia zeigen, bitte das nächste ... Mit der Entdeckung der Radioaktivität 1896 begann sich dieser leere Raum hier zwischen den Elementen zu füllen. Ich erwähnte die bereits zur Beginn dieses Jahrhunderts entdeckte Radiumemanation, heute als Radon bezeichnet, sowie das von Madame Curie entdeckte Polonium. Diese Lücke hier ist von besonderem Interesse für uns. Man hätte hier nicht an irgendeine Verbindung zwischen dieser Entdeckung und der Entdeckung der Radioaktivität zwei Jahre später gedacht. In Wirklichkeit aber bestand hier ein sehr starker Zusammenhang, denn sonst wären diese Gase im Jahre 1894 und in den nachfolgenden Jahren nicht in der Atmosphäre entdeckt worden, wobei nur Argon reichlich vorhanden ist und der Rest kommt in millionstel Anteilen vor, beginnend mit Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon. Helium wurde 1868 erstmals von Sir Norman Lockyer mit dem Spektroskop in der Sonne entdeckt, dann wurde es von Ramsay und Rayleigh auf bestimmte Mineralien untersucht. Ein gewisser Mineraloge, der Amerikaner Hillebrand, hatte entdeckt, dass Uraninit, das Primärmineral von Pechblende, was dessen Sekundärform ist, fast reines Uranoxid, in erheblicher Menge ein Gas beinhaltete, das er für Stickstoff hielt. Myles in Oxford erzählte Ramsay darüber, der damals gerade versuchte, Argonverbindungen herzustellen. Und sie separierten dieses Gas von Hillebrand und es erwies sich als Helium, das Sonnenelement, das leichteste im Periodensystem und das, was Lockyer in der Sonnenchromosphäre 1868 entdeckt hatte. Nun möchte ich gerne das nächste Dia zeigen, um die Sache zu vervollständigen ... Dies ist eine aktuelle Version des gegenwärtigen Periodensystems, da ist etwas durcheinander geraten, wo ... das wurde als eine totale Ausnahme komplett aus dem Periodensystem herausgenommen. Diese ursprüngliche Idee ... (unverständlich 14:43) ... die ersten beiden Perioden, wie sie genannt werden. Danach folgt eine riesige Anzahl von Elementen, die hier von da nach da usw. dargestellt sind. Es stimmt, dass sich die Ordnungszahlen erhöht haben, aber das ist, glaube ich, eine ziemlich moderne Idee aus dem Jahr 1945, also die Darstellung des Periodensystems von heute. Und sie enthält praktisch die gesamte Arbeit, über die ich später noch sprechen werde. Nun, hier ist natürlich nicht der Artikel, sind nicht die Elemente berücksichtigt, von denen Professor Hahn bereits gesprochen hat. Das wurde über das Uran hinausgehend um sechs Stellen, um rein künstliche Elemente erweitert. Und all die kleinen Lücken bestehen nach wie vor und sind künstlich mit den neuen Methoden der Atomsynthese erzeugt worden, die im letzten Jahrzehnt entwickelt wurden. Professor Hahn hat ein sehr interessantes Buch zu diesem Thema verfasst mit dem Titel "Das neue Atom", das ich Ihnen sehr empfehlen kann. Ich will nicht vergessen darauf hinzuweisen, dass bereits zum damaligen Zeitpunkt und vor dem Ende des Jahrhunderts Ausnahmen zu dieser Regel, zu diesem Periodengesetz bekannt waren. Nicht weniger als drei Elemente-Paare wiesen falsche Atomgewichte auf. Sie wurden transponiert. Das erste war Tellurium, 127,6 Atomgewicht, gefolgt von Jod mit 126,9, weniger statt mehr, und zwei weitere, Argon gefolgt von Kalium und Kobalt gefolgt von Nickel. Es war also bekannt, dass das Periodengesetz kein exaktes Gesetz war. Ein weiterer Punkt, der zum damaligen Zeitpunkt begeistertes Interesse weckte, war der sehr große Anteil von Elementen, die ein einheitliches Atomgewicht aufwiesen, und zwar nicht in Bezug auf Wasserstoff, dem geringsten Atomgewicht, das bei 1,008 liegt, sondern in Bezug auf Sauerstoff, das bei 16 liegt. Dies ist ein bei weitem zu großer Anteil an den Gesamtelementen, als dass es reiner Zufall sein könnte. Und das rief eine sehr simple und zunächst stark verhöhnte Hypothese in Erinnerung, die Prout zu Beginn des Jahrhunderts direkt nach Daltons Atomtheorie aufgebracht hatte. Prout, ein Arzt, hatte vermutet, dass es aufgrund des integralen Verhältnisses von Wasserstoff und Sauerstoff, das in Wirklichkeit bei rund 1% Unterschied liegt, was aber zur damaligen Zeit ausreichte, stimmen könnte, dass sich alle Elemente aus Wasserstoff zusammensetzen. Und das wurde natürlich verspottet und von den exakten Chemikern der Zeit mathematisiert, aber die Wissenschaft kannte eben sowohl ihre Tragödien als auch ihre Erfolge. Direkt zu Beginn dieses Jahrhunderts, als ich noch Student war, wurde die stets exaktere Ermittlung der Atomgewichte als das Höchste der theoretischen Chemie betrachtet. Unter völlig falschen Eindruck, dass sie von grundlegender physikalischer Bedeutung sind ... Direkt zu Beginn dieses Jahrhunderts wurde diese exakte Ermittlung der Atomgewichte als das absolut Höchste in der theoretischen Chemie betrachtet - unter dem falschen Eindruck, dass sie von grundlegendem theoretischen Interesse seien und, wenn man sie nur erfassen würde, das gesamte Kryptogramm des Periodengesetzes aufklären könnten. Heute, 50 Jahre später, stellt sich heraus, dass die Arbeit von Pionieren wie Berzelius, Marignac, Stas und schließlich V. W. Morley und T. W. Richards, den letzten amerikanischen Chemikern, die sich mit dem exakten Atomgewicht beschäftigt haben, also dass ihr Lebenswerk in Wirklichkeit weggeworfen wurde, als hätten sie sich mit der Ermittlung des spezifischen Gewichts einer Sammlung von Bierflaschen beschäftigt, von denen einige leer, andere wiederum voll und einige halb voll und halb leer gewesen sind. Und paradoxerweise lässt sich das Kryptogrammrätsel des Periodensystems heute so lesen, dass jedes Kind in der Schule es verstehen kann und die Schüler das auch meiner Ansicht nach anstelle all des anderen alten Zeugs lernen sollten. Die Natur der Beschaffenheit der Materie konnte trotz der gewiss vorhandenen, zunehmenden Komplexität, mit der man zu tun hat, in den letzten Jahren enorm vereinfacht werden. Die Naturphilosophie hat sich bereits in früher Zeit damit beschäftigt, die Natur der inneren Beschaffenheit der Materie aufzuklären. Und innerhalb des letzten Jahrzehnts ist dieses Ziel größtenteils erreicht worden. Und nun zu meinem Thema, der seltsamen neuen Komplexität von Materie, die unter dem Begriff "Isotope" bekannt ist. Es war eine Entdeckung im Jahre 1896, nämlich die Entdeckung der Radioaktivität durch Henri Becquerel, die zwangsläufig zur Entdeckung dieser Heterogenität, dieser neuen Heterogenität in Materie führte. Das ist jetzt - fast auf einen Monat genau - 50 Jahre her, und es ist doch seltsam, dass man sich angesichts eines solchen Jubiläums keine offizielle wissenschaftliche Form der Anerkennung überlegt hat. Denn diese Entdeckung hat doch zweifelsohne die Welt ins Wanken gebracht, dass die beiden natürlichen radioaktiven Elemente, diese isolierten Paare, die am Ende des letzten Jahrhunderts allein am absoluten Ende des Periodensystems standen, einen Prozess der natürlichen Transmutation durchliefen. Die Atome zerfallen bei extrem langsamer Geschwindigkeit, während der eigentliche Zerfall eines Atoms eine plötzliche, augenblickliche oder explosive Angelegenheit ist. Im Verhältnis zur Masse des Gesamtatoms leichte Teilchen werden ausgestoßen und simulieren Strahlen. Zurück bleiben neue Atome, die neuen Elementen mit anderen Merkmalen entsprechen. Sowohl bei Uran als auch bei Thorium gibt es eine lange Kette von aufeinander folgenden Zerfallsprozessen, in deren Verlauf eine riesige Zahl neuer chemischer Elemente, größtenteils in unendlich kleiner Menge, entsteht, für die Radium typisch ist. Diese haben nur einen begrenzten Lebenszeitraum, bevor sie ihren Zerfallsprozess fortsetzen und sich in ein neues Element einer Zerfallsreihe verwandeln. Das hier ist die Darstellung eines Modells der Theorien. Ich möchte darauf nicht näher eingehen, aber die verschiedenen Farben der verschiedenen Modellatome repräsentieren ihren chemischen Charakter. Die unterschiedlichen Farben der ausgestoßenen Strahlen - das sind nur zwei, nämlich weiß und schwarz - stehen für die Verschiedenheit der Strahlen. Wichtig ist hier, dass das hier das Primärelement ist, Uran oder Thorium, mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von Tausenden von Millionen Jahren. Das hier hat möglicherweise eine Lebensdauer von einigen wenigen Stunden. Die weißen Kugeln repräsentieren die Alpha-Teilchen, auf die ich noch eingehen werde, die schwarzen Kugeln die Beta-Teilchen oder das gewöhnliche Elektron, das sich fast in Lichtgeschwindigkeit bewegt. Nur zwei Varianten. Diese Beta-Strahlen, wie wir sie nennen, sind relativ kurzlebig. Sehr bald, ich glaube, auf keinen Fall länger als ungefähr ein Vierteljahrhundert. Dann kommen wir zu den nächsten, die eine potenzielle Lebensdauer von einer Million Jahre haben usw., bis ganz nach unten. Aber man kann nie wissen. Einige Leben sind so kurz, dass nur theoretisch ein separates Element existiert. Man könnte diese Elemente nicht einmal voneinander unterscheiden. Bei den kürzesten Lebensdauern reden wir über ein Millionstel und Tausendmillionenstel einer Sekunde. Aber ich möchte Sie daran erinnern, dass die Alpha-Strahlen grundsätzlich stabiler sind als die Beta-Strahlen. Nun, dieses Dia ... das ist das Dia, das die Welt ins Wanken gebracht hat, wie kaum ein anderes. Das ist das erste Bild Becquerels von einem Uran-Röntgenbild. Dazu wurde über eine fotografische Platte, die in schwarzes Papier eingehüllt war, Uransalz gestreut und dann zwischen das Salz und den Film ein Aluminiummedaillon platziert. Das Ganze wurde dann wochenlang abgedunkelt in einem Schubfach gelagert. Ein seltsames Phänomen, 1896. Ein Jahr später folgte Röntgens berühmte Entdeckung der Röntgenstrahlen, die seinen Namen berühmt gemacht haben. Vor ihm hatten bereits Crookes in England und Lenard in Deutschland und viele andere mit den neuesten elektrischen Geräten zur Erzeugung von Hochspannung und Stromerzeugung und dieser hochwertigen Vakuumtechnik, mit der sich das Gas aus den Vakuumröhren entfernen ließ, die Röntgenstrahlen entdeckt. Aber dieses erledigte Uran wesentlich leistungsstärker und besser als durch künstlich geschaffene Einrichtungen. Das war das eigentliche Wunder der Entdeckung von Becquerel. Es hätte einfach ein Kuriosum, ein Kuriosum der Wissenschaft bleiben können, aber bekanntlich wurde es durch die nachfolgenden Arbeiten der Curies berühmt. Es war Madame Curie, die gemeinsam mit einem deutschen Physiker namens G. C. Schmidt die Radioaktivität des nächsten Elements im Periodensystem entdeckte. Und das ist eine Röntgenaufnahme des normalen Welsbach-Glühstrumpfes, der sich vor dem Abbrennen verflacht hatte, dann abgebrannt ist und auf eine fotografische Platte gelegt wurde, in schwarzes Papier gehüllt und einige Wochen ruhte. Und sie sehen, wie sich Thorium (das ist ein Positiv des ursprünglichen Negativs) auf dem Bild eingeprägt hat. Diese Arbeit ist das Ergebnis von Madame Curies sehr sorgfältiger systematischer Analyse aller bekannten Elemente, von denen zum damaligen Zeitpunkt nur eines, nämlich Thorium, ebenso wie Uran radioaktiv war. Und dann folgte, wie jeder weiß, Madame Curies dramatische Entdeckung von neuen teilradioaktiven Elementen, millionenfach radioaktiver als Uran und Thorium, die das Thema, das bisher als unwichtig galt, zu einem Riesenthema für die gesamte moderne Welt machten - durch Madams Curies Untersuchung des Uranminerals Pechblende. Nun, es gibt eine sehr bedeutende, extrem interessante Besonderheit an den Entdeckungen dieser bekannten Curies, die ich hier noch erwähnen möchte. Ich glaube, darauf ist noch nie hingewiesen worden ... Der Erfolg der Curies ist schlicht und einfach auf die Tatsache zurückzuführen, dass Madame Curie Chemikerin war und nicht Physikerin. Und statt wie Becquerel mit den kommerziellen Präparaten von Uran zu arbeiten, die in der Fabrik behandelt worden sind, griff Madame Curie auf die Uranmineralien zurück. Und genau in diesen Mineralien fand sie erstmalig Polonium und dann Radium. Es gehört zu den Kuriositäten der Wissenschaftsgeschichte, dass zum damaligen Zeitpunkt niemand daran glaubte, dass Madame Curies Arbeit über Uran mit den Thorium-Mineralien wiederholt werden könnte. Und noch kurioser ist die Tatsache, dass dies, als es acht Jahre später erfolgte, aufgrund eines Zufalls und nicht durch gezielte Forschungsarbeiten geschah. Die wesentliche Besonderheit dieser Entdeckung oder Theorie vom Atomzerfall als Ursache der Radioaktivität ist an der ersten Umwandlung des Radiumatoms festzumachen. Heute wird es verkürzt als Radon bezeichnet, eine Imitation von Argon und den anderen Gasen mit demselben Wert. Es ist üblich bzw. ein Privileg, dass man im Laufe seiner Untersuchungen mit den erstaunlichsten Veränderungen von Materie zu tun bekommt, Transformationen, die als magisch bezeichnet werden können. Aber ich kenne keine Entdeckung in der altmodischen Molekularchemie, die genauso interessant oder erstaunlich ist wie die erste Transmutation, die entdeckt wurde. Es gibt diese plötzliche Explosion, dieses Verhältnis von rund 1:2.500 Teilchen pro Jahr der Radiumatome in zwei unterschiedliche Atome. Und bei diesen beiden Atomen handelt es sich um die leichtesten und schwersten Argongase von Rayleigh und Ramsay. Dieser Zerfall geschieht - und das wurde sehr kurz darauf sowohl von Madame Curie als auch von uns, Rutherford und mir, nachgewiesen - mit der Entwicklung einer millionenfachen Energie der energievollsten normalen chemischen Veränderungen, die bekannt sind, sodass in diesem Fall ein Heliumatom in Form eines Strahls mit einer Geschwindigkeit von 1/15 bis 1/20 der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen wird. Es gibt 14 aufeinander folgende Veränderungen in der Hauptreihe, die mit Uran beginnt, und zehn in der mit Thorium beginnenden Reihe. Und zusätzlich gibt es eine kleinere Uran-Reihe, die mit dem heute bekannten Uran 235 beginnt, das, bevor seine Existenz tatsächlich bekannt war, als Actinium-Uran bezeichnet wurde, da angenommen wurde, dass ein solches Isotop das Mutterelement der Actinium-Reihe ist, das wie Radium aus Uran hervorgeht. Kann ich bitte das nächste Dia haben? Diese Reihen werden hier detailliert dargelegt, hier ist das Uran, eine Reihe startet hier, das Actinium-Uran oder Uran 235 beginnt hier. Die erste Reihe beginnt hier, Thorium. Unterbrochen durch die Argon-Gasfamilie, die Emanationen, wie Rutherford sie zuerst genannt hat, der sie entdeckt hatte, und das geht dann hier rechts weiter ... (unverständlich 32:45), wobei jeweils die Beschaffenheit des Teilchens, das ausgestoßen wird, und die durchschnittliche Lebensdauer in Sekunden, Minuten, Stunden, Jahrhunderten usw. vom Anfang bis zum Ende angezeigt wird. Auf diese Weise lernten wir rund 40 neue Elemente kennen. Nicht weniger als fast die Hälfte der Anzahl, die bereits vorher bekannt war ... Als die chemischen Merkmale einer ausreichend großen Zahl dieser kurzlebigen neuen Elemente bekannt waren, ergab sich eine sehr merkwürdige Situation, die Professor Hahn bereits in seinem früheren Vortrag beschrieben hat. Viele dieser Elemente stellten sich in ihrer chemischen Beschaffenheit als untereinander komplett identisch heraus, obwohl sie offensichtlich aus unterschiedlichen Elternelementen gebildet wurden und Anlass zu unterschiedlichen Produkten gegeben hatten sowie auch durch unterschiedliche Strahlen unterscheidbar waren, die unterschiedlich lange radioaktiv wirkten. Und wie wir später erfuhren, erreichten einige davon im letzten Teil der Abbaureihen chemische Identität mit den Elementen Blei, Wismut und Thallium, die im alten Periodensystem von 1890 neben Uran und Thorium am Ende der Reihe standen. Obwohl chemisch identisch, widersetzen sie sich nach ihrer Vermischung einer Isolierung durch chemische Analyse. Und es war eine ganz und gar neue Erfahrung für die Chemiker, einfache Verbindungen vor sich zu haben, die sie nicht mit chemischen Mitteln trennen konnten. Sie konnten mit physikalischen Mitteln aufgelöst werden, aber nur theoretisch. Denn die Diffusion, eine der Methoden zur Trennung von Gasen mit unterschiedlichen Atom- oder Molekülgewichten, zählt in der Praxis zu den am schwierigsten durchzuführenden Verfahren. Und erst, als zwecks Herstellung der Atombombe die Notwendigkeit zur Trennung der beiden Uran-Elemente bestand, wurde dieser technische Prozess tatsächlich in Angriff genommen. Auch heute noch ist das eines der wirklich schwierigsten und teuersten Verfahren, die man sich überhaupt vorstellen kann. Ich habe das Wort "Isotope" im Jahr 1913 geprägt, um denselben Platz im Periodensystem anzudeuten. Heutzutage könnte dieses Wort aber umfassender im umgekehrten Sinn verstanden werden. Isotope beschränken sich auf keinen Fall auf die radioaktiven Elemente, bei denen sie zuerst festgestellt wurden. Man kann also sagen, dass die separaten Stellen im Periodensystem öfter als nicht von einer Gruppe von unterschiedlichen, aber chemisch identischen Elementen belegt werden, die heute als Isotope bezeichnet werden. Bei der natürlichen Radioaktivität gibt es nur zwei Möglichkeiten für den Atomzerfall. Warum das so ist, weiß niemand. Tatsächlich könnte man sagen, dass viel zu diesem neuen Thema ... Die Theorie ist sehr oft nur eine grobe Imitation der Fakten, die heraufbeschworen werden, wenn man die Kaninchen, die der Experimentalphysiker erst kurz zuvor aus dem Hut gezaubert hat, wieder in den Hut hineinsteckt. In beiden Fällen gibt das einzelne zerfallende Atom ein einzelnes Strahlungsteilchen ab. Davon ging man zunächst aus, aber es hat sich auch im Nachhinein bestätigt. Wie eine Kugel, die aus einem Gewehrlauf herausschießt - und zwar in einer Geschwindigkeit, die einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Und diese Teilchen, die Alpha-Teilchen, die weißen in meinem Modell, und die Beta-Teilchen, die schwarzen, sind unterschiedlich. Bei der Alpha-Veränderung werden die von ihrem Entdecker Rutherford als Alpha-Teilchen bezeichneten Teilchen ausgestoßen, bei der Beta-Veränderung Elektronen. Die Beta-Strahlen sind wie die Röntgenstrahlen sehr durchdringende Strahlen, die opake Materie durchdringen und nur im Verhältnis zu der ihnen im Wege stehenden Menge absorbiert werden. Und von Anfang an wurden sie natürlich als analog betrachtet, niemals ... (unverständlich 37:47), mit Ausnahme der wesentlich höheren Geschwindigkeit gegenüber den normalen Kathodenstrahlen der heute überall verbreiteten Vakuumröhre, die fast genauso schnell herausgefunden wurde wie die Entdeckung der Radioaktivität selbst. Aber es sollte wesentlich länger dauern, die Beschaffenheit der Alpha-Strahlen zu ermitteln. Viele Jahre hielt man sie richtigerweise für Helium-Atome, wie ich bereits andeutete, ein Sonnenelement, das, wie Sir William Ramsay und ich 1903 nachwiesen, kontinuierlich vom Element Radium erzeugt wird. Der allererste Fall einer natürlichen Transmutation wurde durch einfache physikalische und chemischen Methoden bestätigt. Aber erst um 1911, sieben oder acht Jahre nach der ersten Entdeckung, gelang Rutherford mit dem Spektroskop der Nachweis, dass die Alpha-Strahlen in Wahrheit Helium-Atome waren. Obwohl sie die wichtigsten und energiereichsten der beiden Arten sind, sind sie nur sehr, sehr schwach durchdringend. Sie werden in der Regel von wenigen Zentimetern Luft und einer entsprechenden Menge anderer Substanzen aufgehalten. Aber es ist ein Wunder, dass ein Atom ein anderes durchdringen kann. Das ist etwas Neues, wenn man so will. Hier sehen Sie das zweitleichteste bekannte Atom, das unbeschränkt alle Atome durchquert, Hunderttausende von Atomen des Gastes, den es durchquert. Und das wurde bereits 1904 von Sir William Bragg in Adelaide festgestellt, einem einsamen Forscher fern von jeder Kultur, jeder Forschung. Einem Mann übrigens, der nicht als Physiker, sondern als Mathematiker nach Australien gegangen war. Der sich völlig selbstständig in experimentelle Verfahren eingearbeitet hatte und völlig isoliert war. Er entdeckte diese wunderbare unbeschränkte Durchquerung der Alphastrahlen, die die Atome von Materie unbeschränkt durchqueren, als ob sie gar nicht da wären. Wenn so man will, ist das ein Fall von zwei Teilchen, die dieselbe Stelle gleichzeitig besetzen. Und genau auf diese Eigenschaft fußte Rutherford 1911 bis 1913 seine gefeierte Kerntheorie der Atomstruktur. Es war die 1911 bis 1913 zeitlich absolut simultan erfolgte Entdeckung dessen, was heute als das Verschiebungsgesetz der radioaktiven Umwandlung bekannt ist, was diese gesamte Thematik schlagartig aufklärte. Denn es zeigte sich, dass sich der chemische Charakter der Substanz bei Abstoßung des Alpha-Teilchens vom Atom so ändert, dass es im Periodensystem um zwei Einheiten weiter nach vorne rückt. Wenn das Beta-Teilchen ausgestoßen wird, ändert sich die chemische Beschaffenheit um eine Ordnungszahl in die entgegengesetzte Richtung. Dies ist das Verschiebungsgesetz der radioaktiven Umwandlung, das 1913 entdeckt wurde. Es wurde erstmalig entdeckt infolge ... (unverständlich 41:39) ... ein sehr viel längeres Leben als die Beta-Strahlen, wobei die meisten Beta-Strahlen zu kurzlebig sind, als dass man sie chemisch identifizieren könnte. Es war mein Assistent Alexander Fleck aus Glasgow, als ich die Alpha-Regel dazu erkannte, wie die Thorium-Reihe, wenn ein Alpha-Strahl ausgestoßen wird, zwei Plätze von der Thorium-Stelle zur Radium-Stelle springt ... (unverständlich 42:15). Es gibt Thorium-1 und Thorium-2 und das kehrt zu sich selbst zurück. Und dann Alpha-Beta-Beta-Sequenzen in beliebiger Reihenfolge, was beim radioaktiven Zerfall sehr häufig vorkommt. Und so kommt es, wie Sie sehen, dass eine Materienfrequenz, dass der Urenkel eines Elements identisch ist mit seinem ... (unverständlich 42:50). Es muss nicht in der Reihenfolge Alpha-Beta-Beta sein, es kehrt an die gleiche Stelle im Periodensystem zurück und ist chemisch absolut identisch, wenn auch vier Einheiten weniger in der Atommasse, dem Gewicht des ausgestoßenen Alpha-Teilchens. Erst Ende des Jahrhunderts wurde festgestellt, dass diese Actinium-Reihe von einem separaten Uran-Isotop abgeleitet ist und rückwärts läuft, worauf ich hier aus zeitlichen Gründen nicht eingehen kann. Ziemlich interessant ist der Aspekt, dass das Uran 235 erst entdeckt wurde, nachdem alle anderen Arbeiten ausgeführt worden waren. Angedeutet hatte das schon dieser Mann, wie hieß er auch wieder, der sich mit einem Ballon in die Stratosphäre begab, Piccard, ein Schweizer Erfinder, ein Schweizer Physiker, der nach Belgien ging. Und er nannte dieses Uran-235-Isotop Actinium-Uran, um den wahrscheinlichen Bezug zur gesamten Actinium-Reihe anzugeben, die man hier sieht. Man kann das so einfach betrachten, Actinium, Beta-Alpha-Alpha-Alpha-Alpha-Beta-Alpha-Beta. Interessant daran war, dass dadurch ein halbes Dutzend neuer Dinge entdeckt wurde und eines der wichtigsten war das Folgende: Dass das in jedem Fall das Ende der Reihe ist, das Atomgewicht von Blei, 207,2, während das kalkulierte Atomgewicht von Blei von diesem hier, Thorium, 208 ist, glaube ich, ich kann das hier kaum erkennen, da ist das Blei 208, ja, das ist richtig. Das Atomgewicht von Blei aus der Uran-Reihe ist 206, das von einer Thorium-Reihe ist 208 und das übliche Blei ist 207. Damit entstand die Möglichkeit, diese Isotopentheorie zu bestätigen und definitiv nachzuweisen. Denn man braucht nur Mineralien zu nehmen, die kein Thorium enthalten, sondern nur Uran enthalten und das Blei separieren, vorausgesetzt, natürlich, dass sich in dem Mineral ursprünglich kein Blei befindet. Und das war zur damaligen Zeit bereits eine perfekte und gut untersuchte Technik, weil Geologen mit dieser Methode das Alter der Probe, das Alter der Erde aus der Menge des Bleis, dem Verhältnis des Bleis zum Uran, ermitteln können. Zur damaligen Zeit konnten sich die Geologen absolut nicht vorstellen, dass Thorium auch Blei erzeugt. Da lagen sie falsch. Ich hatte das Glück, aus Ceylon eine gewisse Menge eines Minerals mit der Bezeichnung Thorit, ein Silikat, zu erhalten, das zum damaligen Zeitpunkt das reinste bekannte Thorium-Mineral war. Es war nicht möglich, ein Mineral wie Madame Curies Pechblende, Uranimit, zu erhalten, das kein Thorium in bemerkenswerter Menge enthält, nur kleinste Spuren. Aber diese spezielle Probe des Thorium-Minerals enthält nur einen sehr kleinen Anteil Uran. Und durch eine sehr sorgfältige manuelle Aufbereitung von über 30 kg auf der Suche nach Blei konnte ich 1916 eine gewisse Menge von Thorium-Blei separieren, das Isotop von 208-Thorium-Blei. Der von mir bereits erwähnte T. W. Richards, US-amerikanischer Atomgewichtschemiker, hatte damals in ähnlicher Weise reine Uranmineralien untersucht und das Alter von Mineralien bestimmt, die Geologen für ihn ausgewählt hatten, weil sie kein Blei enthielten. Und für diese hatte er ein Atomgewicht von 206 ermittelt. Und wie zu erwarten war, weil man damals schon davon ausging, dass das spezifische Gewicht dieser Atome proportional zum Atomgewicht und der externe Teil des Atoms gleich und nur der innere Teil unterschiedlich ist, ermittelten wir die spezifischen Gewichte dieser beiden völlig unterschiedlichen Blei-Isotope, die von Thorium- und Uranmineralien isoliert worden waren, in Übereinstimmung mit dem Atomgewicht. Und das ist der einzige Fall, wo es möglich war, diese Isotopen-Theorie mit den einfachen Elementen zu überprüfen - mit der einzigen Ausnahme der Atombombe, wo man nach Investition von 5.000 Millionen in der Lage war, durch Diffusion und andere Methoden genug Uran 235 vom Hauptisotop 99,3%, 238, zu separieren, worüber Otto Hahn ja bereits berichtet hat. Gerade genug für die drei Atombomben, die bei Kriegsende auf dem Testgelände in New Mexico und über zwei japanischen Städten explodierten. Es ist wohl das komplexeste technologische Meisterstück, das jemals von Menschen erreicht wurde. Es schlägt die seltenen Erdmetalle. Es brauchte Jahre, es brauchte die Lebenszeit vieler Chemiker, die seltenen Erdmetalle voneinander zu trennen, wobei sich jeder auf ein oder zwei beschränkt hat. Aber dies ist im Vergleich dazu eine Heldentat und sie wäre, da bin ich ziemlich sicher, in keinem anderen Land möglich gewesen als unter dem Druck des Krieges in den Vereinigten Staaten von Amerika. Weil der Verlust des einzelnen negativen Elektrons, bei dem es sich um das Beta-Teilchen handelt, das Atom im Periodensystem um eine Stelle in eine Richtung verschiebt, während der Verlust der doppelt positiv geladenen Alpha-Teilchen es zwei Stellen in die andere Richtung verschiebt, war selbst für den reinsten Anfänger erkennbar, dass die Stellen im Periodensystem nichts anderes als die innere Atomladung repräsentierten. Der Verlust eines negativen Teilchens mit dem Gegenteil des Verlustes von zwei negativen Teilchen, das genaue Gegenteil zum Verlust eines positiven Alphateilchens. Und so kam es dazu, dass das Kryptogramm weitgehend lesbar wurde. Ich möchte noch auf die wesentliche Veränderung eingehen, die für dieses moderne Periodensystem eingeführt wurde, im Vergleich zu all den wunderbaren ... (unverständlich 51:20). Jede Stelle wurde mit einer Ordnungszahl versehen, 1 für Wasserstoff, ziemlich außerhalb der regulären Reihenfolge, 2, 3, 4, 5 bis hin zum Uran am Schluss, erst 92. Das repräsentierte in der Kerntheorie von Rutherford nicht mehr und nicht weniger als den Integralwert der positiven Atomkernladung. Und das Periodensystem ist nichts anderes als die Darstellung der systematischen, fortschreitenden, seriellen Zunahme ... (unverständlich 51:58) dieser Kernladung. Bei dieser Theorie besteht das Atomäußere aus den neutralisierenden Elektronen, negativen Elektronen, in gleicher Anzahl, individuellen Einzelelektronen, die in ihrer Anzahl der positiven Ladung entsprechen. Das wird heute einheitlich als Atomzahl bezeichnet. Wir haben das ursprünglich nur für das begrenzte Spektrum am Ende des Periodensystems von Uran bis Thallium festgestellt. Die letzte Stelle wurde tatsächlich in dieses Diagramm, das ich Ihnen gezeigt habe, eingetragen. Aber praktisch sofort wurde mit der Kerntheorie von Bohr-Rutherford vorausgesagt ... Nein, ich fürchte, ich irre mich, es war nicht die Bohr-Rutherford-Theorie. Es war das Aufkommen der Röntgenspektroskopie, das die tatsächliche Messung der positiven Kernladung der Elemente ermöglichte. Schon früher hatten Vater und Sohn Bragg diese Technik in diesem Land mit Hilfe der Arbeiten von Friedrich und Knipping in Österreich entwickelt. Bereits vorher hatte Barkler, einer der Liverpooler Chemiker, Physiker in England, nachgewiesen, dass die Durchdringungskräfte von Sekundärstrahlen, die bei Bombardierung verschiedener Elemente des Periodensystems mit Hochgeschwindigkeitsröntgenstrahlen entstehen, gleichmäßig ansteigen. Und dies führte dazu, dass Moseley die Funktion der Atome definitiv aufklären konnte, also, ob alle bekannt waren oder ob freie Stellen blieben oder nicht. Das nächste Dia bitte, das müsste die Nummer 9 sein. Das ist sein berühmtes, so genanntes Leiterdiagramm, das die gleichmäßige, stufenweise Veränderung der Wellenlänge der von den Elementen im Periodensystem erzeugten Strahlen angibt. Das hier ist Calcium, das Kadmium hatte er noch nicht, wie Sie sehen. Deshalb sprang er zum nächsten, Titan, Selen, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Messing, wobei Messing eine Mischung aus Kupfer und Zink ist. Das heißt also, dass Zink zusätzlich zum Kupfer vorhanden ist. Man sieht hier auf einen Blick, dass man das zählen kann. Jeder könnte das zählen und herausfinden, dass hier zwischen diesen beiden Elementen eine Lücke ist. Und das war der erste Eindruck, den er hatte, dass die Röntgenstrahlen im Verhältnis zum gewöhnlichen optischen Spektrum enorm einfach sind, er fand nur ein starkes und ein schwaches Leben. Das gilt natürlich nicht für all die anderen, wenn man zu den höheren Intensitäten geht. Und so konnte Moseley nachweisen, dass das Periodensystem vom Wasserstoff bis zum Uran aus 92 Stellen besteht. Ich komme jetzt zu meinem zweiten Teil des Themas, dem physikalischen Teil. Zum damaligen Zeitpunkt, 1913, gab es nur eine Möglichkeit festzustellen, ob ein Element Isotope enthielt oder nicht, ob es homogen war oder eine Mischung aus verschiedenen Isotopen darstellte. Und das war die rein physikalische Anwendung der Methode, mit der J. J. Thomson 1896 erstmalig Masse, Ladung und Geschwindigkeit des Elektrons, eines negative Elektrons, gemessen hatte, 1896. Und er wandte dieselbe Methode zur Messung der Ladung der positiven Ionen in der elektrischen Entladung von Gasen bei sehr geringem Druck, die positive Strahlen genannt werden, an. Und diese positiven Strahlen, die Anodenstrahlen genannt werden und von Goldstein entdeckt wurden, wurden Anfang 1900 von einem deutschen Physiker namens Wilhelm Wien, soweit ich weiß, untersucht. Und er hat nachgewiesen, dass die Masse des positiven Strahls nie geringer ist als das einzelne Wasserstoffatom. Das war die Essenz. Die Frage nach der Bedeutung der Isotope für das moderne Wissen wird zweifelsohne unterschiedlich beantwortet - abhängig davon, ob man ein Philosoph oder eher praktisch orientiert ist. Die Isotope haben Denkanstöße für beide Richtungen gegeben. Für den Chemiker mit der Seele eines Poeten, wenn es denn solche gibt, können nur wenige Entdeckungen mit dem philosophischen Interesse rivalisieren, das die Isotope gefunden haben - konkret in der Sprache von Keats. Wir hatten die Ehre, dem Vortrag von Dr. Hahn zuhören zu können. Und ich habe bereits auf den seltsamen Umstand hingewiesen, dass niemand daran glaubte, dass sich Madame Curies epochale Arbeit über Uran-Mineralien für Thorium-Mineralien wiederholen lassen würde. Der Zufall wollte es, dass der erste Teil der ursprünglichen Arbeiten, die Professor Hahn durchgeführt hatte - er hat ja über dieses Thema berichtet, für das er heute als der größte lebende Meister der Radiochemie gilt -, zunächst etwas beinhaltete, was heute für ein vollständig unmögliches Ergebnis gehalten wird, nämlich die Trennung der beiden Isotope Thorium und Radiothorium durch einfache chemische Mittel. Als Forschungsstudent bei Sir William Ramsay hatte er das Glück, wie er sagte, ein neues Element der Thoriumzerfallsreihe zu entdecken. Das hier ist die Thoriumzerfallsreihe. Das hier ist seine Entdeckung, nämlich Radiothorium. Bei der Analyse eines Minerals, das bekanntlich kein Thorium enthielt, hatte Fresenius durch einen einfachen Fehler im deutschen Standardlehrbuch der Analyse bei der Erfassung dieses Minerals das neue Mineral aus Ceylon mit der Bezeichnung Thorianit erfasst, das nicht mit Thorit verwechselt werden darf, und einen hohen Anteil an Uran, aber dennoch hauptsächlich Thorium enthält. Es war von Edelsteinsuchern in Ceylon auf der Suche nach Juwelen entdeckt worden und vom wissenschaftlichen Leiter des Eton College namens Porter nach Großbritannien importiert worden. Er schickte es zur Analyse an Ramsays Labor und erhielt aufgrund eines Fehlers in der Fresenius-Analyse als Ergebnis hauptsächlich Plutonium. Und das ging dann in die Fabrik und sollte entsprechend der Methode von Madame Curie aufbereitet werden. All das erfuhr Hahn von Ramsay und er wollte die Pionierarbeit von Madame Curie zu Uranmineralien mit einem anderen Mineral wiederholen und Erfahrungen im Isolieren von Radium sammeln. Hahn erhielt also dieses Material und niemand glaubte wirklich daran, dass sich die Arbeit von Madame Curie für die Thorium-Mineralien wiederholen ließ und ähnliche Ergebnisse erbringen würde. Das war acht Jahre nach den ursprünglichen Arbeiten von Madame Curie. Und als Hahn dann Radiothorium entdeckte, wobei es sich um einen Körper mit einer erheblichen Lebensdauer von zwei oder drei Jahren handelt - der Alpha-Strahl, der im Laufe der Zeit während des Zerfalls Beta-Strahlen erzeugt - versuchten alle anderen Chemiker, Radiochemiker weltweit, das Gleiche zu wiederholen und blieben dabei völlig erfolglos. Hätten sie Radiothorium isolieren können, das gewöhnliche kommerzielle Thoriumsalz erzeugen können, wäre das mindestens genauso wertvoll gewesen wie Radium, aber mit längerer Lebensdauer. Und es stellte sich heraus, dass Hahn tatsächlich das Unmögliche gelungen war. Aber die Erklärung lieferten - und das ist eine weitere seltsame historische Anekdote - bereits 1907 zwei amerikanische Chemiker, nämlich McCoy und Ross, die nach dem vergeblichen Ausprobieren aller bekannten Methoden zur Reinigung von Thorium in dem Versuch, Radiothorium zu isolieren, von dessen Existenz sie aufgrund seiner Radioaktivität wussten, die Originalität und den Mut besaßen, steif und fest zu behaupten - und das war bereits im Jahre 1907 eine simple Umsetzung der Isotop-Idee - dass sich Radiothorium und Thorium ihrer Meinung nach nicht durch chemische Mittel trennen lassen. Aber wie hat unser Zauberkünstler Hahn, zur damaligen Zeit ein blutiger Anfänger, das dann geschafft? In der Zwischenzeit hatte er, wie er Ihnen erzählte, den Atlantik überquert und arbeitete mit Rutherford in Montreal zusammen. Dort war er auf Mesothorium gestoßen, ein neues Mitglied der Thorium-Zerfallsreihe. Anders als Radiothorium (unverständlich 61:02) ... ist dies ein sehr kurzlebiges Element, das eine Lebensdauer von wenigen Jahren aufweist, damit jedoch erheblich länger als Radiothorium. Einen der Schritte, den Hahn durchgeführt hatte, war die Isolierung des Thoriums vom Radiothorium ... Er entdeckte das Radiothorium, das nicht das war, das er von dem untrennbaren Mineral getrennt hatte (unverständlich 61:30), sondern frisches Radiothorium, das er "herangezogen" hatte, ein äußerst schwieriger Vorgang. McCoy und Ross wiesen korrekterweise darauf hin, welch ein völlig unerwarteter Sachverhalt hier tatsächlich entdeckt worden war und unweigerlich früher oder später entdeckt werden musste, dass nämlich das Atom zerfiel. Hahn hatte in Wirklichkeit Mesothorium und Thorianit getrennt, ohne das zu erkennen. Es gibt keine nennenswerten Strahlen. Und das hat im Laufe der Zeit zum schnellen Entstehen einer neuen Radiothorium-Ernte geführt, die Hahn entdeckt hatte. Er hatte in Wirklichkeit die einfachen chemischen Trennungen des Mesothoriums von Thorium und des Radiothoriums von Mesothorium erreicht. Das ursprüngliche Radiothorium im Mineral blieb, wie auch heute noch, völlig untrennbar vom Hauptbestandteil. Wie hätte ein so unglaubliches Geheimnis, das von der Natur so lang und sorgsam gehütet worden war, eleganter entdeckt werden können? An ihren Früchten sollt ihr sie erkennen. Das gilt nicht nur für Bäume und für Menschen, sondern auch für all die unwahrscheinlichen Dinge wie Elemente oder Atome. Was Hahn und Ramsay bei ihrer Arbeit mit Thorianit wie Gärtner ausführten, war der Versuch, rote Tulpen von blauen zu trennen, wenn sie bereits verblüht sind. Diese Aufgabe erfordert keinen Gärtner. Jeder, der nicht farbenblind ist, kann sie erledigen. Was die anderen Chemiker taten, war dagegen der Versuch, es von Thorium zu isolieren, es zu trennen, bevor es geblüht hat und dazu war natürlich kein Gärtner in der Lage. Im Nachhinein lassen sich die Schwierigkeiten, von denen selbst kleinste erfolgreiche Entdeckungsschritte begleitetet waren, leicht unterschätzen. Die Schwierigkeiten von McCoy und Ross, die sie 1907 erfolgreich überwanden, waren so groß, dass das meiner Meinung nach Anerkennung verdient. Es sieht so einfach aus, nachdem sie bereits das Verschiebungsgesetz entdeckt hatten. Aber bedenken Sie, dass zur damaligen Zeit nicht einmal bekannt war, dass sich das Produkt einer radioaktiven Umwandlung notwendigerweise chemisch von seinen Eltern unterscheiden muss. Wenn, so Hahns erster Gedanke, Radiothorium und Thorium in der Reihe hintereinanderstehen, hätte Radiothorium unter keinen Umständen jeglicher Art entdeckt werden können. Ich denke, dass wir manchmal die Dinge im Kopf haben sollten, die wir nicht entdecken können, statt bei denen zu verweilen, die wir entdecken können. Andererseits gibt es in der Praxis nur wenige Entdeckungen in diesem Jahrhundert, die sich als so enormer Boom für die Menschheit herausstellten wie die Isotope. Ich möchte nur erwähnen, dass wir auch die Ehre haben, dass der Pionier auf diesem Gebiet unter uns weilt. Wir haben ihn bereits gehört, nämlich Professor George de Hevesy, der diese Elemente schon frühzeitig, bevor die Bezeichnung "Isotope" überhaupt geprägt wurde, als Tracer-Elemente verwendete und sie später auf die biologische und medizinische Forschung ausdehnte. Das ist wahrscheinlich das einzige, was die Öffentlichkeit jemals über Isotope gehört hat. Aber jetzt, wo der künstliche Atomzerfall möglich wurde und Elemente beliebig mit diese neuen leistungsstarken Instrumenten in Amerika, von denen wir gehört haben, aufgebaut oder abgebaut werden können, ist es möglich, radioaktive Isotope fast aller gewöhnlichen Elemente herzustellen - natürlich nach wie vor in völlig unwägbaren Mengen, was aber keine Rolle spielt, da man nicht mit den Gewichten zu tun hat, sondern mit der Radioaktivität. Und es gibt weitere radioaktive Isotope unter den 400 oder 500 üblichen Isotopen der gewöhnlichen Elemente, wie ich bereits gezeigt habe. Wenn ich auf meine weit zurückliegende Jugend zurückschaue, als es noch unmöglich war, Atome nach Belieben aufzuspalten und aufzubauen, scheint mir die Wissenschaft im Vergleich zu dem, was sie heute ist, damals in einem vorbereitenden, primitiven Stadium gewesen zu sein. Fast könnte man sagen, dass sie noch die Schulbank gedrückt hat. Welche Entdeckungen auch in Zukunft noch in der Wissenschaft der Materie gemacht werden und oder auch nicht: Was wir heute wissen und vor einem halben Jahrhundert noch nicht wussten, wird die Menschheit weit bringen. Eine wesentliche Bedingung dafür ist wohl, dass der Krieg auf Erden abgeschafft werden muss, bevor es zu spät ist. Es sollte kein Zweifel darüber bestehen, dass das die einhellige Meinung aller Wissenschaftler ist, die sich je zu dieser brennenden Frage geäußert haben.

Frederick Soddy (1952)

Isotopes

Frederick Soddy (1952)

Isotopes

Comment

Frederick Soddy was in his 75th year when he lectured at Lindau for the first time, almost 30 years after having received the Nobel Prize in Chemistry. In the meantime, he had acquired a reputation as a rather curious fellow, with a series of publications on futuristic societal economic questions and with a published poem stating a mathematical result of his. But for the lecture at Lindau, he returned to his profession as a chemist and gave a long and intricate talk on the history of isotopes. Actually, the talk he planned was too long, as we can hear him comment after about 60 minutes (!) and as can be seen from the version printed in a special publication of the journal Naturwissenschaftliche Rundschau from 1981. From the publication it can be seen that the full talk, consisting of two parts, was later given at the Max-Planck-Institute in Mainz, which, according to Soddy, was “the only institute in the world fully dedicated to the study of isotopes”. Soddy nicely starts his talk by telling a story in broken German, but for the core of the talk he apologizes to the audience and switches to his mother tongue. Thus his talk becomes the first one recorded at Lindau in English and is an early signal of the internationalization of both the speakers and the audiences at the Lindau meetings. But there is also another reason to look upon his talk as a real historic event: In the audience was, among others, Otto Hahn, Georg de Hevesy and Irène Joliot-Curie. All three of them were specialists on the subject of radiochemistry, a subject that was almost impossible to understand before the concept of isotopes. This is so because radioactive disintegrations typically lead to a whole series of radioactive products. These were looked upon as new elements to be inserted in the periodic table, but were in reality only isotopes of known elements. Since two isotopes of the same element have the same chemical properties, they cannot be separated by chemical means, only by their mass. When this was realized around 1913, all the pieces of the puzzle fell into place. Interestingly, Soddy points out that two American chemists, Mc Coy and Ross, had the main isotope idea already in 1907. In an unpublished “Introduction” to his lecture he mentions that he would have been happy to share his Nobel Prize with them!

Anders Bárány

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