die genaue messung der von einem einzelnen α-teilchen erzeugten ionenmengen und der nachweis neuer...
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Die genaue Messung der y o n e i n e m e inze lnen a-Tei lchen erzeugten I o n e n m e n g e n u n d der N a c h w e i s neuer
Akt iv i t~ ten *.
Von Hans Ziegert in KSnigsberg i. Pr.
Mit 19 Abbilduagem (Eingegangen am 28. November 1927.)
1. Die mittels H o f f m a n n sehen Duaatenelektrometer (angewandte Empfindlichkeit 1ram z 6740Ionen) photographisch registrierten, mit einer neuartigen ~[efl- maschine eiazetn ausgemesseaen StSfle yon Uran I, Uran l I und Radium geben bei statistischer Yerwer~ung und Beriieksichtigang der J a f f ~ s c h e a S~ttigungstheorie die auf ~ 1 % genaueu Ionisierungszahlen (Luft; 0 o, 760 ram)
k u i ~ 1,16.105 ,
ku i I z 1,29.105 ,
kR~ z 1,36. 105 .
Hieraus folg~ fiir die Fundamentalkenstante Z z 3 ,71 .10 l~ a-Teilchen pro Gramm Radium uad Sekunde. - - 2. Unter Zugrundelegung der hiermit berechneten Ionen- zahlen aller a-Strahler der Uran-Radium-Reihe wird die StoDh~ufigkeitsverteilnag yon ~etallhohlkugeln als Funktion der Ionenmengen studiert. - - B e i Kupfer und Zink ist eine Eigenaktivit~t nicht feststellbar. Registrierungen von R[iekst~nden und Niedersehl~igen aus ZinklSsungen ergeben mit Sieherheit die Existenz neuer Aktivit~ten mit den Ionenmengen
k ~ 0,42.105 , k ~ 0,69.105 , k - - 1,01.105 ,
deren Einordnung in das bisherige Schema Schwieri~keiten maeht. Der Radium- gehalt bei Aluminium, Kupfer, Zink und attem Blei erweist sich yea der GrSflen-
ordnung 10-14gRa pro g ]~etall.
I. E i n l e i t e n d e U b e r s i c h t .
w D i e M e l h o d e d e r I o n e n m e n g e n b e s t i m m u n g . E i n C h a r a k -
t e r i s t i k u m ieder a - S t r a h ] u n g eines r a d i o a k t i v e n Stoffes is~ die A u s s e n d u n g
y o n T e i l c h e n Wohl de f iu ie r t e r R e i c h w e i t e u nd die d a m i t v e r b u n d e n e E r -
z e u g u n g e iner b e s t i m m t e n I o n e n m e n g e . H i e r m i t i s t ei]l } I i t t e l an die
H a n d gegeben, v o r g e l e g t e r a d l o a k t i v e P r g p a r a t e zu ident i f iz ie ren , sowie
n e u a r t i g e cr ~es tzus te l len und in i h r e n E igenscha lben - - auch
q u a n t i t a t i v - - zu un t e r s uchen .
W ~ h r e n d n u n a b e t die B e s t i m m u n g der R e i c h w e i t e n d u r c h eine
Re ihe yon A r b e i t e n zu r ech t g e s i c h e r t e n E r g e b n i s s e n ** ge~iihr~ hat , s ind
*) Ein kurzer Bericht iiber ein]ge Hauptergebnisse vorliegender Arbeit wurde von Prof. G. H o f f m a n n anl~l]]ieh des IV. Deutsehen Physikertages in Kissingen (18. bis 24. September 1927) gegebem (Abgedruekt in der Phys. ZS. 28, 729, 1927~)
** Neben den ~lteren Versuchen yon W. H. B r a g g (Phil. :gag. 8, 719 und 726, 1904; 10, 318 und 600, 1905; ]1, 167 und 466, 1906) sind an neueren zu
Hans Ziegert, Die genaue ~Iessung usw. 669
die quant i ta t iven Angaben fiber die Ionenerzeugung yon ~-Teilchen nicht
reeht verl~lieh and befriedigend.
Man kann die "con einem einzelnen a-St rahl des Radiums gebildeten
Iouenpaare k dadurch bestimmen, dal~ man bei vollst~ndiger Ausnutzung
der einseitigen Strahlung eines unendlich diinnen Radiumprfiparates yon
rn Gramm den S~ttigungsstrom
J---- ~ . m . z . k . e (1) mi~t, we e das Elementarquantum, Z die Zahl der in 1 g Ra pro Sekunde
zerfallenden Atome bedeu/et. Mittels der aueh in neuerer Zeit best~tigten*,
fiir die Radioelemente geltenden G e l g e r s e h e n Beziehung
k ---- koR~]3 (2)
(k ~ Gesamtzahl der yon einer ~-Par t ikel erzeugten Ionenpaare ; R ~ Reich-
weite des Teilehens; k o ---- Konstante) is t dann k bei Kenntnis des d i rekt
mel~baren /~-Wertes fiir alle Radioelemente berechenbar.
Diesen Weg haben E. R u t h e r f o r d , H. G e i g e r , T. S. T a y l o r a n d
andere eingeschlagen **.
Grunds~tzlich is t abet bei der Anwendung der Gleiehung (1) eines
unbefriedigend: die Benutzung yon Z.
In der Relat ion for den S~tt igungsstrom is t m -- dureh Vergleieh
mi t einem Standardpr i ipara t naeh der 7-Strahlenmethode - - einwandfrei
konstat ierbar , e ( = 4 , 7 7 . 1 0 -10 statische Einheiten) recht gut bekannt;
der Z-Wert , der aus Szinti l lat ions- oder elektrischen Zahlmethoden ge-
wonnen wird, kann dagegen nicht als gesiehert gelten. Wenn man yon
den ersten, grundlegenden Messungen R u t h e r f o r d s mit noeh nieht so
ausgebfldeter Yersuehsmethode absieht ***, so stehen sieh in neuerer Zeit
erw~hnen: R. W. Lawso n, Wien. Ber. 124: [2a], 637, 1915; R. R. Sahn i , Phil. Idag. 29, 836, 1916; 88, 290, 1917; R. Rausch v. T r a u b e n b e r g , ZS. f. Phys. 2, 268, 1920; Phys. ZS. 21, 588, 1920; ZS. f. Phys. 5, 396 and 404, 1921; Phys. ZS. 22, 587, 1921; H. Ge ige r and A. Werner , ZS. f. Phys. 8, .191, 1921; G.H. Hende r son , Phil. Nag. 42, 538, 1921; C.W. van der Nerwe , Phil. )~ag. 45, 379, 1923; K. P h i l i p p , ZS. f. Phys. 17, 23, 1923; B. Gudden, ebenda ~6, 110, 1924; L.F. Ba tes , Prec. Roy. See. (A) 106, 622, 1924.
* H.N.SfcCoy und E.D. Leman (Chicago), Phys. Rev. 6, 184, 1915. ** E. R u t h e r f o r d , Phil. Mag. 10, 193, 1905; l l , 348, 1906; H. Ge ige r ,
Prec. Roy. See. (A) 82, 486, 1909; 83, 505, 1910; T. S. T a y l o r , Phil. Nag. 23, 670, 1912; R. G i r a r d , Le Radium 10, 195, 1913; E. R u t h e r f o r d , Phil. Nag. 28, 320, 1914; G.H. Henderson , ebenda 42, 538, 1921; H. Fonovi t s -S_mereker , Wien. Ber. 131 [2a], 355, 1922.
*** E. R u t h e r f o r d , Phil. Mag. 10, 193, 1905; E. R u t h e r f o r d and H. G e i g e r , Phys. ZS. 10, 1, 1909; E. R u t h e r f o r d , Phil. ~ag. 28, 320, 1914; V.F. Hess und R.W. Lawson, Wien. Ber. 127 [2a], 405 und 461, 1918; H. G e i g e r and A. W e r n e r , ZS. f. Phys. ~l~ 187, 1924; T~tigkeitsberieht der Phys.-Teeha. Reiehs- anstalt 1924; V.F. Hess and R.W. Lawson, Z8. f. Phys. 24, 402, 1924.
670 Hans Ziegert,
zwei Z-Werte entgegen; einmal der yon H. Geiger und A. V~erner mlt 3,40 (bz~. 3~48) .10 l~ sodann der vonV. F. Hess und R, W. Lawson mlt '3,72.101~ g-Teilchen pro Sekunde und Gramm Ra.
Dab bei diesen Ztthlmethoden trotz des umfangreichen Materials
(30 000 bzw. 80 000 Teilchen l) und trotz der Sorgfalt in der Beobachtung derartige Untersehiede yon 9?/o auftreten k{~nnen, ist dureh zwei Um-
st~nde begriindet.
Szintillatlonsbeobachtungen stellen hohe Anforderungen an den Beob-
baehter; das Auftreten yon Ermiidungserscheinungen des Auges ist un- vermeldbar. Etwa 10% der auf~retendenSzintillationen werden gar nicht wahrgenommen*l Pers0nliche Faktoren, die innerhalb versehiedener
Beobaehter Schwankungen unterworfen sind und bei einem einzelnen auch noeh mit der Zeit variieren, spielen eine Rolle. Bei elektrisehen Zahl-
methoden (Benutzmlg der Stol~ionisation) ist das AuKreten ,natiirlicher St~rungen", die wie a-Teilehen stol~weise Entladungen in der Zahlkammer
verursaehen, wahrscheinlich**. L. ]~[yssowsky und K. N e s t u r e h wollen diese St~rungen alsl einen ,Integraleffekt einzelner Spitzenausfliisse" an irgendwelehen Kriimmungen der Elektrodenoberflache erklaren.
Da also keine quantitative Exal~heit der Z-Werte exlstiert, llefert
die Ionenmengenbestimmung keine verl~liehen, definitiven Resultate.
Um sieh yon der Zahlung vieler cr frei zu maehen, muff man Iiir die k-Bestimmung eine Methode benutzen, welehe die unmlttel- bare Messung der Ionisation eines e i n z e l n e n a-Teilchens gestat~et.
Die Wirkung eines einzelnen ~-Teilchens ohne Verstarkung festzu- stellen, ist erstmalig K. W. F. K o h l r a u s c h und E. v. S e h w e i d l e r
gelungen***; eine Messung tier erzeugten Ionenmengen war aber nicht mSglieh. Erst G. H o f f m a n n konnte die direkte Messung der Ionisation der einzelnen s-Partikel mit seinem hoehempIindlichen Duantenelektro- meter durehfiihren**'**. In der Folgezeit wurden dann yon G. H o f f -
m a n n Feinreglstrierungen de~ ~-Ionisation in geschlossenen Gef~l]en an-
* ]~. Geiger und A. Werner, ZS. f. Phys. 21, 190, 1924: drei versehiedene Beobaehter konstatierten 8, 10, 12% der a-Teilehen nieht! Die angegebene Koinzi- denzmethode (195 bis 197) steht Einw~inden often (vgl. V. P. Hess und R.W. Lawson~ ZS. f. Phys. ~ , 405--407~ 1924).
** L. Myss owsky und K. Nestureh, Ann. d. Phys. 48, 461, 1914; H. Gei ger, ebenda 44, 813, 1914; W. Bothe und H. Geiger, ZS. f. Phys. 32, 639, 1925; K. G. Emel6us, Proe. Cambr. Phil. Soc. 2"J, 85, 1926.
*** K.W.F. Kohlrausch und E.v. Schweidler , Phys. ZS. 13, 11, 1912. **** G. Hoffmann , ebenda, S. 1029; Ann. d. Phys. 42, 1196, 1913; 52,
665, 1917.
Genaue Messung der von einem einzelnen a-Teilehen erzeugten Ionenmengen usw. 671
gestellt*. Das eigentiimliche Verhal~en der bei diesen Rsgistrierungen
neben der ct-Ionisation auftretendsn fl-7-Ionisation war Veranlassung~ die
Apparatur auf Probleme der H(ihenstrahlung auzuwenden **. Hierbei
erfuhr sie dann eine erhebliehe Durchbildung dureh Hinzufiigung einer
](ompensationssehaltung **% Da hierdureh aueh eine bessere Definition
tier u-Stol~li~ngen gegeben war, ersehien es angebracht, mit dieser Apparatur
die genaue Messung der tonenmengen yon radloaktlven Pr~paraten unter
Umgehung allsr strittigen~ prinzipiellen Fragen vorzunehmen. Es ist
dies in einem Tell dleser Arbeit gesehehen. Dutch Feinausmessung der
~-L~ngen zunitehst mittels Zirkel, sodann mit einsm besonderen ~Iel~-
apparat konnte sine bedeutende Steigsrung der Genauigkeit gegeniiber
den friihersn H o f f m a n n s e h e n Arbeiten srzielt werden****
w 2. D a s P r o b l e m n e n e r A k t i v i t ~ t e n . Waren die fiir die
~-Strahler charakteristisehen Ionisierungszahlen nachgepriift, so ergab sich
eine neue Problemstellung: die Untersuehung bisher als nieht aktiv gel-
tender Stoffe auf ~-Strahlang. Bislang wurden radioaktive Eigenschaften
neben den Elementen tier Uran-Radium-, Aktinium- und Thoriumfamillen nur noeh bei Kalium und Rubidium festgestel]t~ -. Beide Elemente
zeigen sins durch ihr Iollisierungsverm(igen (wis photographische Wirkung)
naehgewiesen% dem ]~Ietallgehalt proportionale /~-Strahlung. Versuche
yon G. H o f f m a n n t ~ ergaben, dab eine ~-Strahlung bei K und Rb ebenso-
wenig wie bei Na und Cs vorliegt.
Registrierungen von G. H o f f m a n n an anderen Metallen ~ ' ~ (Messing
und P la t [n )ze ig t ea sodann das Vorhandenseln einer ~-Strahlung, deren
Deutung durch die Annahme der alleinigen Beimengung yon Radium und
seinen AbkSmmllngen zu dem Metall Schwierigkeiten bereitet, zeigten,
* G. Hoffmann~ Elster-Geitei-Festsehrift, S. 435, 1915; Ann. d. Phys. 62, 738, 1920; ZS. f. Phys. 7, 254, 1921; 25, 177, 1924.
** Derselbe , Phys. ZS. 26, 40, 1925; 26, 669, 1925. *** Derse lbe , Ann. d. Phys. 89. 779, 1926.
**** Dureh reine ElektronenrShrenverstfirkung den Primfirionisierungseffekt eines a-Teilchens galvanometrisch registrierbar zu mgehen, ist H. Gre inacher gelungen. Doch kommt dies~ ncue Apparatur (ZS. f, Phys. 86, 364, 1926) bisher ftir Prfizisionsbestimmungen der Ionenmengen nicht in Frago (ZS. f. Phys. 44, 319, 1927).
t Als Entdecker der sparer durch zahlreiche, hier nicht angefiihrte Unter- suehungen niiher erforsehten K- und Rb-Strahlen kSnnen N.R. Campbell und A. Wood (Proc. Cambr. Phil. Soc. 14, 15, 1906) geltea.
-~t G. Hoffmann, Phys. ZS. 24, 475, 1923; ZS. f. Phys. 25, 177, 1924. ~T-~ D e r s e lb e, EIster-Geitel-Festsehrift 19"25,-S. 435 ; Ann. d. Phys. 62, 738,
1920; ZS. f. Phys. 7,. 254, 1921; Ann. d. Phys. 82, 413, 1927; Schriften der KSnigsberger Gelehrten Gesellschaft, Naturwiss. Klasse, 4. Jahr, Heft 1, S. 24, 1927.
Zeitsehrift ifir Physik. Bd. 46. 45
672 H a n s Z i e g e r t ,
dall das Vorhandensein yon ~-Strahlungen kurzer Reichweite (sei es Uraa oder Strahlung neuer Art) wahrscheinlieh ist; die Messungen fiihrten iedoeh noeh zu keinem definitiven Ergebnis.
Yon K und Rb abgesehen ist es bisher nleht geglfiekt, an Elementen mit Sieherheit radioaktlve Eigenschalten festzustellen, die sich nieht dutch Beimengung yon SISuren bekannter Radioelemente erkl~ren liel~en. Es war daher wiehtig, zu un~ersuchen, ob und inwleweJ~ sigh bel zug~ng- lichen, inaktiven Stoffen Werte der yon bekannten ~-Sgrahlern erzeugten Ionisierungszahlen wieder fanden und ob eventuell auch ein l~iehtzusammen- hang mit bekannten Radioelementen existierte, also neuar~ige Erseheinungen auftraten.
II. Die ~[el~anordnung.
w H o f f m a n n s e h e s E l e k t r o m e t e r . I o n i s a t i o n s g e f M L Die Grundlage der Untersuchungen bildete das Hof fmannsehe Elektrometer in Yerbindung mi~ einem Ionisationsgef~tl]. Des Zusammenhanges wegen
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Fig. 1. Mel3an'ordnung. A Betonsockel 7 J Hahne zur Pumpenleitung, 8 Regisfrierfrommel, B Duantendose, K Spannung iiihrende Kugel, 1' Uhrwerk, 6' Spiegel, Z, Lampe zur Spiegelbeleuchtung, U Schleifkontakt, J9 Auftl{ingung, M Elektromagnet, V .M_illiamperemeter, 2~ Elektrometer, /r Normalelem~nte, IV Walze, F Erdkontakt, 0 Regulierwidersfiinde, X Sicherungen, G Influenzierungsring, P Akkumulatoren, Y Aufff.nger, H Schraubvorrichtung, Q Erdootential, Z Umschalter. 1 lonisationsraum, _E Widerstand,
Genaue Messung der von einem einzelnen a-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 673
wird eine Skizzieruug der wesentlichen Bestandteile tier Apparatur, die
gegeniiber friiherer Besehreibung* einige Ver~nderangen erfahren hat,
von Nutzen sein. In der Mitre eines kriiftigen Betonsockels A befindet sich e~was ver-
senkt das Duantenelektrometer E (Fig. 1'). Im Prinzip i~hnlich dem
Quadrantelektrometer. Neben tier dutch Reduktion der Richtkraft des Systems bewirkten ErhShung der Empfindliehkeit tragt zur Steigerung der Mel]genauigkeit die Tatsache bel, daft die Systemlage v o r Luft-
sgr(imungen, veranlai]t yon ungleichmafligen thermischen,Einfliissen, durch feste Bauart trod Evakuieren des Elektrometerraumes gesehiitzt wird.
Ebenfa]ls evakuiert wird eine im Kopf des Elektrometers sitzende Influenzierungsvorrichtung G zur Verhinderung des Uberganges unbeab-
Fig. 2. GeSffneter Ionisationsraum. Links: Teile des Kupferpanzers. Mitre: lonisations, kuge! mit Auf~iinger (oben), Bleiabschirmung des Elektrometers (unten)_ Rechts:
Kupferhaube, Pumpenleitungen.
sichtigter Ladungen yon seiten des umgebenden Luftraumes. W~hrend
das Elektrometervakuum nut gelegentlich erneuert wurde, besorgte eine
st~ndlg langsam rotierende Gaede-Queeksilberpumpe in Verbindung' mit elner 01pumpe das Auspumpen des Raumes zwlsehen G und H; die Dauer- evakuierung war erforderlieh, well keine starre Verbindung zum Elektro-
meter zweckm~l~ig ersehien und die angewandte Gummischeibendiehtung nur bedingt vakuumdieht ist. Zum Aufhalten yon Ionen aus der Pumpe diente ein Wattefilter.
Uber der In~luenzierungsvorriehtung sitzt eine massive Messing- platte, auf die mit Flanseh und Gummidichtung eine Knpferhaube auf-
gesetzt w~rden kann. Diese Kuppel, die evakuiert bzw. aus einer Bombe mit Luft, Kohlensgure usw. ge~ii]lt werden kann, iibernimmt die Ab-
* G. Hoffmann, Ann. d. Phys. 80, 779, 1926.
674 Hans Ziegert,
dichtung des eigentlichen, yon einer tIohlkugel K gebildeten Ionisations-
raumes /. Aus welchen Blechen wurden vier
Sektoren geformt, die sich zu einer exakten K~gel K vom Radius 3,9cm zusammensetzea liel~en.
t ~
z Neben ]IIaterialersparnis
�9 ~ gegeniiber der Verwen-
dung yon (unreinem) MetallguB wurde hiermit
elne Prtifungsm(igllchkei~ -g kleiner ~engen und reiner
..~ Bleche auf ~-Strahlung erzielt. Durch Hartgummi
'~ isoliert steht die Kugel K zentrisch zur Grund- platte; ein Sektor ist
> zur Durchfiihrung des Auffangers Y durchbohr~ (Fig. 2).
~= Bei Vorha.ndensein �9 ~ radioaktlver Strahlen auf
der Spannung fiihrenden Kugel K - - sei es Strah-
lung des Kugelmaterials 8 oder yon auf die Kugel "~ aufgebrachten radioak-
riven Substanzen - - geht a ein Ionisationsstrom nach
Y und ruff bei LSsen des Erdkontaktes F einen Elektrometerausschlag
hervor, der photogra- phisch auf einer Trommel S, die sich in 110 Minuten einmal herumdreht, regi-
Genaue Messung der yon einem einzelnen a-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 675
striert wird. a-Strahlung verursacht ruckweise Ladungs~nderung des
Elektrometers, f l-7- Ionisation wird als gleichmal~iger Elektrometergang aufgezeichnet (Fig. 3). Und zwar entspricht ein Skalenteil (1 ram) rund 6700 Ionen. Die Liehtmarke einer Spaltlampe L wird vom Elektrometer-
spiegel C nach S reflektiert. w 4. Die K o m p e n s a t i o n s s e h a l t u n g . Mit einer analogen An-
ordnung, wie der in w 3 beschriebenen, hat bereifs G. Ho ff m ann* a-Teilchen- registrierungen durchgeftihrt. Einer Steigerung der Mei~genauigkeit steht
jedoch noch die Tatsache entgegen, da~ durch den gleichm~fligen Gang die Elektrometermarke in wenigen Minuten iiber die 20 cm breite
Trommel S ge[tih~t wird und hierdurch die ~-StoBgrSl]en nicht recht
definiert sind. Dieser gleiehfSrmige Gang rfihrt im wesentlichen yon Umgebungs- und ~ e s s scher Ultra-7-Strahlung her, wie gemeinsam mlt Prof. H o f f m a n n ausgefiiJarte Versuche ergeben haben**
Der AnLeil der weiehen Umgebungsstrahlung wurde nun dutch Um-
geben des IonisationsgefaSes mit einem 12 cm starken, 236 kg Schweren Kupferpanzer abgesehirmt. Zur Eliminierung des yon der dnrchdringenden
Strah]ung herriihrenden Ionisationsstromes wurde eine Kompensations- schaltung angewandt. Es ist damit der Fortschritt erzielt, dal~ aus den jetzt treppenartlg aussehenden Kurven eine cr au[
0,1 mm mfglich wird. Das Prinzip der Kompensatlonsvorrichtung besteht darin, da$ fiber
K dauernd den Elektrometergang kompensierende Ladungen influenziert
werden durch sukzesslve Potential~nderung yon K. Man geht dazu von dem einem Pol der Hauptbatterie 1)1 (Fig. 1), die K mit Spannung ver- sieht, nicht sogleich an Erde Q, sondern an einen auf der Walze W sehleifenden Kontakt Uund erdet dann. Von einer Bafterie 2 wird fiber einen Regulierwiderstand 0, ein Prazisionsmilliamperemeter V und Schalter Z 2 ein genau einstellbarer Strom durch die Walze W geschick~, die in etwa
15 Minuten einmal rotiert. Leitet man den Strom der Kompensationsbatterie durch Umlegen
tier Wippe Z 2 durch B, wobei also W stromlos bleibt, so wird bei G eine genau konstatierbare Ladung erzeugt, die bel Kenntnis der Kapa- zit~t der In~luenzierungsvorrichtung zur Apparateichung benutzt werden
kann (vgl. w 10).
* G. Hoffmann, Elster-Geitel-Festschrift 1915, S. 442; Ann. d. Phys. 62, 740, 1920; ZS. f. Phys. 7, 254, 1921.
** Derselbe, Ann. d. Phys. 82, 431, 1927', Schriften tier KSnigsberger Ge- lehrten Gesellschaft, :Naturwiss. Klasse, 4. Jahr, ]~eft 1.
45*
676 Hans Ziegert,
Iniolge der Kompensation ist die Elektrometerbewegung fast eine reine et-Sto~bewegung. Um das hierdurch bewirkte tIinausgleiten der Lichtmarke yon der Registriertrommel zu verMndern, wurde eine Schalt- uhr benutzt, die durch elektromagnetisch Verursachtes Erden und Wieder- freimaehen das Elektrometersystem in festen, einstellbaren Zeitin~ervallen in die Ausgangslage zuriickffihrte. Bei dem Durcheinanderlaufen mehrerer Kurven war eine Zeltmarkierung naeh Minuten, durch die jeder Kurven- zug seine Musterung erhielt, n~itzlich.
w De r k l e ine T h o m s o n s c h e N o r m a l k o n d e n s a t o r . Zur Feststellung der ftir die Eichung der Mel~anordnung wichtigen Infiuen- zierungskapazitat G - - H diente der kleine Thomsonsehe Normalkonden-
sator* (Fig. 4). In einem Mantel M, der bei A auf einer Anschlagsvorriehtung auf-
sitzt, ist das uuten mit einer plangeschti~fenen und polierten Flaehe F versehene Messingpr~zlsionsrohr S verschiebbar. Ein (nicht gezeichnetes) PaBsttick kann nun in genau fixlerter Lage auf das fiber dem Bernstein- isolator B beflndtiehe, ebenfalls plangesehliffene uad polierte, yon einem schmalen Luftring umgebene Tischchen T gelegt werden; zur Messung wlrd es wieder entfernt; mit ihm ist der Abstand tier beiden Planfl~ehen auf 10 tt genau regulierbar, wenn man S, bevor es durch K 1 mit M ge- klemmt wird, unter Anwendung eines gleichbleibenden Druekes (2 kg)
auf das Paflstiiek gleiten l~fit. Bezeichnet man den Radius des krels[Srmigen Tischchens mit r, die
Breite des Luftringes um T m i t b ~ r ' - - r und den Abstand der Plan- flachen mlt a, so gilt fiir die Kapazitat C2v des Schutzringkondensators
die K i r ehhof f sehe Beziehung**:
0 N - - ( r + r ' ) 2 r + r ' 16 a 2 zt [~ tg ~ + In cos ~], (3)
b wo /~ ~--- arctg 2aa ist. (Uber die Ausfiihrung der Messung vgl. w 10.)
w 6. Die ]~el]maschine f~r cr Die Ausmessung der ~-St~l]e gesehah anfangs mittels Zirkel, sparer zwecks Vermeidung ~eglicher sub~ektiver Beeinflussung mittels eines besonderen ~[eBapparates (Fig. 5).
Der Apparat enth~lt als Hauptteile zwei dutch Reibung miteinander gekuppelte drehbare Systeme. Das eine besteht aus der Achse A, an
* u G. Hoffmann, Phys. ZS. 15, 360, 1914. ** Vgl. F. Kohlrausch, Prakt. Phys. 1921, S. 610.
Genaue ~{essung d er yon einem einzelnen a-Teitehen erzeugten Ionenmengen usw. 6 7 7
weleher einerseits der Zylindersektor M, andererseits das Gegengewieht G
befestigt ist. Die vom Grille H aus betitigte Drehung wlrd dureh einen
Anschlag bei K einseitig hegrenzt (Nultstet]ung). Das zweite System
besteht aus dem mit A konaxialen Zylinder gr, der yon _R aus unabhingig
vom ersten System oder aber yon H aus mit diesem zusammen gedreht
werden kann. Der Radius des Zylindersektors M i s t zehnmal so gro6
Ms der Radius yon ~ Auf W wird das Registrierblatt so aufgespannt, daIl seine Zeitaehse
parallel zu A, die e-Stofriehtung lings des Umfanges za liegen kommt.
Auf der Unf.erseite von M wird ein SNek Millimeterpapier befestig}. Zur
I~-- 2._ liZ
Fig. 4. Kleiner T h o m s o nscher Fig. 5. a,Teilchen,AusmeBapparat. Normalkondensator . A Achse, P Millimeterpapierklemmen,
A Auflager. B Bernsteinisolator. E Eisengestell, B Handrad, B1,B2BajonettverschlutL 2" plan* F Farbspitze, S Stahlspitze, geschliffene, polierte Flgehe, G Gegengewicht, T Taste, G Gewicht (2 kg). K I - - K 4 Klein-- H Haadgriff, U Ubertragung, men. M Kondensatormantel. K Anschlagvorrichtung, W WMze zum Aufspannen S Schiebestiick. T Tischchen. L L~ufer, der Registrierbliitter. Z Mefallkappe, auf der G liegt. M Messingschwenkvorrich~
tung,
Messung eines ct-Stol]es wird zuniehst, w~hrend sieh 21i in Nullstellung
befindet, die Spitze S des Liufers L dureh axlale Versehiebung und bei
Drehung yon B ~nf den Anfangspunkt der a-Stol~bewegung eingestellt
und dann durch Drehung des Ganzen (231 mit W zusammen) das Ende
der Stol~bewegung an S herangefiihrt. Anfang und Ende des dadurch
yon 3I besehriebenen Bogens werden mittels der yore Taster T bet~tigten Farbspitze F auf dem Papier markiert. Um ein Aufeinanderfallen der vielen Marken zu vermeiden, wird bei jedem Tastendruek F automatis('h
67~ Hans Ziegert,
in axialer l~ichtung versehoben. Der Messende bekommt sein Ergebnis erst naeh vollstandiger Erledigung der ganzen Reihe zu sehen. Diese Registrierung gibt die Stol~langen in zehnfaeher Vergr~i]erung.
III. T h e o r e t i s c h e r Tell .
w 7. I o n e n m e n g e n v e r t e i l u n g e n yon e~-Strahlern bei Be- n u t z u n g e ine r I o n i s a t l o n s k u g e l . Fiir einen kugelfSrmigen Ioni- sationsranm l~l]t sieh die Ionenmengenver~eflung yon ~-Strahlern bereehnen. Hierbei sind folgende Umst~nde mal3gebend:
1. Die Fiillung des Kugelvolumens: a) Art des Gases,
Gasdruck. an der Kugel liegende Spannung. Kugeldimensionen in ih~er Bezlehung zur ReiehweRe des
b) 2. Die
3. Die ~-Strahlers.
4. Die 5. Die
a) b) e)
6. Die
Anordnung der Ionen l~ngs einer cr Verteilung der c~-strahlenden Substanz: Volumenstrahlung, Oberflaehenstrahlung, Tiefens~rahlung. Anzahl der vorhandenen o~-Strahler.
Es sol]en die verschiedenen Mfiglichkeiten soweit diskutiert werden, als sie mit dem vorliegenden Mel]material in Beziehung stehen.
1. Gasart und Druck beeinflussen die Reiehweite. Dieser Einflul~ wird unter 3. behandelt. Die Gasart hat ferner einen, allerdings sehr geringfiigigen (siehe w 18) Einflu~ auf die Gesamtionenzahl elnes Stol~es, ver~ndert also gleichsam den Abszissenma13stab der u Bei den Messungen war der Druck 760 mm CO~.
2. Einen ahnlichen, aber starkeren Einflul~ iibt die an der Kugel liegende Spannung aus, indem bei zu niedriger Spannung infolge un- vollkommener Sattigung alle St~$e mehr oder weniger verkiirz~ erschelnen (vgl. w 11).
3. Der Durchmesser der Kugel war so gew~Mt, dal~ die in Frage kommenden Reichweiten R stets kleiner als der Kugeldurchmesser waren. Uber den Antell geometrisch verkiirzter St~)l]e siehe unter 5.
4. Fiir die Anordnung der Ionen langs der t~-Strahlbahn wurde das
Geigersche Gesetz 1~,~ ~-- k o (R - - x)~/~
Genaue Messung der yon einem einzelne~ a-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 679
angenommen, wo k r die lfings der Reststrecke ( / ~ - x) erzeugte, also
k ~ k o . R~I3
die langs der ganzen ReichweiLe erzeugte Ionenzahl ist. Trifft das Teflchen bereits nach dem Wege s die Wand, so ist die erzeugte Ionenzahl:
k s ~ k - / c r .
5. a) Im ganzen Kugelraum mSgen pro Sekunde N . 3 ~ r 3 Teilchen
entstehen. Von dlesen haben infolge teilweiser Abschirmung durch die
Wand eine Ionenzahl zwischen k s u n d k s - } - d k s ' / d z Teilchen, fiir die nach G. t t o f f m a n n die Beziehung gilt*:
(~) J
In praxi komm~ eine Strah]ung des Gasvolumens nicht in Frage, da Versuche mit einer Drahtkugel von G. H o f f m a n n gezeigt haben**, dal~ bei einem Volumen yon 250 ccm, das auch hler benutzt wurde, und bei Gebrauch yon Kohlens~ure (aus einer Druckbombe) die Sto~zahlen auf drei bis vier pro Stunde herabgeh.en and dlese yon a-StSl]en herrfihren dfirften, die yon den Dr~hten kommen.
b) Geht die Strahlung yon einer unendlich d•nnen Schicht der Kugeloberflache aus, so verl~uft (bei R ~ 2 r) ein Tell der Strahlung ( Z v )
ungehindert, eln anderer (ZB) wlrd durch das Auitreffen auf die gegen- fiberliegenden Wandungen abgebremst. Z v gibt dem Verteilungsbfld den
Charakter einer ,,Spitzenkurve", d. h. es treten Stol]zahlmaxima bei be- stimmten Ionenmengenwerten, entsprechend den Reichweiten, auf; die Anordnung der Za ]~l]t sich berechnen.
Der Anteil der Stol]zahlen z rail einer bestimmten Flugl~nge s (und zugehOrigen Ionenmenge ks) ist durch die Gleichung
d z N - - . 2 ~ r ; d z ~ z . r . N . d s
d s 2
gegeben. Nun ist die Vollionisation bei einer Flugweite R (Reichweite)
k ~ k o.R2/~(k 0 ~ 6,25.10~),
die Teilionisatlon bel elner durch Abbremsung gekfirz~en Flugweite s
3 d s _ 2 k~/~ (k - - 4 )~I~ . d 4 .
* G. Hoffmann, Ann. d. Phys. 62, 749, 1920. ** Derselbe, Ann. d. Phys. 62, 757, 1920.
6 S 0 H a n s Z i e g e r t ,
Die zu einer [onenmenge zwisehen ks und ks ~- d k8 gehSrige Sto~zahl wird demnaeh
3 ~ N r 1 / k - - ks d ~ - - ~ V k~ .dks. (5)
2~
Die Anzahl der ZB ist dutch das Integral ~ d s gegeben: 0
z• = ~rN/~. (6)
Ferner ist Z v + ZB = Z = 2 ~ r 2 N die einseitige Strahlung der Kugel-
ZB oberilache. Das Verh~ltnis ~ - wird:
zB Z - - 2 r " (7)
Fig. 6, A gibt die Berechnnng ~iir ei~e Vollionisatlon yon 1,27. I0 n Ionen
wieder (R ---~ 3 cm in Luft, also 2 em in C 0,):
ZB 2 - - - - 0,256.
Z 7,8
In der Kurve mu6 also der Flaeheninhalt des niedrlgen Stiickes zwisehen
k s = 0 und ks = k 25,6 % desjenlgen der theoretlsch unendlich schmalea
t~
c<
o . soooo 100000 :50ooo zooooo Ionenmgngen
Fig. 6. Theoret i sche Verteilungskurven bei a �9 Strahlung in einer Hohlkugel. A OberIl~iehenstrahlung. B Tiefenstrahlung.
Spitze he~ragen. [nfolge der Abweiehnagea yon der Geigersehen Kurve in der NRhe des Bahnendes der ~-Teilehen (,,Reichweitenstreuung") wird die Spltze verbreiterb und abgeflacht, die Einsenkung dieht vor der
Spitze ausgefiillt (vgl. auch w 11).
Genaue Messung der von einem einzelnen a-Teilehen erzeugten Ionenmengen usw. 6~1
c) Is t die ~-strahlende Substanz gleichmi~$ig der Kugelwandung bei-
gemengt, so ist fiir die Zahl der ~-Teilchen ether bestimm~ea tonenklasse
das ~a13 der Abbremsung innerhalb des Wundmateriuls und bet elner Durchquerung des Gasraumes der Abstand der Gegenwund yon Einfiu6.
F~ic die Zahl der yon dem Flachenstii~k d F austretenden Teilchen,
deren Babnen unter demselben Winkel g gegen die Normale yon d F
liegen, ergibt sieh *:
. d F . R ~ . c o s g . s i n g . d g , d Z ~ 2
wo N die Teilehenzahl pro Volumen- und Zeiteinheit, /~m die innerhalb der Kugelwand zuriickgelegte Buhn ist. Treffen diese a-Partikel mit
ether aul~eren Restreichweite I t A (Rm--}-RA ~ R) nach einem freien Weg L auf die Kugelwand auf, so ist:
k = ko [ R ~ ~ - ( ~ A - L ) ~ %
verl~uft die Restreiehweite ganz innerhalb des Kuge]volumens, so gilt:
k ~-~-k o . /~3 .
Bei Variation -~on ~A und Z erh~lt man eine Zuordnung der erzeugten Ioneumengen zu den Sto~zahlen.
6. Treten mehrere a-Strahler auf, so finder eine Kurveniiberlagerung
start. Oberfliiehenstrahlungen geben mehrere, charukteristische Spitzen, die der von den ~-Strahlern erzeugten Gesamtionisierung k entspreehen. Tiefenstrahhngen geben Treppenkurven. Bet Fig. 6, B ist angenommen,
da~] RaC (k ~ 2,20. 105) und RaA (k = 1 ,70.10 ~) in Gleichgewichts- mengen (G1) gleichm~13ig dem Wandmaterial beigemeng~ sind, Ra (k ~--- 1,36. 105), Po (k ---- 1,50.105) und RaEm (k ~ 1,55.105) ebenfalls im Glelchgewieht (G:) sieh dieser Strahlung tiberlagert ; G 1 : G~ ---- 1 : 2.
w 8. Die s t a t i s t i s e h e V e r w e r t u n g der R e g i s t r i e r u n g e n zur K o n s t r u k t i o n yon V e r t e i l u n g s k u r v e n . Bet der Yerwer~ung der
a-Teilchenregistrierungen hundelt es sich durum, Individuen mit Rtieksicht ant eine individuell Ver~nderliche Eigenschuft zu ordnen, also urn dus Problem der Kollekfivma$lehre. Dem ordnenden 3~erkmal, der yon den g-Teilchen effektiv erzeug/cen Ionenzahl, kSnnen wegen der Grenzen der
Ausmel3mSglichkeit der a-L~ngen nur endliche Wertintervulle zuerteilt
werden. Insofern werden alle empiriseh gewonnenen Verteilungskurven Uns~etigkeit zeigen, die dann noch dureh Einteilung und Umfang der Ionenklasse bedingt is$. Wenn demnuch auch eine Voruussage der tat-
* G. t toffmann, Ann. d. Phys. 62, 750, 1920.
682 Hans Ziegert,
sachlichen Ionisationsgriillenverteilung aus Griinden der Ausmellgenauigkeit, der u eines nur beschri~nkten Beobachtungs- materials, des Zufallseharakters der Elementarakte bei Zerfallsvorgi~ngen bis in alle Einzelheiten nicht angebbar ist, so lallt sich doch aus der Zahl der Beobachtungen and der Klasseneinteilung ein Malt fiir die wahr- sc.heinliche Grflle der zufiflligen Abweichungen ableiten.
Wich~igste Voraussetzung fiir die Ermittlung einer den ta.tsachlichen
Verh~ltnissen am bestea entsprechenden Verteilungskurve bleiben dabei die Forderungen:
1. Das Beobachtungsmaterlal muff miiglichst umfangreich sein.
2. Die Einordnung der den Ionenmengen entsprechenden a-Langen in Elassen hat folgendermallen zu erfolgen:
a) Die Bildung zu groller Klassen ist zu vermeiden, damit nicht eine Yerdeckung wichtiger Einzelheiten s~attfindet.
b) Bei Bildung vieler Klassen ist eine zu geringe Besetzung der Einzelklasse auszusehalten.
3. Die zu verwertenden ~-L~ngen miissen ob~ektiv einwand[rei
gemessen sein.
Zu 1. Die erste Forderung wurde durch u eines Gesamt- materials yon 30000 cr erfiillt. Dabei entfallen auf jede Ver-
teilungskurve 500 bis 2000 Teilehen.
Zu 2. Die Klasseneinteilung erfolgte in dreierlei Weise: Bei Registrierungen yon Tiefenstrahlung, die ein sprunghaftes
Anwachsen der StofIrequenz an einer bestimmten Ionenmengenstelle theoretisch nicht erwarten liel], wurden die StSfle in Gruppen zu 6740 Ionen (1 mm) zusammenge~al]t. Durchschnittlich fallen dann in ~ede Klasse
50 Teilchen. Die ~onenmengen yon Oberflaehenstrahlungsaufnahmen wurden Bin-
real in Klassen yon 1350 Ionen (0,2 ram) eingeordnet. Auf jede Klasse entfaUen dann im Durchsehnitt 10 ~-Teilehen.
Ein drifter Weg ist die Ausmessung auf 675 Ionen (0,1 mm) mit Mellmaschine und Gruppenbildung yon Multipla zu 2700 Ionen (0,4 ram)
nach dem Schema 4
X k ~ ~ Xi+2 , ~ 1
wo i and k bei jeder neuen Summe um eins springt, xk bedeute~ dahei die Stol~lange in der k-ten Gruppe; Xi+z sind die Sto~mitglieder der k-ten Gruppe yon der Lange xi+z (~ ~ 1, 2, 3, 4). Dureh dies Ver-
Genaue ~essung der yon einem einzelnen a:Teilchen erzeugten Ioneamengen usw. 683
fahren wJrd eine gewisse Stetigkeit in der statistisehen Yerwertung der
Registrlerausmessungen erreicht. Zu 3. Bei der Ausmessung der u-L~ngen mi{ einem Mal]stab wirk~
subiektive Beeinflussung stSrend. Ein erstes Mittel, sieh davon zu be- freien, bietet die Ausmessung mit Steehzirkel, wo Lgngeneinstellung und
-ablesung getrennt behandelt werden. VSllig'e Unabhgngigkeit der Aus- messung yon der Erwartung gibt die , ,bl inde" Arbeit mit der unter w 6 beschriebenen Mel]maschine, wo ot-L~ngen in zehnfacher VergrSl]erung
ohne Wissen des Messenden in Gruppen zu 675 Ionen als Punktmengen angeordnet werden.
Weiter sind bei der a-Langenmessung zwei Punkte zu beachten: a) Die Registriertrommel rotiert in 110 Minuten einmal bei einem
Umfang yon 50 cm. Da die Schwingtmgsdauer des Elektxometersys~ems
l0 Sekunden betragt, beweg~ sich die Trommel wahrend eines e-Stol~es um l m m weiter. Ffir eine g-Par~ikel der L~nge i is~ danach eine Korrektur ~ der GrSl]e
=
anzubringen. Fiir il = 15ram wird ~ = 0,05ram, ist also zu ver- nachlassigen, wenn mit elnem Zirkel die ,,sehr~ge L~nge" des e-Teilehens
auf 0,2 mm genau gemessen wird. Die Nel~maschine bietet den Vorteil, daft sogleieh die senkreehten Abst~nde zwisehen Anfang und Ende einer c~-Partikel gemessen werden.
b) Die genaue Xompensation der fi-7-Xomponente (vgl. w 4) ist praktiseh nicht immer durchfiihrbar. Jede Unter- oder U "~berkompenmerung beding~ eine Verl~ngerung bzw. Verkiirzung der a-St(il]e. Aus dem An-
stieg der gleiehfSrmigen fi-7-Ionisationskurve, also dutch Differenzen-
quotientbildung, lal~ sich die ~-Langenkorrektur ermlttelm Im allgemeinen ist sie nieht grSl]er als __~ 1400 Ionen.
In einem gewissen Ionenmengen- und Zeltintervall sehwankt nun die Sto~zahl z um einen Mittelwert gema~ dem auch im Gebiete der Radio- aktivitat anwendbaren* Po i s sonsehen Gesetz:
,tnz
w o m die mittlere Stol]zahl in der bestimmten Zeit bedeutet. Fiir den quadratisehen Mittelwert J z der Abweichung ( z - m) vom Nittel folgt daraus:
A z ~ ---- ~ ] ( : - - . 0 : . Wz.
* Eine Begriindung z. B. bei H. Bateman, Phil. Nag. 2~, 705, 1910.
684 H a n s Z iege r t ,
D. h. die ,,mittlere absolute Sehwankung" J z wlrd bei EinseLzen des wz-Wertes und unter Benutzung der Reihenentwieklung ~iir die e-Fnnktlon:
~ ---- 1 / x ~ . w~ - ~,~ = V ( ~ + , ~ ) e ~ . e - ~ - - , ~ = ~ / ~ . (9)
Die relative Abweiehung ist dann:
~ n 1 - - 1/~ �9 (10)
Die Grfl~e yon m hangt dabei yon der Anzahl a Individuen innerhalb einer Klasse ~k und der Zusammenfassung mehrerer benachbarter Klassea zu
Gruppen des Umfanges
q
r
"100 000 200000 300000 [onenmen.gen
Fig. 7. Zinkverteilungskurven bei sukzessiver Steigerung der Zahl der c~;Liingenmessu~gen.
Kurve I : Statistik fiber 580 a,Teilehen, 2: , 1220 3: 1500 4: . 2080
g ~-- ~']/~Ic ab:
22a g
Eine systematisehe Ab- welchung der Kurve vom blol] zu~allig sehwanken- den Verlauf macht sieh durch ihr dauerndes Er- schelnen an derselben Stelle und bei wachsen- dem Kollektivum[ang rascheres Zunehmen als proportlonal ~'m empi- rlsch untersehiedlleh be- merkbar. Als Beisplel diene daliir eine Zing verteilungskurve, bei der der Kollektivumfang 580,
1220, 1500 und 2080 cr ist (Fig. 7), und Tabelle 1, welche die Verteilung fiir 170, 410 und 750 ~-Teilehen einer Uranregistrierung (bei 320 Volt) wiedergibt. (Die Nummern beziehen sich auf die Regi- strierblgtter.)
Das mittlere Fehlerquadrat L/~ ist dureh die Relation:
,j2 __ ~ ( m - - a ) ~ (11) g ~ l
gegeben. (Anwendung: w 16.)
E
c~
~ �9
-.4
L~
o;o
a,
Z
c~
~ H
E~
(30
686 Hans Ziegert,
IV. Die G r u n d l a g e der Messungen.
w 9. Die B e d i n g u n g e n [fir n o r m a l e n K u r v e n v e r l a u f . Zu einer einwandfreien Ausmessung miissen die Registrlerkurven den nor- malen Gang der Fig. 3 aufweisen. Das Bild kann durch Apparatur- stiirungen verandert werden. Im Iolgenden seien die haupts~chlichsten Stiirungen, die sich, soweit sie vorkamen, iibersehen nnd beseitlgen liel]en~ mageliihrt.
Bei Fig. 8a liegt eine induktlve Ubertragung yon elektrischen Schwingungen auf die Spannungsleitung zur Kugel vor. Der Beleuch- tungsstrom wird selbstt~tig regelm~t~ig tmterbrochen mad eingeschaltet, so da~ eine Zusammenlegung dieser Leitung mit der Elektrometer- spannungszufiihrung Ursache der Ubertragung yon Induktionsstriimen wird, die zu vermeiden sind.
Fig. 8b zeigt die Wirkung eines Abgleitens oder nicht richtigen Sitzens des Walzenkontaktes /7. Sorgt man da[iir~ dal] die Kontakt- schneiden auI den sic fiihrenden Schraubspindeln gut gleiten und der Walzendraht mit Petroleum gut gereinigt wird, so ist elne StSrung yon Mer aus nieht zu erwarten.
Urn Elektrometerkriechstrtime (Fig. 8c) zu vermeiden, mul~ der Bernstelnlso]ator der Aufiangerdurch~iihrung nich~ gerieben werden und in elnem mSgllchst feldfreien Raume sich befinden (Abdeckung durch geerdete Metallkappe), da sonst Nachwirkungserscheinungen auftreten. Bei starkem Instrumentgang empfiehlt sich vor Beginn der Registrie- rungen ein Abnehmen des Ionisationsteiles der Apparatur und gesondertes Evakuieren des Zwischenvakunms (G, H).
Konstante Batteriespannung an/~? ist Bedingnng fiir ruhigen Kurven- verlauf. Ein Priifmittel far die Brauchbarkeit yon Batteriekasten ist dadurch gegeben, dal] man das Ionisationsgef~U] evakuiert und dann Spannung eines Einzelkastens anlegt. Ist er verwendbar, so mu/~ die Vakuumkurve - - bis auf elne Isolatornachwlrkung yore Spannungsanlegen belm Freimachen - - nahezu geradlinig sein (Fig. 8 d) ; die Neigung richter sich nach dem angewandten Kompensationsstrom. Bei fehlerhaften Akku- mulatoren erh~lt man einen stark schwankenden VerlauL
Gegeniiber mechanischen Stiirungen spricht das Elektrometer kaum an. Nur Bodenunruhen dutch starkere Erdbeben werden verzeichnet.
Fiir eine brauchbare Registrierkur.ve ist sodann wesentlich, dal~ die Anzahl der durch et-Teilchen pro Stunde hervorgeruienen Elektrometer-
Genaue ~ e s s u n g der yon einem einzelnen a-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 0 8 7
Fig. 8. Elektrometersti~rungskurven. a} Induktive Ubertragung elektrischer $chwingungcn. b) Kontaktfehler. e) Kriechstr6me. d) A t fehlerhafte Vakuumkurve, A rt normalo Vakuumkurve.
Zeitsehrift ftir Physik. Bd. 46. 46
.688 Hans Ziegert,
bewegungen nicht mehr als etwa 80 betragt, da das Instrument ffir jedes a-Teilehen eine gewisse Sehwingungsdauer (10 Sekunden) uad Einstellungs- dauer ben0tigt, bei deren Nichtbeachtung Einzelst(il]e nicht mehr getrennt werden. Im al]gemeinen sind 40 bis 50 spontane i0nisationen pro Stunde am geeignetsten.
w 10. Die E ichung . Zun~tchst ist die Linearitat der Skale zu prfifen. Hierzu wurden tiber W und K durch ruckwelses Drehen kon- stante Ladunge n influenzierh Die Skale war in Millimeter geteilt (Abstand 2,1 m). Die visuelle. Beobachtung gab bei einem Walzenstrom yon 100,0 mA und einer Walzenstellungsiinderung von 0,1 Umdrehungen (I evakuiert) fo]gende Elektrometereinstellungen 1~:
Tabelle 2.
E
mii l
331,5 310,0 288,5 266,7 244,7 222,9 201,1
, / E
21,5 21,5 21,8 22,0 21,8 21,8 21,8
E
m m
179,3 157;6 135,8 114,0 91,5 68,5
d E
21,7 21,8 21,8 22,5 23,0
Fiir die Registrierungen war das InterwM1 100 his 300 in Benutzung, das fast vSllig lineares Verhalten zeigt.
Zur Empfindlichkeitsprfifung wurden fiber G (R ~ 5,00 ~) 50,0 mV influenziert under Abwechslung der Stromrichtung. Zwei der mehrfach ansgeffihrten Influenzversuche seien bier tabel]iert:
Tabelle 3a.
; S t r o m r i c h t u n g
0
0 + 0
E
169,5 56,0
170~5 285,0 172,5
170,0
171,5
g, h
114,0
113,5
g + h 2
227,5 2
f - - - Mittel zweier aufeinanderfo]gender Nullpunktslagen; g ~ f - b; h : d - - f .
Genaue Messung der yon einem einzelnen a.-Teilehen erzeugten Ionenmengen usw. 689
Tabelle 3b.
Stromrichtung
0 + o
0
176,5 293,5 182,5 70,0
187,0
t79,5
184,5
g', h'
114,0
113,5
g'+ h' 2
227,5 �9 2
Zur Umrechnung dieser Ausschlage in ]onenma$, das bei radio-
aktiven 3Iessungen angewandt wird, ist die Eichung der Influenzlertmgs,
vorrichtung (in tc~F) erforderlich. Diese geschah dutch Vergleichung mit dem in w 5 beschrlebenen
kleinen Thomsonsehen Normalkondensator in einer Brti0kenschaltung unter Benutzung des Elektrometers selbst als Nullinstrument; es gilt
dann die Relation w , = c_~ (r2) w., cs
C~- ~ Normalkondensator; C] ~ Influenzierungsringkapazitgt; Wx~ W~
Vergleichswiderst~nde. Unter Benutzung yon Prazisionswiderstandskasten ergab die Ein-
stelhmg ftir Cs-/Cj den aus Tabelle 4 ersiehtliehen Wert.
Tabelle 4.
Wt ] W2 C~y/Cj (gemittr
9214 ~ ] 8000 ~ } 9214 8000 9229 l 8000 9218 9227 ~ 8000 8000 9210 8O0O 9223 8000
Der mittlere Fehler des Mittelwertes betr~gt ~__ 0,03 %. C~v kann einmal aus den Dimensionen des Kondensators naeh w 5,
Gleichung (3) berechnet werden. Es war
r ~ 0,77 em,
b ~ r ' - - r ~ 0,02 em (r' ~ 0,79cm),
a ---~ 0,300 era.
Unter Vernaehl~ssigung des Korrelitions~aktors wird
C~v --- 0,507 cm
690 IIans Ziegert,
oder, da 0,9 cm ~--- 1 $tt~F ,
C~T ~ 0,563 ttgF.
Die genauere Formel gibt eine abzuziehende Korrektion yon 1 ~[oo- I)er yon der Physikalisch-Teehnisehen Reiehsanstalt experimentell
auf 1 % genan fes~gestellte Weft war 0,562 tt~F.
Dadureh wird C j -~-- 0,488 #,uF
und mitbels der friiher mitgeteilten Zahlen die EmpfSndliehkei~ des Instrumentes berechenbar:
1Jber /~. (5 ~ ) und G werden bei Benutzung yon 50 mA influenziert:
I ~ 50 mA. 5 ~ . 0,488 ggF,
---~ 122 000 mV ~gF.
Uater Beriicksiehtigtmg, daft
1 mV g~F ~ 0 , 9 . 3 , 3 3 . 1 0 - 6 elst. Einh.
und das Elementarquantum
e ~ 4 , 7 7 . 1 0 -1~ elst. Einh. hat, wird
I mV/ t i f f ~ 6285 Elementarquanten (E. Q.). Also
I --~ 766 770 E. Q.
227,5 Da dies I einer Elek~rometerbewegung yon ~ m m entsprach , wird:
1 mm ~--- 6740 E. Q. (Ionen).
w 11. Die S i i t t i g u n g s f r a g e . Um den Einfluf der S~ttigung auf
die StoBgriifienverteilung bei der Ionisation durch die ~-Teilchen zu studieren, sel auf die Feldverhitltnisse innerhalb des Ionisationsraumes nKher eingegangen. Bei der verwandten Hohlkugel yon 3,9 cm Radius und dem zyllndrischen AuIf~nger mit dem Radius 0,025 cm sind fiir die Feldverh~ltnisse in der Aquatorialzone der Kugel die fiir einen Zylinder- kondensator gtiltigen Beziehungen mal]gebend. Die Feldst~rke :F in einem Punkte der Entfernung r Zentimeter vom Zentrum ist danach
F - - V2 - - V~ 1 (I 3)
Genaae Messang der von einem einzelnen a-Teilchen er~.eugten Ionenmengen usw. 69][
wo V 2 das Potent ia l des aufieren Zylinders mit dem Radius R2, V 1 das
des inneren mi t dem Radius R 1 bedeutet. Auf unseren Fa l l angewandt, is t
S Volt
5,3. r cm
wenn S die an der Kugel liegende Spannung ist.
Bei S ----- 630 Vol t - - der bei den Haup~versuehen angewand~en
Spannung - - is t fiir Punkte, die in unmi~elbarer N~he der Kugelober-
fl~che liegen, die Minimalfeldst~rke 31 Volt/era vorh~nden. In 1 em
Entfernung yon der Kugelwand betr~gt F berei~s 41 Volt/era und s te ig t
dann immer rascher an. In 3 em En~fernung i s t F beispielsweise
132 Yol~/em.
Fi i r die Kugeltei le, die oberhalb des Auff~ngers liegen, is t das Fe ld
als ziemlieh homogen anzusehen und fiir S ~ 630 Vol t mit einer Dureh-
schnittsfeldst~trke yon 150 Volt /em zu rechnen. Beflndet sich nun au~
diesem Teile der Kugel ein akt iver Niederschlag, so bleibt jedoch noch
eine F rage olden. In~olge der r~tmalichen Anor~lnung der yon c~-Teilchen erzeugten
Ionen lungs der ~-Bahu - - also in Kolonaen - - is t die Erreichung des
Sa~wer tes yon der Richtung des elektr isehea Feldes zur Strahlenrlchtung
abhangig. Nach Versuchen ] ~ o u l i n s * is t fiir Strahlen senkrecht zum
Felde .-- wenn also Ionen voneinander gezogen werden -- leiehter S~tt igung
erreichbar als para l le l dazu. Wie sind nun aber die S~tt igungsverhalt-
nisse in versehiedenen StraMrichtungen, wenn Strahlen und Feld einen
beliebigen Winke l q0i miteinander einschliel~en ?
N~here theoretische ~ber legtmgen zur Abhangigkei t des Sat t igungs-
zustandes yon der Orientierung der Kolonnen gegen das elektrisehe Feld
hat J a f f a * * angestellt . Dauach is t [iir einen bestimrnten Winkel ~
zwisehen F d d und StraMen die S~tt igung 2~ gegeben dutch den Aus-
druck : 1 ---- __ ; (14)
dabei is t b ~ u ~ X ~ sin ~ ~oi
z ~ 2 D ~ ,
o o
r 0
* M. Moul in , Ann. ehim. phys. 21, 550, 1910; 22, 26, 1911. ** G. Ja f fg , Arm. d. Phys. 4~, aoa, 1913.
46*
692 Hans Ziegert,
ein aus der Theorie der Besselfunktionen bekann~er Ausdruck.
2 u~ X 2 t 2 $ ~ _ _ - - o
4 D t + b ~
= Wiedervereinigungskoeffizient.
N o ---- Zahl der pro Zentimeter Bahn eines ct-Teilchens erzeugten Ionen- paare.
D = Mitflerer Diffusionskoeffizient.
b = Ein fiir das Gas charakteristischer Kolonnenparameter. u = Mitflere Ionenbeweglichkeit.
X = Elek~risches Feld. t ------ Zeit.
Unter Zugrundelegung dieser Gleichungen kann man flit eJn be- stimmtes X die Ionenmengenverteilungskurve eines ak~ivea Niederschlags
gewinnen. Man denk~ sich dazu zweckm~/]ig um die Strahlungsquelle
als Mittelpunkt elne Halbkugel mit der ~-Reichweite als Radius und teil~
das tIalbkugelvolumen in gleich dicke Schichten. Zu den diesen Schichten entsprechenden Kugelzonen gelangt dann immer derselbe Prozen~satz der
Gesamtstrahlung. Die 0ffnungswinkel ~i dieser Zonen und damit die
Neigungen ~i der u-Strahlen gegen die Feldrichtung lassen sich berechnen und zu den r die Siittigungsgrade nach J a i l 6 angeben. Nachstehende
Tabelle 5 gibt fiir X ~--- 50 Volt/cm und X ---~ 150 Volt/cm (fiir _R = 2 cm
und C02) die Resulta~e dieser Ourchrechnung. Der Maximalsattigungs- grad, der bei q~t = 90 o erreicht wird, ist 100 gesetzt.
Tabel le 5. Abh~ngigkei~ des S~itt igung,czustandes yon der Or i en t i e rung
der Kolonnen gegen das e lek t r i sche Feld.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
5,7 0 5,8 5,9 6,1 6,5 6,9 7,6 8,7
ii,0 25,8
r
90,00 84,3 78,5 72,6 66,5 60,0 53,1 45,5 36,8 25,8
S~ittigung bei
50 Volt/cm 150 Volt/era
100 100 99,4 99,6 98,9 99,2 98,3 98,9 97,2 98,3 96,1 97,8 94,7 97,2 93,3 96,7 89,4 95,6 83,3 94,0
Mit Abnahme der Gr(il]e yon r trit~ also eine Verkleinerung der
Stollgr5flen auf. Tragt man die aus der Tabelle 5 resulbierenden Kurven auf, so ergibt sich Fig. 9 a.
uop qom~ a~l~m opIoA uoqa~.u~sIoI~ moLIO~tos z~ .~ff "~s.~ o~Ia~s -PI%[ o.tp ao~.upom o~ 'aocL~oa q os mu (~>[u.q) o~.s ~s! a~z pun ':~[o~ita~q~ azcg.d 8 o~p ~s.~ u~q uo~uam~rouoI uou~.o[~ I qo~ K ":~aaTz~A~.pou~ s~c~a qoou
unu op~a~s~tm~Dct~ S uouopo~.t[osxaa aap ~un~.,~qoD~Ia.n.ao~[ aoaousuo~ .~oq
"e, a-N a
o . ~ StoBzoh/ a=g a
e
~ 3toBzcthlproStunde , ~oBzahlproS/urWe..~ t,.~
-=o ~ {
~ee ell g ~ ~.~
~g ~"
PaT~ 9 "~.tX m. V ~auH ~.G "~s.~ puoqo~g~m PI%I uz Iq~a~S uo~. zu~p.~z -u I ao:~[oos~uos Dq P~a~s~uu~.tc~S opuomgau~ua uz u~iioq~L uo~losu.~ I
-no R uop su~ .~op aTp a.n 4 'az~t.d S oqasDs.ua~:~aeqD auto -- :~:mt~u:,IS.~ p L w
u.t scL~oao q a.~ -- ~Iqasaopot K ua~D~l~ mou,*o toq osI~ ua~I~qao a,~Ak
,51o3zah! pm $~,vde
t -i "7"
694 Hans Ziegert,
Mit Uran durchgefiihrte Versuche geben e in d e r Theorie analoges Bild der Ionenverteilung. Es wurde der obere Teil einer Kupferkugel, die selbst wenig u-Ak~ivitAt zelgt, schwach mit Uran (~-~oo rag) infiziert. Die Kugelspannung betrug 80, 320 und 630 Volt; 760ram CO~-Ffillung. Abszisse ist die Ionenmenge, Ordinate die Zahl der ~-StOl~e pro Stunde. Die Mel~ergebnisse, die noch in anderem Zusammenhang Verwertung linden, zeigt Fig. 9h. Die Spitzenbildung ist evident; tier linksseitige Spitzenabfall ist etwas starker als der voranszusehende, was fiir ein recht giinstlges Feld sprechen wiirde. Die oben angedeutete Erniedrlgung der Spitze und das Anwaehsen kleinerer Ionenmengen bei niedrigen Feld- st~rken macht sich wohl bei der 80-Voltkurve bemerkbar. Aus der Lage der Spitzen ergibt sieh ifir die yon Uran I u n d Uran I I erzeugten Ionenmengen bei 80Volt : k ~ 115000 und 129000, bei 320Volt: k ~ 117000 und 132000, schliel~lieh bei 630Volt : k ~ 116000 und 129 000.
,leder Wert ist auf ~ 1 ~o genau.
V. Die Messungen* .
w I n i e k t i o n e n m i t b e k a n n t e n r a d i o a k t i v e n S u b s t a n z e n . A. Utah . Der K1Arung der Frage der yon a-Teilchen erzeugten Ionen- mengen diente zunAchst eine Uranregistrlerung. Da 1 g ~rau pro Sekunde 23 700 ~.-Teilchen aussendet, wurden zur Erlangung yon etwa 30 St{}flen pro Stunde nur 104rag Uranyluitrat, das 50rag reinem Uran entsprieht, in 500eem destillierten Wassers gelSst, zweimal 1 :1 0 verd~innt und 0,5 ccm L5sung auf der oberen Sehale einer Kupferprobekugel, die etwa acht Teilehen pro Stunde gibt, verdampft. Von diesem UranprAparat (~0-~ mg U) war eine einseitige Strahlung yon fund 22 Teflchen pro Stunde zu erwarten. Fiillung: 760ram C02; Spannung: 630Volt. Die Sto~- zahlstatistik fiber 770 a-Teilchen geben Tahelle 6 sowie Fig. 10a und b. Fig. 10a ist eine deutliehere Umzeiehnung der Punkte des Me~blattes der Punktiermaschine. Durchschnittsstol~zahl pro Stunde: 40. (Kompensations- korrektlon: + 0,2 ram; vgl. w 8 gegen Ende.)
B. R adjure. Ein schmaler, yon Radium schwach infizierter Kupfer- streifen wurde in die Probekugel (Cu) eingelegt. Gasfiillung: 760 mm C 02; Spannung an Kugel : 630 Volt. Statistisehe Verwertung yon 590 e~-StSl3en. Tabelle 7, Fig. 11. (Keine Korrektion dureh Kompensation.)
* Hier werden nur die Beobachtungsresultate mitge~eilt. Ihre Diskussion folgt geordnet in Abschnitt VI.
Genaue Hessung der yon eiaem einzelnen a-Teilehen erzeugten Ionenmengen usw. 69.5
w 13. U r a n und P o l o n i u m in d i c k e r Sch ich t . Versuche mi~
Wandmaterial, bei dem die radioaktlve Behnengung bekannt war, ze~gten,
inwleweit die Hanfigkeitsverteilung mit den theoretischen Erwartungen
in Einklang ml bringen ist. Um eine Kurve fiir Uran ia dicker Sehicht aufzunehmen, wurde
zuvor Gelatine in erhitz~em Zustand mi~ mehreren Tropfen elner so ab-
, i n
~punls oad lq~ZgOlD
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gegllchenen UranlSsung versetzt, da/] eine brauchbare Stol]zahl heraus- kam; auf einer Schale der Kupferprobckuget konnte sic, glcichm~fiig ver- teilt, erstarren. Spannung wie tiblich 630Volt ; 760mm C02-Druck.
696 Hans Ziegert,
T a b e l l e 6. U r a n i n f e k t i o n .
Stot~gr6Be in
Millimetern ( l m m =
6740 Ioncn)
2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 23 14 15
,0
1 7 9
I1 3 6 9 9 7 8 7
12
Stofizahl
,2 A ,6
4 2 2 4 4 4 2 4 7 4 8 7 7 5 3 8 6 4 7 6 6 4 3 6 4 5 2 3
5 6 6 7
T a b e l l e 7. i
Stoi3grSfie in
Millimetern
,8 (1 mm ~--- 6740 Ionen)
2 16 3 17
10 3 6
11 7 7 7
10 9 7
2o
StoBzahl
,0
R a d i u m i n f e k t i o n .
,2 A ,6 ,8
3
3 5 3 8
10 105
6 2 3
- - 1 2 1
1 1 ~ - -
StoBgrSBe in
Millimetern (Imm--~
5740 Ionen)
2 3 4 5 6 7 8 9
20 11 12 13
,0
T 3 1 2
2
2
S t o B z a h l
,2 ,4
1 2 1 1 1 1 1 1 2 3 2
,6
StoBgrSBe in
Millimetem ( l m m =
6740 lonen)
Stofizahl
,0 ,2
14 2 25 5 26 9
18 10 19 17 16 20 9 9~ ~1 14 22 2 2 23 4 1 24 e5
,4
3
14 7 3 7
,6
3
16
4
,8
14 13 t4 14 12
6 4 2 3
Die S t a t i s t i k iiber 1220 ~ - T e i l c h e n ze ig t Fig . 12. Die s t a t i s t i s ch zu
e r w a r t e n d e S e h w a n k u n g s b r e i t e i s t n a c h w 8, Gle ichung (9) be rechne t und
in der F i g u r ber i icksicht igt .
E ine nat i i r l iche Ver t e i l ung eines bekann ten Rad ioe ]emen t s in e inem
Metal l haben wi r in dem das Po lon ium e n t h a l t e n d e n Blei vor tins. F r i s che
Blei~olie zeigte sich so aktiv, da~ 1~5 cm ~ Pb zur E rz i e lung yon 75 StSl~en
pro S~unde genfigten. Die s~atis t ische Verwer~ung der angese tz ten Re-
g i s t r i e rungen fiber 1100 ~-Tei lchen ze ig t F i g 13.
Genaue Messung der von einem einzelnen u-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 697
9
Ra
~6
0
Fig. 11.
50000 ~00000 150000 Ionenmengen
Radiumregistrierung. Sfatis'cik iiber 590 ~,Teilchen.
• xvs
0 50000 fO0000 150000 Zonenmengen
Fig. 12. Uran in dicker Schicht. Statisfik fiber 1220 ~Te i l chen .
~3
~ Po RaEm I II J
50000 ~00000 q50000 200000 ZSO000 Zonenmengen
Fig. 13. Bleiregistrierung (Poloniuml). Statistik fiber 1100 a ,Tei lchen.
698 Hans Ziegert,
w 14. Kupfe r . Die Erforschung der Haufigkeitsverteilung der cc-St(il~e als Funktion der Ionisationsgrf~e iiir verschiedene Metalle war das nachste Ziel. Zun~chst wurden zwei KupfermeBreihen angesetzt.
A. K u p f e r p r o b e I. ( H a a d e l s k u p i e r . ) Aus haadelsiiblichem Kup[erblech wurde die Hohlkugel K nur mittels Stahl in ~essingformen gedrtickt und mlt einer Putzpomade hochglanz polierL Das Ausreiben mit Schmirgel wurde --- bei allen Mefallen - - vermieden, da sich zeigte, da]] 10 cm ~ Schmirgelpapier eine Sto~za.hl yon 25 bis 30 pro Stunde au[- wiesl Die Statistik erstreckte sich auf 1100 St01~e (Spannung 600Volt;
,6"a Em
50 aO0 r162 0,90 ~50000 200 0#0 250000 ]anenmengen
50000 ego 00o :~50 ooo 200 00o 250 00o ]aneMmenj~en
Fig. 14. a) Kupfer L Statistik fiber 1100 ~,Teilvhen. b) Kupfer IL Statistik fib~r 1225 ~Teilehgn.
760 mm COs). Die Stol~zahl betrug nut 8,4 pro Stunde und Kugelober- flache (190 cm ~) ; Fig. 14a.
B. K u p f e r p r o b e IL ( E l e k t r o l y t k u p t e r . ) Es wurde sodann hochwertiges Elektrolytkupfer, das yon der Mans~eld A.-G. entgegen- kommenderweise zur Ver[ijgung gestellt war, auf ec-Strahlung hin unter- sucht. Die von 1225 a-Stf~en bei 600Volt aufgenommenen Registrie- rungen ergeben fiir die Durchschnittssto•zahl pro Stunde und Oberfl~che 12,1, also 45 % mehr als Iiir Kupferprobe I. Tabelle 8 (Korrektion: - - 0,2 mm), Fig. l~b.
Genaue hfessung der yon einem einzelnen a-Teilchen erzeugten Ionenmengenusw. 699
StoBgrSBe in
Millimetern (1 m m =
6740 Ioncn)
2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Tabelle 8. Kupfer.
w 15. Zink. A. Z i n k p r o b e I. Handelsfibliehes Zink (Bleigehalt
1,09 %) wurdc in Blockform gegossen und aus dem Block eine ttohlkugel ausgedreht. Wegen einer bemerkenswerten Sto~zahlverteilung wurde die
Statistik fiber 2100 c~-Tcilchen erstreckt. Kugelspannung 425 Volt; 760ram CO~-F~llung. Die Verteilung bel 900, 1S00, 2100 StS~en gibt Tabelle 9. Fig. 15a und Fig. 7. Durchschnittsstol3zahl pro Stunde
und 190cm~: 20,3.
]3. Z i n k p r o b e II . Die zweite Zinkprobe wurde in Blech~orm
verwandt. Dieses Zink l I hatte nach chemischer Analyse bis au~ 0,1~ keinen Bleigehalt. Die Statistik yon 2200 ~-Teilchen bei 600VoIt Spannung (760 mm C 02) zeigt Fig. 15 b. Die Stol~zahl pro Stunde und Kugeloberfl~che betrug 22,6.
C. Z i n k p r o b e I I I . Hier wurde Zinenm pnrissimum (zur Analyse),
dos yon tier Mansfeld A.-G. aus St~ben umgegosscn und ia Blech gewalzt worden war, verwandt. Statistik fiber 950 a-Teilchen bei 630 Volt
Kugelspannung. Stiindliche Durchschnittsstol3zahl : 69. Fig. 15 c.
D. Z i n k p r o b e IV. Zink I wurde in Salpetersaure gelOst und mittels Schwefelammonlums Zink als Sulfid herausge~llt. Der Nieder- schlag, aus 12,5 g Zink gewonnen, wurde auf Kupfer in dicker Schicht
4-
~ 0,5-
do
,Do
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1111
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5000
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00
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n
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Fig.
15.
qO00
00
2000
00
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~t
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r 10
60 ~
Tei
l~h
en.
Genaue Messung der von einem einzelnen a-Teilchen erzeug~en Ionenmengea usw. 701
T a b e l l e 9. Z iuk .
StoBgrSBen, StoBgrSBen, zu vollen StoBzahlen zu vollen StoBzahlen
Millimetern Millimetern zusammen-" zusammem
Nr. Nr. 52--74 52--62 1 efaBt (1 mm gefaBt (I mm =6740 Ionen) Nr. 52--62 52--71 =6740 |pnen) Nr. Nr. 52--7 Nr. 52--74
2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
17 12
9 14 16 10
9 7 3 7 3 1 6 3' 6 4 2 4 5 3
3 1
T a b e l l e 10. I~eue S t r a h l e r im Z i n k r i i c k s t a n d .
StoBgrSBe in
Millimetern
(1 mm 6740 lonen)
2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
StoBzahl
,0 ,2 ,4 ,6
1 i 2 4
1 6 1
~ 1
1
1~ 1
StoflgrSl~e in
Millimetern
,8 (1 m m = 6740 Ionen)
17 18 19 20 21 22 23 24
27 28 29 30 a l
StoBzahl
,2
4
,! 3 I 1 2
1 1
,4 ,6 ,8
3 4 5 5
2 3 1
4 1 2 2 1
702 H a n s Z iege r t ,
aufgetragen. Regis~rierzahl: 1060u-Teilchen. Spannung 600Volt . Die Statis~ik zeigt Fig. 15 d.
w 16. R i i eks t ande and N iede r sch l age g e l 0 s t e n Zinks. E s mul]te versueht werden, ob dutch ehemische Prozesse sich aus Zink Stoffe abseheiden liel]en, bei denen die (in w 20 dlskutierLen)Anomalien der Zinkverteilungskurven gestelgert waren. Nach den Erfahrungen bei den Versuehen mit Uran und Radium war es wiinsehenswert, aus Oberfl~chen- strahhmgskurven dies zu ermitteln.
A. Z i n k r f i e k s t a n d I. Zink I wurde in HNO 3 gel0st; tier aus der mlt 'HeO verdiinnten salpetersauren Ltisung durch Dekantieren er- haltene, wenige Milligramm betragende Riiekstand yon 10,5 g Zink wurde
Js Zafnz
, Ue /?c~ Po /?aA [r
13
50G00 "10t7000 1500gg 2000~ Ionenmen.q, en
Fig. 16. Rfi'cekstand yon Zink L Statistik iJber 455 ~ T e i / c h e m
rein zerstampft, und auf die mit etwas Zaponlaek bestriehene Kupfer- hohlkugel gest~ub~. Das Resul~at der hiermit durehgeffihrten Regi- strierungen yon 455 ~-Teilehen zeigen Tabelle 10 und Fig. 16. Dureh- sehnittsstol3zahl pro Stunde: 35. Spannung 600 Volt, 760 mm C0~. (Die Korrektion aus der Kompensation ist sehon bertieksiehtigt.)
B. Z i n k r i i e k s t a n d II. Eine weitere Registrierung wurde mit einem Rtickstand durehgefiihrt, der beim L6sen voa etwa I5 g des in w 15 erw~hnten Zinks II in verdiinnter Sehwefels~ure iibrigblieb. Der Riickstand wurde naeh Wasehen auf dem Filter mittels HeO auf die Kupferschale gestaubt. Die mi~ der Mel3masehine analysierten Kurvenbl~ttter geben die Punktverteilung der Fig. 17a. Die hieraus ermittelte Verteilungs-
Genaue Messung der yon einem einzelnen a,Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 70~
kurve yon 900 ~-Teilchen zeig~ Fig. 17 b. Spaanung 600 Volt, 7G0 mm C 0 r
Dutch Zirkelausmessung wurde eiae erste u mit StoJ]-
maxima bei 6,2, 10,2 und 15,0ram gewonnen.
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4~
C, N i e d e r s c h l a g I aus Z i n k l ~ s u n g . Z i a k I ~ w u r d e in H N O s gel~st und das vorhandene Pb (w 15) mit H~SO 4 ge i~l t und untersucht.
Z e i t s e h r i ~ ~ lkr P h y e i k . ~ d . 4 6 , 4 7
7 0 4 Hans Ziege~,
Die Verteilung der bei 600 Vol~ registrierten I100 ~-Teilohen zeigen Tgbelle 11 (Kompensationskorrek~ion; q-0,2ram)und ]~ig. 18a.
D. Niederschlag tI aus Zinkl~sung. Eine weitere F~llung wurde mittels H~S durchgefiihrt. Wieder war dazu Zink I (1,8 g) in
Ul u~ Ra Po R~A A'g~'
soooo v~oo ~o~o e ~ z ~ o O,o ~- . I o n e n m e n g e n
o soooo zoooo r ;oo~o zsoooo Ion~engen
Fig. 18. Niedcrschl/igr aus Zinkl/~sung. ~) Niederschlag L Sta#2s~;~k fiber lI00 ~t.Teilch~a. b) Nied~schlag If. Statistik i}ber I160 a~Teilchen.
ItNO 3 gelSst worden. Der Niederschlag wurde wle ~bllch auf Kupfer gest~ubt. Stutis~Jk tiber 1160 ~-Teflchen. 600 Volt Spannung, 760 mm C 03. Die Yerteilungskurve gib~ Fig. 1S b. (Stollmaxima bei 6,2, 10,2, 15,0 ram.)
w 17. Wei te re or ient ierende T i e ~ e n s t r a h l u n g s k u r v e n . ~[essungen mehr provisorischen Charakters wurden noc.h a~ anderen ~6tallen durchgeKthrt:
Genaue M e s s n n g d e r v o n einem einzelnen a - T e i l e h e n e r z e u g t e n I o n e n m e n g e n u s w . 7 0 5
T a b e l l e 11. N e u e S t r a h l e r i m N i e d e r s c h l a g e i n e r Z i n k l S s u n g .
StoBgrfBe StoBzahl in
Millimetern
(1 mm ~ ,0 ,2 ,4 6740 Ionen)
2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
2 3 1 1 2 2 5
5 3 8 6 5
4 11 I2
StoBgrSBe in
Minimetern
,6 ,8 (1 mm 6740 lonen)
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
,0 ,2
30 16 21
6
2 4 3 7 2 1 4 1 2 2 2 2
StoBzahl
,4 .6 .8
3 22 1 20 i 8 2 7 r 2 1 6 2 - - 1 3 1 2 2 - - 1 5 4 4 2 4 1 3 1 1 - 1 1 2 2 3 1 - -
A . Be i A l u m i n i u m w u r d e n 5 0 0 a - T e i l e h e n r e g i s t r i e r t . D i e S t a t i s t i k
d a r i i b e r b r i n g t F i g . 19 a.
B. V o n M e s s i n g w u r d e n z w e i P r o b e n u n t e r s u c h t , e i n m a l d ie S f i r a h h n g
e i n e r a u s e i n e m B l o c k g e d r e h t e n K u g e l ( M e s s i n g I) , s o d a n n h a n d e l s -
i i b l i c h e s ~ [ e s s i n g b l e e h ( M e s s i n g I I ) . t t i e r v o n z e i g t F i g . 19 d e ine S f a ~ i s t i k
( 2 4 0 a - T e i l c h e n ) .
T a b e l l e 12. a - E m i s s i o n v e r s c h i e d e n e r ~ I e t a l l e .
Zahl der StoBzah[ pro StofizahI Sto~zahl pro Subsfanz registrie~en KugeloberIi~che pro =m 2 lccmSubstanz
a,Teilchen und Stund~ und Stunde und Sekunde
A ] . . . . . . . .
Cu I . . . . . . . Ca II . . . . . . Zn I . . . . . . . Zn II . . . . . . Z n III . . . . . . Yessing I . . . . . Messing II . . . . S n . . . . . . .
Au . . . . . . . Pb I . . . . . . . Pb n (air) . . . .
50O 1100 1.230 2200 2100
950 240
1020 530 220
1100 30
41,0 8,4
12,1 22,6 20,3 69 21,7 44,7
140 4370 8550
68
0~22 0,04 0,06 0,12 0,ii 0,36 0,ii 0,24 0,74
23 45
0,36
0,015 0,006 0,009 0,015 0,013 0,044 0,014 0,031 0,070 4,570 5,185 0,041
47*
706 Bans Ziegert,
C. Es wurde sodann mit einer Goldfolie registriert. Dazu war Gold
elektrolytisch au~ Kupfer niedergeschlagen worden. Statistik fiber 220
a-Teilehen (Fig. 19e).
D. Frlsehes Blei yon K a h l b a u m zeigte infolge starken Polonium-
gehaltes hohe Sto~zahl. Eine Proberegistriernng mit 150 Jahre altem
& Ragm
] .UL U !. J.
~'ooooo ~ 2-00000 201~/TmelvaBfl
lonenrnenge.n
"Io0o00 Jonenmen~'en
100 000 .fonenmenCfem 200000
r lonenmen~en 200Q00
Fig. 19. Ionenmengenverteilungskurvvn verschieden�9 Metalle. a) Aluminium (500 r b) KupIer (1100 ~,Tcilchcn). c) Zink (2200 r d) Messing (240 a,Teilchen), e) Gold
(220 a,Teilchen), f) Blei (1100 a,Teilchon).
Blei wies dagegen eine um 99,2 % gerlngere Stoi]h~ufigkelt pro Fl~ehen-
und Zeiteinheit au[*.
* Vgl. G. Hoffmann, ZS. f. Phys. 25, 191, 1924.
Genaue Messung der von einem einzelnen a-Teilehen erzeugten Ionenmengen usw. 707
E. Eine aus Vollmaterial gedrehte Zinnkugel zeig~e aul]erst starke
Stol~frequenz.
Es folgt eine Zusammenstelhng der StoBzahlen ffir die verschiedenen Materialien (Tabelle 12). Die Stollhi~u[igkeit pro Kubikzentimeter Sub- stanz and Sekunde ist aus tier Oberfl~ehenstrahlung und dem Brems-
vermt~gen innerhalb des Metalls hergeleitet.
VI. D i s k u s s i o n der Messungen . '
w 1S. Die I o n e n m e n g e n m e s s u n g an U r a n und Rad ium. - - E r g e b n i s s e a n d e r e r Au~oren. A]s ein Vorzug der angewandten Methode tri t t das lokale Nebeneinander verschiedener ~-Strahlgruppen - - bei Uran der beideu im Gleichgewicht vorhandenen Komponenten Uran I und Uran I I - - in Erscheinung; wir haben eia Analogon zur W i l s o n - schen Nebelmethode vor uns, nur dal~ bier auch noch genaue, quantitative Angaben fiber die yon den verschiedenen ~,-Strahleru erzeugten Ionen-
mengen gemacht werden k~innen.
Der Kurvenverlauf fiir U r a n ist im ganzen in Ubereinstimmung mit
der Erwartung. Nach w 7, Gleichung (7) fo]gt fiir
- - - - 7 ~ ~-- 0,23,
(~)v~ ' - - 2,1 __ 0,27, 7,8
d a / ~ u I ~ 2,7 cm; R v ~ = 3,1 cm ist.
2 5 % der Uranst~13e miissen also verkiirz~ sein.
weiter ansetzen: Kupferwandungseffekt: 200 Teilchen,
leichte Radiuminfektion: 200 Teilchen
:Nun kann man
(start der erwarteten 22 StSi]e, 40 pro Stunde!).
So bleibt fiir UranvollstSi~e ein Rest yon 270 Teflchen, d. h. 35 %. Vorhanden sind 25%; das Fehlen dieser 10 % finder nach dem in w 11
Gesagten seine Erkl~rung.
Aus der Lage der Spitzen (17,2, 19,2ram) folgt unter Beriicksiehti- gung der S~ttigungsverh~ltnisse (@ 11) and aus der Feststellung, alas fiir Kohlensaure die relative Ionlsation naeh den Resultaten der in al]er-
708 ttans Ziegert,
]tingster Zeit noeh bestat igten Messungen von W. H. B r a g g , T. S. T a y l o r
und anderen* um 1 ~o hSher l iegt als ffir Luf t :
k v i = 1,16.105 ,
k v i i = 1,29.105 .
Naeh der Ar t der Ausmessung und der Genauigkei t der Eiehung
(w 10) sind die Wer~e auf ___ 1 ~o genau.
Die Spitze yon dem auf Kupfer infizierten R a d i u m l iegt bei 20,2mm
und entspricht bei Beaehtung der Sat t igung und Ffi l lung der Ionenzahl:
kaa = 1 ,36.105 .
o/ Der Ante i l der Vollst(il]e bet ragt 16/o. Von der Kupferkugel und
der Abbremsung yon Radiumtei lchen rfihren 4 0 % der St~il]e her. Der
Rest Nicht-Radiumstiil]e von 44 % erkliir~ sieh, wenn man neben den
Bemerkungen in w 11 noch beriicksich~igt, dab in der Kurve (Fig. 11)
fiber 10 % St~i~e mit grS~erer Reichweite als Radium - - wahrseheinlieh
Verunreinlgungen der RadiumlSsung durch RaC, R a A und R a E m -
auftreten, die einen ~_nteil kleiner Ionenmengen yon noch etwa 1 5 %
llefern, und dal] wohl auch Spuren yon Radioelementen kleinerer Reich-
weite als Radium vorhanden sin&
Es wird nun eine vergleichende Zusammenstellung der erhaltenen
k -Wer t e (fiir Luft) yon Uran I, Uran I I und Radium mit den Ionen-
mengenangaben anderer Autoren gegeben. Dabei ist es zweckmal]ig, die
tehlenden k -Wer t e unter Benutzung der Relat ion
k = k o . R~-13 **
und die zugehiirigen Wer te ffir die Zahl der sekundlich von Radium
emit t ier ten a-Teilchen (Z), falls sie nicht beobachtet sind, nach Glei-
chung (1): 2 i
Z - - - -
m e kRa 0
unter Zugrundelegung des besten neueren Wer tes yon i / m = 1,952 .106
elst. Einh.*** (e = 4 , 7 7 . 1 0 -1~ elst. Einh.) zu bereebnen.
* W. H. Bragg , Phil. ~[ag. 18, 333, 1907; T. H. Laby , Proe. Roy. Soc. (A) 79, 206, 1907; R. D. Kleeman, ebenda S. 220; E. P a r r Me tca l f e , Phil..5lag. 18, 878, 1909; T. S. Tay lo r , eb.enda 21, 571, 1911; u F. Hess und ~. H o r n y a k , Wien. Ber. 129, 661, 1920; G. E. Gibson u. H. E y r i n g , Phys. Rev. 80, 553, 1927.
** R nach den Angaben yon S t. ~ e y e r and E. v. S o h W e i d 1 e r, RadioaktivitEt ; Auhang, Tabelle 4, 1927.
*** Vgh H. F o n o v i t s - S m e r e k e r , Wien. Ber. 181, 361, 1922; tL G e i g e r , ZS. f. Phys. 8, 45, 1922.
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710 Hans Ziegert,
Diese Daten sind in Tabelle 13 ohne Zeichen eingetragen; die mit
einem (*) versehenen Zahlen sind beobachte~e Werte; ein ( t) bedeutet
yon den Augoren angegebene, berechnete Werte.
Tabelle 13 zeigt die in w 1 erw~hnte Unsieherheit der Ergebnisse.
Prinzipiell haben die k-Angaben nach den Messungen dieser Arbeit
den Vorzug griil~ter Zuverl~sigkeit. Auffallend ist die gute Uberein-
stimmung mit den Wiener Resultaten und wertvoll, daft sich aus den
Ionenzahlen yon Uran I und U r a n l I wie yon Radium ~ast genau der yon den Wienern ausetwa 80000 cr erhaltene Wef t ergibt :
Z ~-- 3,71.101~
Es mat erw~i~3nt werden, dal) sich mit den gemessenen Ionenzahlen
kui ~ 1 ,16-105 , kurr ~ 1 ,29.105 die Zahl der sekundlich yon
1 g Uran (Utah I und Uran II) ausgesandten cr aus der
Beziehung i ---- Z . k. e
(m ~ 1; Ausnutzung der Gesamtstrahlung]) mit / ~ 2 .1 ,37 elst.
Einh. * zu 2 , 3 5 . 1 0 *
a-Teilchen berechnet, ein Wert , der mit dem yon E. R u t h e r f o r d und H. G e i g e r * * direkt gemessenen ( 2 , 3 7 . 1 0 ' ) nahezu identisch ist!
Ftir die Konstante k o ergibt sich 6 ,3 .10 ' . Mit Z -~- 3 , 7 1 . 1 0 l~ be-
reehnet sich die gesamte W~rmewlrkung yon 1 g Radium zu 138,1 cal
pro Stunde***; gegeniiber den experimentell gefandenen Werten im
]~aximalfall eine Abweichung von - - 1,4%, wahrend sieh mit Z ---- 3,4.101~
( G o i g e r - W e r n e r ) ein Feblhe~rag yon etwa 9 % ergibt.
Die jahrliche Heliumentwicklung aus den a-Partlkeln yon 1 g Radium (ohne Folgeprodukte) wird mit Z ~ 3,71.101~
1 , 1 7 . 1 0 is
Heliumatome (fiir Z ~ 3,4.101~ sind es 1,07. 101s).
w Die T i e f e n s t r a h l u n g s k u r v e n bei Uran~ B l e i und
K u p f e r . Mit der genauen Messung der yon elnem einzelnen r
erzeugten lonenpaare existierte eine Grundlage far Untersuchungen tiber
* ~ e y e r - S c h w e i d l e r , Radioaktivit(it, S. 272, 1927. ** lt. Geiger und E. Ruther ford , Phil. ~[ag. 20, 696, 1910.
*** Z geht bei der Berechnung der Wfixmewirkung des Radiums in den Aus- 1 druck fiir die kinetische Energie: U z ~. Z- m- ~:v ~ (tt-Strahlbremsung !) und fiir
die Riickstoltwirkung (Restatome !) eiu; vgl. M e y e r- S c h w e i d 1 e r, Radi oaktivitiit, S. 222, 1927.
Genaue ~[essung der von einem einzelnen a-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 711
das bislang wenig erforschte Problem der Aktivitiit, speziell u-Aktivit~t der au~erhalb der bekannten aktiven Familien stehenden Elemente. Hierfiir
war welter eine Verifikation der unter Annahme des Vorhandenseins b e k a n n ~ e r Radioelemente berechneten Verteilungskurven wtinsehenswert.
Fiir Uran, Biei (Polonium), Kupfer besteht eine solehe. Die Urankurve (Fig. 12) gibt im wesentlichen den zu erwartenden,
innerhalb der wahrscheinlichen Schwankungen glatten Verlauf, besonders den Abfall bei Uran. Dug er nicht steiler ist, lagt auf das Vorhandensein yon Radium und seinen Folgeprodukten schliegen, yon denen Spuren in die Gelatine gekommen sind. Das etwas starke Auftreten kleiner Ionenmengen und yon die SehwankungsgrSge iiberragenden Uranspitzen an einer der vollen Reichweite entspreehenden Stelle (dureh X markiert;
bei der Mittelbildung eliminiert) mug woM auf die nieht ganz gleich- m~gige kiinstliche Verteilung zuriiekgefiihrt werden.
Bei Blei kommt die natiirliehe Verteilung des gleichm~13ig bei-
gemengten Polonlums in der Verteilungskurve klar zum Vorschein durch den eharakteristischen Abfall bei der Ionenzahl, die Polonium eigen ist. Die dureh Zusammenfassung yon ffinf 0,2-mm-Klassen vo]lzogene Gruppen- bildung liefert einen den theoretischen Verteihngen ahnlieh ruhigen Kurvenlauf. Der Radiumgehalt betr~gt 5 . 1 0 - I ~ g pro Gramm Pb. (Siehe welter nnten.)
Anf die Art und GrS~enordnung der Beimengungen bekannter Radio- elemente l~tgt sich aueh bei den innerhalb der wahrseheinliehen Schwan-
kungen naeh der Theorie normalen KupferstoggrS~enverteilungen scMie$en. Die sowoM bei Kupfer I wie Kupfer I I sehr geringe stiindliche
Stogzahl (8,4 bzw. 12,1 pro Kugeloberflache) ist zun~chst ~ugers~ bemerkenswert. Die Vermutung einer KupferaktivitKt aus Untersuehungen
an Messing * hat sich nieht best~tigt. Die Aktivitat bei Messing ist auf das darin befindliehe Zink zuriiekzufi~hren (w 20).
Die l:[aufigkeitsverteilung der s t s g e zeigt bei Kupfer I ein mini- males Vorhandensein yon Ra C. Ra Era, Ra A und Ra C sind miteinander annahernd im Gleichgewicht; auf das Vorhandensein yon Ra und Po mug
augerdem noch geschlossen werden. Eine ganz analoge Verteilnng inner- halb der verschiedenen Ioneuklassen bietet Knpfer II.
Aus der Tatsaehe, dal3 Ra C bei einer Zusammenfassung naeh Klassen von i mm (6740 Ionen) 32 Klassen der Kupfer I-Verteilung mit einer Durchschnittszahl yon 5 pro Klasse in 131 Stunden dureMauft, folgt fiir die
�9 G. Hoffmann, Ann. d. Phys. 62, 744--745, 1920; ebenda 8., o, 430, 1927. V. F. Hess und R. W. Lawson, Wien. Ber. 125 [2a]~ 303, 1916.
712 Hans Ziegert,
Stoi]zahl T yon Ra C pro Quadratzent imeter und Sekunde: T = 0 , 1 7 . 1 0 -s.
Nach einer Formel von S c h w e i d l e r* laflt sich hieraus die Zahl der yon der
Vohmeinhe i t pro Sekunde ausgesandten sr and damit der
Radinmgehal t berechnen. Man finder ihn fiir Kupfer I i m Muximalfalle zu
1 , 2 . 1 0 - ~ g R a pro Gramm Cu; fiir K u p f e r I I zu 2 . 1 0 - 1 ' g I~a pro
Gramm Cu.
Hiermi t s~eht die Beobachtung der ~,-Aktivi t~t verschiedener
Metalle**, die zu einer oberen Grenze ~ r den Ra-Gehal t yon l 0 -14 g Ra
pro Gramm Me,al l der Grtiflenordnung nach fiihrte, in Ubereinst~mmung.
w 20. D i e A n o m a l i e n b e i Z i n k . WS~hrend bei Kupfer ein
Grund zur Annahme einer spezifischen Eigenak t iv i t a t oder neuen Akt iv i tg t
nichfl vorl iegt , bieten die Zinkver te i lungskurven ein anderes Bild.
Zink I his I I I zeigte bereits bei wenigen Regis t r ierungen (s. Fig. 7
und Tabe]le 9) das Vorherrschen vieler kurzer StSl]e entspechend geringen
Ionisierungszahlen, die fiber die wahrscheinlichen Schwankungen wesentlich
hinausgehende Abweichungen yon der normalen theoretischen Vertei lung
darstel len: Aus dem Durchlau~en yon etwa 10 Ionenklassen mi~ durch-
schnit t l ich 0,2 StSl]en pro Stunde mull man schliel]en, dal] 1 g Zink I wie
Zink I I mindestens 0,6 St~lle mit k l e i n e n Ionenzahlen pro Stunde
emitt iert , die nicht durch Abbremsung bekannter Stol]l~ngen ent-
standen sind.
Bei dem bleihal t igen Zink I t r i t t ein s tarker Gehalt an Polonium
auf. Ra, R a E m , R a A , R a C sind bei Zink I and I I in Gleichgewichts-
mengen vorhanden; dazu kommt ein UrangehalL Zink I I I zeigt s tarke
Sto]zahlen, f~ir die wohl Polonium verantwort l ich zu machen ist. Der
maximale Radiumgehal t berechnet sich bei Zink I zu 2 , 5 . 1 0 - 1 ~ g Ra/g
Metull, bei Zink I I zu 1 ,0 . 10 -14g R a / g Metall, bei Zink I I I zu
1 , 0 . 1 0 -14 g Ra/g Metall***
* E.v. S c h w e i d l e r , Phys. ZS. 14, 505, 1913. ** C~. Hoffmann, Ann. d. Phys. 82, 426--427, 1927; Schriften der KSnigs-
berger Gelehrten Gesellsehaft, Naturw. Klasse, 4. Jahr, Heft 1, S. 23, 1927. *** Der Ra-Gehalt hat sich also bei Cu uad Zn naeh der a- und y-Strahl-
methode als aufierst gering and zwar yon gleieher Gr6flenordnung erwiesen. Es zeigen nun jedoch die Registrierbl~tter yon Ca gegentiber Zn einen merklichea Untersehied in der GrSfle der gleichf6rmigen Elektrometerbewegung. ~[an kSnnte hieraus bei Cu auf eine fl-Strahlung (etwa 1 Ioa pro eem and sec) schlieflen; Versuehe yon Hess uud Lawson (Wien. Ber. 12~ [2a], 305, 1916] deafen gleich- ~aIls auf eine derartige Erseheinung hin. - - Bei Zink ist ein analoger Effekt nieh~ nachweisbar. Weitere unter diesem Gesichtspunkt durehzuf[ihrende _~essungen - - in vorliegender Arbeit handelt es sieh zunitchst vor allem um die Untersuehung der a-Komponente - - diirften reeht aussich~sreieh sein.
Genaue N~essung der von einem einzelnen a-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 713
DaLI die zwischen den Ionenzahlen 35"000 nnd 100000 liegenden
StSl]e yon Zink selbst nich~ herriihren, ergibt die regul~re Tiefen-
strahlungskurve yon Zink IV*. ltier sind Po, Ra A und Ra C im Wand- material beigemengt. Das Vorhandensein yon Mitglledera der Thorium- farnilie ist, naeh dem rechtsseitigen Abfal] jenseits yon R a A zu schliel3en,
nicht unwahrsehein]ieh. Die Knrven yon den Zinkriiekstanden und -niedersehl~gen bringen
weitere Aufklgrung. Da bier Oberfl~chenstrahhng vorliegt, mtissen vor-
handene aks Stoffe sieh als fiber die wahrseheinliehen Sehwankungen
welt hinansgehende Spitzen erweisen. Zinkrtiekstand I zeigt solehe bei 0,418; 0,687; 1,01; 1,16; 1,27;
1 ,51.10 s Ionen. Die letzten drei Ionenzahleu entspreehen Uran I,
Uran I I (beide im Gleiehgewieht!) und Polonium. Die ersten drei deuten auf eine neuar~ige Erscheinung hin. Und zwar entfallen auf 1 g gelSsten Zinks 0,3 Sttil3e pro Stunde. Nach dem Vorhingesagten miil]te dann noeh Substanz mit mindestens 0,3 StSl~en pro Stunde in LSsung
bleiben. Zinkniederschlag I beweist, dal~ tatsgehlieh bei dem Bleisulfat, das
aus der gleichartigen tlNOs-LSsung gef~llt wurde, die neuartige Er- seheinung aueh anftritt, ttier zeigen sich die welt aul~erhalb aller
Sehwankungen stehenden Maxima - - die mittleren Fehler d sind bier eingezeiehnet - - bei den Ionenzahlen 0,69.105 und 1,01.10s; und zwar
treten 0,25 StSl~e pro g Zink und Stunde auf. Ob die restbleibenden 0,05 StSl3e auf die nicht erseheinende Ionenzahl 0,42. l0 s entfallen?
Vorhanden ist aueh Ra mit seinen Folgeprodukten. Die Existenz kleiner Ionenmengen neuartiger Strahler bestgtigt sich
noch an zwei weiteren Registrierreihen. Zinkrtiekstand X[ zeigt Uran (Uran I mit 1,16.105, Uran I [ m i t
1,29. l0 s Ionen) und Polonium (k = 1,51.10s); daneben wieder die
Ionenzahlen 0,41; 0,69; 1,01. l0 s. (Nit Mel~masehine ausgewertet; die Zirkelausmessungen ergaben 0,42; 0,69; 1,01.105 Ionen.) Auf 1 g Zink entfal]en wieder 0,3 StSl~e pro Stunde. Die Verteilung deutet aul]er der Kupferstrahlung aueh auf das Vorhandensein abgebremster langer StSl3e bin.
Zinkniederschlag I I gibt eine Ver~eilungskurve, bei der Uran und Polonium auftreten; sodann die Ionenmengen 42000, 69000, 101000.
Mit H~S sehelnt eine s~rkere Mitreil~wirkung fiir diese drei Ionenzahlen
* DaB eine spezifisehe Zinkaktivit~t nicht vorliegt, zeigen aueh die dem Zink ~hnelnden Verteilungen yon Aluminium und Gold. (Radiumgehalt yon A1 4.10 -1. g Ra/g A1, yon Au 10 -1~ g Ra/g Aur)
714 Hans Ziegert,
zu bestehen. Auf 1 g Zink kommen diesmal 0,7 StSlle. Radium und seine Folgeprodukte, die einen gro13en Tell abgebremster St~$e liefern, i s t - s c h w ~ c h e r - vertreten.
w 21. Die D e u t u n g der neuen A k t i v i t ~ t e n . Dal] Substanzen
in der Beimengung zum Zink vorhanden sind, die Strahlung mi~ den Ionenzahlen 42000, 69000, 101000 emittieren, steht naeh w 20 aul]er
Zweifel. Sie l~sen sich in HN08 teilweise und kfinnen durch H~S wie
H~ S 0 k daraus gefallt werden ; bei Aufl~sen yon Zink in H 2 S 0 k bleiben
sie im Riiekstand. Schwierig ist aber ihre Einordnung unter die bisher bekannten
radi0aktiven Stoffe. Wenn fiir sie die Ge igersehe Beziehung
k ----- 6 ,25.10 ~.R2/a
gilt, wiirden daraus in Luf~ von 0 ~ 760mm die Reichweiten 0,55; 1,15 und 2,05cm folgen. Soleh kurze Reiehweiten sind schon, wenn
aueh nieht beweiskr~ftig, beobaehfet worden. A. F o c h * fund bei Reiehweitemessungen an Uran ,un nouveau
groupe de particules" mit elner Reichweite yon 1,7 cm in Luft; F. F r i e d -
m a n n * * gab sie zu 1,6 cm an. J. Jo ly*** maehte an pleochroitischen Glimmerhiifen, kugelffrmigen
Gebilden in ~ineralien mit tz-strahlendem Kern, die Beobachtung, dab Ringe mit nur 5,2 ~, Radius (ftir Uran etwa 14~I), die einer Reichweite in Luft von ,weaig mehr als 1 cm" entsprechen, auftraten. Aus jiingster Zei~ (1926) ist die Feststellung der ffapaner S. I i m o r i und J. Y o s h i -
mura**** yon besonderem Interesse, die in Biotiten Ringe mit 10,0 und
5,9 g Radius entspreehend R ----- 2,1 und 1,2 cm (Luft) gefunden haben. Eine Anwendung der G e i g e r - N u t t a l l s c h e n Relation zwischen
Reichweite und Lebensdauer
log)~ ~--- A + B l o g R (15)
ist bei der neuen Erschelnung nieht mSglich. Substanzen mi~ a-Strahlen yon nur I cm Reichweite mii$ten nach dieser Beziehung praktisch inaktiv sein, da sonst zur Aufrechterhaltung yon ,r bei den hohen, zu errechnenden Lebensdauern (1028, 1'088, 10 ~s see !) nicht mehr diskutable
Substanzmengen vorhanden sein miiSten.
* A. Foch, Le Radium 8, 103, 1911. ** F. Fr iedmann, Wien. Ber. 120, 1361, 1911.
*** 5. ffoly, Naturwissenschaften 12, 698, 1924. **** S. Iimori und g. Yoshimura, Scient. Papers Inst. phys. chem. res.,
Tokyo 5, tl , 1926.
Genaue ~fessung der von einem einzelnen a-Teilchen erzeugten Ionenmengen usw. 7[5
Tdber die Herkunft der neuen Strahlung sind genauc, positive An-
gaben noch nicht mSglich. Die Frage, ob eJ~ dem Zink beigemengtes
seltenes Element, etwa Gallium oder eines yon den seltenen Erden, ver-
antwortlich zu machen ist, ware diskutabel. Dagegen ist dls Annahme, da6 es etwa Strahlung des bislang als inaktiv gefundenen (im Zink I enthaltcnen) Endproduktes der Uran-Radium-Zerfallsreihe (Ra G ~ Pb) sei, nicht mSglich.
Die Tiefenverteilungskurve yon Blei zeigt keine Aktivitat kleiner
tonenmengen. Das dnrch genaue chemische Analyse auf 0,1~ als bleifrei festgestellte Zink I I zeigt nicht kleinere, sondern sogar mehr Aktivitat dieser Art als das bleihaltige Zink I. Diese k~nnte dann also hSchstens yon 0 ,44 .10 -4ccm Pb herriihren. ~qun sender l c cm altes Blei 149 StS~e pro Stunde aus; 0 ,44 .10 -~ccm also 0,006 st~indlich.
De facto werden aber etwa 1600real mehr kurze St~l]e yon Zink emittier~.
Es erSffaet sich hier demnach ein neues Gebiet, das zu weiterer Forschung aufforder~. - -
Zu danken babe ich zunachst Herrn Prof. G. H o f f m a n n , yon dem dis Anregung zu dieser Arbeit ausging. Seine tiebenswiirdige Beratung and tatkraftige Unterstiitzung trugen viel zum riisfligen Fortgang der Arbeit bei. Sodann Herrn Prof. W. K a u f m a n n ffir das stets, lebha[te Interesse und die warme F~rderung meiner Arbeit.
Gerne hebe ich auch mit Dank dis sachliche Hfife des hiesigen chemischen Instituts, speziell des Herrn Dr. Be rg , hervor.
In entgegenkommendster Welse iibernahm die Lieferung und das
Walzen yon Metallen die Mansfeld A.-G. (Hettstedt, Siidharz). Es sei ihr dafiir, vor allem tterrn Dr. W a g e n m a n n , bester Dank gesagt.
Fiir die Gew~hrung yon Mitteln sei der Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft auch an dieser Stelle ganz besonders gedank~.
K S n l g s b e r g i. Pr., Phys. Institut d. Universit~t, Nov. 1927.