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Bandenemission fester Metallverbindungen durch Kanalstrahlen;.

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690
9. Ban denewrz‘ssion fester Metallverbin dzcngert
durch Eanalstrahlen; I)
von J. S t a r k u. G. W e n d t .
Durch mehrere Forscher ist festgestellt worden, daB feste
Metallverbindungen, .Salze und Oxyde, infolge des Sto6es auftreffender Kanalstrahlen Licht emittieren, welches zerlegt mehr ’
oder minder gro6e Bezirke des Spektrums kontinuierlich ausfullt. Nach den Festsetzungen2) des einen von uns sind derartige Spektra zur Gruppe der Bandenspektra zu rechnen.
uber diesen F a 1 von Bandenemission haben vor allem
folgende Forscher Material beigebracht: W. A r n o 1 d 3,
W. Wien4), G. C. S c h m i d t 5 ) , J. Tafel*); besonders ausgedehnte spektralanalytische Messungen hat V. C a r l h e i m G y l l e n s k o l d 7 angestellt. Wir setzten uns nicht zur Aufgabe, weitere derartige Falle von Bandenemission aufzusuchen
und zu .beschreiben, vielmehr legten wir uns die Frage nach
dem Ort dieser Bandenemission und nach ihrem Zusammenhang mit dem Sto6 der Kanalstrahlen vor.
Ohne weiteres ist von vorneherein die Moglichkeit zuzulassen, daB die unmittelbar von den auftreffenden Kanalstrahlen gestollenen Atome des festen Korpers in Bandenfrequenzen zu Lichtemission angeregt werden, da6 also der
Ort einer Bandenemission die Gesamtheit der Auftreffstellen
von Kanalstrahlenteilchen ist. Freilich ist fur diesen Fall von
Bandenemission fester Kbrper durch Kanalstrahlen bis jetzt
1) Aus den Nachr. d. K. Ges. d. Wiss. zu Gottingen, Mlrz 1912.
2) J. S t a r k , Die elementare Strahlung. p. 80. 8. Hirzel, .Leipzig 1911.
3) W. A r n o l d , Wied. Ann. 61. p. 326. 1897.
4) W. W i e n , Phys. Zeitschr. 3. p. 440. 1901.
5) G. C. S c h m i d t , Ann. d.Phy8. 9. p. 703. 1902; 13. p. 622. 1904.
6) J. Tafel, Ann. d. Phys. 11. p. 613. 1908; 14. p. 206. 1904.
7) V. C a r l h e i m - G y l l e n s k o l d , Ark f. Mat, Astr. och. Fys. 4.
Nr. 33. 1908.
Bandenemission fester Neta2lverLinditngen usw.
69 1
noch kein reines Beispiel aufgefunden worden. Dagegen konnten
wir die Verwirklichung folgender Moglichkeit in mehreren
Fallen nachweisen.
Es kann namlich das Licht, das infolge von StoB, sei es
an dem stoBenden Kanalstrahlenteilche~i, sei es an dem gestoBenen Atom der festen Oberflache, in einer Serien- oder
Bandenfrequenz zur Emission kommt , bei seiner Ausbreitung
in den festen Korper (Metallverbindung) hinein in Bandenfrequenzen von Atomen des Korpers absorbiert und dann in
diesen Banden oder in gekoppelten Banden wieder als Fluoreszenzlicht l) im engeren Sinne des Wortes ausgestrahlt werden.
In diesem Fall von Bandenemission fester Korper durch Kanalstrahlen schaltet sich also zwischen die beobachtete Emission
und den StoB der Kanaktrahlen an ihrer Auftreffstelle eine
Lichtemission als unmittelbare Wirkung der Kanalstrahlen und
eine Absorption dieses emittierten Lichtes ein.
Es liegt auf der Hand, daB der Ort dieser Bandenfluoreszenz ein groBeres Volumen des von Kanalstrahlen getroffenen
Korpers einnimmt als die Auftreffstelle der Kanalstrahlen.
Umgekehrt laf3t sich aus der lokalen Ausdehnung der Bandenemission durch Kanalstrahlen auf ihren Fluoreszenzcharakter
zuruckschlieBen. Wir teilen hierzu folgende Beobachtungen mit.
Wie bereits C a r l h eim - Q yllen s k o l d beobachtete, zeigt
Chlornatrium unter auftreffenden Kanalstrahlen eine schwache
weiBblaue Bandenemission. Wir fanden diese Bandenemission
an Steinsalzplatten wieder. Wurde namlich eine Steinsalzplatte, so wie es Fig. 2 der vorausgehenden Abhandlung zeigt,
auf der Riickseite der Kathode befestigt und trafen dann
scharf im Querschnitt des 2 mm weiten Kathodenkanals
Kanalstrahlen auf die Platte auf, so zeigte sich oberhalb eines
gewissen Schwellenwertes des Kathodenfalls im ganzen Volumen
der Platte blaues Fluoreszenzlicht. Dieses konnte offenbar
nur aus der Absorption von Licht entstehen, das an der Auftreffstelle der Kanalstrahlen zur Emission gebrrtcht ware3)
1) Vgl. J. S t a r k , Die elementare Strahlung, p. 213.
2) An anderer Stelle werden wir weitere Beobachtungen iiber die
Emission ultravioletten Lichtes an der Auftreffstelle von Kanalstrahlen
mitteilen.
692
J. Stark
u.
G. Wkndt.
Bei mehreren Metallverbindungen machten wir folgende
Beobachtung. Die Salze wurden in der Art der Anordnnng
der Fig. 1 der vorausgehenden Abhandlung den Kanalstrahlen
ausgesetzt. Wenn dann bei niedrigem Druck das Kanalstrshlenbiindel in scharf zylindrischer Begrenzung auf die feste Fliiche
auffiel, so leuchtete in mehreren Fallen die kleine kreisformige
Auftreffstelle in der Parbe der Serienemission, dagegen die
ganze ubrige nicht von Kanalstrahlen getroffene Flache im
Licht der Bandenemission. So lieferte Casiumchlorid an der
Auftreffstelle schneller Kanalstrahlen violettes Serienleuchen,
rund herum schones weiBblaues Bandenleuchten, Strontiumchlorid hier blaues Banden-, dort weibblaues Serienleuchten,
Zinkoxyd gelbgriines Banden- um violettes Serienleuchten.
Auch in diesen Fallen kann die Bandenemission nur eine indirekte Wirkung der Kanalstrahlen gewesen sein, namlich eine
Fluoreszenz infolge der Absorption von Licht, das an der Buftreffstelle emittiert wurde.
Es liegt auf der Hand, daB die beschriebene Randenfluoreszenz nicht blo8 in grofierem Abstand von der Auftreffstelle der Kanalstrahlen, sondern auch in der unmittelbar a n
die Auftreffstelle grenzenden Korperschicht sich ausbilden mu8
und hier sogar in grooerer Intensitat als dort, da hier die
Intensitat des primaren die Fluoreszenz erregenden Lichtes
groBer ist. Ks ist nun offenbar der Fall moglich, daB unterhalb des Schwellenwertes der Energie fur die Serienemission
infolge des S toBes der Kanalstrahlen bereits Fluoreszenzemission
a n der Auftreffstelle sich einstellt, ohne eine gleichzeitige
Serienemission.
Fur diesen Fall haben wir eine ganze Reihe von Beispielen aufgefunden. Und z w a r scheint die beschriebene FlZl0re.rzenzbandenemission ebenso wie die Serienemission erst oberhalb
eines bestimmten Schwellenwertes der kinetischen Energie der
H-Kanalsh-ahlen sich einzustellen. Die nachstehende Tabelle gibt
derartige Schwellenwerte fur verschiedene Metallverbindungen;
sie sind aus dem in der vorausgehenden Abhandlung angegebenen Grund wahrscheinlich alle um 50 -100 Volt
zu hoch.
Die Redewendung Schwellenwert der kinetischen Energie
fir Bandentiuoreszenz darf nicht mifherstanden werden ; der
Bandenemission fesier Metallverbindungen
Substanz
~~
~
.-
I1
,
Leuchtfarbe
USIU.
693
Schwellenwert
(Volt)
-
NaCl
KCl
CSCl
MgCI,
SrCI,
BaCI,
ZnO
Schtuelleniuert ist offenbar nicht etwas charakteristisches f u r die
Emission der sichtbaren Pluoreszenzbanden, sondern ist denjenigen
Frequenzen zuzuordnen, die unmittelbar durch den Stop der
Kanalstrahlen an der Auftreffstelle mit Lichtenergie gefiillt zuerden
und deren ausgestrahlte Energie dann infolge der Absorption bei
der Ausbreitung die Fluoreszenz anregt.
Da die meisten Metallverbindungen, welche die beschriebene
Bandenfluoreszenz zeigen, mit Licht oberhalb 1 300 pp nicht
zu dieser Fluoreszenz angeregt werden konnen, so ist zu
folgern, daB das direkt von den Kanalstrahlen an ihrer Auftreffstelle zur Emission gebrachte Licht, welches die Fluoreszenz erregt, eine Wellenlange kleiner als 300 pp hat. Und
hieraus ergibt sich dann sofort die weitere Folgerung, daB
die untersuchten Metallverbindungen im Ultraviolett Absorptions- und somit auch Fluoreszenzbanden besitzen , mit
denen die sichtbnren Banden als langwellige Banden gekoppelt l) sind.
Nachdem im vorstehenden der Nachweis einer Bandenfluoreszenz infolge der Absorption ultravioletten von Kanalstrahlen direkt erregten Lichtes gefuhrt ist, erheben sich
folgende weitere Fragen und Aufgaben.
Es ist einmal der spektrale Charakter und der Trager
des Lichtes zu ermitteln, welches unmittelbar von den Kanalstrahlen a n ibrer Auftreffstelle zur Emission gebracht wird.
Es ist moglich, dab die Wellenlangen dieses Lichtes im
S c h u m a n n s c h e n Gebiet oder unterhalb ;1 100 ,up liegen.
1 ) Vgl.
J. S t a r k , Die elementare Strahlung, p. 223.
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J. ,Stark
u.
G. Wen&.
Darnach sind die Schwellenwerte der kinetischen Kanalstrahlenenergie fur Emission dieser Frequenzen genauer zu bestimmen.
Weiter bietet die Emission dieses Lichtes die Moglichkeit
in einen festen Korper ultraviolettes Licht in gro6er Intensitiit
zu senden und dadurch seine weit im Ultraviolett liegenden
kurzwelligen Banden zur Fluoreszenz anzuregen. Die spektrographische Aufsuchung ultravioletter Fluoreszenzbanden fester
Metallverbindungen auf dem hier angegebenen Wege muB eine
der nachsten Aufgaben sein.
Hieran schlie6t sich von selbst die Frage nach dem Trager
der Bandenfluoreszenz und den Redingungen, unter denen sie
in gro6ter Intensitat beobachtet werden konnen. E s ist moglich, daB der Trager der Banden das Molekul der gewahlten
Metallverbindung selber ist; dann allerdings muDte die Absorption in diesen Banden sehr klein sein, um zu erklaren,
da6 das erregende Licht sowohl wie das Fluoreszenzlicht so
groBe Strecken in der Verbindung zuriicklegen kann. I n vielen
Fallen durften die absorbierenden und fluoreszierenden Molekiile fremde Molekiile sein, welche das erregende Licht stark
absorbieren, aber in so sehr feiner Verteilung (fester Losung)
vorhanden sind, daB das erregende Licht und das Fluoreazenzlicht gro6e Strecken in der festen Substanz durchlaufen konnen ;
ahnlich erreicht j a auch bei den organischen fluoreszierenden
Substanzen (Benzolderivate) die Fluoreszenz erst bei sehr groBer
Verdiinnung in einem nicht absorbierenden Losungsmittel eine
groBe Intensitat i n tieferen Substanzschichten. I n der Tat hat
G. C. S c h m i d t zeigen konnen, dab die gelbgrune Fluoreszenz
des Zinkoxyds unter der Wirkung der Kanalstrahlen nicht dem
Zinkoxydmolekiil selbst, sondern einer in sehr groSer Verdunnung vorhandenen Beimischung eigentilmlich ist. Die hier
gegebene Analyse der Bandenemission durch Kanalstrahlen als
einer Fluoreszenz infolge der Absorption sich ausbreitenden
ultravioletten Lichtes erklart zwanglos, wie eine in sehr groBer
Verdiinnung einem festen Korper beigemischte Substanz intensiv
leuchten kann, obwohl nur verschwindend wenige ihrer Molekule an der Auftreffstelle der Kanalstrahlen direkt von diesen
gestoBen werden.
Die von mehreren Autoren beobachtete Erscheinung, da6
die Bandenemission unter auftreffenden Kanalstrahlen in sehr
Bandeiiemission fester Metallverbindungen ustu.
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vielen Fiillen sehr rasch an Intensitat einbiiBt, erklart sich
daraus, daB unter der Wirkung der Kanalstrahlen, insbesondere
von Wasserstoffstrahlen, die Metallverbindung oberflachlich
zumeist infolge von Reduktion sich mit einer Schicht iiberzieht, welche das die Fluoreszenz erregende Licht durch Absorption aufhalt.
Zum SchluB sei noch darauf hingewiesen, daB sich die
hier gegebene Analyse der Bandenemission durch Kanalstrahlen
auf viele Falle der Bandenemission fester K6rper durch
Kathodenstrahlen ubertragen 1aBt.
A a c h e n , Physik. Inst. d. Techn. Hochschule, Februar 1912.
(Eingegangen 18. April 1912.)
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