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Der Geschwindigkeitsverlust mittelschneller Kathodenstrahlen in Metallen aus direkten Messungen und aus Absorptionsversuchen.

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a 19.
1926.
ANNALEN DER PHYSIK.
VIEElTE FOLGIE. BAND 78.
1. D e r Gesohw4md4gh4tsuerlust mBtteZschneZZer
EathodenstrahEem 4 n Xetallem aus d4rektem
M e s s w n g m urn&aus A~sorptBonsversucherc;
von, A . B e c k e r .
(Hierxs Tale1 I1 nsd IIK.)
Bezuglich der Gesamtliteratur kann auf eine friihere
eigene Mitteilungl) und insbesondere die umfassende Bearbeitung des Gebietes durch Hrn. L e n ar dz) hingewiesen
werden. Aus ihr geht hervor, da8 wir zwar uber den Gesamtverlauf des Geschwindigkeitsverlustes uber alle Geschwindigkeiten im wesentlichen unterrichtet sind, da8 aber die Genauigkeit unserer Kenntnis in einzelnen Geschwindigkeitsgebieten noch wenig befriedigend ist. Auch bedarf die fiir
die Ergrundung der Strahlwege im Korperinneren wichtige
Frage nach dem Gang des Geschwindigkeitsverlustes mit der
Schichtdicke und dem EinfluB der letzteren auf die Homogenitiit der Geschwindigkeit in quantitatiwr Hinsicht noch
systematischer Untersuchung.
Die gegenwartige, schon vor einer Reihe von Jahren begonnene Untersuchung will in dieser Richtung weiterfuhren.
Sie nimmt zu diesem Zweck zum erstenmal eine sorgfaltige
Analyse der Strahlgeschwindigkeit vor, indem sie einerseits
die magnetische Zerlegbarkeit ins Einzelne verf olgt und andererseits das empfindlichste Reagens auf die Geschwindigkeit, die
Strahlabsorption zu Hilfe nimmt.
Messungen im Geschwindigkeitsgebiet dieser Untersuchung,
in der NIhe der halben Lichtgeschwindigkeit, liegen seit langerer
Zeit nur von Hrn. v. Baeyers) vor, der als Strahlenquelle
ein radioaktives Praparat benutzt hat. Das Nachbargebiet
1) A. Becker, Heidelb. Akad. d. Wies. 4. Abh. 1917.
2) P. Lenard, Quantitativea iiber Kathodenstrahlen aller Geschwindigkeiten, Heidelberg 1918; Neuhermsgabe mit Zustitzen 1925.
3) 0. v. Baeyer, Physik. Ztschr. 18. S. 486. 1912.
Annalen der Phyeik. IV. Folge. 78.
14
210
A . Becker.
nach kleineren Geschwindigkeiten hin ist in neuerer Xeit von
E n . Eisenhutl) und von Hm. Terril12) untersucht worden,
die beide die Strahlen einer Gliihkathodenrohre benutzt haben.
Die Ergebnisse dieser Arbeiten werden im Nachfolgenden mit
den gegenwartigen zusammengefaBt betrachtet werden.
1. Versuohsanordnung.
Dieselbe wird aus Fig. 1 ersichtlich. Strahlenquelle ist
eine Gasentladungsrohre mit Aluminhmfenster in der Kon-
0
P
a
t
t
Fig.
1.
struktion, wie ich eie fruher 8 ) eingehend beschrieben
und als Kontrollkopfrohre bezeichnet habe. Sie wird unter
1) 0. Eisenhut, Diss. Heidelberg 1921; siehe such A. Becker, Ann.
d. Phys. 76. S. 435. 1924.
2) H. Ed. Terrill, Phys. Rev. 22. S. 101. 1923.
3) A. Becker, Heidelb. Akad. d. Wiss. 4. Abh. 1917; fiber ihre
Bew6hrung bei anderen Messungen siehe auch A. Becker, Ann. d. Php.
67. S. 428. 1922.
Der Geschwind+%.sverlmt
mw.
211
Zwischenschaltung eines 8 Liter betragenden Ballastraumes an
eine rotierende Quecksilberpumpe angeschlossen. DaB die
nachfolgenden V&suche uberhaupt in der zu beschreibenden
Weise ausgefuhrt werden konnten und zu einer Sicherheit der
Beobachtung fuhrten, welche alle bisher mit irgendeiner Anordnung erreichte erheblich iibertrifft, ist der selten erreichbaren auflerordentlichen Konstanz der Gasverdunnung zu verdanken, welche wiihrend der ganwn Versuche anhielt. Nach
Herstellung des geeigneten Vakuums blieb die Pumpe jeweils
wahrend der Ausfiihrung der Versuche mehrere Tage giinzlich
auBer Betrieb, und danach genugten 1-2 Umdrehungen der
Trommel, um den richtigen Zustand des Vakuums fur eine
iihnlich lange Zeit herzustellen. Als Spannungsquelle dient
das Induktorium. Bezuglich der Bedingungen, unter denen
dasselbe eine vollig einwandfreie Strahlung liefert, verweise
ich auf die fruhere eingehende Besprechungl) derselben.
Die der Beobachtung dienende Kathodenstrahlung tritt
durch das Aluminiumfenster F in den MeBraum M . Er besteht aus einem Messingzylinder von 5 cm Durchmesser, der
unten auf 8 c m erweitert und mit dem Kopf der Kathodenrohre verlotet ist, und der oben durch einen aufgeschliffenen
und mit geruchfreiem Kitt gedichteten Metalldeckel luftdicht
verschlossen werden kann. In diesen Zylinder konnen je nach
der Art des Versuches geeignete Apparatteile bis zu dem Anschlag a eingeschoben werden (C, und C2),worauf der AbschluB des oberen Deckels erfolgt. Der Raum M wird dann
durch eine besondere Pumpe evakuiert, wobei es auf hochstes
Vakuum (unter 0,001 mm) im allgemeinen nicht ankommt.
2. Stmhlgeeohwindigkeit.
Da beabsichtigt war, zuniichst das Verhalten einer festgelegten Geschwindigkeit nach verschiedenen Richtungen zu
verfolgen, so wurden die Erzeugungsbedingungen der Strahlen
- Gasverdiinnung und Parallelfunkenstrecke zur Rohre fur alle Versuche moglichst konstant erhalten.
Die Messung der Strahlgeschwindigkeit und die Priifung
ihrer Konstanz erfolgt in allen Fallen durch die magnetische
1) A. Becker, am erstgenannten 01%;auSerdem A. Becker,
435. 1924.
14 '
Ann. d. Phys. 76. S.
212
A. Becker.
Ableiikung mit Hilfe eines Stromspulenpaares s p unter Verwendung des Einsatzes C,. Dieser besteht aus einem in M
einschiebbaren Zylinder, der nach unten- eine Anordnung
zweier feiner paralleler Spalte S, ( 0 3 mm) und S, (0,05 mm)
und als Bedeckung die zur Strahlfixierung benutzte photographische Platte P tr&gt. Er kam in 2 Ausfuhrungsformen
Eur Verwendung, die sich durch den Abstand der beiden Spalte
(l,2 bzw. 2,5 em) voneinander unterschieden. Der Strahlweg S , P ist bei beiden 6 cm. Die Stromspule ist so hoch angeordnet, daB ihr Magnetfeld an der Stelle der Spalte praktisch
verschwindet und erst dahinter im unbegrenzten Raurn wirkSam wird, so daB nicht etwa langsamere Anteile des ausgeblendeten Strahles vor S, ausgeschieden wurden und dadurch
der Beobachtung entgehen konnten.
Zur Bestimmung des Absolutwertes der Strahlgeschwdndigkeit ist es nicht vorteilhsft, eine Ausmessung des Magnetfeldes
langs des Strahlweges vorzunehmen und daruber zu integrieren. Statt dessen wurde eine Eichmethode in folgender
Weise durchgefuhrt : fjber die Anordnung wurde ohne irgendeine knderung an derselben ein groBes Stromspulenpaar S p
geschoben, das als Normalspule iiber entsprechende Messingzylinder in einer Drahtlage exakt gewickelt war. Wurde der
Spalt S, mit dunnster, die Geschwindigkeit nicht merklich
andernder Aluminiumfolie bedeckt und dadurch zur Strahlenquelle gemacht, so befand sich jetzt der ganze Strahlweg in
dem sehr nahe homogenen Feld der Spulen. Die erforderliche
Korrektur wegen der nicht strengen Homogenitiit und die
Absolutbestimmung des Feldes erfolgte in der Weise, dal3 die
Ablenkungen einer kleinen Bibilarspulel) an den einzelnen
Stellen des Feldes mittels einer engeren, 30 em langen Normalspule kompensiert wurden. Dann konnten die mit Hilfe von
s p verursachten Strahlablenkungen mit denen durch S p verglichen und so. in GeschwindigkeitsmaB ubergefuhrt werden.
In einer spateren Mitteilung wird auf solche absoluten Geschwindigkeitsbestimmungen im Zusammenhang mit anderen
Fragen noch zuruckzukommen sein.
Die Homogenittit der benutzten Strahlung ist fur die
Messungen von grimdsatzlicher Bedeutung. Sie muB daher
1) Vgi. A. Beoker, Ann. d. Phgs. 17. S. 381. 1905.
Der Gesch.lc;indigkedtsverlust usw.
213
besonders untersucht werden. Obwohl ich diese Frage bereits
an fruheren Stellen eingehend behandelt habe, seien doch
noch weitere Belege hier beigebracht, die zeigen sollen, dab die
immer noch in der Literatur bisweilen auftretende Ansicht,
dal3 es unmoglich sei, mit der Gasentladungsrohre in Verbindung mit dem Induktorium praktisch homogene Kathodenstrahlen zu erhalten, durchaus irrig ist.
Fig. 2 (Taf. 11) zeigt den ganzen Verlauf eines nach zwei
Seiten abgelenkten und eines unbeeinfluBten Kathodenstrahls
bei sehr feinen, Fig.3 bei relativ breiten Spalten. Von einem
breiten Strahlspektrum kann keine Rede sein. Eine noch
schiixfere Prufung gestattet die Vertikalstellung der photographischen Platte zur Strahlrichtung, die zu den anderen hier
wiedergegebenen Bildern fuhrt. Die Scharfe der abgelenkten
Streifen steht hinter derjenigen der unabgelenkten kaum zuruck; man erkennt hochstens die Spur einer Andeutung
einer geringfugigen Verwaschung nach langsameren Geschwindigkeiten.
Einen noch tieferen Einblick ermoglicht die milcrophotometrische Ausmessungl) der Streifen. Das uns zunachst i n h essierende Ergebnis zeigt das erste Bild der Taf. 111. Man
findet den unabgelenkten Streifen 0 ganz rechts, den abgelenkten
links ; das nicht ganz gleichmaBig geschwarzte Zwischengebiet
des Plattengrundes kommt nicht in Betracht. Die VergroBerung
betragt 7,786, die bei der Photometrierung benutzte Spaltbreite 0,04mm. Das abgelenkte Bild ist von ganz gleicher
Scharfo wie das unabgelenkte; es zeigt aber eine geringe Verbreiterung. Da die Strahlverbreiterung aus geometrischen
Grunden 0,5 v. H. betragt, so berechnet sich eine uberschussige ,,physikalische" Verbreiterung der wesentlichen Intensitat um nur 0,6 v. H. nach der Seite kleinerer Geschwindigkeiten, wahrend fiir die andere Seite keine Verbreiterung zu
konstatieren ist. Die a n Intensitat weit iiberwiegende Geschwhdigkeit der Kathodenstrahlen ist also streng hontogen diejenige
des Streifenmaximums, und die mit rasch abnehmender Intensitat hinzukommende Inhomogenitat an langsameren Strahlen
erstreokt sich nur auf ein Geschwindigkeitsintervall von
1) Hm. Prof. Dr. P. P. Koch in Hamburg, der die Registrierungen
liebenswiirdiget ermiiglicht, und Hrn. Dr. C. Kuhlmann, der sie freundlichst ausgefiihrt hat,, sage ich auch an dieser Stelle herzlichen Dank.
814
A . Becker.
0,6 v. H. der Hauptgeschwindigkeit. Der sich anschlieBende,
auf manchen Platten merkliche geringe Schleier ’) ist vorn
Plattengrund kaum deutlich zu unterscheiden.
DaB irgendeine andere Erzeugungsweise mittelschneller
Kathodens trahlen zu noch scharferer Homogenitat f uhren
konnte, dafiir liegt in der bisherigen Literatur keinerlei Beweis vor.
3. Geschwindigkeitsverlust.
Zur Bestimmung des Geschwindigkeitsverlustes von Metallfolien dienten diese jeweils als Bedeckung des Spalts S, des
Metalleinsatzes. Die Versuche erfolgten durchweg in der Weise,
daB abwechselnd eine photographische Aufnahme der Strahlbilder rnit und ohne bedecktem Spalt aufgenommen wurde.
Die magnetischen Ablenkungen rnit Folie wurden dann jeweils
mit dem Mittelwert der vorher und nachher ohne Folie gefundenen Ablenkung verknupft. Mit welcher Konstanz sich
im allgemeinen solche eingeschobenen Kontrollmessungen reyroduzierten, moge aus der volligen Deckung von 3 solchen in Intervallen erhaltenen Aufnahmen der Fig. 5 , Taf. I1 ersehen werden.
Um moglichst gleiche Verhaltnisse bei den Aufnahmen mit
und ohne Geschwindigkeitsverlust zu haben, wurde der Spalt S,
auch bei der Messung der Ausgangsgeschwindigkeit meist rnit
dunnster Aluminiumfolie (0,0006 nim) bedeckt, die selbst
keine ersichtliche Geschwindigkeitsanderung hervorrief.
Wahrend bei unbedecktem oder nur mit dunner Folie
bedecktem Spalt wenige Entladungsschlage des Induktoriums
ausreichten, um genugende Schwarzung der photographischen
Platte zu erzielen, muBte die Zahl der notwendigen Entladungen bei dickeren Folien wegen ihrer veimehrten Strahlabsorption und Diffusion bisweilen sehr hoch gesteigert werden.
Wo dies erforderlich war, erfolgten die Entladungen wahrend
langerer Zeit rnit eingeschobenen Ruhepausen, um merkliche
Temperatursteigerungen im Erzeugungsrohr und dadurch veranlal3te Anderungen der Gasverdunnung durchaus zu vermeiden. Auch war in solchen Fallen die nachtrtigliche Priifung
der Strahlgeschwincligkeit besonders wichtig. DaB die dabei
gefundenen Geschwindigkeitsverlnste in den betreffenden Folien
mogliche Hochstwerte darstellen, ist daraus ohne weiteres er1) Der durch diinnste Zusatzfolien wegabsorbiert werden kann.
sichtlich, da eine etwaige Verschlechterung des Vakuums wiibrend
der Aufnahme immer im Sinne einer Steigerung des Geschwindigkeitsverlustes wirkt. Ebenso ist die bei dickeren Folien
sich findende Verbreiterung des abgelenkten Bildes als die
unter den betreffenden Verhaltnissen maximal mogliche anzusehen, da eine etwaigo Vakuumanderung ebenfalls nur im Sinne
einer Verbreiterung wirkt. Ob eine solche Storung tatsiichlich
vorliegt, kann aus der nachfolgenden Kontrollmessung der
Geschwindigkeit ohne weiteres festgestellt werden. Als Folge
langerdauernder Aufnahmen ist auch zum Teil neben dem
seinerzeit erhiiltlichen nicht ganz einwandfreieu Plattenmaterial der bei manchen Versuchen sich findende erhebliche
Plattengrund anmumhen. Er erklilrt sich durch das beim
Kathodenstrahldurchgang erregte Leuchten des Gasrestes im
Versuchsraum und wiire bei sorgfiiltigerer Evakuierung des
letzteren zu vermeiden gewesen.
Die Ausmesaung der Ablenkungen erfolgte mittels feiner
Glasskala unter Einstellung auf die Stellen maximaler Schwhreung sowobl direkt auf den Originalplatten als auf deren
Kopie. Mit welcher Genauigkeit diese Messung moglich wax,
zeigt die in der nachfolgenden Tab. 2 sich findende Zusammenstellung solcher MeBergebnisse mit den Angaben der
spiiteren photometrischen Registrierung. 1st zo bzw. z der
gegenseitige Abstand des abgelenkten und unabgelenkten
Streifens bei unbedecktem und bei bedecktem Spalt, so wird
das Geschwindigkeitsverhdtnis der gemessenen Strahlung in
beiden FSillen bei Berucksichtigung der Geschwindigkeitsabhgngigkeit der Elektronenmasse
V
1
wo uo rechts nur im Korrektionsglied erscheint.
a) A(1uminium.
Um zunachst naher in das Wesen des Geschwindigkeitsverlustes einzudringen, seien die Registrierungen der Taf. I11
betrachtet. Sie veranschaulichen den Gang des Geschwindigkeitsverlustes mit wachsender Schichtdicke bej Aluminium.
In Betracht kommen die beiden ausgezeiohneten SiuSeren
216
A . Becker.
Maxima, wahrend der dazwischen liegende Plattengrund,
dessen Inhomogenitaten auf den Originalplatten selbst kaum
mit blol3em Auge erkennbar sind, nicht interessiert.
Man erkennt vor allem die ausgesprochene Verschiebung
der abgelenkten Maxima nach links. Bevor wir uns dieser zuwenden, seien die Veranderungen der Gestalt dieser Maxima
betrachtet. Wahrend die Breite derselben anfanglich nur eine
geringe Steigerung gegenuber dem nicht verlangsamten Bild
zeigt, wachst diese mit zunehmender Foliendicke recht erheblich an. Die Homogenitat der Geschwindigkeit nimmt also
ab, und zwar treten, da die Breitensteigerung unsymmetrisch
ist, bevorzugt kleinere Geschwindigkeiten hinzu. Die dadurch allmahlich auftretende Verwaschung des Maximums
maoht sich bei weiter wachsenden Foliendicken - gemessen
wurden bis 0,028 mm - in verstiirktem MaBe bemerkbar.
Vergleicht man die Breiten von unabgelenktem und abgelenktem
Bild an bezuglich der Intensitat aquivalenten Stellen, so ergibt sich in quantitativer Hinsicht das folgende :
Tabelle 1.
Wie bereits bemerkt, sind diese Erweiterungen als Hochstwerte anzusehen, die aber im gegenwartigen Fall durchaus
nicht durch Anderungen der Strahlgeschwindigkeiten wahrend
der Aufnahmen zu erklaren sind. Letztere wurden uberhanpt
nur bei Nr. 5 deutlich erkennbar; sie betrugen aber nur 0,9 v.H.
der Ausgangsgeschwindigkeit (vgl. Tab. 2). Ebensowenig sind
sie durch die geringfiigige Inhomogenitat der Anfangsgeschwindigkeit zu erkliiren, da deren langsamere Anteile bei Dickenzunahme des Metalls rasch wegabsorbiert werden.
Zur Einschatzung der Bedeutung dieses Befundes fur
unsere Kenntnis der Strahlwege im Metall ist hervorzuheben,
Der Geschwindligkeitsverl~~t
usw.
217
daf3 bei unseren Versuchen streng nur solche Strahlen gemessen
werden, welche das Metal1 genau in der Richtung der auftreffenden Strahlenl) verlassen.
Was den wahrscheinlichsten Geschwin~gkeitsverlust,d. h.
denjenigen der Maximalmenge der Strahlen betrifft, so kann
derselbe aus dem registrierten Verlauf erst bei Hinzunahme der
die Anfangsgeschwindigkeit kontrollierenden Zwischenmessungen entnommen werden. Zu diesem Zweck sei die ganze
hierhergehorige Vercruchsreihe vollstandig in Tab. 2 zusammengef aBt .
Tabelle 2.
-
-
Magnebpulenstrom 10,25 Wb.
-
~
~
Ablenkung x
Aluminiumdicke
- ____ mm
XI%
Nr.
__
~
1
2
2a
3
3a
4
4a
5
5a
0
0,0045
0
0,0090
0
0,0135
0
0,0180
0
5,67
5,87
5964
5,97
5,67
6,07
5,68
6,49
5,73
5,61
5,78
5,99
6,09
6,47
1,0285
1,W
1,074
1,117
-
Die Ubereinstimmung der am Original und auf den Registrierplatten gemessenen Ablenkungen ist so befriedigend,
daB gegen die ersteren keine Bedenken zu erheben sind. Wo
Registrierungen vorliegen, sind sie naturgemiil3 zu bevorzugen.
Diese Ergebnisse sind durch eine Reihe wiederholter und3
weiterer Messungen gepriift und vermehrt worden, was die
folgende Tab. S in Zusammenfassung zeigt.
Obwohl die Messungen bei den dunnsten benutzten Folien
infolge der Scharfe der Streifen mit groBer Genauigkeit durchfuhrbar sind, bleiben die relativen Unsicherheiten wegen der
Kleinheit des Geschwindigkeitsverlustes, wie sich zeigt, ziemIich betrachtlich. Bei der groBten Dicke wa,r wegen der
1) Die Ausdehnung des Aluminiumfenstem (1 mm Durchmesser)
lBBt bei groSter Nhhe der ersten Spaltblende eine Hochstschiefe der auf
fdenden Strahlen von 3 O zu.
A . Bociier.
21 8
Tabelle 3.
Ettlere Ablenkungl) 11,06 mm/lO Wb.
Mittlere EintrittsgeschwindigkeiV) v, = 0,52.
Aluminiumdicken mm
I
0,0045
0,0090
_ .- _
~
0,0136
1
0,0180
-
1
0,0224
Ablenkungsverh&ltnispU/%
1,117
1,0741,124
1,087
1,114
1,069
1,112
1,082
1,123
1,111
1,060
1,039
1,050
1,040
1,055
1,055
1,040
1,046
1,028
1,026
1,018
1,024
1,015
1,018
1,028
1,023
1,020
1,018
1,019
1,021
1
~
1,153
1,156
1,159
0,0280
1,239
1,215
1,078
1,048
GeschwindigkeitsverhLltnk v/vo
0,985
1
0,965
I
0,944
1
0,918
I
Relative Geschwindigkeitsabnahme
0,015
I
0,512
1
0,894
v - v,
1
0,856
1
0,144
I
0,445
-VO
0,035
1 0,056 1 0,082 [ 0,106
Absolute Austrittsgeschwindigkeit v
0,502
I 0,491 1 0,477 I 0,465
groljen Verwaschenheit der Streifen nioht mehr auf ein Schwarzungsmaximum, sondern nur auf die Mitte des starken Streifens
einstellbar.
Der auf diesem Wege direkt gefundene Gang der Austrittsgeschwindigkeit mit der Schichtdicke findet sich zu
spaterer Verwendung in Fig. 8 niit, Punkten eingezeichnet.
b) G o l d u n d Platin.
Das Ergebnis einiger kurzerer Versuche mit diesen Metallen
findet sioh in Tab. 4. Zum Vergleich sind die entsprechenden
Aluminiumwerte beigefugt, berechnet auf die gleiche durchstrahlte Masse der Flacheneinheit.
1) Nach beiden Seiten zusammen.
2 ) Die Gewhwindigkeiten werden durchgiingig in Bruchteilen der
Lichtgeschwindigkeit angegeben.
Der Geschwind~ke&tsverlustusw.
Gold
1,017
1,028
1,017
1,035
1,042
-
Platin
Aluminium
1,041
1
1,061
iI
1,068
1,049
219
1,067
1,070
1,123
1,117
1,123
1,134
1,077
1,113
~
1,125
4. Abeorption.
Da die direkte Geschwindigkeitsmessung wegen mit wachsender Schichtdicke rasch zunehmenden Intensitatsmangels nur
auf diinnere Schichten mit Erfolg anwendbar ist, habe ich versucht, auf dem Wege der Absorptionsuntersuchung weiterzukommen. Die bekannte starke Abhangigkeit der Absorption
von der Strahlgesohwindigkeit 1aiBt dabei fur letztere eine besonders genaue Festlegung zu, falls es gelingt, die duchgehende Intensitat als Funktion der Schichtdicke mit Genauigkeit festzulegen. Andererseits erschwert allerdings gerade
dieser starke Absorptionsgang genaue Messungen, und dies
ist der Hauptgrund dafur, daB wir heute uber die Absolutwerte der Absorption immer noch wenig befriedigend unterrichtet sind.
Die im vorstehenden bereits erkannte ausgezeichnete Geschwindigkeitskonstanz der gegenwartigen Versuche, die wesentlich uber diejenige alterer Arbeiten hinausgeht, gestattet jetzt
such Absorptionsangaben zu machen, denen ein bisher nicht
1) Vgl. die ubersioht uber die hierhergehorige Literatur bei
P. Lenrard, Quantitatives.. . S. 61.
.
A . Becker.
220
erreiohter Grad an Sicherheit zuzuschreiben ist. Es soll diese
Aussage hier vor allem auf den Gang der Absorption mit der
Sohiohtdicke bezogen werden, wahrend sich mit der Frage der
Absolutwerte, die eine gleichsichere Geschwindigkeitsbestimmung voraussetzt, eine spatere Mitteilung naher beschaftigen soll.
Bur Absorptionsmessung wurde der Einsatz C, benutzt.
Seine 3 m m weite Offnung wurde jeweils mit der zu nnter-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ?2 13 14 15x#-3
Masse pro cme
Fig. 6.
grlcmP
suchenden Folie bedeckt, und die aus ihr austretende Strahlung
gelangte in einen Kafigauffanger, der durch Vermittelung des
am Deckel des Beobachtungsraumes angebrachten federnden
Kontakts mit dem Elcktrometer in Verbindung stand. Der
Beobachtungsraum war jeweils evakuiert (hierfiir erforderliche
Offnungen an den Zylindern fiir die Luftzirkulation sind in
der Zeichnung weggelassen); es werden also durchweg Elektronenmengen gemessen. Zur Intensitatskontrolle wird jetet
die Kontrollanordnung R benutzt und mi6 einem zweiten
Der Geschwindiglce&tsverlwtusw.
221
Elektrometer in Verbindung geset z t . Alle Intensit atswerte
beziehen sich daher auf die gemessene Kontrollmenge als Einheit. DaB im Gegensatz zu den Geschwindigkeitsmessungen
das ganze hinten austretende StrahIenbundel aufgefangen +rd,
kann im Normalfall des Strahlenlaufs kein prinzipieller Unterschied sein.
Zur dauernden Priifung der Geschwindigkeitskonstanz
wurde zwischen jeweils einige Absorptionsmessungen eine
magnetische Ablenkungsmessung mit dem Einsatz C, eingesohaltet. Im ganzen wurden fiir wachsende Aluminiumdicken 57 Absorptionsmessungen an verschiedenen Tagen
durchgefuhrt, die sich, wie man erkennt, vorzuglich aneinander
anschliel3en. Das Ergebnis zeigt die zugehorige Kurve der
Fig. 6, auf welcher ein Teil der beobachteten Werte - die zu
einer zusammenhangenden Versuchsreihe gehorigen mit gleichem
Xeichen - eingetragen ist. Die beiderseitige magnetische Ablenkung der Eintrittsstrahlung lag bei 10 Ablenkungsmessungen
zwischen den Grenzen 11,05 und 11,lI mm/lO Wb. und betrug im Durchschnitt 11,06, d. i. genau der gleiche Wert, der
auch den fruheren Ablenkungsmeesungen entspricht.
Die
Messung der Austrittsgeschwindigkeit und der Absorption beziehen sich also streng auf die gleiche Eintrittsgeschwindigkeit.
Der Vergleich der beiden untereinander ist also ohne weiteres
zulassig.
Wegen des Hinzukommens von Ruckdiffusion und Austrittssekundarstrahlung der Folien bleiben die absoluten Strahlintensitaten aul3er Betracht. Von Wichtigkeit ist dagegen der
Gang mit der Schichtdicke. Da die Ordinaten der maBgebenden
Kurve die natiirlichen Logarithmen der jeweils austretenden
Intensitat, die Abszissen die durchstrahlte Masse der Flacheneinheit angeben, so gibt ihre Steigung sofort den auf die Masseneinheit des Korpers bezogenen sogenannten spezifischen Absorptionskoeffizienten.
Die bis zu Aluminiumdicken von 0,05 mm gehende Kurve
zeigt dauernd zunehmende Steigungl) entsprechend der mit
abnehmender Geschwindigkoit wachsenden Absorption. Der
1) Man sieht auch, daL3 es bpi etwas geringerer MeDgemuigkeit
nooh leicht m6glich wlire, durch die Beobachtungspunkteeine ausgleichende
Gerade bis nahe zur Kurvenmitte zu legen, w a Konstanz
~
des Absorptionsverm6gens auf diesem ganzen Gebiet anxeigen wiirde.
a22
A . Becker.
Gang der letzteren findet sich in Fig. 7 durch die Kurve 1 veranschaulicht und durch die Zahlen der Tab. 5 belegt.
Urn diesen Gang zu Geschwindigkeitsbesdm~nge~auszuwertenl), muB derjenige der Absorption mit der Geschwindigkeit aus anderweitigen Versuchen bekannt sein. Umgekehrt
lronnte man den letzteren aus unserer Kurve entnehmen,
soweit die zu den Abseissenwerten gehorigen Austrittsgesohwindigkeiten bekannt sind. Im Gebiet der kleineren Dicken stehen
uns beide Wege zur Verfugung ; es ist also hier ein AnschluB der
Fig. 7.
beiden Verfa,hren aneinander zu erwarten, sofern sie auf zutreffender Grundlage durchgefiihrt werden.
Unserer Auswertung sei fur das in Betracht kommende
Geschwindigkeitsgebiet der von Hrn. L e n a r d angegebene
Gang der Absorptions) mit der Geschwindigkeit zugrunde gel ) Zu beachten ist noch, daB der beobachtete Intensitiitsgang dadurch etwas gefiikcht ist, daS der Austrittsaekund&rstelInng,die wir mi+
messen und der Primiirintensitiit proportional setzen, ein mit v variabler
Proportionalitiitsfaktor zugehort.: Man uberzeugt sich aber leicht duroh
eine vberrechnung, daB die dadurch veranlaBte Korrektion fiir urnere
Schltisse ganz unwesentlich ist.
2) DaB die Absolntwerte nicht ganz iibereinstimmen, ist drsbei nicht
van wesentlicher Bedeutung.
Der Geschwincligkeitsverlust ww.
223
legt. Das Ergebnis findet sich in Tasb. 5 und durch die Kurve 2
der Fig. 7 wiedergegeben.
Tabelle 5.
Aluminium.
v,, = 0.52.
Masse
V
dscm
---_/=
0,001
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
0,00370
0,00741
0,0148
0,0222
0,0296
0,0370
0,0444
0,0519
95
102
145
192
3 17
430
670
1240
0,516
0,507
0,492
0,463
0,432
0,392
0,357
0,314
Die in kleinerem Bereich der Dicke gemessene Absorption
des Platins zeigt die Kurve Pt dei Fig. 6. Sie lauft derjenigen
des Aluminiums nahe parallel; man findet nur eine geringe
Zunahme der Entfernung beider nach groBeren Dicken. Der
Geschwindigkeitsgang und der Absolutwert des auf die gleiche
Masse bezogenen Absorptionskoeffizienten ist bei Platin a.1so
nur urn ein geringes grol3er als bei Aluminium. Dies geht auch
deutlich aus einigen gleichzeitig auf der Kurve verzeiohneten
Beobachtungen hervor, bei denen Aluminium und Platin
kombiniert wurden. Die erhaltenen Werte der durchgehenden
Intensitat liegen gut auf der Platinkurve, wenn man auf der
Abszisse einfach die durchstrahlte Masee ohne Riieksicht auf
ihre chemische Versohiedenheit auftriigt. Das gleiohe Verhalten haben wir beim Geschwindigkeitsverlust gesehen.
Da13 die Platinkurve erheblioh tiefer liegt gegen Aluminiiim, erklart sich aus seiner erheblich stiirkeren Riickdiffusion. Diese erfolgt bei den Metallkombinationen im einen
Fall (Al-Pt) hauptsachlioh in der Tiefe, im a,nderen Fall
(Pt-A1) in der Nahe der Oberflaohe. DaS die durchgegangene
Intensitiit von der Reihenfolge beider Schichten umbhangig
ist, steht mit den Entwioklungen a n . Lenardsf) in vollem
EinkIang.
1) P. Lenard, Quantitatives ,
. . . S. 222.
A . Beclcer .
224
Die xiuammenfassende Betrachtung der Ergebnisse beider
Versuchsverfahren bezuglich des Geschwindigkeitsverlustes und
die Zusammenstellung derselben mit der bisherigen Kenntnis
ergibt das in Fig. 8 gezeichnete Bild.
Die nach Durchsetzen der auf der Abszisse angegebenen
Aluminiumdicken vorhandenen Austrittsgeschwindigkeiten der
x
y.
Baeyer
---- Terrill
.
D
5
Aluminium
iu i"j 20 z5 3 35 M
Ab.$z/s$efh? o?$ u6qgen.fiffien
3 3 4 5 6 f 8 9 ;7 h h
45-5.1u-3mm
7><4./@-3flfi7
Fig. 8.
Kathodenstrahlen siiid in der Kwve 1 vereinigt. Die unmittelba.r gemessenen Werte sind mit Punkten 0 , die aus der Absorption hergeleiteten mit Ringen o aufgetragen. Der Anschluki beider aneinander ist recht befriedigend, so dal3 sich
die Kurve bis zu Dicken von 0,045 nim wohl unbedenklich
fortfuhren liiBt.
Vergleichen wir unsere Ergebnisse mit der bisherigen
Literatur, so ist zunachst festzustellen, dal3 wir mit Hrn. Eisenh u t in dem Nachweis ubereinstimmen, da13 der Geschwindig-
Der Geschwindigkeitsverlust usw.
226
keitsverlust mittelschneller Strahlen in dunneren Folien so
nahe einheitlich ist, daB von einem merklichen Geschwindigkeitsspektrum keine Rede sein kann, ganz wie es meinen
fruheren Ergebnissen I) und den altesten Beobachtungen von
Hrn. L e n a r d 2 ) a m dem Jahre 1894 entspricht, die ohne Grund
als zweifelhaft angesehen wurden. Bei dickeren Schichten,
d. h. abnehmender Geschwindigkeit, macht sich allerdings eine
Verbreiterung des Geschwindigkeitsintervalls geltend, die aber
wesentlich geringer ist, als dies bisweilen in der Literatur angegeben wird. Wurde diese Verbreiterung mit abnehmender
Geschwindigkeit schnell anwachsen, so ware ein erheblich
starkerer Geschwindigkeitsverlust bei kleineren Geschwindigkeiten zu erwarten, ale wie er tatsachlich beobachtet wird.
Zum quantitativen Vergleich der Hohe des Geschwindigkeitsverlustes mit der bisherigen Kenntnis, greifen wir die
Steigungen der Gesamtkurve stuckweise heraus und setzen sie
unter Ubergehen zu einem vergroBerten AbszissenmaBstab an
diejenige Ordinatenhohe an, die dem betreffenden Geschwindigkeitsgebiet zugehort. Auf diese Weise sind die ausgezogenen
Geraden der Fig. 8 erhalten worden. Ihre Steigung nimmt,
wie man sieht, naturgemaB mit abnehmender Geschwindigkeit
zu. Durch strichpunktierte und gestrichelte Gerade sind entsprechend die direkten und nur bis zu den durch die Abszisse gegebenen Dicken durchgefuhrten Messungen von f i n .
v. B a e y e r und Hrn. Terrill verzeichnet.
Alle Geraden
laden sehr ahnlich. Wahrend die Schiefe der Geraden des
&n. T e r r i l l nur wenig merklich geringer ist als diejenige
der v. Baeyerschen Geraden, ist der Unterschied beider
gegenuber den eigenen Messungen deutlicher ausgesprochen.
Die letzteren sprechen (bis auf das Geschwindigkeitsgebiet bei
0,40, wo ein herausfallender Punkt die Sicherheit unserer
Kurve offenbar beeintrachtigt) fur kleinere Geschwindigkeitsverluste ganz in Ubereinstimmung mit der Vermutung Bin.
L e n a r d s uber die wahren Werte. Allerdings ist diese Abweichung unserer Ergebnisse von denjenigen Hm. v. Bae yers,
namentlich bei den groBeren Geschwindigkeiten, wesentlich
geringer, als wie sie Hr. L e n a r d fur die wahren Werte glaubte
annehmen zu mussen.
1) A. Becker, Heidelb. Ak. d. Wiss. A. 13. 1917.
2 ) Vgl. P. L en ard, Quantitative. , S. 25.
.
Aonalen der Physik. 1V. Folge. 78.
15
236
A . Becker.
5. Grenzdicke.
Unter der Grenzdicke eines Korpers fur eine bestimate
Eintrittsgeschwindigkeit verstehen wir diejenige Dicke, welche
diese Geschwindigkeit infolge Geschwindigkeitsverlustes auf
Null herabsetzt. Ihre experimentelle Bestimmung gibt also
Anhaltspunkte fur den Gang des Verlustes mit der Dicke
und kann die Bestimmung des letzteren in gewisser Weise
prufen. Allerdings kann es sich bei den hierauf gerichteten
Versuchen nur um eine je nach der verfugbaren Strahlintensitat,
mebr oder weniger grol3e Annaherung handeln, da in Wirklichkeit die Vernichtung der Strahlintensitat nicht so sehr dwch
Geschwindigkeitsverlust als durch Absorption erfolgt.
Unsere Versuche zeigten in dieser Hinsicht, da13 die Aluminiumdicke 0,056 mm noch gut me1kliche Strahlen hindurchlieB, und daB bei 0,064 mm durchgehende Elektronen gerade
noch erkennbar wurden, wenn zahlreiche Entladungen zur Anwendung kamen. Wurde eine rnit 0,070 mm Aluminium bedeckte photographische Platte im Vakuum eine Stunde lang
mit Ruhepausen bestrahlt, so war keine Schwarzung nachweisbar. Da man hier immer noch rnit dem Hinzukommen
von Wellenstrahlung hiitte rechnen konnen, so darf diese
Dicke wohl nahe als Grenadicke angesprochen werden. Beachtet man nun, daB nach unseren Versuchen eine Dicke von
0,045 mm die benutzte Strahlgeschwindigkeit auf 0,55 herabsetzt, so wiire fur letztere als Grenzdicke die Differeriz 0,025 mm
zu fordern. Da dies rnit Hrn. L e n a rd s Angabe gut ubereinstimmt, ist anzunehmen, daB unterhalb o = 0,35 der von &n.
L en a r d angenommene Geschwindigkeitsverlust mit den vorliegenden Beobachtungen in Einklang ist. Tat,sachlich bemerkt man in der Nahe von o -0,35 eine zunehmende Annaherung unserer Ergebnisse an Hm. L e n ard s Annahmen.
Andererseits ware nach letzteren fur unsere Ausgangsgeschwindigkeit der merklich hohere Wert von etwa 0,IO mm als Grenzdicke zu fordern, was offenbar eine zu weitgehende Extrapolation aus unseren Versuchen ware, so daB der beobachtete
groI3ere Geschwindigkeitsverlust im Gebiet groBerer Geschwindigkeiten auch hierdurch gestutzt wird.
Zusammenfaesung.
1. Der Geschwindigkeitsverlust mittelschneller Kathodenstrahlen in Metallen wird durch magnetische Ablenkungs-
Der Geschwindigkeitsuerlust usw.
227
rersuche, durch Absorptionsmessungen und eine Anngherung
an die Grenzdicke experimentell untersucht .
9. Die Messungen zeichnen sich durch die im einzelnen
nachgewiesene Vollkommenheit der benutzten Eintrittsstrahlung
in bezug auf Konstanz und Homogenitgt der Geschwindigkeit aus.
3. Die Ablenkungsversuche sind bis zu einer Dicke von
0,028 mm Aluminium durchgefuhrt .worden, um den Gang
des Geschwindigkeitsverlustes mit der Dicke bzw. mit der
Geschwindigkeit festzulegen.
4. Ein vertiefter Einblick in die Art des Geschwindigkeit.sverlustes wird durch mikrophotometrische Ausmessung der
im Magnetfeld erhaltenen Photogramme gewonnen.
5. Hierdurch wird gezeigt, daB der Geschwindigkeitsverlust in dunneren Schichten mit groBer Annaherung einheitlich ist und daA bei groseren Dicken eine langsam wachsende Verbreiterung des austretenden Geschwindigkeitsbereichs
auf trit t .
6. Die Absorptionsmessungen zeigen 'einen starken Anstieg
des Absorptionskoeffizienten mit wachsender Schicht entsprechend der Strahlverlangsamung im Metall. Die hieraus
herleitbaren Geschwindigkeitsverluste schlieBen sich den direkt
gemessenen voll befriedigend an.
7. Auf gleiche Masse bezogen sind die Geschwindigkeitsverluste in Aluminium und Platin nahe gleich. Dies trifft auch
anf die Absorption zu. Gold verursacht deutlich kleinere Verluste als diese genannten Metalle.
8. Die Absolutwerte des Geschwindigkeitsverlustes in Aluminium sind etwas kleiner als die von Hrn. v. Baeyer gefundenen, und nahern sich bei abnehmender Geschwindigkeit
den von Hrn. Lenard angegebenen.
G-it34k-e
Heidelberg, Radiologisches Institut und TheoretischPhysikalischer Apparat .
Eingegangen 1. September 1925.
15*
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