close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Die Bestimmung der Energie von -Teilchen mit dem Kristall-Leuchtmassenzhler.

код для вставкиСкачать
Die Bestimmung der Energie von a-Teilchen
mit dem Kristall-Leuchtmassenzahler
Von I . Broser und H . Kallmann
(Mit 7 Abbildungen)
Inhaltsiibersicht
I n Fortfuhrung friiherer Messuugen werden Untersuchungen a n einigen Leuchtstoffen durchgefuhrt, urn den Zusammenhang zwischen der Energie einzeliier sowie
auch vieler anregender ar-Teilchen rnit der erzeugten Lichtintensitat quaiititativ
aufzuweisen. Es zeigt sich, da13 bei Verwendung von einzelnen grol3en CdS-AgKristallen als Leuchtstoff die durkh einzelne n-Teilchen bestimmter Energie erzeugten einzelnen Lichtblitze nicht iiur von nahezu gleicher GroBe sind, sonderii
dafl auch ihre Iiitensitat innerhalb der vorliegeiiden MeBgenauigkeiteii von etwa
5% proportional der n-Energie ist. Ulerdings liefern nur wenige besonders hergestellte und ausgesuchte Kristalle diese guten und einheitlichen Ergebnisse. Wahrend fiir Mevsungeri a n einzelnen Lichtblitzen nur groDe Kristalle gleichmaflige
Resultate liefern, ergibt sich fur die Messungen init vielen aiiregeiiden n-Teilchen
auch mit einem pulverforinigen Leuchtstoff voin ZnS-Typ ein gut liiiearer Zusammenhang zwischeii der Lichtiiitensitat und der gesainten absorbierten Energie
der Teilchen.
I. Einleitung
I n einer voraiigegangenen brbeitl) haben wir versucht, den Zusaniinenhang
zwischen der Energie von a-Teilchen, welche einen Leuchtstoff zum Lewhten anregen, rnit der erzeugten Lichtintensitat aufzufinden. Bei Aiiregung rnit einzelnen
Teilchen hatte sich ergehen, daB es niit Hilfe der bisher ineist verwendeten poly&ta!linen
Leuchtstoffe nicht inoglich ist, energieproportionale ehzelne Lichtblitze zu erzieleu. Die von nahezu energiegleicheii or-Teilchen erzeugten Lichtinipulse streuten in ihrer Intensitat betrachtlich und unterschieden sich manchmal
his urn einen Faktor 5. Es war sornit unmoglich, quantitativ von der GroBe der
Lichtblitze auf die Energie der erregenden a-Teilchen zu schlieaen. Eine Besserung
dieser Verhaltnisse trat ein, als wir grol3ere einzelne Kristalle aus CdS a19 Leuchtstoff benutzten; jedoch war auch in diesern Falle die auftrctende Streuung der
Lichtblitzintensitaten noch ziemlich groB. Durch Benutzung besonders guter,
ausgesuchter CdS-Kristalle und Ausschalturig aller bei den Messungen auftretenden
Fehlerquellen ist es uns nunrnehr gelungen, wirklich energieproportionale Lichtimpulse zu erhnlten.
Wir haben aul3erdem die Frage iiach der Abhaiigigkeit der Lichtausbeute verschiedener Leuchtstoffe VOIA der Energie vieler gleichzeitig eingestrahlter cx-Teil-
______
1)
I. Broser und H. Ksllmann, Ann. Physik (6) 4. G1 (1948).
Ann. Physik. 6. Folge, Bd. 3
21
318
dnnalen &r Physik. 6. Folge. Band 3. 1948
chen erne,ut untersucht und gefunden, daB der Zusanimenhang zwischeii Lichtintensitat und a-Energie sowohl bei den einheithhen CdS-Ag-Kristallen als auch
bei einem pulverfornmigen Leucht,etoff vom Typ ZnS linear ist,. Jedoch ist die Me&
genauigkeit.bei den jetzigen Untersuchungen erheblich gro8t.r als in der erwahnten
Arbeit ').
11. MeSanordnnng
Die Messungen wurden ini wesentlichen in der hereits fruher l ) beschriebenen
Anordnung durchgefuhrt: Die Energie der a-Teilchen kor1nt.e aus Reichweiteinessungen in einem evakuierbaren GlasgefaB bestimmt werden. Als a-Strahlenquelle wurde diesmal ein etwa 1 / 1 0 mC starkes stiftforniiges Poloniumpraparat
benut.zt.,welches a-Teilchen von nahezu homogener Energie aussandte. Bei Einzelinessungen konnte wahrend des Betriebes eine verspiegelte Blende mit einem Lochdurc,hmesser von 1 nim uber den Leuchtstoff geschoben werden, um die Zahl dcr
zu registrierenden Teilchen nicht allzu groB und den Ort der Lichtaussendung
moglichst klein zu halten. Als Nachweisgerat diente wieder ein empfindlicher Sekundarelekt,ronenvervielfacher, der zur Registrierung der einzelnen a-Lichtblitze
an einen Oszillographen oder ein Zahlwerk, zum Nachweis grol3erer gleichmafliger
Helligkeiten an ein Galvanometer angeschlosseii werden konnte.
111. NcBergebiiisse
1. Zahlung einzelner a-Lichtblitze
Mit einem von R. W a r m i n s k y in unseren Laboratorien hergestellten uad
nach einem besonderen Verfahren mit Ag aktivierten CdS-Einkristall wurden
Intensitiitsbestimmungen entsprechend unseren fruheren Versuchen durchgefiihrt.
Bei der Auswahl des Kristalles aus einer
groBen Zahl von weniger brauchbaren
stellte es sich heraus, daB Kristalle mit
besondcrs groDer Lichtausbeute auch besonders gut energieproportionale Lichtblitze erzeugen. Eine moglichst gleichmaBige und vollstandige Durchaktivierung der CdS-Kristalle scheint also die
I
Bedingung zur Erzielung brauchbarer
Ergehnisse zu sein.
0
5
10
15
M
2f
-4bb. 1 zeigt die Zehl der durch a-Teilh J
chen erzeugten Lichtblitzc in AbhangigAbb. 3. Energieverteilungder a-Teilchen
erzeugten
) und ~
~
~der keit~ voii der~ am Thyratron
i
~
~
crzeugten Lichtimpdse ( x x x (stift- StoBgroBe, also von ihrer Intensitat. Man
formiges PrLparat)
erkennt, daB alle Szintillationen mindestens 60% der Helligkeit der groRten
Lichtblitze erreichen, und da13 dann ein relativ scharfer Abfall der Verteilungskurve
cintritt. Wir habcn uns nun noch iiberzeugt, daB dieser Vorlauf nicht etwa mit noch
vorhandenen Schwankungen im LeuchtprozeB zu erkllren ist, sondern nur von der
Inhomogenitat der Energie der a-Teilchen herruhrt. Zu dicsem Zweck wurde nach
dem bereits friiher beschriebenen Verfahren I ) aus der Reichweiteverteilung die
Energieverteilung der a-Strahlung bestimint. Die MeBpunkte dieser Untersuchung
haben wir im selben MaBstab ebenfalls in Bbb. 1 ciagetragen. Wie inan sieht, ist
-
Broser u. Kallmann: Energie zvn a-Teilchen mit dem KristnU-Leuchlnlassenziihler
319
die Abweichung von der Helligkeitsverteilung sehr klein uiid liegt durchaus ini
Bereich der Fehlergrenzen. Mit einem derartigen Kristall konnen nunmehr beliebige Energieverteilungen yon a-StraHlen durch direkte Intensitatsverteilungsmessung der Lichtblitze auf einfachste Weise bestimmt werden.
Wir haben diese Tatsache benutzt, um ein von uns hergestelltes relativ homogenes, sehr schwaches Poloniumpraparat durchzumessen. Die radioaktive Substanz war auf einer Glasplatte angebracht und noch mit einer diinnen, nicht ganz
homogenen Collodiunihaut uberzogen, so daB im ungunstigsten Falle noch eine
Schichtdicke von etwa 1 mg/cm2 von den a-Teilchen zu durchdringen war, bevor
sie auf den Kristall auftreffen konnten. Da die Polonium-a-Teilchen in festen
Korpern etwa eine Reichweite von 5 nig/cm" besitzen, diirfte eine Rcichweitenstreuung von etwa 20% bzw. cine Energiestreuung von 15% vorhanden sein.
Die Messung erfolgte in folgender einfacher Anordnung : Dcr Kristall wurde auf
einer Glasplatte befest,igt,,init einem Spiegel, der eine kleine Durchbohrung besaB,
Abb. 2. Intensitiitsverteilung der Licht-
blitae (Plattchenpriiparat)
Abb. 3. Energiespektrum der a-Teilchen
(Pliittchenpriiparat)
versehen und das Game direkt auf das Fenster des Vervielfachers gelegt. Das POPraparat wurde dicht ubrr dem Spiegel befestigt. Da die CdS-Kristalle das Licht
im wesentlichen an den Kanten aussenden 2), wurde praktisch die gesamte Intensitiit der Lichtblitze durch den Spiege! in die Photozelle reflektiert. Die am Ausgang
des Vervielfachers (R = 1 MOhm) erziclten Spannungsimpulse waren schon auy
diesexn Grunde relativ groB. Gegenuber Messungen mit bisher verwendeten Leu&stoffen, deren Eniissionsgebiet im kurzwelligen Teil des sichtbaren Spektrums
liegt, waren die Impulse aber auch noch deswegen besonders gro0, weil die ,,roten"
Lichtblitzc des CdS-Ag-Kristalls gerade einer maximalen Empfindlichkeit der Photokathode des Vervielfachers entsprachen. Die Spannungsanderungen betrugeii
etwa
Volt, wahrend die bei Kuhlung des Gcrates noch vorhandenen Warmeschwankungen der Photokathode nur etwa von der GroBcnordnung 1-2 mV warexi.
Die Messung von a-Teilchen mit nur
der Energie der Po-n-Teilchen, d. h. niit
1W eV, war also damit noch ohne weiteres moglich. Unsere MeBergebnisse zeigt
Abbildung 2. Die Helligkeitsverteilung der Lichtblitze und damit die Energieverteilung der a-Tcilchen ist in der Tat recht homogen und stimmt gut mit den obigeii
ifberlegungen uberein. Noch deutlicher erkennt man dies, wcnn man nicht, wie in
Abbildung 2, die Zahl der Teilchen, die am Thyratron einen groBcrcn Spannungsimpuls als U,,Volt, sondern die Zahl der Teilchen in Prozent, die Impulse zwischen
-
2)
H. K a l l m a n n u. It. Warminsky, Ann. Physik (6) 4, 69 (1918).
21*
320
Anmlen der PA@.
G. Folge. Band 3. 19i.S
+
l.*T/d
und U T , dUT, Volt erzeugeii, auftragt. Diese Kurve, die aus Abb. 2 durch
Differentiation elitstanden ist, gibt Abb. 3 wieder. Man erkeiiiit eiii steiles
Xxiiinum der aiii haufigsteii auftreteiiden Helligkeit (wid daniit des am hiiufigsteii auftreteiideii Spaiiimigswertes U T k ) iuit eiiier relativ geringeii Streuung.
Wegeii der Proportionalit,iit zwischeii Helligkeit uiid Eiiergie ist die Lage des
Rfaxiniuiiis der Al)bildung 3 eiri Ma13 fur die Eiiergie der a-Teilcheii. Wie a e i t die
Breitr. der Verteilungskurve in ihreiii untereii Bereich auch iioch YOU Schwaiikutigeii irii Leuchtniechanismus bei der Erzeuguug der eiiizeliieii Lichtblitze abhiiigt,
kotiiieii wir nicht geiiau sageti. Sicher beruht. sie ziiiii grollen Teil niif der Streuung
der :\-Teilclicii-Eiicrgie.
I
.
Intensitiitslucssung an vielea a-Teilchen
111clcr voratigegangenen Arbeit’) hatteii wir durch Messuiigen, bei deiieii die
EiierFic voii vieleii auf eiueii Leucoht.stoff nuftrrffetideii \-Tcilcheti (lurch Zwischen-
Ahb. 4. Encrgic’ drr: a-Tcilchen und Intensitiit ties Fluoreuzenzlichtes als Funktion ties 1)rurl;eu irn Mel$yriit fur
(’dS-Apr-I~ristalle
ALl). 5. Lichtintensitiit nls Funktion der c\-Teilchenenelpie fur
CdS-Ag-Kristnlle
sclinltcw voii Luftschicht~eiiiit cleii N-eg der Strahlung iii defiiiierter l\-ei.se verttiiiitlrrt wurde, gtbzrigt, da13 die Tichtiiitensitiit iiahezu proportioiral der Eiiergie
der auftreffeiidcii n-Teilcheii war. Diese Versuclie haben wir iiiit wesentlich verIiesserteii Versuchsbediiiguiijien riocli eitiuial wicderholt. Uiii die statistischen
Schw:inkungeii dcr Lichtintensitiit iiiiigliclist kleiii zu hidten. aurde iiiit eiiier
groL3cii Zilhl \-on r\.-Teilchen gearbeikt. i\ls Leuchtstoff wurdeu eiiiige gut leuchtetide Cadtiiiuiiisulfidb-ristallebetiritzt,, die ziisauiiiieii eiiie Fliichc YOU etwa 3 cni3
i i u t l riiir initt,lere Dicke vou 10-20 iii,o/cni? besalleii. Als l’riiparat dieiite der h
i
drii Mcssuiigeii zur Abbilduiig 1 beiiutzte I)olotiiuni;~kti\-ierteStift: welcher etwa
800 .x-Teilcheiiisec. auf die sich i i i etwa ,& ciii Abstnid \-om Priiprnt dicht i i h r
d e r Phot,ozelle befindenden Kristalle aussandte. Verlief tler Weg tler -\-Tvilclieii itii
\-aktiuiii, so galwii sie ihre gesainte Erirrgie :in deir Leuchtstoff iib. Es crgab sich
iri tlieseni Falle eiii tiiaxiiider dusschlag yon etwn 10-7 - h i p , dtxr iiiit, grofler Gct!;iuigkeit. noch zu iiieweii war. Ihreli latigsaiiie Erliiiliuug des Driickes i i i i GerSt
vrrlorrn dio n-Teilcheii iiuuicr melir :in ltcic~hwveiteutid daniit iiii Energic, wiihretiil
itire %ah1prakt,isch konstant blieb. Dn wir die Il:iiergievrrtciluIlg-$Cs Yriipirates
iiiis dtv Abl)ilduiip 1 keiiiien, sitid wir iii der Lage, die Abuahine cier fur deli Leucht1”oz(~I3zur Verfiiguiig steheiideii Eiiergie dcr a-Teilcheu iuit wchseiidctii Druck
zu L~t~rccliiic~ir.
l\-ir Iialwii dies i t i willkiirlirh~iiEinheiteri i!i Abbilclutig 4 tlarge-
stellt (ausgezogene Kurve). Tragt, illit11 nun im selben MaBstab die Mel3punkte der
Helligkeitsabnahrue ein, so findet man eiiie sehr gute Ubereinstinimung der jeweils
auftreteiiden Lichtintensitat mit drr noch vorhandenen n-Energie. Wir hsben
dasselbe noch in etwas anderet Forin gezeichnet und die Helligkeit als Funktioii
der a-Energie wiederum in willkurlichen Einheiten aufgetragen (Abbildung 5).
Man erkennt, daB der auftretende maxiinale Fehler etwa 3% betragt, wafi durch&usnoch im Bereich der MeRgenauigkeit liegt. Die Proportionalitat zwischen der
Energie der a-Teilchen und der durrh diese erzeugten Helligkeit bzw. die Unsbhangigkeit der Lichtausbeute von der Enrrgie dcr cx-Teilchen ist also eine sehr
weitgehende.
Wir haben nun noch zwei weitere pulverformige Leuchtstoffe in gleicher Weise
untersucht. Fur eineii grun leuchtenden, mit Cu aktivierten, sehr grob kristallinen
und durchsichtigen ZnS-Leuchtstoff, der in einer Schicht voii 10 mg/cm* vorlag,
ergab sich eine praktisch ebenso gut& Linearitat wie fur die CdS-Kristalle: Die
Abb. 6. Lichtintensitiit als Funktion der a-Teilchenenergie fur
polykristallines ZnS-Cu
Abb. 7. Lichtintensitiit als Funktion der a-Teilchenenergie fur
polykristallines Zn S-Ag
auftretenden starkeren Schwankungen bei einzelnen Lichtblitzen gleichen sicli
hier h i Anregung niit vielen a-Teilchen aus (Abbildung 6).
Etwas anders dagegen liegen die Verhaltnisse, wenn man init einem feinkristallinen Stoff arbeitet, der in dickerer Schicht vorlkgt. Hier wird das Licht, welches
von Teilchen mit geringerer Reichweite erzeugt wird, infolge Streuung. starker
in die Einstrahlrichtung der n-Teilchen zuriickreflektiert als die von Teilchen
groderer Reichweite herriihrende Lichtstrahlung. Daher ergibt. es sich, daD trotz
nachgewiesener energieproyortioiialer Lichterzeugung die Abnahme der in den
Vervielfacher gelangenden Lichtiiitensitit rascher erfolgt als die Abnahme der
Energie der cs-Strahlung. Man sieht in Abbildung 7, die uiiter Benutzung eines
sehr stark streuenden ZnS-Ag-Leuchtstoffes der Mttssenbelegung 8 mg/cma erhalteii
wurde, eine starkere Abweichung von der Linearitat. Allerdings verringert sich
der Fehler stark bei Benutzung roil dunneren Gchichten dieser Substanz (etwa
5 mg/cm*); die immer noch die gesamte h-Energie absorbieren. Zur genaueren
Messung empfiehlt es sich jedoch. auf jeden Fall, moglichst grobkristalline Substanzen oder noch brsser einzelne groDe Kristalle als Leuchtstoffe zu verwenden.
B e r l i n - D a h l e m , Kaiser-Wilhelm-Institut fur
Elektrochemir.
physikalische
(Bei der Redaktion eingcgangen am 26. Juni 1918.)
Cheniie und
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
320 Кб
Теги
die, bestimmung, der, teilchen, kristally, leuchtmassenzhler, mit, dem, von, energies
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа