close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Die harten Ultrastrahlschauer.

код для вставкиСкачать
I<. Sdimeiser u. W . Botke. Die hnrten ~-1tra.sfrahlschauer 161
D i e hartem ULtrastrahZschauer I)
Porn K . S c h r n e i s e r urzd W. B o t h e
(Mit 1 2 Abbildungen)
Eigenschaften , Entstehung und Wirkung der hsrten Schauer werden
eingehender nach der Iioinzidenzmetllode untersucht.
1. Einleitung
Bei Gelegenheit einer friiheren Untersuchung iiber die Strnktur
der Ultrastrahlung haben H i l g e r t und Bo t h e 2 ) festgestellt, daB iiian
mit vier trapezforniig angeordneten Ziihlrohren in Koinzidenzsclialtung unter gewissen Bedingungen eine iiherraschend hohe Zahl
von Koinzidenzen erhiilt. Diese lieBen sich nicht als Wirkung von
Ultrastrahlschauern der gewohnlichen Art deuten, wie Absorptionsyersuche zeigten. Es entstancl die Verniutung, daB Schauer von liesonders hohem Durchclringungsvermiigerl vorlagen. Durch die hier
beschriebenen Versuche m i d dies bestatigt und gezeigt , daB diese
,,harten Schauer" sicli auch in ihren sonstigen Eigenschaften wie
anch beziiglich ihrer Entstehung in charnkteristischer Weise von den
gewohnlichen ,,weichen Schauern" unterscheiden.
2. Apprtratur
Die Gesamtanorduung war, abgesehen yon den Abmessungen,
bei allen Versuchen dieselbe ("1. Abb. 3). Vier Zkhlrohre waren
auf einem inoglichst leichten Holzgestell trapezformig angeordnet;
deren koinzidierende Aussclilage wurden durch eine Rohrenschaltung
iiach dem Prinzip von R o s s i ausgesiebt und gezahlt. I n genisseni
Abstand iiber den Zahlrohren war der ,,Sekundliistruhler(' angebracht,
in welchem die Schauer ausgelost werden sollten. Der Xekundiirs t r a l e r wurde von einem Gestell getragen, das so leicht gehalten
wa r, wie es in Anhetracht der erheblichen Massen der Sekundiirstraliler (his 3000 kg) inoglich war. Die Hainfigkeit der durch die
Schauer hervorgerufenen Koinzidenzen in hbhaugigkeit von der
Dicke des Sekundarstrahlers ergibt die sogenannte ,,Rossikurve'..
Zwischen das obere und untere Zahlrohrpaar konnten Bleischichten
1) K. S c h m e i s e r (D 16).
2) R. H i l g e r t u. W. B o t h e , Ztschr.f. Phys. 99. S. 353. 1936.
11
Annalen der Physik. 5. Folge. 32.
diznalen der Physik. 5. Folye. Band 32. 1938
16.2
als ,,Absorber(* f u r die Schauerteilchen gebracht werden. Die Hiufigkeit der Koinzidenzen in Abhangigkeit von der Absorberdicke ergibt
die ,,Absorptionskurve" der Schauer. Bei der Mehrzahl der Messungen
wurden Zahlrohre aus 0,5 mni starkem, 3 cm weitem Aluminiumrohr
verwendet, init einer wirksamen Lsnge von 27 cm (Einzelausschlage
200/min), auBerdem auch solche aus 1,0 mni starkem, 5 cm weitem
Messingrohr mit einer wirksamen Lange von 35 cm (Einzelausschlage
350/min).
Die Messung der Vierfachkoinzidenzen war sehr langwierig,
deshalb wurden bei den Hauptversuchen nur Dreifachkoinzidenzen
benutzt, indem die beiden oberen Zahlrohre parallel geschalte t
wurden, so daA sie als ein einziges Zahlrohr von gr6Aerer Pliiche
wirkteu. Um dabei die Zahl der zufalligen Koinzidenzen moglichst
klein zu halten, wurde im wesentlichen der schon friiher beschriebene
Koinzidenzverstarker l) benutzt, dessen Auflosezeit auf 1,4 10-5 sec
herabgedriickt werden konnte. Die zufalligen Koinziclenzen brauchten
dann nur bei Messungen mit den grogen Zahlrohren beriicksichtigt
zu werden. Die Messungen tvurden teilweise in einem Institutszimmer ausgefiihrt, uber dem nur eine Betondecke von 14 cm Dicke
und ein diinnes Holzdach lag, teilweise aber auch im Freien unter
einer groBen Zeltbahn. Fur einige Messungen cliente auch der
Institutsspeicher mit diinneni Holzdach und ein Kellerrauin als
Beobachtungsort.
.
3. Vorversuche
An die erwahnten Versuche von H o t h e u n d H i l g e r t ankniipfend,
wurde zunachst durch Dreifachkoinzidenzen, im ubrigen aber unter
denselben geometrischen BedingunKLVd
gen die Rossikurve f u r Kohle und
wb
Holz als Sekunclarstrahler aufgenommen. Es erwies sich dabei als
notig, die Sekundarstrahler durch
Zwischenraume so aufzulockern, daA
sie stets dasselbe Volumen ein75
30t/
hpy7p-+
4
'/I
L
nahmen.
Die Ergebnisse zeigt
Abb. 1. Man sieht, daA die Haufiglreit der Schauer bis zu einer
Abh. 1. Rossikurven
Schichtdicke von rund 100 gr/cm2
f u r Kohle und Holz
monoton ansteigt, d. h. aus so
groBer Tiefe gelangen die Scliauer noch zum Austritt. Gleichzeitig
konnte durch Bleiahsorber, die znischeii die oberen und unteren
0
I
7&&7'
&ke desSekundarsVab/ers
511
1) TV. B o t h e u. H. M a i e r - L e i b n i t z , Ztschr. f. Phys. 107. S. 516. 1937.
K . Schnaeiser u. W . Bothe. 'Die harten Ultrastrahlschauer
163
Zahlrohre gebracht wurden, das groBe Durchdringungsvermogen dieser
Schauer auch direkt bestatigt werden. Die Existenz von ,,harten
SchauernLLwar damit sichergestellt 1).
Es entstelit nun die Frage, warum gerade bei diesen Messungen
die Schauer ein von dem bekannten abweichendes Verhalten zeigen.
Unsere Versuchsanordnung unterscheidet sich von den bisher meist
ublichen in zwei Punkten: 1. Unser Sekundarstrahler bestaud aus
einem sehr leiehtatoinigen Stoff; 2. durch die Art der Anordnung
kamen bei H i l g e r t und B o t h e wie bei uns nur Schauer kleiner
Winkeldivergenz zur U'irkung. Es wurde zunachst untersucht, ob
der zweite Punkt wesentlich ist. Damit cler Abstand des Sekundarstrahlers moglichst gut definiert war, Tvurde eine moglichst dichte
Substanz als Sekundkstrahler gewahlt, namlich Blei.
4. Abhangigkeit des Durchdringungsvermijgens der Schauer
vom Divergenzwinkel
Als Sekundarstrahler diente eine 1,5 cni starke Bleiplatte.
Zwischen das obere und untere Zahlrohrpaar konnte ein Bleiabsorber
von konstanter Dicke gebracht werden. Zwischen den beiden unteren
Zahlrohren befand sich wahrencl der ganzen Mefireihe eine 1 cni
starke Bleischicht als Schutz gegen Zusatzstrahlung aus dem Absorber') (vgl. Abb. 3). F u r die Variation des Winkels gab es zwei
Moglichkeiten: man konnte den Abstand a des Sekundarstrahlers von
der Zahlanordnung vergndern, ocler auch die beiden unteren Zahlrohre (Abstand b) auseinander rucken. Von beiden Moglichkciten
wurde Gebrauch gemacht. I m zweiten Falle murde nur eines der
beiden unteren Zahlrohre nach der Seite verschoben. So wurde erreicht, daB fast nur Koinzidenzen zwischen nur zwei Teilchen zur
Zahlung gelangten. Auf vergleichbare geometrische Verhaltnisse
wurde besonders geachtet. Der Sekundarstrahler war stets so bemessen, daB der Raumwinkel, von der Zahlanordnung nach dem
Sekundarstrahler gesehen, inimer der gleiche war.
F u r jede Winkeleinstellung wurde die Haufigkeit der Koinzideuzen ohue und mit Absorber bestimmt. Der Nulleffekt (ohne
Sekundairstrahler) wurde niit und ohne Absorber gesondert gemessen
und in Abzug gebracht.
Abb. 2 stellt das Ergebnis dar. Darin ist der Rruchteil der
durch den Absorber geheuden Schauer bei verschiedenen Divergenzwinkeln 6 aufgetragen. Diese Winkel sind gerechnet von der Mitte
1) Vgl. 14'. B o t h e , Kernphysik (Ziir. Vortr. 1936) S. 112.
2) 0. Z e i l l e r , Ztschr. f. Phys. 96. S.121. 1935; H. G e i g e r 11. 0. Z e i l l e r ,
Ztschr. f. Phys. 97. S . 306. 1935.
Il*
164
dniaalen der Pliysil,. 5 . Folge. Band 32. 1938
des Seknndarstrahlers zu den Mitten der unteren Zahlrohre. Die
beiden Kurven beziehen sich auf Absorber von 0.5 bzw. 1,0 cm Blei').
Bei Kinkeln > etwa lo0 zeigt sich die Absorption in der belrannten GroBe [zum Vergleich ist fiir 9. = 40" je ein MeBpunkt von
Rossi z, mit eingetragen]. Fur diesen Kinkelbereich scheint die
Absorbierbarkeit der zur Messuiig gelangenden Strahlen nur wenig
L_
0
_
_
ILL
_
L
~
29
_
~
_
30
~
L
1
1
_
4
4U"
fiwrgenzwmke/
Abb. 8. Winkelabhxngigkeit der Absorbierbarkeit von Scliauern aus Blei
Tom TTinkel abznhiingen. Unerwartet ist dagegen die schnelle Abnahme der Absorption bei lrleinen Winkeln, welche offenbar auf das
Auftreten der harten Schauer znriickzufuhren ist. Hiernach ist fur
die harten Scliauerteilcheii charakteristisch, daB sie nur in Winkeln
< l o 0 xueinander verlaufen, wiihrend die gewijhnlichen Schauer i m
Mittel T i n k e l von etwa 20° gegen die Ache aufweisen3). Die scharfe
Abgrenzung der beiden Winkelbereiche deutet schon darauf hin, da6
es sich urn zwei verschiedene Brteu vou Schauern handelt.
5. Die F o r m der Rossikurve bei verschiedenen Divergenzwinkeln
Ackernann und Humrne14) haben zuerst beobachtet, daW die
Rossilrurve fur Blei nach Ubersclireiten des bekannten Maximums
(bei l,? cni) aufs n e w ansteigt und bei etma 1 7 cm Blei ein zweites
flaches Maximum durchliiuft. Das erste Maximum ist zweifellos auf
die Entstehung der gewiihnlichen ,,weichen" Schauer zuruckzufiihren.
1) Die Knrve f u r 1 cm Blei wurde schon mitgeteilt (I<. S c h m e i s e r ,
Naturwiss. 26. S. 173. 1937).
2 ) B. R o s s i , Ztschr. f. I'bys. 82. S. 151. 1933.
31 H. G e i g e r u. 0. Z e i l l e r , Ztschr. f. Phys. 105. S. 517. 1937; 1'. A u g e r
u. P. E h r e u f e s t , Journ. dephys. 8. S. 204. 1937.
4) M. A c k e m a n n , Naturwiss. 2'2. S. 169. 1934; J. N. H u m m e l , ebenda
S. 170; A. D r i g o , Ric. Scient. 5. S.88. 1934; H. MaaM, Phys. Ztschr. 35.
S. 858. 1934; Ann. d. Phys. [5] 87. S. 507. 1936; J. C l a y , A. v a n G e m e r t u.
J. T. W i e r s m a , Physica 7. S. 627. 1936.
I<. Schmeiser u. TV. Bothe. Die karten rltrastrnhlschauer
165
Fiir das zweite Maximum
fehlte es bisher an einer
sicheren Deutung, zumnl
seine Existenz noch nicht
genugend gesichert schienl).
Wir vermuteten, dal3 das
zweite Maximum auf Rechnung der hier beobachteten harten Schauer zu
setzen ist. Da nach Ziff. 4
diese Schauer nur unter
gewissen extremeu geometrischen Bedingungen
deutlich in Erscheinung
treten, ware es verstandlich, da6 die friiheren Beobachtungsergebnisse uber
das zweite Maximum so
stark schwankten. Um
diesen Punkt zu klaren,
wurde die Rossi-
Zwkchenschicbr
Sbb. 3. Anordnung fur Rossikurve
nnd Ahsorptionskurve
kurve fur Biei bei
verschiedenen Divergenzaiukeln aufgenommen.
r
~
~
d
der gleichen Zahl-
ausgefuhrt wie die
von Ziff. 4. Das
w
keln zeigt Abb. 4.
20'-
1) Vgl. €1. G e i g e r , Erg. d. exakt.
Naturwiss. 14. S. 42.
1935; A S c h w e g l e r ,
Ztschr. f. Phys. 101.
s.93. 1936.
1
r"28"
I
0
!
1
1
5
M
b
&the desSehundarstr~h~eer
>
cm LWzo
Ahb. 4. Rossikurve f u r Blei
bei verschiedenen Divergenzwinkeln
166
Annalen der Physilr. 5. Folge. Band 32. 1938
Die Winkeliinderung wurde dabei aushtensitatsgriinden durch Variation
des Abstandes a (Seliundarstrahler-Zahlanordnung) bewirkt. Das Ergebnis blieb nesentlich dasselbe, wenn statt dessen nur der hbstand b
der beiden unteren Zahlrohre voneinander geandert a urde, n u r muBte
dabei der etwas verwickelten Jnderung des Nulleffekts Rechnung
getragen werden (vgl. Ziff. 7 und 12). E s erwies sich auch als belanglos, ob der Seltundiirsti alder nach ohen zu verbreitert wurde
(wie in Abb. 3), und ob der allniiihliche Anfbau des Selrundarstrahlers
on der untersten oder von der obersten Schicht aixs geschah.
Das Ergebnis dieser Messungen entspricht der erwahnten Vermutung. Bei einem Miiuliel 8 = 28O, wie er bei einer groBeii Zahl
fruherer Messungen vorlag, ist das Z N eite Maximum kaum erkennbar.
Bei 9 = 7 O ist das zweite Maximum schon sehr deutlich, und bei
8 = 4O ist es fast ebenso hoch wie das erste Maximum (die absoluten
OrdinatenmaWstabe der drei Kurven sind naturgemaB niclit vergleichbar). Hiernach kann man kaum daran zaeifeln, daW in der
Tat dns zweite Maxiniuni durch unsere harten Schauer kleiner
Winkeldivergenz verursacht wird.
6. Die Abeorptionskurven der Schauer
Die Absorptionsmessungen von Ziff. 4 geben nur einen kleinen
Ausschnitt aus dem Gesanitbild. E s erschien wunschenswert, die
vollstandige Absorptionskurve der Schauerteilchen unter verschiedenen
Bedingungen zu Irennen. Einige Vorrersuche zeigten, daB es ratsam
war, dabei die Ychutzschicht zwischen den beiden unteren Zahlrohren
von 1,O auf 5,O ern Blei xu verstarken, um mit Sicherheit zu verhiudern, claB clurch Sekundiirstrahlen aus dem Absorber eine zu
geringe Absorbierbarkeit vorgetauscht wurde
5 cm Schutzschicht
erwiesen sich als voll ausreichend, da init 10 cm Schutzschicht dieselben Absorptionsu erte gefunden murden. Da die Haufigkeit der
Koinzidenzen bei den nun notwendig gewordenen grogen Abstanden
(bis 176 cm Tom Sekundarstrahler) gering war, verwendeten wir f u r
cliesen und einen grolien Teil der folgenden Versuche die groWeren
Zahlrohre (Ziff. 2). Urn den AnschluB an die bisherigen Messungen
zu sichern, wurde zuniichst die Rossikurve bei zwei rerschiedenen
Winkeln (4" und 11 nochmals geinessen. Beobachtet wurde im
Freien unter einem diinnen Zelt. Die Rossikurcen 2, zeigten genau
den Verlauf, der nach den Messungen von Ziff. 5 zu erwarten war.
J,
I) 0. Z e i l l e r , a. a. 0.
2) Diese Burven, ebenso die Absorptionskurven Abb. 5 wurden schon
veriiffentlicht (K. S c h m e i s e r u. W. B o t h e , Naturmiss. 16. S. 669. 1937).
I<. Schineiser u. W . Bothe. Die harten UltrastrahZschauer 167
Hiernach ist insbesondere die 14 cm starke Betondecke, die sich
bisher uber der Apparatur befand, ohne wesentlichen EinflaB.
Nunmehr wurden bei den gleichen zwei Winkeln, wiederum im
Freien die Absorptionskurven der Schauer aufgenommen, und zwar
je bei zwei verschiedenen Dicken des Sekundarstrahlers: 1,5 und
16,5 em, d. h. etwa im ersten und zweiten Maximum der Rossikurve.
Die Ergebnisse zeigt Abb. 5. Alle Werte sind auf die Anfangsintensitat 100 umgerechnet worden.
]
\
.
p
0
I
2
I
I
4
5cmb7ei6
A6sarberdicke
3
~
Abb. 5. Absorptionskurven der Bleixhauer bei verschiedeiien Strahlerdicken
und Win keln
Diese Messungen uiiterscheiden sich von denen der ZiE. 4 noch
dadurch , daB nur die zufalligen Koinzidenzen abgezogen warden,
nicht der ohne Sekundarstrahler gemessene Nulleffekt. Auf diesen
Punkt wird bei der ausfuhrlichen Diskussion der Absorptionskurven
(Ziff. 8) noch einzugeheu sein, nachdem in folgender Ziffer die Natur
dieses Nulleffekts geklart worden ist.
7. Die Luftschauer
Alle im vorstehenden behandelten Rossikurven zeigen, daB auch
ohne Sekundarstrahler (Abszisse 0) schon eine erhebliche Zahl von
Koinzidenzen auftritt. Zunachst nahmen wir wie ublich a n , daB
dieser Nulleffekt auf Schauer aus den Zimnierwainden, dem Gestell usw. zuruclrzufiihren sei. Deshalb wurcle auch die ganze
Apparatur ins Freie gebracht, wobei schlieBlich noch das Traggestell f u r den Sekundarstrahler entfernt wurde. Das Ergebnis (mit
den kleinen Zahlrohren) war:
163
d m n l e n der
Yhysih. 5. F o l y . Band 32. 1938
in1 Zimmer, niit Traggestell 24,s KoinzJStd.,
,, Freien, ,,
71
18,O
11
7
11
., ohne
,,
12,s
9)
Man sieht, daB trotz aller Vorsichtsmannahmen noch eine erhebliche
Zahl von Schauern ubrigbleibt. Diese Schauer lramen auch nicht
aus dem Funboden, denn ilire Hanfigkeit war unabhangig vom Abstand der Zahlrohranordnung iiber den1 FuBboden. Auch die Schutzschicht zwisehen den unteren Zahlrohren erwies sich als unwesentlich. Daher mu6 man schlieBen, dan diese Schauer aus der Luft
iiber den Zahlrohren stammen. Einen direkten Beweis hierfur
bildet die Tatsache, claB auch in freier Luft das Minimum der
Rossischen Xnrve vielfach ebenso hoch ocler sogar etwas tiefer
liegt als der Anfangspunkt’). Dies zeigt, daB der Nulleffekt durch
von oben kommende Schauer vernrstlcht wird, melche durch den
Sekundarstrahler teilweise abgeschirmt werden.
o
x
i
Schauer unter der fimmerdecke ~ k e l ~ ~ p l a h / r o p e ~
I
I
im freien
I
I
igrn5e
\
Abb. 6. Lnftsehauer
Abb. 6 zeigt, wie der Nulleffekt abnimmt, wenn man das eine
der beiden unteren Zahlrohre seitlich verschiebt.
Die Absorptionskurve der Luftschauer wurde ebenso wie die
anderen Kurven der Abb. 5 geniessen und ist als Kurve e mit eingetragen. Diese liegt, wie man sieht, zwischen den anderen Kurven;
vermutlich handelt es sich um ein Gemisch von weichen und harten
Schauern.
8. Deutung der Absorptionskurven
Bei der Deutung der Kurven von Abb. 5 sind zunachst zwei
allgemeine Punkte zu beachten.
a) Die Kurven stellen nicht die Absorption eines Schauerteilchens dar. Da nhilich bei der gewiihlten Anordnung beide
Teilchen, welche die Koinzidenz hervorrufen, den Absorber durchI) Z.B. K. S c h m e i s e r
11.
W. B o t h e , Naturm. 25. S. 669. 1937. Abb. 1.
I ! . Schmeiser u. W . Bothe. Die harfen Ultraslrahlschauer
169
setzen miissen, erscheint die Absorption um den Faktor 2 zu groB l).
Dies konnte bestatigt werden durch einen Absorptionsversuch , bei
welchem der Absorber nur eines der beiden unteren ZBhlrohre bedeckte; es war jeweils die doppelte Schichtdicke notig, um dieselbe
Absorption wie vorher z u erhalten.
b) Bei den Messungen mit Bleisekundarstrahler kam stets auch
ein gewisser Bruchteil der Luftschauer mit zur Wirkung (Ziff. 7).
Dieser Bruchteil ist experimentell nicht genau zu ermitteln (vgl.
hierzu auch Ziff. 12). Wie man leicht einsieht, erscheinen jedenfalls
dadurch die Absorptionskurven, welche uber bzw. unter der Luftkurve liegen, zu weich bzw. zu hart, mit anderen Worten: die Unterschiede xloischen d m aerschiedenen Absorptionskurven sind in W i r k lielakeit noch groper.
Zu den einzelnen Absorptionskurven ist folgendes zu sagen:
Kurve a ist schon von verschiedenen Forschern beobachtet ivorden2);
sie zeigt im wesentlichen das bekannte geringe Durchdringungsvermogen der gewohnlichen Schauer. Hiervon weichen stark ab die
Kurven c und d fur kleinen Divergenzwinkel. Diese Kurven zeigen
aufs neue, daO man es bei kleinen Winkeln niit vie1 durchdringenderen Schauern zu tun hat.
fiberraschend ist aber zunaclist die starke Absorption, die im
zweiten Maximum bei groBem Winlrel beobachtet wird (Kurve b).
E s erscheint zunachst unverstandlich, daB eine Schauerstrahlung,
die erst in etwa 1 7 cm Blei ihre Sattigung erreicht, bereits Ton
1 cm Blei wieder um mehr als die Halfte absorbiert werden soll.
Dieses Paradoxon ist nicht ganz neu. Drigo3) hat schon friiher
beobachtet, daB das zweite Maximum der Rossikurve vollstandig
zum Verschwinden gebracht werden kann, indem man das untere
Zahlrohr seiner Anordnung mit 1 cm Blei bedeckt. Geiger".) hat
auf die Schwierigkeit hingewiesen, die aus dieser Beobachtung erwachst. 9% haben das Ergebnis von D r i g o bestatigen konnen,
aber nur f u r grope wirksame Diaergenxwinkel. Bei einem Divergenzwinkel 9. = 3,5O erschien das zweite Maximum gleich deutlicli
mit und ohne 2 cin Blei uber den unteren Zahlrohren.
Dieser Sachverhalt l&Bt wohl nur eine Deutung zu: Die harten
Schauer vermogen, auf direkteni oder indirektem Wege, gewohnliche
weiche Schauer groBer Divergenz auszulosen., Dieser Vorgang spielt
1) 0. Z e i l l e r , a. a. 0.
2) B. R o s s i , Ztsehr. f. Phys. 82. S. 168. 1933; 0. Z e i l l e r , Ztschr.f.Phys.
96. S. 131. 1935.
3) A. D r i g o , Ric. scient. 5. 8. 89. 1934.
4) H. G e i g e r , Erg. d. exakt. Naturwiss. 14. S. 42. 1935.
170
dianaleiz der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
sicli schon im Sekundarstrahler selbst ab, jecloch koinmen diese
weichen Schauer nur aus der untersten Scliicht Zuni Austritt und
zur Messung (Abb. 7 ) . So stellt sich bei Schichtdicken oberhalb
2 cm Blei ein Gleichgewichtsverhiiltnis zwischen deii austretenden
liarten und neichen Scliauern ein. Bei
groBem wirksamen Winkel der Anordnung konnen nun die harten Schauer
wegen ihrer geringen Winkeldivergenz
z w r nicht niehr direkt Iioinziclenzen
erzeugen, wohl aber auf dem Umwege
iiher die tertiaren weichen Schauer
(Abb. 7 ) . Diese letzteren mussen offenbar einerseits die Rossikurve der harten
Schauer, also das zweite Maximum
zeigen, andererseits aber auch das
geringe Durchdringungsvermogen der
weiche
har/e
weiche
weichen Schauer. Absorbiert man daher
Schauer
bei grol3em Winkel die tertiaren weichen
Abb. 7. Auslosung
Schauer
weg, so muB auch das zweite
weicher durch harte Schaner
Maximum
verscliwinden. Damit ist der
(schematisch)
Widerspruch beseitigt.
A u g e r und E h r e n f e s t l) veroffentlichten kiirzlich einige schone
Nebelkammeraufnahmen, welche uiis die Existenz der Schauer Ideiner
Divergenz unmittelbar zu bestitigen scheinen. Auf diesen Aufnahmen sieht man Schauer, welche die Besonderheit haben, daB im
Innern der gewohnlichen, stark divergenten Garbe ein dichterer
,,Kern" von Teilchen geringer Winkeldivergenz sitzt. Dieser Kern
sol1 aus Teilchen griiDerer Energie bestehen. Es ist sehr wahrscheinlich, daB diese Kerne mit unseren liarten Schauern identiscli
sind2). Besonders interessant ist nun, daB ein solcher Kern beini
Durchgang durch Materie bevorzugt gnlaB gibt zur Entstehung
neuer, weicher Schauer groDer Divergenz (z. B. Abb. 11 bei A u g e r
und E h r e n f e s t ) , das ist gerade der oben angenommene Vorgang.
SchlieBlich ist noch auffallig, daB der divergente Schnuer, welcher
den Kern einhiillt, sehr verschieden dicht sein kann gegeniiber der
Teilchendichte im Kern selbst; in Abb. 2 und 6 von A u g e r urid
E h r e n f e s t sind z. B. uur sehr wenige oder gar keine stark divergenten Teilchen aul3erhalb des dichten Kernes zii sehen. Wir
inochten claraus schlieBeu, daB der clivergente Schauer, welcher einen
-
1) P. A u g e r 11. P. E h r e i i f e s t , Journ. dephys. 8. S. 204. 1937.
2 ) Herr P. A u g e r wies uns freundlichst auf diese Moglichkeit hin.
Ti. Xchmeiser u. W . Bothe. Die harten Ultraslrahlschnuer 171
Kern begleitet, ursprunglich nicht zu diesem gehort, sondern iinmer
erst durch den Kern ausgelost worden ist, z. B. nach dem Schema
der Abb. 7 . Dmeben gibt es aber auch haufig meiche Scbauer
ohne Kern. I m ersten Falle sind die weichen Schauer dem zweiten
Maximum, im zweiten Falle dem ersten Maximum der Rossikurve
zuzuordnen.
9. Materialabhangigkeit der Rossikurve
Von mehreren Autoren wurde festgestellt, dafi fur verschiedenartige SekundLstrahler von gleicher Flachendichte die Schauerintensitat stark mit der Ordnungszahl 2 ansteigt l). Bei gleicher
x,/srd
Zahl der Atome je Flacbeneinheit ist die Schauerintensitat
ungefahr proportional Z 2 . Diese
Messungeu beziehen sich aber 50
9 70
alle nur auf den ersten Teil der
Rossikurve. Durcli unsere bisherigen
sich nun Betrachtungen
die Prage nachdrangt
dem 38
jl
l_lhSP”
k ;;;-“I.,
~~
/+T4
Verhalten der Intensitat im
zweiten Maximum auf. Deshalb 70
hnben wir die vollstandige Rossikurve f u r Eisen aufgenommen. 0
50
100
15~ 208
~0.9okm2
h k e desSekundarstrahlers
Die Versuchsbedingungen entAbb. 8. Materialabhangigkeit
sprachen denjenigen der Bleider Rossikurve
kurve in Abb. 4 (19= 7O).
Das Ergebnis zeigt Abb. 8. Zum Vergleich ist auch die entsprechende Bleikurve eingezeichnet. Die erwartete dbnahme des
ersten Maxiniums bei der Eisenkurce ist recht deutlich. Dagegen
ist das zweite Maximum bei Eisen sogar eher etwas holier als bei
Blei 2).
Hiernach wird die Abhangigkeit von der Ordnungszahl des
Sekundiirstrahlers fur die harten Schauer ungef Bhr durch Z statt Z2
wiedergegeben. Die in Ziff. 3 erwahnten Vorversuche mit ganz
leichtatomigen Sekundarstrahlern (Kohle, Holz) fugen sich diesem
Ergehnis ein, soweit bei der notwendig sehr unvollkommenen Geometrie quantitative Schlusse erlaubt sind.
1) E. F i i n f e r , Ztschr. f. Phys.85. S. 92. 1933; J. H . S a w y e r , Phys.Rev.
4 L S. 241. 1933; G. A l o c c o u. A . D r i g o , Ric. Scient. 5, S. 112. 1934; H u
C h i e n S h a n , Proc. Roy. SOC. London (A) 158. S. 581. 1937.
2) Die Existenz des zweiten Maximums bei Eisen hat schon J. C 1 a y
festgestellt (a. a. 0.).
172
Annulen d o * Physik. 5. Folge. B u ~ 32.
l 1938
10. Die schauerauslosende Primarstrahlung
Die nachste Frage betraf die Entstehung der harten Schauer.
Es besteht heute wohl Einigkeit daruber, daB die gewohnlichen
(weichen) Schauer clurch die sogenannte meiche Komponente der
priniiiren Ultrastrahlung nusgeliist werden. Um diese Frage auch
fur die harten Scbauer zu kliiren, haben wir einen Versuch unternommen, bei dem die erzeugende Primarstrahlung
vorgefiltert wurde. Die
Versuchsanordnuag entsprach der oben erwahnten f u r die Eisenkurve,
nur wurde die Messung
jetzt nicht in dem Zinimer
unter dem Institutsdach
I
I
1-2--II
?I
5
7U
i5
20
25
3Qcmfisen
ausgefiihrt, souclern im
hcke des Sekdndars/rh/ers
Iiellergeschol3 des InstiAbb. 9. Rossikurve fur Eisen
tuts.
Zur Verstarkung
ohne und mit Vorfilterung
des d u d die Zwischendecken gegebenen Vorfilters wurde auf die
unterste Decke nocli eine
5 cm starke Bleischicht
gelegt. Zusanimen hatte
das Vorfilter so eine Dicke
von rund 270 g/cm2. Darnit sollte die weiche
Priniiirkoniponente bis auf
I”t
-~ L-L-12 etwa 2S0/”, die harte dn0
5
Iff
6 on//ei 20
gegen nur auf etwa S2O/,
Olcke des Sekundarsrrah/ers
geschwacht sein.
Die
dbb. 10. Rossikurve fur Blei
wurde
miigApparatur
ohne und init Vorfilterung
lichst weit von der unters ten Decke entfernt aufgestellt, damit eine moglichst geringe Zalil
von Schauern aus der Declte zur Zahluag gelangte.
dbb. 9 zeigt das Ergebnis. Die unter sonst gleichen Versuchsbedingungen, aher ohne Vorfilterung gernessene Eisenlruroe ist Zuni
Vergleich mit eingetragen. Das entsprechende Ergebnis fur Blei
als Sekundarstrahlung zeigt Abb. 10 l).
I) Die einzelnen Kurven von Abb. 9 und 10 murden zum Teil in gr6Berem
Zeitabstnnd voneinander gemessen, so daB kleine Verschiedenheiten der OrdinatenmaBstabe nicht ausgeschlossen sind.
I<. Xchnaeiser u. W . Bothe. Die harten Ultrastraldschaue~ 173
Diese Versuche zeigen eindeutig, daB durch die Vorfilterung der
Primgrstrahlung das zweite Maximum niir mAMig, das erste dagegen
Tiel starker zuruckgedriingt wird. Dies hedeutet, daB die weichen
Schauer durch die weiche Komponente, die harten dagegen (direkt
oder indirekt) durch die liarte Komponente der Primarstrahlung ausgelost werden.
Dieses Ergebnis ist in bester ubereinstimmung mit fruheren
Messungen, die schon die Abfachung des ersten Maximums der
Rossikurve bei Vorfilterung der Primarstrahlung zeigten I). F'erner
beobachteten R o s s i und A l o c c o 2 ) , daB bei Vorfilterung der Primsirstrahlen die Materialabhiingigkeit der Schauerintensitat schw.8cher
wird und sich der Massenproportionalitiit annahert; diese Messungen
bezogen sich auf Sekundiirstrahler von nur 10 g/cin2, was weuiger
als dem ersten Maximum entspricht. Nach unseren Messungen ist
dies so zu verstehen, dsl3 die harten Z-Schauer nicht ausschliefilich
in der Nahe des zweiten Maximums auftreten, sondern schon bei
kleinen Schichtdicken in geaissem MaBe mitbeteiligt sind, und z~ ar
um so mehr, je melir die weichen Z2-Schauer durch die Vorfilteruug
zuruckgedriingt werden (vgl. hierzu auch Ziff. 12). Aim den erwiihnten
Versuchen konnte R o s si schon schliefien, dal3 das Schauerphiinomen
sowohl seiner Natur als auch seiner Entstehung nsch liomplexer
Art ist 3).
11. Zahl der Boinzidierenden Schauerteilchen
Gegen unsere Deutung des groBen Durchdringungsvermogens der
Schauer bei kleinen Winkeln konnte no& ein Einwand erhoben
werden. V e n n die Strahlendichte etwa in der Achse eines geuohnlichen Schauers sehr gr06 ist, so daB bei jeder Koiuzidenz eine groBe
Zsbl von Teilchen wirksam ist, so kann dadurch offenhar ein zu
grof3es Durchdringnngsverniogen rorgetauscht werden , denn die
Wahrscheinlichkeit w , ~ , daB von ?a auf ein Zahlrohr gerichteten
Teilchen mindestens eines den Absorber durchdringt, wiichst mit n.
Ilieser Einwaucl konnte auf zweierlei Weise experimentell widerlegt
werden.
1) B. R o s s i u. S. D e B e n e d e t t i , Ric. Scient. 5. S.379. 1934; A. D r i g o ,
ebenda 6. S. 529. 1935.
2) B . R o s s i u. G. A l o c c o , Rendic. Accad. dei Linc. 21. S. 167. 1935.
3) B. R o s s i , Actualitds scient. et industr. No. 248, Paris 1936. - Auch
J. N. H u m m e l (Naturwiss. 22. S. 170. 1934) hat sclion vermutet, dafi die beiden
Maxima der Rossikurve zu verschiedenen Komponentcn der Primtirstrahlung
gehiken.
174
Biznaben der Physik. 5. Fobge. Band 32. 1938
Bezeichnet
CI
den Sbsorptionskoeffizienten fur einzelne Teilchen,
x die Schichtdicke des Absorbers, so ist
w , ~= 1 - (1 - e c a X ) n ,
Berucksichtigt man, da8 n statistisch urn einen Mittelwert m schwankt,
so wird darnus
2
W
-'
ll
tun
??1
~
n!
e-
?n
= 1 - e-
- a x
7)le
.
=I
Der Proportionalitatsfaktor ergibt sich aus der Redingung w = 1
f u r z = 0:
1W =
-ax
e--me
1 - e-m
Die Walirscheinlichkeit einer
Zweifachkoinzidenz ist dann w 2 ;
diese theoretische Absorptionskurve ist f u r einige Werte m
in Abb. 11 dargestellt. Durch
Vergleich mit den gemessenen
Abb. 11. Theoretische AbsorptionsAbsorptionskurven (Abb. 5 ) erkurven bei verschiedener Strahlendichte
kennt man sofort, dafl m nicht
vie1 von 1 verschieden sein Imnn.
Ein anderer Versuch bestand darin, da6 jedes der beiden unteren
Zahlrohre ersetzt worde durch zwei vom halben Durchmesser und
derselben LAnge, wahrencl das obere Zahlrohrpaar blieb. Es wurden
mit den zwei weiten Zahlrohren die Dreifachkoinzidenzen, mit den
vier engen die Fiinffachkoinzidenzen gezahlt, beide Male ohne Absorber. Das Verhaltnis 5 : 3 fach-Koinzidenzen ergab sich zu Y = 0,05
nsch einer kleinen Korrektion f u r die Ansprechwahrsclieinlichkeit
der Zahlrohre, die nicht ganz 1 war. Theoretisch berechnet man
leicht nacb der P o i s s o n schen Formel
Hieraus folgt na = 0,9.
Es sind also stets nur wenige harte Sehauerteilchen, welche
eine Koinzidenz hervorrufen, und der obige Einwand ist hinfallig.
K . Schnzeiser u. W . Bothe. Die harten U Z ~ r a s ~ r ~ h ~ ~1'75
c~zu~e~
12. SchluBbemerkungen
Die vorstehend beschriebenen Messungen zeigen, dab es sicli bei
der sekundaren Teilchenstrahlung der Ultrastrahlung um eine recht
zusammengesetzte Erscheinung handelt. Man hat es im allgeineinen
mit mindestens drei verschiedenen Vorgangen zu tun: weichen und
harten Schauern aus dem Sekundarstrahler uncl Schauern aus cler
Atmosphare. Diese Vorgange sind auf experimentellem Wege nur
unvollkommen zu trennen, dadurch ist die quantitative Deutung
solcher Messungen sehr erschwert. Als Beispiel sol1 die vollstandige
Analyse einer typischenRossikurve angedeutet werden (Abb.4,9. = 7 O) ').
Zunachst kann man an Hand der Versuchsgeometrie abschatzen,
welcher Bruchteil der ohne den Sekundarstrahler wirltsamen Luftoder Deckenstrahlen an dem Sekundarstrahler vorbeilauft. I n dem
O d e des Sekunda+strah/ers
Abb. 12. Analyse einer Rossikurve (schematisch)
betrachteten Falle waren dies schiitzungsweise 40
Diesen Bruchteil
haben wir von der Anfangsordinate der Kurve zu nehmen und fiir
alle Schichtdicken abzuziehen (a, Abb. 12). Der verbleibende Bruchteil der Anfangsordinate stellt aubere Schauer dar, welche durch den
Sekundarstrahler hiudurchgehen miissen und dabei etwa nach Ma%gabe der Absorptionskurve Abb. 5 e geschwacht werden (b, Abb. 12).
Nach Abzug von u und b erhalt man die vom Nulleffekt befreite
Rossikurve c, welche nun in zwei Anstiegskurven des einfachen Typs
zerlegt werden kann, entsprecliend den weichen (w)und den harten
Schauern (h), letztere einschlie6lich der tertiiiren weichen Schauer
(Ziff. 8). Man erkennt aus dieser Zerlegung, da6 schon in der Gegencl
1) Hierbei sind etwaige Zwischenstrahlungen oder Kaskadenvorgange
nicht berucksichtigt; solche wiirden das Schema nocli verwickelter macheu.
l7G
A?z)ialcn der Physik. 5. Folye. Band 32. 1938
des ersten Maximums ein erheblicher Anteil an liarten Schauern
mitgemessen werden kann, urn 60 mehr, je kleiner der Divergenzwinkel, je leichtatomiger der Sekundarstrahler nnd j e starker die
Vorfilterung der Primsrstrahlung ist. Dies zeigen in der Tat auch
die Absorptionskurven Abb. 5a und c.
Auf die quantitative Dnrchfdhrung solcher Analysen an den
einzelnen Messnngen m i d , wie gesagt, verzichtet werden. Jedoch
bleiben die hier aus den Messungen gezogenen Schliisse clavon unberiihrt, wie man sich von Fall zu Fall iiberzeugt.
Wahrend der Entstehungsmechnnismus der weichen Schauer
heute in1 wesentlichen geklart sein diirfte l), konnen fiber die harten
Schauer nur Veirmutuogen ausgesprochen werden. Nicht nur die
erzeugende liarte Primairkomponente, sondern auch die liarten
Schauer selbst haben ein so l10hes Durchdringungsvermogen, daI3 sie
schu er als Elelitronenstrahlen gedeutet werden lrijnnen. T'ielleicht
hat man es init Teilchen der neuerdings von niehreren Seiten Irehaupteten Art zu tun, deren Masse zjviscben tlenen des Protons uncl
des Elektrons hegen sol12). Rlau konnte auch bei den harten Schauern
a n eiuen Zusiimmenhang niit den von H e i s e n b e r g 3 ) vorausgesagten
.,Explosionsschauern~'denken, o h oh1 diese nicht die charakteristische
geringe Winkeldivergenz zu haben scheinen9.
Da sowoh1 die harte wle die weiche Primarkomponente im Endeffekt zu denselben weichen Sehauern fiihrt (Ziff. 8)9, er6Enet sich
yon hier aus vielleicht ein neuer Zugang zu dem Problem des Zusammenhanges der beiden Prirn:hrlromponenten.
13. Zusammenfassung
1. Durch Koinzidenzversuclie (Ziff. 2) wird die besondere Art
von Ultrastrahlschauern untersncht, welche sich in folgenden Punkten
von den gewohnlichen Schauern untersoheiden:
a) Sie besitzen ein mehrmals groberes Durchdringungsvermogen
(Ziff. 3, 4, 6, 8, 11).
I) H. J. B h a b h a u. W. H e i t l e r , Proc. Roy. Soc. London (A) 159. S.432.
1937; J C. C a r l s o n u. J. R. O p p e n h e i m e r , Phps Rev. 61. S. 220. 1937.
2) S. H. N e d d e r m e y e r u. C.D. A n d e r s o n , I'hys. Rev. 51. S. 884. 1937;
J. C . S t r e e t u. E. C. S t e v e n s o n , Phys.Rev.61. S.1008. 1937; 62. S. 1003. 1937.
3) W. H e i s e n b e r g , Ztschr. f. Phys. 101. S. 533. 1936.
4) M. B l n u u. H. W a m b a c h e r , Nature 140. S. 585. 1937.
51 Schon die interessanten Versuche von A. S c h w e g l e r (Ztschr. f. Phys.
96. S. 7Off. 1935) lassen sich dahin deuten, dal3 die harte Primiirkomponente
sich letzten Endes in die gleichen weichen Schaner umwandelt, wie man sie
der weichen Primarkomponente zuordnet.
I<. Schmeiser u. W . Bothe. Die harten Ultrastrahlschauer
177
b) Sie streuen uber erheblich kleinere Winkel (Ziff. 4, 5 , 6).
c) Die Abhiingigkeit der Schauerintensitat vom Material cles
Sekundarstrahlers ist schwacher; sie geht angenaihert mit 2 (statt Z 2,
pro Atom (Ziff. 9).
d) Die harten Schauer werden durch die harte Komponente der
primaren Ultrastrahlung erzeugt , die weichen Schauer durch die
weiche Komponente (Ziff. 10).
2. Die harten Schauer wandeln sich in Materie in die gewohnlichen weichen Schaner urn (Ziff. S).
3. Auch in der freien dtmosphiire treteii harte Schauer auf, die
auf fioinzidenzmessungen einen bisher niclit beachteten EinfluB ausiiben (Ziff. 7 , 12).
H e i d e l b e r g , Institut fur Physik am Kaiser Wilhelni-Institut
fur med. Forschung, Dezember 1937.
(Eingegangen 17. Dezernber 1937)
Annalen der Physik. 5. Folge. 32.
12
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
848 Кб
Теги
die, ultrastrahlschauer, harten
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа