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Die ladende Wirkung der Rntgenstrahlen.

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140
5 . D i e ladende Wirkung der Rbntyenstrahlen I);
von E a r l Hahn.
Einleitung.
Unter den elektrischen Wiirkungen der Rontgenstrahlen
sind zwei heute allgemein anerkannt: die ionisierende und die
entladende Wirkung. Doch ist man dariiber noch sehr geteilter Meinung, ob Rontgenstrahlen imstande sind, einen
neutralen Korper, den sie treffen, elektrisch zu laden.
F u r die Entstehung positiver Ladung sprechen von vornherein die Versuche S a g n a c s a ) und Dorns3), die unter den
sekundaren Rontgenstrahlen Kathodenstrahlen gefunden haben,
also Strahlen, die negative Elektrizitat mitfuhren. Righi4)
fand bei seinen Versuchen uber die entladende Wirkung, daB
positiv und negativ geladene und selbst neutrale Korper so
beeinfluBt werden, daB sie schlie6lich eine positive Ladung
zeigen. B o r g m a n n und Gerchun5), ebenso wie B e n o i s t
und H u r m u z e s c u 6 )konnten keinerlei Ladung finden. Letztere
griffen R i g h i sogar heftig an, ohne da6 jedoch einer von dem
1) Auszug aus der GieSener Dissertation. (Des. 1904.)
2) G. Sagnacs, Journ. d. Phys. (4) 1. p. 13. 1902; Beibl. 26.
p. 509. 1902.
3) E. D o r n s , Archiv Nkerl. (2) 6. p. 595. 1900; Beibl. 26. p. 316.
1901; Abh. d. naturf. Gesellsch. zu Halle 22. p. 39. 1900; Beibl. 24.
p. 576. 1900.
4) A. R i g h i , Rendic. R. Acc. delle Sciente Bologna (5) 5. p. 725.
1896; Rendic. R. Acc. dei Lincei (5) 5. p. 143. 1896; Beibl. 20. p. 451. 1896.
5) J. Borgmann u. L. G e r c h u n , Compt. rend. 122. p. 378. 1896;
Beibl. 20. p. 453. 1896.
6) L. Benoist u. D. Hurmuzescu, Compt. rend. 122. p. 779.
1896; Beibl. 20. p. 455. 1896.
Larlende W?rkung der Hontgenstrahlen.
141
anderen iiberzeugt wurde. Minchin *) bekam teils positive,
teils negative Ladung, namlich:
+ Fe,
Pt, Cu, Al, Au, Ag.
- Na, Hg, Sn, Pb, Zn.
P e r r in2) konnte ebenfalls keine Ladung finden. Dagegen veroffentlichte Thornsons) vor kurzem eine Bemerkung, in der
er mitteilte, daB ein positiv geladenes Goldblattelektroskop in
hohem Vakuum noch mehr divergierte, wenn Rijntgenstrahlen
clarauf fielen. Vorher negativ geladen, fielen die Bllittchen
heim Bestrahlen zusammen und zeigten dann positive Ladung.
Die Ansichten sind also recht verschieden. Wie wenig
die Sache geklart ist, sieht man daraus, da6 T h o m s o n seine
einzelne Beobachtung als bemerkenswert veroffentlicht. Ich
habe nun versucht, die Frage zu lijsen. Die Veranlassung
dazu bot mir der Umstand, da8 ich zufallig auf einem von
Rontgenstrahlen getroffenen, isolierten Metallschirm positive
Ladung fand.
I. Allgemeines.
1. T h e o r e t i s c 11 e 8 .
1st das Entstehen einer positiven Ladung iiberhaupt moglich? Die Rontgenstrahlen sind elektromagnetische Impulse,
die von der von den Kathodenstrahlen getroffenen Anode
(Antikathode) ausgehen. Auf seinem Wege durch den Raum
wird der Impuls absorbiert. Die Absorption besteht darin,
dab durch die Energie des Strahles Elektronen, die auf
seinem Weg liegen, zum Mitschwingen veranlaBt werden. Bei
periodischen Wellen ist dieses Mitschwingen an Resonanz gebunden, d. h. bei ihnen muB die Schwingungsdauer der Welle
mit der Eigenschwingungsdauer des Molekuls oder Elektrons
ubereinstimmen. Bei den Rontgenstrahlen kommt Resonanz
nicht in Betracht, da es sich nicht um periodisch wirkende
Krafte handelt. Trifft also ein Impuls auf ein Elektron, so
1) G. hl. Minchin, The Electrician 36. p. 36. 1896; Beibl. 20.
p. 458. 1896.
9 ) E. P e r r i n , Eclair. Electr. 7. p. 545. 1896; Beibl. 20. p. 717. 1896.
3) J. A. Thomson, Cambr. Proc. 12. p. 312. 1904; Beibl. 28.
p. 740. 1904.
142
K. Hahn.
bekommt dieses einen kraftigen StoB, mag die Schwingungsdauer des Elektrons groB oder klein sein. E s nehmen somit
alle Ionen an der Absorption teil und nicht nur einzelne
Gruppen wie bei den anderen Strahlen.
Wie erklart sich aber dann das groBe Durchdringungsvermagen der Strahlen? Offenbar nur dadnrch, daB die Rontgenstrahlen eine sehr viel gro6ere Energie mitfiihren als die
anderen Strahlen. Sie kijnnen also schon eine betrachtliche
Absorption erleiden und trotzdem noch stark genug sein, urn
wahrgenommen zu werden.
Die Absorption von Strahlen gr6Berer Impulslange die in der Regel nur wenig Energie mitfuhren, weil sie aus
Kathodenstrahlen entstehen, die nur rerhaltnismaBig geringe
Geschwindigkeit habena - wird nichts anderes zur Folge haben,
als daB die Elektronen zu heftigeren Schwingungen veranla6t
werden. Dies kann sich in der Ausstrahlung von Licht oder
ultravioletten Strahlen bemerkbar machen.
1st der Impuls dunner, so kann er bei einer gewissen
GroBe soviel Energie abgeben als Arbeit notig ist, urn den
Atomverband zu zertrummern. Es entstehen freie positive und
negative Ionen. Der Vorgang heiBt Ionisation.
1st die abgegebene Energiemenge noch grijBer, so ist ein
UberschuB vorhanden, der dann dazu verwandt wird, dem befreiten Elektron eine gewisse Geschwindigkeit zu erteilen. An
der Oberflache des getroffenen Korpers kann dies zur Ausstrahlung von Elektronen fuhren, zu Kathodenstrahlen in
weiterem Sinne. Die ins Innere eindringenden Strahlen k6nnen
die Entstehung neuer Strahlen dadurch bewirken, daB die bei
der Befreiung mit groBer Geschwindigkeit versehenen Elektronen auf Molekiile trefTen und so InduktionsstoBe hervorrufen. Jedenfalls werden die ausgestrahlten Elektronen nur
zum geringeren Teil aus dem Innern kommen. Damit lieEe
sich erklaren, daB in der Sekundarstrahlung sehr weiche
Rontgenstrahlen und Strahlen vorkommen , die elektrische
Ladung mit sich fuhren. Beriicksichtigt man, daB die negativen
Elektronen eine sehr viel kleinere Masse haben als die positiven
Ionen, so muB nach dem Vorausgegangenen als sicher angesehen werden, daB mehr negative als positive Ionen ausgesandt werden. Das Vorhnndensein negativer Elektronen in
Ladende l irkung der Kb'ntgemtrahlen.
143
der Sekundiirstrahlung weist notwendig darauf hin. Wird also
ein UberschuB von negativen Elektronen ausgesandt - es kann
sich nur um einen UberschuB handeln, d a hier im Gegensatz
zu den ultravioletten Strahlen auch eine Zerstreuung positiver
Ladung bemerkt worden ist -, so wird eine isolierte Platte
notwendig ein positives Potential zeigen mussen.
2. Erste Beobachtungen.
Eine positive Ladung fand ich zufallig. Die Rontgenrohre
befand sich in einem Bleikasten, dessen Ofnung nicht, wie
sonst wohl stets iiblich, mit Aluminiumfolie verschlossen war,
sondern die Strahlen traten frei durch die Offnung aus. Isolierte
Metallplatten zeigten bestrahlt stets positive Ladung und hedeutendes Potential. Eine Anderung trat nur ein, wenn den
Strahlen kein freier Austritt gestattet wurde. Wenn ah0 der
VerschluB der Offnung, durch die die Strahlen austraten, einen
EinfluB auf die Ladung der Platte ausiibte, so war das zunilchst liegendste, an eine elektrostatische Wirkung zu denken.
1st der Kasten nicht vollstandig geschlossen, so ist die Moglichkeit vorhanden, daB eine Ladung im Innern influenzierend auf
eine Metallplatte auSen wirkt.
Es ware denkbar, da6 durch eine unsymmetrische Stellung
der Platte zu den beiden Elektroden der Rohre der influenzierende E i d u B eines Poles den des anderen uberwiegt. Ich
habe jedoch uberhaupt keinen inhenzierenden EinfluB bemerkt,
wenn ich eine groBe Metallscheibe an die Stelle der Rohre
brachte, sie mit dem einen Pol des Induktorinms verband uud
Funken von dem anderen auf die Platte springen lieB. Eine
andere Moglichkeit ware die, daB die Kathodenstrahlen, die
nicht auf die Antikathode auftreffen, eine negative Ladung der
Glaswand bewirkten. Abgesehen davon, da6 sich dann negative
Ladung im Galvanometer oder Elektrometer bemerkbar machen
miiSte, war auch kein EinfluB zu konstatieren, wenn die Platte,
die an Stelle der Rohre gebracht wurde, mit einer Influenzmaschine geladen wurde. Wurde die Offnung, aus der die
Strahlen austraten, mit einer Glasplatte verschlossen, so wurde
die Ladung schwacher, sie verschwand nahezu ganz, ah das
Glas eine Dicke von 1-2 cm erreicht hatte.
144
K. Hahn.
Es spricht also alles dafur, daB es sich um ein von den
Strahlen selbst hervorgerufenes Potential handelt. DaB dies
theoretisch moglich ist, habe ich schon oben erortert. Auch
bei den lichtelektrischen Erscheinungen handelt es sich urn
Ausstrahlung von Elektronen. Der Unterschied ist nur der,
da6 sich hier Resonanzwirkung bemerkbar macht und daher
reine Ober5ache und bestimmte Metalle erforderlich sind, um
eine Wirkung zu zeigen , wabrend bei den Rontgenstrahlen
alle Korper eine Beeinflussung erfahren mussen, die zudem
infolge der grB6eren Energie, die sie mitfuhren, eine intensivere sein muB.
3. Wirkung d e r S e k u n d l r s t r a h l e n .
Nach obigen Ausfuhrungen mu6 die Ausstrahlung der
Elektronen zum weitaus groBten Teil an der Oberflache stattfinden. Treffen die Strahlen auf eine Metaliplatte, so werden
sie absorbiert. Sie werden urn so mehr durchgelassen, j e geringer die Dicke der Platte ist. Wenn aber die Strahlen an
der Riickseite austreten, so ist es moglich, daB auch hier
Elektronen ausgesandt werden. Dies mu6 eintreten, wenn die
Strahlen nur so wenig geschwacht werden, da6 sie noch genugend Energie mitfiihren, um Elektronen auszusenden.
Betrachten wir nun die Wirkung eines sehr dilnnen
Aluminiumscheibchens, wie es als Verschlu6 der Offnung des
Bleikastens gewohnlich verwandt wird. Es hat den Zweck,
die Strahlen zu filtrieren, d. h. einheitlicher zu gestalten und
sol1 zugleich elektrische Ein5iisse abschirmen. Eine solche
Folie ist fast stets benutzt worden und gerade ihre Anwesenheit scheint mir die Ursache davon zu sein, daB uber die
ladende Wirkung der Rontgenstrahlen so widersprechende Ansichten herrschen. Die Folie sendet, wenn sie von den Strahlen
durchsetzt wird, nach beiden Seiten Sekundarstrahlen und insbesondere Kathodenstrahlen aus. Die Aussendung der Kathodenstrahlen ist, da die E'olie abgeleitet ist, nicht durch elektrostatische Anziehung der zuruckbleibenden positiven Ladung
gehemmt. Sie ist sehr intensiv, da die Folie nur wenig von
der Rohre entfernt fst. Steht nun hinter der Folie die zu
ladende Platte, so wird die Wirkung der Strahlen noch
Ladende Wirkung der Rontgenstrahlen.
145
geringer sein, als an der Riickseite der Folie, denn die Wirkung
nimmt natiirlich mit der Entfernung ab. Zwischen Folie und
Platte befinden sich sehr viele negative Elektronen. Diese
werden nun 1. auf die Platte zum Teil auftreffen, 2. infolge
des elektrischen Feldes der Ausstrahlung von Elektronen entgegenwirken und 3. infolge der Anziehung die positive Elektrizitat in der Platte zuriickhalten, so daB das Potential, elektrometrisch gemessen, kleiner erscheint. Diese Umstande konnen
die Ladung so beeinflussen, daB sogar negative Ladung auf
der Platte entsteht. Jedenfalls hangt dies wesentlich von der
Entfernung der Folie von der Rohre und der zu ladenden
Platte ab, in zweiter Linie von den Grobenverhaltnissen von
Platte und Folie. Eine dicke VerschluSplatte kann die Energie
leicht so sehr schwachen, dab die ladende Wirkung vollstandig
verschwindet.
Die Richtigkeit dieser Ansicht habe ich experimentell
nachweisen konnen. Ich habe die Offnung des Bleikastens,
in dem sich die Rohre befand, mit einer sehr diinnen Aluminiumfolie verschlossen und in geringer Entfernung davon
(ca. 5 cm) eine Aluminiumplatte gebracht. Es ergab sich eine
geringe negative Ladung. Mit zunehmender Entfernung verschwand die Ladung der Platte, urn schlieSlich in eine geringe
positive Ladung iiberzugehen.
Der zweite Beweis ergab sich aus folgendem Versuch.
Die Offnung des Bleikastens konnte durch verschiedene Gitter
verschlossen werden. Sie betrug 12 x 12 cm. In variablem
Abstand von dem Gitter befand sich eine Metallplatte, die
durch das Gitter hindurch bestrahlt wurde, uud deren Ladung
durch ein d’Arsonvalgalvanometer beobachtet wurde. Das
Gitter war geerdet. Tab. 1 zeigt, wie die Ausschlage und
damit auch, wie die Ladung bei den dichteren Gittern zuriickgeht. Die Verringerung des Ausschlages ist auffallend. Die
Verringeriing der Intensitat der Strahlen durch die Absorption
des Gitters ist bei 0,l mm Drahtdicke zu vernachliissigen. Eine
elektrostatische Wirkung ist, wie oben erwahnt, ausgeschlossen.
Die Ausschlage schwanken vielfach, doch ist dies bei den
Stromschwankungen der Rohre nicht anders zu erwarten. Die
Kontrolle am SchluS zeigt, daB es wohl erlaubt ist, aus
der Tabelle den SchluB zu ziehen, daB durch die SekundarAnnelen der Physik. IV. Folge. 18.
10
K . Hahn.
146
strahlen die Ladung eines Metalles gehemmt, das Potential
erniedrigt wird.
T a b e l l e 1.
Entfernung vom Gitter
-
..
~
Ohne Gitter
_-,
Gitter aus verailbertem Draht,
0,1 mm dick,
1,5 cm Maachenweite
Dasselbe doppelt
Gitter aus dickem, verzinktem
Eisendraht ca. 1,5 cm
Dasselbe doppelt
I
_-_
Gitter
aus Eisendraht
_-_,
1 cm
Gitter aus versilbertem Draht,
wie oben 1,5 cm
Dasselbe, 2,5 cm
Dasselbe, 4 cm
-
;)1-
9
I
~
,
~
~
Ohne Gitter
Mit AbschluB dieser Qersuche schien mir bewiesen, daB
jede Metallplatte, die von Rontgenstrahlen so getroffen wird,
daB sie nur wenig Sekundarstrahlen ausgesetzt ist, eine positive Ladung annimmt. Damit habe ich die ladende Wirkung
der Rontgenstrahlen konstatiert, die R i g h i l) schon behauptet
hat, die ihnen aber von allen anderen Seiten abgestritten
worden ist. Eine solche Wirkung war auch nach der sonstigen
Ubereinstimmung mit den ultravioletten Strahlen zu erwarten.
Der einzige Unterschied muBte darin bestehen, daB die Wirkung
der Rontgenstrahlen intensiver und nicht auswiihlend ist.
Ich stellte mir nun die weitere Aufgabe, die ladende
Wirkung der Rontgenstrahlen eingehender zu untersuchen.
Natiirlich konnte ich nicht darauf abzielen, die GroBe der
Ladung genau zu bestimmen, denn j e nach den Bedingungen
echwankt das Potential einer Metallplatte zwischen Null und
1) A. Righi, 1. c.
Ladeende Wirkung der Rontgensfrahlm.
147
einigen 100 Volt. Aber eine Untersuchung des Einflusses der
Dicke, der QroBe , des Materials, der Oberfliichenbeschaffenheit der Platten, der Dauer der Bestrahlung, der Entfernung,
der Art der Strahlen etc. hielt ich fur lohnend , besonders
nachdem ich zur Aneicht gekommen war, daB nur die Sekundiirstrahlen die Ursache fiir die widersprechenden Arbeiten iiber
die ladende Wirkung gewesen sind. Bei der Versuchsanordnung war also vor allen Dingen dafur zu sorgen, daB in der
Strahlrichtung alles ferngehalten wurde, was Sekundarstrahlen
aussenden konnte.
11. Verauchaanordnung.
Bei den Versuchen wurden verschiedene Rbhren benutzt.
Zumeist war eine mittelharte Rohre in Thtigkeit, bei der die
Funkennebenstrecke zwischen Kugeln von 1cm Radius 3,O cm
betrug. Sie wurde von einem Induktorium gespeist, das bei
36 Volt Spannnng seine maximale Schlagweite von 30cm erreichte. Ich arbeitete gewbhnlich mit 20 Volt Spannung (ca.
Quecksilberstrahlunterbrecher
~' ,,,,j
, ,
Pen,lolunterbrerher
Fig. 1.
3 Amp. Primiirstromstiirke). Als Unterbrecher diente ein Quecksilberstrahlunterbrecher. Das Induktorium war mit einem
Drahtnetz umgeben. Die Rohre befand sich in einem Holzkasten, der auBen mit 2mm dicken Bleiblech umgeben war.
Es ist wohl erlaubt, anzunehmen, daB auf der Ruckseite dieses
Bleches keine Ausstrahlung mehr stattfindet. I n der vorderen
Wand befand sich eine Offnung 4 cm breit, 8 cm hoch. Dnrch
10*
148
,
K. Zlahn.
sie traten die Strahlen aus. Alle Hiillen waren zur Erde abgeleitet.
Es war auberordentlich wichtig, die Ausstrahlung der
Rohre moglichst konstant zu erhalten, denn es ist j a bekannt,
dab das Vakuum einer Rohre mit dem Gebrauch hoher wird,
was eine Veranderung der Strahlen nach sich zieht. Ich suchte
diese Gefahr dadurch abzuwenden, daB ich eine ganz kurze
Bestrahlungsdauer wahlte, die durch einen Pendelunterbrecher
reguliert wurde.
Vor der Offnuag des Eastens befand sich (meist in einer
Entfernung von 30 cm) die zu bestrahlende Platte. Wie nicht
anders zu erwarten war, blieb die Strahlung bei den einzelnen
Stromdurchgangen nicht stets dieselbe. Die Ladung schwankte
in demselben Verhiiltnis wie der Strom. Um nicht gezwungen
zu sein, aus sehr vielen, wenig iibereinstimmenden Messungen
Mittelwerte zu bilden, fiihrte ich noch eine zweite, eine Vergleichsplatte ein. Die beiden Platten waren von ungefAhr
gleicher Grobe. Sie waren ubereinander in ca. 2 cm Abstand
voneinander symmetrisch zur Rohre angeordnet. Sie wurden
beide zugleich bestrahlt , ihre Potentiale gemessen und deren
Verhaltnis gebildet , das unabhangig von den Stromschwankungen sein mubte.
An einem Rahmen aus Eichenholz (40 cm hoch, 50cm
breit) befanden sich vier Ansatze von je 15cm Lange und
zwar waren zwei auf jeder
Seite so eingesetzt, daS sie
einen gegenseitigen Abstand
..............
von 8 cm besaben. I n der
Mitte des Rahmens blieb
.............
so ein freier Raum von
20x40 cm. An den Enden
......
der vier Stabe befand sich
je ein kleiner Ambroit-(Bernstein)Ansatz, in den eine
Messingschraube eingelassen
Fig. 2.
war. An dime Schrauben
konnten Metallplatten angeschraubt werden, von einer Form, wie sie in Fig. 2 abgebildet jst.
Die Platten waren auf diese Weise sehr gut isoliert. Alle Holz.
Ladende Wirkuny der Rontyenstrahlen.
149
teile waren mit Stanniol umwickelt und zur Erde abgeleitet.
Der Apparat wurde so aufgestellt, daB nur der mittlere Teil,
an dem sich die eigentlichen Platten befanden, direkt getroffen
wurde. So wurde die Sekundarstrahlung, soweit es moglich
war, vermieden. E s xeigte sich, dab die Rontgenstrahlen nicht
nur von der Antikathode ausgingen, sondern auch von der
Glaswand der R6hre kamen. Allerdings ubertraf die Wirkung
der ersteren die der letzteren bei weitem. Das Potential der
Platten wurde nur zu Anfang galvanometrisch, spater elektrometrisch gemessen.
Bei galvanometrischer Beobachtung war die Leitfahigkeit
der ionisierten Luft gegen die Leitfahigkeit (bez. Widcrstand)
des Galvanometers zu vernachlassigen. Bei elektrometrischer
Messung dagegen konnte sich ein EinfluB bemerkbar machen.
Der Ladungsverlust ist proportional dem Potential. Um diesen
Verlust zu verringern, schaltete ich zu jeder Metallplatte noch
einen Kondensator von 275 ern Kapazitat. Es hatte sich namlich ergeben, daB die Strahlen auf den getroffenen Metallplatten nicht stets ein bestimmtes Potential, sondern ungefahr
die gleiche Elektrizitiitsmenge erzeugten. Versuche mit Kondensatoren, deren Kapezitiiten zwischen 430 und 10 cm schwankten,
hatten gezeigt, daB zwar das Produkt G . P mit zunehmendem
Potential abnahm - dies ist dem EinfluB der ionisierten Luft
zuzuschreiben -, daB aber das Potential in ganz auffallender
Weise mit der Abnahme der Kapazitiit wuchs. I n einem
Falle stieg das Potential von ca. 0,6 Volt bei 430 cm Kapazitiit
auf ca. 16 Volt bei 10 cm Kapazitat. Um die Ladungsverluste
moglichst gering zu machen, benutzte ich zu alleu Messungen
einen Kondensator von 275 cm Kapazitat.
Ich untersuchte nun den EinfluB der ionisierten Luft
nach SchluB der Bestrahlung. Eine Metallplatte war mit dem
Kondensator und dieser mit einem Quadrantenpaar des Elektrometers verbunden. Ich bestrahlte die Platte und hob die
Verbindung zwischen Platte und Kondensator nach verschiedenen Zeiten auf. Wie aus der Tab. 2 hervorgeht, nimmt die
Ladung nicht nur nicht ab, sondern sogar zu. Es erklart
sich dies daraus, dab die in den Raum hinaus geschleuderten
Elektronen eine gewisse positive Elektrizititsmenge in den
Platten zuriickhalten. Diese flieBt aber nach dem Konden-
150
1% Hahn.
Unterbrochen nach
Schld3 der Bestrahlung
~~
~~
-
Ausschlag
~~
194 Skt.
Sofort
1 Sekunde spiiter
191
200
219
Sofort
183
77
'1%Sekunde spater
7)
3 Sekunden spilter
Sofort
1 Sekunde spater
Nicht unterbrochen
186
213
183
196
203
7)
9)
,,
17
>7
9)
77
)l
97
Platte
Fig. 3.
heben. Dies wurde dadurch erreicht, da% der Pendelunterbrecher, der aus einem Stift bestand, der in Quecksilber
tauchte, verdreifacht wurde, d. h. es wnrden drei isolierte
Aadende Wirkung der Rontgenstrahlen.
151
Stifte angefertigt, die in drei isolierte Quecksilbernapfetauchten.
So wurde StromschluS und die Verbindung von Platten mit
Kondensatoren und Elektrometer zu gleicher Zeit hergestellt.
Die beiden Kondensatoren standen ihrerseits mit je einer
Wippe in Verbindung, die ermiiglichte, den Kondensator mit
einem Quadrantenpaar zu verbinden oder das Quadrantenpaar
zur Erde abzuleiten. Ein dritter Kontakt ermiiglichte die
Erdung des Kondensators. Kondensatoren und Wippen waren
in einem Holzkasten sufgestellt, in dem sich Chlorcalcium befand. Die Wippen konnten durch Schnuren und Federn von
auBen umgelegt werden. Auf diese Weise war alles vorzuglich isoliert. Die Ausschlage des Elektrometers wurden auf
einer 2,50 m entferaten Skala mit Fernrohr abgelesen. Die
Nadel des Elektrometers war meist auf 30 Volt durch eine
Akkumulatorenbatterie geladen.
Die Beobachtungen geschahen in folgender Weise. Die
Kondensatoren wurden mit den Quadrantenpaaren verbunden.
Die Kapazitiit betrug zusammen ca. 320 cm. Dam wurde
der Pendelunterbrecher geschlossen und damit die Rohre in
Tatigkeit versetzt. Gleichzeitig damit war die Verbindung
zwischen Platten und Kondensatoren hergestellt. Es waren
also Platte, Kondensator und Quadrantenpaar miteinander verbunden. Sie luden sich wahrend der Bestrahlung auf. Mit
dem Offnen des Pendelunterbrechers wurde auch die Verbindung zwischen Platte und Kondensator wieder aufgehoben.
Das Elektrometer zeigte d a m zuerst den Differenzausschlag
der beiden Platten 5 - Ta. Durch Zurucklegen der einen
Wippe, namlich der von TI, wurde das eine Quadrantenpaar
geerdet und Pa das Potential der Vergleichsplatte allein ge- P , / P , oder auch q / P a mu6 unmessen. Der Quotient
abhangig von den Schwankungen der Strahlung sein, aber
charakteristisch fur den Unterschied der Potentiale der beiden
Platten bleiben.
<
111. EMnS der ionieierten Luft.
Uber den EinfluB der ionisierten Luft habe ich mich
schon oben verbreitet. Es geht aus den Versuohen hervor,
dab die Wirkung der ionisierten Luft, soweit sie in der Fortfuhrung elektrischer Ladung besteht, sich bei hbheren Poten-
152
K. Hahn.
tialen stark, bei geringeren ca. 1 Volt, aber nur wenig bemerkbar macht. Ich habe davon abgesehen, den EinfluB ganz
zu eliminieren, was z. B. dadurch moglich gewesen ware, daB
man die Abhangigkeit von P,/P. fur verschiedene Kondensatoren untersucht. Die Korrektionen, die an und fur sich
gering sind, sind bei der Vergleichsmethode ganz ohne Eindu6. Versuche im Vakuum habe ich nicht angestellt, weil es
nicht ausgeschlossen war, daB das Resultat durch Sekundarstrahlen beeinfluat wird, die von den Wanden des GefaBes
ausgehen. Meine Aufgabe ist aber die, die Abhangigkeit der
ladenden Wirkung der Rontgenstrahlen zu untersuchen, wenn
moglichst w e n i g Sekundarstrahlen die Jadung 6eeinfEzcssen konnen.
Ein anderer EinfluB der ionisierten Luft ist von vie1
gro6erer Bedeutung. Da die ionisierte Luft freie positive und
negative Ionen enthiilt, so gleicht sie einem Elektrolyten. I n
ihr kann, wie von verschiedenen Seiten festgestellt worden ist,
eine Potentialdserenz zwischen verschiedenen Metallen entstehen. Man konnte nun auf den Gedanken kommen, in dieser
Wirkung der Luft allein den Grund der positiven Ladung zu
suchen, da selbst in dem Falle, da6 nur ein Metall bestrahlt
wird, der Bleischirm, der die Rohre einhullt, a l s zweites Metall
wirken konnte.
Dies ist aber ausgeschlossen, denn 1. miiBte dann z. B.
Zink negative und Kupfer positive Ladung zeigen, 2. ware
nicht anzunehmen, daS sich Platteti auf ein hoheres Potential
als ca. 2 Volt laden wurden, tatsachlich habe ich Potentiale
von 10, 20, j a etlichen 100 Volt beo.bachtet, 3. durfte ein
Kondensator keine Erniedrigung des Potentiales bewirken,
4. miiBten verschieden groBe Metallplatten nahezu gleiches
Potential erhalten etc.
Schwierig ist aber die Frage, ob die Differentialmethode
noch bei Metallen verschiedener Art verwendet werden darf.
Von Arbeiten uber die Potentialdifferenz der Metalle in ionisierten Gasen will ich die von Winkelmann’), H i l l e r s a )
und von H o f m a n n und E x n e r 3 ) erwahnen. Erstere haben
1) A. Winkelmann, Wied. Ann. 66. p. 1. 1898.
2) W.Hillers, Wied. Ann. 68. p. 196. 1899.
3) K.A.Hofmann u. F. Exner, Boltzmann-Festschrift1904. p. 600.
Jadende Wirkung der Rontgenstrahlen.
153
Rontgenstrahlen , letztere Radium- und Poloniumstrahlen als
Ionisatoren benutzt.
W i n k e l m a n n glaubt aus seinen Versuchen schlieJ3en zu
mussen, daB es sich nicht um eine Wirkung handle, die direkt
durch die Strahlen hervorgerufen wird, sondern um eine Entladung der Ionen der Luft an den Metalloberflichen, also nicht
eine Wirkung der Strahlen, sondern des Gases. E s ist aber
noch lange nicht bewiesen, daB dies die einzige Bedingung
ist. Es w&re sehr gut denkbar, da6 Sekundarstrahlen ebenfalls diese Differenz bewirken konnten. Man wird in der Vermutung, da6 die Sekundiirstrahlen auch eine Rolle dabei spielen,
noch bestarkt , wenn man berucksichtigt , daB die Resultate
W i n k e l m a n n s , soweit die Potentialdifferenz in Betracht
kommt, noch Fehler aufweisen, die nur schwer durch Oherflachenbeschaffenheit allein zu erklaren sind.
Die Scheiben, d. h. die Metalle, die zuerst getroffen werden,
zeigen, wie aus seiner Tab. 1 hervorgeht, die Neigung, sich
positiv zu laden, was entschieden fur eine direkte Wirkung
der Strahlen spricht. Ferner ist sehr befremdend, daB die
Netalle nur au6erst geringe Differenzen zeigen, wenn sie beide
isoliert sind. Nimmt man hinzu, daS H i l l e r s , der die Arbeit
W i n k e l m a n n s fortgesetzt hat, indem er die Potentialdifferenzen in verschiedenen Gasen bei verschiedenem Druck maB,
selbst sagt, daB an manchen Tagen die Messungen aus unbekannten Grunden 80 groBe Schwankungen zeigten, da6 eine
Beobachtung nicht moglich war, so muB man wohl zu dem
Schlusse kommen, da6 noch ein zweiter wesentlicher Umstand
die Potentialdifferenz beeinflussen muB. Fiir einen solchen
halte ich die ladende Wirkung. Sehr betrachtlich wird sie bei
W i n k e l m a n n s Anordnung, nachdem die Strahlen ein Kupferund ein Aluminiumblech durchdrungen haben, nicht sein, fur
ihr Vorhandensein spricht aber, dab bei gleichen Metallen, das
zuerst getroffene Metall positive , das zweite Metall negative
Ladung zeigt. Auch E x n e r und H o f m a n n , die mit Radiumstrahlen arbeiten, konstatieren eine Potentialdifferenz, die z. B.
fiir Cu-Zn 0,78 Volt betragt.
Wenn also zwei Umstande die Potentialdifferenz beeinflussen, so erhebt sich die schwierige Frage, welcher Teil von
der ionisierten Luft und welcher von der Strahlung direkt
154
1% Bahn.
verursacht wird. Sollte es daher nicht vorteilhafter erscheinen,
die Differentialmethode ganz fallen zu lassen? Wenn aber
ein Metall allein bestrahlt wird, so kann jederzeit das Blei
des Kastens, in dem sich die Rohre befindet, das zweite Metall
liefern, und andererseits liefert die Differentialmethode Werte,
die von den Schwankungen der Rohre unabhangig sind. Beide
Umstande bestimmten mich, meist der Differentialmethode den
Vorzug zu geben.
Da W i n k e l m a n n die Abweichungen mit verschiedener
Oberflachenbeschaffenheit erklart hat, hielt ich es fur notwendig, zuerst die Abhangigkeit der Ladung von allgemeinen
Bedingungen, wie Entfernung, Oberflache und Dicke der Platten
zu priifen. Hier ist die Differentialmethode deshalb einwandsfrei, weil die Untersuchungen an Metallen derselben Art vorgenommen werden.
IV. Gleichartige Metalle.
1. Entfernung.
Da es sich um eine Wirkung von Strahlen handelt, so
sollte ohne weiteres das Gesetz der Abnahme indirekt proportional dem Quadrat der Entfernung gelten. Es ist jedoch
nicht ausgeschlossen, daS durch den Bleischirm oder andere
Leiter in der Nahe oder durch andere Umstande Komplikationen hervorgerufen werden.
Eine Untersuchung ergab folgendes : Eine Zinkplatte
wurde
Sek. lang bestrahlt und zeigte dann in 15,3 cm
Entfernung von dem Bleischirm eine Ladung von 1,82 Volt
(2378 Skt. Ausschlag). In 29,5 ern Entfernung ergab sich
0,85 Volt (= 1112 Skt.). Diese Werte sind als Mittelwerte
%us je 10 Messungen gewonnen. Es wurde keine Vergleichsplatte angewendet , weil dies eine peinlich genaue Einstellung
symlnetrisch zur Rohre erfordert hatte, und ein etwa daraus
entspringender Fehler unkontrollierbar gewesen ware. Wenn
das Gesetz gelten sollte, so muBte sich aus diesen Zahlen die
Entfernung der Rohre hinter dem Bleischirm berechnen lassen.
Es ergab sich eine Entfernung von 15,4 cm. In Wahrheit
war die Antikathode 15 cm entfernt.
Bei einer Bestrahlungsdauer von 0,03 Sek. wurde das
Ladende Wirkung d m Rontgenstrahlen.
155
Gesetz fur eine geringere Entfernung gepriift. Es betrug das
Potential in
5,5 cm Entfernung 1,86 Volt oder 2432
10,s
77
,,
22,o
7,
7,
0,91
0,38
7,
0
,,
Skt.
1193
7,
520
7,
7,
Addiert man zu der Entfernung den Abstand der Rohre
hinter dem Schirm, so miiBten fur diese Abstande P d a konstant sein, wenn das Gesetz gelten sollte. Es ergibt sich
Tabelle 3
d
2095
25,8
37,O
I
1
y;
I
0,38
V
Vale
~
~~~
-~
~~~
~
781
I
605
1
513
Eine Ubereinstimmung ist hier nicht vorhanden, die Werte
kommen aber einander ntiher, j e groBer der Abstand ist.
Es ergibt sich also, daB das Qesetz der Abnahme der
Wirkung indirekt proportional dem Quadrat der Entfernung
gultig ist von einer Entfernung von 15 cm vom Bleischirm.
In geringerer Entfernung macht sich entweder der Umstand
bemerkbar, daB die Strahlenquelle nicht pnnktfirmig ist , daB
sogar Strahlen von der Glaswand ausgehen, oder auch ein
EinfluB des Bleischirmes insofern, als der Weg der Elektronen
dann nur kurz ist bis zum Schirm, infolgedessen weniger freie
Elektronen in der Luft vorhanden sind, und somit die positive
Ladung in geringerem MaBe zuruckgehalten wird. Die Ladung
erscheint dann grober.
2. Oberflitchenbeschsffenheit.
Da die Ladung der Platten durch Abschleudern der
Elektronen von der Oberflgche bewirkt wird, so ist zu erwarten, daB die Oberfltichenbeschaffenheit einen gewissen Einflus ausubt. lch habe eine Untersuchung bei Zink durchgeftihrt. Als Vergleichsplatte wurde eine Zinkplatte gewtihlt,
die jedesmal fein abgeschmirgelt und mit Alkohol abgewaschen
war. Innerhalb der Versuchsreihe wurden die Platten zweimal
in ihrer Stellung vertauscht, damit nicht ein Fehler infolge
K. Haki.
166
unsymmetrischer Stellung entstunde. Die Bestrahlungsdauer
betrug 1 Sek. Ich gebe in nachstehender Tab. 4 Beobachtungen bei fein geschmirgeltem Zink gegen grob geschmirgeltes
Zink. Die Zahlen bedeuten Skalenteile, das ihnen entsprechende
Potential schwsnkt zwischen 0,8 und 1,l Volt bei einer Entfernung von 30 cm vom Bleischirm.
T a b e l l e 4.
1043
1200
1206
1040
1100
1164
1137
1012
1103
1152
1112
~
28
-3
12
25
1
~
0,997
1,
=
,,
= 1,010
,,
1,
Stellung der Platten gewechselt
1172
1250
1118
1068
1
1155
1218
1
22
32
20
1050
Stellung der Platten gewechselt
1148
1212
1132
1
I
1200
1122
,
10
16
12
10
Da die Ubereinstimmung der Messungen nicht sehr groS
ist, muBte aus mehreren Werten das Mittel genommen werden.
ills Mittelwert ergibt sich P, = 1,015 Pz, d. h. grob geschmirgeltes
Zink liefert ein nm 1,5 Proz. hiiheres Potential als fein geschmirgeltes.
In derselben Weise wurden andere Oberflgchen untersucht. Es ergab sich:
.
.
Grobes Zn liefert . .
oxydiertes Zn liefert .
etwas amalg. Zn liefert.
stark amalg. Zn liefert .
1,5 Proz. mehr als fein geschmirgeltes Zn
3,5 ,,
11
,l
7,
I,
9,
0,6 ,,
19
>7
1,
7,
2,2 ,,
7,
,, 11
71
7,
157
Ladende Wirkung der Rontgenstrahlen.
Die Erkliirung dafur, daB fein geschmirgeltes Zink stets
ein kleineres Potential zeigt, ist darin zu suchen, dal3 die
Unebenheiten der Oberfliiche die Ausstrahlung von Elektronen
begiinstigen kiinnen.
Um die Wirkung eines Isolators auf der Oberflache kennen
zu lernen, iiberzog ich die eine von zwei ganz gleichen Zinkplatten mit einer feinen Schicht Paraffin. Die Untersuchung
wurde genau wie vorher vorgenommen. Sie ergab folgendes
Resultat.
T a b e l l e 5.
1
v,
r;
~
~~
1120
1078
1223
~~
!
~~~
v1-
V2
~
~~~
1
1
~
1220
1200
1370
,
V,= 0,918 V2
- 100
- 122
- 147
,,
,,
= 0,900
7,
0,893
1,
=
Platten umgewechselt
1100
1060
1130
1020
1090
1113
I
1
1
1208
-108
1
1220
-160
- 163
1293
Platten umgewechselt
1
1220
1290
'
1
nach 30 Minuten
1310
-197
TI= 0,910 T 2
,, = 0,869
I,
= 0,874
71
!I
V,= 0,836 V,
,,
= 0,845
I
Vl
=
,,
0,850V2
An und fur sich bewirkt die Paraffinschicht schon eine
Erniedrigung des Potentials um ca. 10 Proz. Dann ist aber
such aus der Tabelle zu ersehen, wie die Differenz der
Potentiale groBer wird. Es kann dies einerseits daran liegen,
daB die Leitfiihigkeit des Paraffins mit der Dauer der Bestrahlung geringer wird. Dies hat schon T h o m s o n konstatiert
und ich habe mich selbst davon uberzeugt, dal3 Paraffin eine
geringe Leitfahigkeit beim Bestrahlen annimmt, und daB diese
Leitfahigkeit bei wiederholten Bestrahlungen geringer wird.
Die Abnahme der Leitfkhigkeit des Paraffins kannte dann die
Abnahme des Potentials bewirken. Mehr Wahrsoheinlichkeit
hat aber die Annahme fiir sich, daB Elektronen, die ins
Paraffin eingedrungen sind , yon diesem festgehalten werden
und so einen Teil der positiven Ladung der Platten binden.
158
I% Hahn.
Dafur spricht auch die Tatsache, dab nach einer halben Stunde
die Verhaltnisse noch ganz genau dieselben sind, wie bei der
vorhergehenden Bestrahlung. DaB wirklich Elektronen in das
Paraffin eindringen und festgehalten werden, kann man schon
daraus sehen, daB sich nach einigen Minuten noch ein negativer Influenzausschlag von mehreren Skalenteilen bemerkbar
machte.
Ein weiterer Versuch wurde mit Schellack angestellt.
Die eine Platte wurde mit einer auBerst feinen Schicht
Schellack uberzogen und in derselben Weise wie die vorige
untersucht. Es ergab sich ein ahnliches Resultat. Das Verhaltnis der Platten nahm nach zehn Bestrahlungen von
= 0,975 P, bis auf 5 = 0,953 P, ab.
Alle Versuche sind bei einer Bestrahlungsdauer von 1 Sek.
vorgenommen worden. Es laBt sich annehmen, daB die
Wirkung fur eine andere Dauer dieselbe ist. Uberraschen
mu8 aber der auf3erst geringe EinfluB, den bedeutende Unterschiede in der Oberflachenbeschaffenheit auf die Hohe des
Potentials ausuben. Die Rontgenstrahlen stehen hierin in
schroffem Gegensatz zu den ultravioletten Strahlen. Auf der
einen Seite ist eine peinlich reine metallische OberflBche erforderlich, auf der anderen ist es fast einerlei, ob eine dicke
Oxydschicht vorhanden ist oder nicht, j a die Oxydschicht liefert
noch ein hoheres Potential als die metallische Oberflache.
Nach diesen Resultaten scheint es mir noch unwahrscheinlicher zu sein, daJ3 die Abweichungen in den Resultaten
Winkelmanns allein durch Oberfiachenbeschaffenheit zu erklaren sind, zumal man annehmen mug, daB er die Oberflache
moglichst gleich gestaltet hat, um die Fehler auf ein Minimum
zu verringern.
<
3. Dicke der Platten.
Ich habe oben auseinandergesetzt, daB bei dunnen Platten
unter Umstiinden ein groBeres Potential auftreten kann, indem
auch auf der Ruckseite eine Ausstrahlung von Elektronen
durch die nur wenig geschwachten Strahlen veranlaBt wird.
Dieser Einfluf3 der Dicke kann sich bei verschiedenen Metallen
in verschiedenem MaBe bem erkbar machen. Stark absorbierende
Metalle, wie Blei und Platin, werden schon bei wesentlich
geringerer Dicke die Strahlen so schwachen, daf3 eine Aus-
Ladende Wirhung der Rontgenstrahlen,
159
strahlung an der Ruckseite verhindert wird, als z. B. Aluminium. Auch werden hartere Strahlen erst bei einer groBeren
Dicke so stark absorbiert werden, dab keine Elektronen mehr
nach hinten ausgesandt werden. Vorversuche an Zink und
Aluminium zeigten, da6 bei Strahlen, wie sie die Rohre mit
3 cm Funkennebenstrecke zwischen Kugeln von 1 cm Radius
lieferte, eine Dicke von 0,l mm geniigte, um die Ausstrahlung
an der Riickseite zu verhindern.
Ich habe deshalb die Versuche nur bei Aluminium, dem am
starksten durchlassigen Metall fur verschiedene Bestrahlungsdauern dnrchgefiihrt. Ich verglich drei Alnminiumscheiben
von 0,007, 0,l und 1,0 mm Dicke miteinander. Ein Vergleich
zwischen einer einzigen Folie und mehreren Lagen derselben
Folie konnte leider deshalb nicht ausgefiihrt werden, weil die
einzelnen Schichten nicht fest aufeinander haften blieben. Es
entstanden Fehler dadurch, daS Elektronen in die Zwischenraume der Folien ausgesandt wurden.
Die Versuche wurden jetzt insofern anders ausgefiihrt,
als ich nicht mehr die Platten in ihrer Stellung vertauschte,
sondern die drei zu untersuchenden Platten mit einer vierten
verglich, die in ihrer Stellung verblieb. Als diese Vergleichsplatte hatte ich eine Aluminiumplatte gewilhlt von 2 mm Dicke.
Die Oberflilchen wurden fein abgeschmirgelt und mit Alkohol
abgewaschen. Es ergaben sich folgende Mittelwerte.
Bei 0,OS Sek. Bestrahlungsdauer.
Platte: 0,007 mm
V; = 1,207 Vs
97
091
97
7,
= 0,942 7 1
77
1,o
,, = 0,956 ,,
Bei 1 Sek. Bestrahlungsdauer.
Platte: 0,007 m m
V, = 1,059 7,
9,
091
77
7,
= 0,955 77
7,
190
7,
,) = 0,950 ,,
9,
Bei 3 Sek. Bestrahlungsdauer.
V, = 1,031 V,
Platte: 0,007 ram
0,1
11
,, = 0,960 7)
9,
7)
= 0,963 77
1,o
7,
77
5 bedeutet dabei das Potential der Vergleichsplatte, die,
wie auch aus den Verhaltnissen Y, : 7%hervorgeht, etwas
stiirker bestrahlt wurde als die zu untersuchenden Platten.
K. Halin.
160
Bus der Tabelle geht hervor, daB das Potential der dunnen
Scheiben vie1 holier ist als das der Platten. Der Unterschied
zwischen einer Dicke von 0,l und 1,0 mm ist nur gering. Das
Potential der Vergleichsplatte betrug bei
0,03 Sek.
0,OS Volt
1
77
3
77
($93
2945
71
79
Gleichzeitig zeigt die Tabelle, daB der Unterschied am
grcpten ist bei einer kurzen Bestrahlungsdauer. Bei noch langerer
Bestrahlungsdauer ergeb sich, daB das Potential stets zunahm,
bis es nach 15-20 Sek. einen einigermafien konstanten Wert
annahm und beibehielt. Auch blieb der Unterschied zwischen
der Folie und der dicken Platte konstant, so daB er etwa bei
einer Bestrahlungsdauer von 1 Min. ca. 10 Proz. betrug.
Die Folgerung, die ich oben gezogen hatte, hat sich
also bestatigt. Aus dem Umstand, daB schon bei einer Dicke
von 0,l mm eine Ausstrahlung an der Ruckseite verhindert
wird, ergibt sich, daB die Absorption der Strehlen keineswegs
so gering ist, wie man im allgemeinen geneigt ist anzunehmen.
Eine starke Absorption ist zu erwarten, weil alle Ionengruppen
an der Absorption teilnehmen.
V. Ungleichartige Metalle.
Solange Metalle gleicher Art untersucht werden, ist ein
EinfluB der Luft, soweit die Erregung einer Potentialdifferenz
in Betracht kommt, nicht zu befurchten. Es hat sich aber
gezeigt, daB die ionisierte Luft die Fahigkeit hat, Potentialdifferenzen hervorzurufen. Ich komme nun zur Beantwortung
der Frage, ob die Potentialdifferenz zweier Metalle, die von
Rontgenstrahlen getroffen werden, allein dem EinfluB der Luft
zuzuschreiben ist. Nach der Arbeit von W i n k e l m a n n , nach
der ich mich zu allererst zu richten habe, weil sie am ausfuhrlichsten ist, und weil W i n k e l m a n n als Ionisator ebenfalls
Rontgenstrahlen benutzt, habe ich keine Differenz zu erwarten,
wenn beide Platten isoliert sind. Andere Arbeiten sprechen
aber dafur. Mir kommt es nun nicht darauf an, den EinfluB
der Luft zu bestimmen, sondern darauf, zu erfahren, ob die
Strahlung an und fur sich schon imstande ist, eine verschiedene
Aadende Wirkurag der Rontgenstrahlen.
161
Aufladung der bestrahlten Platten zu verursachen, und weiterhin
zu untersuchen, welche Umstiinde das Potential beeinflossen.
Um uberhanpt einen Begriff von dem Potentialunterschied,
der auftritt, zu bekommen, habe ich Metallplatten von einer
Gr6Be 6,2 x 7,5 cm in einer Entfernung von 30 cm von dem
Bleischirm bestrahlt. Die Versuche wurden in der oben beschriebenen Versuchsanordnung ausgefiihrt. Die zu untersuchenden Metalle waren von oben angegebener Form, genau
gleicher GriiSe und mbglichst gleicher Oberflachenbeschaffenheit. Sie wurden vor der Bestrahlung abgeschmirgelt und
mit Alkohol abgewaschen. Vergleichsplatte war eine Aluminiumplatte von ungefahr gleicher QroBe. Aus je zehn Messungen
wurde ein Mittelwert gebildet.
bedeutet das Potential des
zu untersuchenden Mehlles, F2 das des Vergleichsmetdles.
Es ergaben sich folgende Resultate (Tab. 6-10).
Tabelle 6.
Tabelle 7.
Bei einer Beetrahlungsdauer von
Bei einer Bestrahlungsdauer von
1 Sek.
0,02
Sek.
'I
Metall
v,
v*
11
Pb
A1
Zn
lI
1,316
1,076
0,945
0,094
0,082
0,090
0,079
0,075
0,083
1,244
cu
Pb
1 1,223
Messing
1,209
Neusilber 1 1,182
Fe
1,181
Zn
1 1,099
A1
I 1,003
v , v ,
in Volt in Volt
_ _ _ -
!
1,Ol
0,96
0,92
0,84
0,87
0,92
Tabelle 9.
Bei einer Bestrahlnngsdauer von
15 Sek.
Bei einer Beetrahlungedauer von
3 Sek.
Metall
1
i
v, ' v*
in Volt 1 in Volt
~
1,154
cu
Pb
1 1,149
1,145
Neueilber
Messing 1 1,144
~
I
1
- -~-
.
~~~
~~~
3,Ol
3,20
2,87
2,88
2,62
2,79
2,51
2,52
cu
1,140
Neusilber ' 1 1,118
Messing
1,117
Fe
Pb
Zn
-41
'
1,114
1,092
1,025
0,985
5,88
5,82
'
5,OO
5,86
5,67
5,28
5,93
5,82
5,02
5,88
11
, 5,63
1
1
5956
4,96
5,93
K. Hahn.
162
T a b e l l e 10.
Bei einer Bestrahluogsdauer von 60 Sek.
Pb
. . . .
. .
. . . .
Zn . .
A1
1,083
1,030
0,960
10,54
10,Ol
12,18
i
1
~
10,21
9,93
12,48
Bei der letzten Tabelle sind Neusilber und Messing weggelassen worden, um die Rohre nicht zu sehr in Anspruch zu
nehrnen, um also ein zu starkes Hartwerden der Strahlen zu
vermeiden. Bei den beiden letzten Tabellen wurden die Versuche symmetrisch ausgefuhrt, d. h. es wurde noch eine zweite
Reihe von Bestrahlungen in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen. Dadurch wurden die Werte nahezu unabhangig
von einer Veranderung der Strahlung.
Im allgemeinen scheint die Volt asche Spannungsreihe fur
die Reihenfolge der Metalle maBgebend zu sein. Ausnahmen
bilden in der ersten Tabelle Zink und in der zweiten und
dritten Blei. Auch hier nahm das Potential nach einer Bestrahlungsdauer von 20-25 Sek. einen einigerma6en konstanten
Wert an.
Dieses Resultat konnte nun zu dem Schlusse verleiten, da6
doch die ionisierte Luft das allein ausschlaggebende ist. Ich
habe deshalb einmal die Potentialdifferenz untersucht, wenn
die direkte Strahlung vollstandig vermieden wird. Es ist festgestellt worden, da6 die Rontgenstrahlen, die durch einen Spalt
fallen, zwar nicht gebeugt werden, daB aber trotzdem die Luft
hinter dem Spalt iiberall ionisiert ist. Wenn ich also mit
einem Bleischirm die Rontgenstrahlen so abblende, daB nur
der Zwischenraum der Platten direkt von den Strahlen getroffen wird, so mu6 gleichwohl die Luft hinter dem Schirm
uberall ionisiert sein. Stellt sich nun eine Potentialdifferenz
ein, so mu6 sie nur von der Luft herruhren oder wenigstens
von der direkten Strahlung unabhangig sein. Bei den Versuchen ergab sich in der Tat eine Potentialdifferenz.
163
Jadende Wirkung der Rontgenstrahlen.
Verglichen mit den Resultaten der letzten Tabellen ergab
sich eine Potentialdiflerenz, die bei einer Bestrahlungsdauer von
1Js0 Sek. nur */, der PoteutialdSerenz ohne Schirm
1
3
11
11
'19
11
11
11
11
71
11
'Is
11
11
11
11
betrug.
Bei diesen Versuchen waren die Platten genau so wie
frtiher angeordnet. Ich fiihrte nun noch eine zwgite Versuchsreihe durch, bei der die Platten so angeordnet waren, daI3
ihre Flichen parallel mit der Richtung, der Strahlen standen.
Auch jetzt betrug die Potentialdifferenz im besten Falle nnr
die Halfte, meist aber nur 0,4 der friiheren.
Interessant war, da0 auch jetzt die Platten eine positive
Ladung angenommen hatten, die jedoch nur sehr gering war,
Sie betrug im ersten Falle
bei 0,02 Sek.
11
1
11
11
3
11
im zweiten Falle:
cu
Zn
0,06 Volt
0,03 Volt
0112
0106
99
cu
bei 0,02 Sek.
11
1
11
11
3
11
11
Zn
0,03 Volt
0,Ol Volt
0908
0114
11
0103
11
71
0905
11
Diese positive Ladung kann von Rontgenstrahlen herruhren, die nicht direkt von der Antikathode, sondern von
der Glaswand der R o b e ausgehen.
Die Versuche lassen es also, ebenso wie die Giiheren Erbrterungen, als sehr wahrscheinlich erscheinen, daB die ionisierte
Luft nur einen Teil der Potentialdifferenz bewirkt.
Betrachten wir zunachst die Faktoren, die dabei in Betracht kommen konnen.
1. Die Ladung dee Metalles hangt ab von der HZirte der
Strahlen. J e weicher die Strahlen sind, desto geringer ist die
Ladung, und desto mehr kann sich der EinfluB der Luft bemerkbar machen. Als Beweis daAir, dab die harten Strahlea
ein gro6eres Potential liefern, fiihre ich an, d d Strahlen von
einer Rbhre mit 1,l cm Funkennebenstrecke zwischen Kugeln
von 1 cm Radius auf einer Kupferplatte ein Potential von
11*
164
K. Hahn.
0,32 Volt hervorriefen. In derselben Anordnung ergab eine
Rohre von 3,O cm NebenschluB ein Potential von 0,81 Volt.
2. E s ist moglich, da8 verschiedene Metalle die negativen
Ionen verschieden stark zuriickhalten. Wenn Kupfer sich in
einem Elektrolyten nicht so stark negativ aufladt als Zink,
so kann man auch sagen, Cu zeigt gegen die negativen Ionen
eine geringere Verwandtschaft. Daraus konnte man nun
schlieben, daB Cu die negativen Ionen auch weniger stark
zuriickhiilt als Zink.
3. Da die Ausstrahlung der Elektronen hauptsiichlich an
der Oberfllche stattiinden wird, wird auch die Dichte der
Oberfliiche in Betracht kommen, denn j e dichter diese ist,
desto mehr Strahlen werden auf der Oberfllche absorbiert. Die
Dichte der Oberfliiche ist proportional der Dichte des Korpers.
4. Ferner kann die Masse der Yolektile einen EinfluB
auf die Ausstrahlung ausiiben. E s werden positive und negative Ionen ausgesandt. J e leichter nun die negativen Ionen
im Vergleich zu den positiven sind, urn so groBer wird der
UberschuB der ausgesandten negativen sein.
Unsere erste Versuchsreihe hat im allgemeinen die Volt asche Spannungsreihe geliefert. Es kbnnte also hier neben dem
EinfluB der ionisierten Luft besonders Punkt 2 zur Geltung
kommen. Ob Punkt 2 iiberhaupt sich geltend macht oder
in welchem MaBe er wirkt,
ist nicht zu ersehen.
Vor allem mu6 also der
EinfluB der ionisierten Luft
herabgesetzt werden. Eine
teilweise Erniedrigung dieses
Einflusses erlangte ich auf
folgende Weise. Ich benutzte
als Platten kleine Scheibchen
Fig. 4.
von 2 x 6 cm GroBe. Sie
waren an einen Kupferdraht angelbtet, der seinerseits an zwei
Messingst&bchenvon 1 x 5 cm befestigt war. Diese Stiibe trugen
verschiedene Locher und konnten an die oben beschriebenen
Bernsteinansiitze angeschraubt werden. Als PTergleichsmetall
wiihlte ich Silber, das in genau derselben Weise befestigt war.
Ladende Wirkung der Rontgenstrahlen.
165
Der Apparat wurde so aufgestellt, dab die Messingstiicke
nicht direkt von den von der Antikathode ausgehenden Strahlen
getroffen wurden. Die Luft war trotzdem iiberall ionisiert. Es
standen nun in der ionisierten Luft Elektroden gegeniiber, die
sehr vie1 gleichartiges Metall besaben. Hier wird aller Wshrscheinlichkeit nach der EinfluS der Luft auf die Potentialdifferenzerregung wesentlich geringer sein, als wenn die Metalle
allein sich gegentiberstehen. Es werden dann die Punkte 1, 3
und 4 mehr zur Geltung kommen, wenn sie iiberhaupt wirken.
Wenn ich nun die Versuche fur verschieden harte Strahlen
d u r c h f ~ r e , so muS neben der Vo 1t aschen Spannungsreihe
Punkt 3 und 4 als Dichte und Atomgewicht in Betracht
kommen. Da sich bei der ersten Versuchsreihe keine wesentliche VerZlnderung der Reihenfolge bei den verschiedenen Bestrahlungsdauern ergeben hat, so habe ich die neue n u r fur
eine Bestrahlungsdauer von 1 Sek. durchgefiihrt, d a h aber
noch einige rtndere Metalle berlicksichtigt. Die Entfernung
des Apparates von dem Bleischirm betrug 25 cm. Es wurden
bei jedem Metall durchschnittlich 8 -10 Messungen vorgenommen und daraus der Mittelwert gebildet.
Tab. 11 gibt die Reihe der Metalle fiir eine E6hre mit
1,l cm Funkennebenstrecke zwischen Kugeln von 1 cm Radius,
also fur sehr weiche Strahlen. Die Reihe entspricbt ungefahr
der Voltaschen Spannungsreihe. Blei und Kohle, die sich
beide durch extreme Werte der Dichte oder des Atomgewichtes
auszeichnen, fallen auSerhalb der Reihe.
T a b e l l e 11.
TI
Metall
~~
~~
Platin .
Silber .
Blei . .
Kohle .
Antimon
Kupfer .
Eieen .
_ _ _ _ _ ~ ~
~~
. . .
. . . I
. .
. .
. .
. .
. .
in Volt
~~
I1
I'
.
.
.
li
l~
.
.
Nickel . . . .
Zink. . . . . I
Aluminium . .
,
1,067
1,006
0,998
0,956
0,946
0,945
0,940
0,936
0,870
0,825
~~
1
'l
I
I
0,35
0933
0,35
0,33
0,34
0,33
0134
0,34
0,31
0,30
I
I
0,33
0,33
0,35
0,35
0,37
0,36
0137
0,37
0,36
436
166
d Hahn.
Tab. 12 gibt die Reihenfolge derselben Metalle far eine
R6hre von 3,5 cm Funkennebenstrecke zwischen Kugeln von
1 cm Radius. Die hihenfolge ist eine andere geworden, sie
entspricht fast der Dichte oder auch den Atomgewicht. Das
Potential der Platten ist ungebhr anf das Doppelte gestiegen.
Tabelle 12.
Metsll
Platin . . . .
Blei
. . . .
Silber . . . .
Kupfer
. , .
Antimon . . .
Nickel . . . .
Eisen . . . .
Zibk . . . .
Kohle . . . .
Aluminium . .
.
v,
5
5
in Volt
in Volt
0,74
0,75
0,72
0,71
0,69
0,6a
0,66
0,68
0,70
0,66
0,66
0,67
0,68
0,70
0,69
0,70
0,69
0,71
1,120
1,108
1,062
1,011
1,005
0,975
0,971
0,959
0,946
0,881
0,74
0,75
Tab. 13 gibt die Reihenfolge fir eine R6hre von 4,3 om
Funkennebenstrecke, f i r Strahlen also, die man schon als
harte Strahlen bezeichnen kann.
Tabelle 13.
v,
Blei . . . . .
Platin .
. .
Silber . . . .
Antimon . . .
Kupfer . . . .
Nickel
. . .
Eisen . . . ,
Zink . . . .
Kohle
. . .
Aluminium . .
.
.
.
1,172
1,113
1,055
1,013
0,983
0,979
0,967
0,941
0,940
0,902
v,
in Volt
in Volt
0,84
0.87
0,82
0,70
0,77
0,77
0,83
0,77
0,78
0,78
0,84
0,76
0,76
0,76
0,79
0,75
0,76
483
0,79
0,84
Die Reihenfolge hat sich bei Platin, Blei und bei KupferAntimon geandert. Zieht man aus den Veranderungen Folge-
Ladende Ifirkung der Hontgenstrahlen.
167
rungen, so konnte man zu dem Schlusse gelangen, daB sich
bei noch harteren Strahlen schlieSlich eine Reihe ergiibe, die
nach der Dichte oder noch wahrscheinlicher nach dem Atomgewicht geordnet ist. Charakteristisch ist das Verhalten von
Blei, Platin, Antimbn und Kohle. Es geht also zur Geniige
aus der Untersuchung hervor, daS mit der HWe der Strahlen,
d. h. also mit dem Wachsen der ladenden Wirkung, das Potential proportional dem Atomgewicht (oder der Dichte) wird.
Dies wird noch deutlicher durch eine Reihe, die ich friiher
bei einer anderen Versuchsanordnung mit einer Rohre von
6,3 cm Funkennebenstrecke zwischen Kugeln von 1 cm Radius
gefunden habe. [Die Rohre stand mir leider zuletzt nicht
mehr zur Verfiigung. (hm.).] Es wurden die Metalle gegen
Aluminium verglichen. Ihre OroBe betrug etwa 5 x 6 cm.
Es ergab sich:
Al. .
Eisen .
Kupfer
Zink .
.
.
.
.
Neusilber
Messing .
Blei . .
.
Atomgew.
Al
'v; : V,
1,025
1,250
A1
A1
A1
. A1
. A1
1,280
1,300
1,300
1,315
1,375
63
65
. A1
. .
. .
. .
. .
.
.
27
56
-
207
Die Reihenfolge stimmt also niit der fiir die Atomgewichte
iiberein.
Das Resultat dieser Untersuchung ist also folgendes:
Die verschiedenartigen Metalle laden sich verschieden hoch
auf: Befinden sie sich in Luft von dtmospharendruck, 80 ist
ihre Reihenfolge bedingt:
1. durch ihre Stelluny in der Poltureihe,
2. durch ihr Atomgewicht (oder ihre Dichte).
Mapgebend fur das Uberwieyen des einen oder anderen Punktes
ist die Harte der Strahlen.
VI. Weitere Ergebniese.
1. Ich habe zu Anfang gesagt, dsB fast alle Korper, die
von Rbntgenstrahlen getroffen werden , negative !tonen aussenden. In der weiteren Untersuchung will ich nun feststellen,
in welchem Grade dies der Fall ist. Die Versuchsanordnung
K. Hahn.
168
im wesentlichen dieselbe wie vorher. Vergleichsplatte
wieder eine Silberplatte. Alle KOrper hatten eine GrOBe
2 x 6 cm. Sie wurden an einem Kupferdraht befestigt,
an die beiden Messingstabe angeschraubt war.
Tab. 14 liefert das Resultat der Untersuchung. Alle
KSrper haben die Eigenschaft, sich positiv zu laden unter der
Einwirkung der Rontgenstrahlen. Sauren und Salze begiinstigen
das Aufladen. Isolatoren zeigen die geringste Wirkung.
war
war
von
der
T a b e l l e 14.
K
Metal1
in
. . . .
. . .
Hartgummi rauh
,, poliert
Paraffin
. . . . . . .
Papier trocken . . . .
,,
mit Alkohol
..
1,
71
,, , Alkohol verdunstet . . . .
Papier mit Wasser
,, ,, KochsaklSsung
. . .
71
71
I7
i
v*
Volt
in
Volt
43
31
12
7
4
59
61
74
75
70
35
51
0,750
0,700
0,695
37
34
34
50
50
50
0,730
35
48
0,810
0,705
0,730
0,718
0,562
39
36
40
37
30
48
51
53
51
53
0,160
0,080
0,050
0,300-0,400
0,686
9
etwas getrocknet . . .
Papier mit KochsalzlSsung,
getrocknete Salzkruste
Papier mit &SO, verdiinnt
1,
1,
1,
'/* zu 'I*
,) ,, c u s o , . . .
,, ,, 0 1 . . . . .
.
2. Zur Prufung des Einflusses des umgebenden Gases
habe ich eine Messung ausgefuhrt .in Kohlensaure. I n einem
20 cm breiten, 30 cm hohen und 15 cm tiefen Holzkasten,
dessen Vorder- und Riickwand durch zwei Glasscheiben von
1 mm Dicke gebildet wurden, wurden die zu untersuchenden
Platten UI$ eine Vergleichsplatte aufgestellt. Es wurden Cu,
Ag, Zn, Pb, A1 gegen A1 in Luft und CO, verglichen. In
dem Kasten befand sich noch Chlorcalcium zum Trocknen des
169
Ladende Widung der Rontgemtrahlen.
Gases. Der Kasten war so aufgestellt, dab nur die Glaswande
von den Strahlen getroffen werden konnten. Die Entfernung
der Metalle vom Bleischirm betrug ca. 15cm. Es wurde eine
Rohre von 4,3 cm Funkennebenstrecke bei Kugeln von 1 cm
Radius benutzt.
Tabelle 15.
. .
.
. .
Silber .
.
. .
Kupfer .
. . .
Luft
.
.
.
Luft
Aluminium
.
.
Blei
.
Zink
'
co,
'
CO,
i
1,261
1,116
1,148
1,017
1,026
0,954
1,020
0,949
0,836
0,849
1
0,92
0,72
'
0,56
~
'
I
1
0,70
0,69
0,53
0,75
0,69
0,73
0,68
'
1
i
i
I
0,72
0,64
0,61
0,55
0,68
0,56
0,72
0,75
0,88
0,81
Es ergibt sich, dab Potential und Potentialdifferenz in
Kohlensaure geringer ist als in Luft. Vielleicht ist diese
Wirkung der Leitfaihgkeit der ionisierten Kohlensaure zuzuschreiben, die sich nach Hillers1) zu der der Luft verhiilt
wie 1,2: 1.
3. Ich verglich schlieSlich zwei Palladiumpwten miteinander. Hatten sie beide kein HB okkludiert, so ergaben
sich in der unter V. beschriebenen Anordnung folgende Resultate bei einer Bestrahlungsdauer von 1 Sek.:
Tabelle 16.
1
1
1390
i9"::
1309
1263
1)
W.H i l l e r s , 1.
1
c.
1190
1116
1185
1127
1085
'
I
1
1,168
1,165
1,158
1,161
1,164
1,163
K. Hahn.
170
<
Wurde dann
in einer Wasserstoffatmosphare ungeahr
10 Min, lang geladen, so ergab sich:
Tabelle 17.
~~~~
1200
1280
,
'
1,200
1,150
1,140
1120
Von neuem geladen
1266
1235
1244
1
1060
1070
950
I
1,335
1,175
1,164
Es ergibt sich also die merkwiirdige Tatsache, da8 eine
Wirkung des okkludierten Wasserstoffs sich nur bei der ersten
Bestrahlung bemerkbar macht. Es scheint fast, als ob das
Gas nach der ersten Bestrahlung entwichen wbe.
Zusammenfaeaung.
Ich fasse die Resultate, zu denen meine Untersuchung
gefiihrt hat, noch einmal kurz zusammen:
1. Es hat sich ergeben, daB alle Korper, die direkt von
Rbtgenstrahlen getroffen werden, positive Ladung erhnlten.
2. Sehr diinne Metalle laden sich starker auf als dicke
Platten desselben Metdes, und zwar ist der Unterschied um
so groBer, je kurzer die Bestrahlungsdauek ist.
3. Der Einflul3 der Oberflachenbeschaffenheit ist gering.
4. Das Potential der bestrahlten Platte ist abhangig :
a) von der Kapazitit, mit der die Platte verbunden ist.
Die Elektrizititsmenge ? das Produkt aus Kapazitat und Potential wird kleiner fiir grogere Potentiale, d. h. geringere
Kapazititen. Wird dies der Leitfahigkeit der Luft zugeschrieben, so kann man annehmen, daB die Elektrizititsmenge,
die von bestimmten Strahlen erzeugt wird, konstant ist ;
b) von der Bestrahlungsdauer. Das Potential wiichst
bestandig mit der Bestrahlungsdauer bis zu einer Dauer von
20 Sek., von da ab bleibt es einigermaBen konstant;
Aadende Wirkung der Rontgenstrahlen.
171
c) von der Art der Strahlen. Harte Strahlen bewirken
eine starkere Ladung als weiche;
d) von der Art des Metalles und zwar ist das Potential
um so grijler, je grbBer das Atomgewicht und je elektronegativer das Metal1 ist. Der Einflu3 des Atomgewichtes
macht sich besonders bei harten Strahlen bemerkbar , die
Stellung des ?Ietslles in der Spannungsreihe bei weichen
Strahlen ;
e) von dem umgebenden Gas. In Luft ist das Potential
gr6Ser als in CO,.
5. Sekundiirstrahlen wirken der Ladung entgegen. Dadurch
erkliiren sich die Differenxen hinsichtlich des Punktes 1 bei
verschiedenen Beobachtern.
Die Resultate, zu denen die Arbeit g e f ~ r hat,
t
veranlassen mich, noch kurz auf die Veroffentlichungen von Paschenl)
hinzuweisen, in denen er sich liber die Natur der y-Strahlen
dahin ausspricht, daS sie Kathodenstrahlen von auSerst hoher
Geschwindigkeit seien. Nun geht aber a m Vorliegendem
hervor , daS dort , wo Kathodenstrahlen von geniigend groSer
Geschwindigkeit auftreten, Rontgenstrahlen und umgekehrt bei
auftretenden Rontgenstrahlen Kathodenstrahlen vorhanden siud.
Es muS daher unter der Radiumstrahlung eine den Riintgenstrahlen entsprechende Strahlenart vorhanden sein. Dies sind
die y-Strahlen. Die Versuchsresultate P a s c h en e sind zu erkliiren, wenn man die y -Strahlen als Rontgenstrahlen unter
Berilcksichtigung ihrer sekundiire Kathodenstrahlen erzeugenden Wirkung auffaJ3t.
Es sei mir noch gestattet, Hrn. Prof. Dr. D r u d e fiir
Anregung und Leituog dieser Arbeit und Hrn. Dr. Zahn fur
die liebenswiirdige Unterstlitzung meinen herzlichsten Dank
auszusprechen.
~~
1) F. Paschen, Ann. d.
Phys. 14. p.
164 u. 389ff. 1904.
(Eingegangen 10. August 1905.)
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