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Die Luftionisation durch Rntgenstrahlen verschiedener Hrte und verschiedenen Homogenittsgrades bis zu 400 k V in Zylinderkammern bis zu 70 cm Durchmesser.

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W . I . Block. Die Lujtimisation durch Rontgenstrahlen usw. 701
D f e Luftdmdsatdon
durch RhtgenetrahLm verschiedener EUrte u n d
uer8chdeden.m HomogendtUtsgrades &is xu 400 X: V
4n ZyLdnderkamrnm bda xu YO cm Durchmesser
Von W. I.B l o c k
(Aue dem Laboratorium fdr Medizinische Physik der Universitiit Gottingen)
(Mit 13 Abbildungen)
Das internationale ,,Rontgen" (r) ist bekanntlich (1) dadurch definiert, daB bei Bestrahlung von 1 ccm atmospharischer Luft von
O o C und 760 mm Hg Druck durch Tragerbildung gerade die Elektrizitatsmenge 1 elektrostatische Einheit entsteht. Die Absolutbestimmung des r kommt also, au6er einer Bestimmung von Temperatur und Druck, im wesentlichen auf die Messung zweier GroBen,
nlmlich eines Luftvolumens und einer Elektrizitatsmenge, hinaus.
E s unterliegt keinem Zweifel, claB die Absolutbestimmungen am
genauesten mit Hilfe von ,,FaBkammern" durchgefiihrt werden konnen.
Diese haben meist zylindrische Form und werden im allgemeinen
von einem Rtintgenstrahlenbiindel axial durchsetzt, dessen Querschnitt
klein ist im Vergleich zu dem der Kammer. Der wesentliche Teil
der Tragerbildung vollzieht sich dabei stets in der Umgebung des
Strahlenbiindels auf dem Umwege iiber Photo- und Comptonelektronen.
Von grundlegender Bedeutung ist daher die Frage, wie gro8, je
nach Harte und Homogenitat der Rontgenstrahlen, der Durchmesser
der FaBkammer sein muS, um zu vermeiden, daB die Bahnen der
Primkrelektronen ein vorzeitiges Ende a n den Kammerwanden finden.
Die Frage, wie weit diese Bedingung erfiillt ist, entscheidet an
erster Stelle die Genauigkeit der Absolutbestimmung des r .
Zwischen 30 und 195 kV hat K i i s t n e r (2) hieriiber sehr eingehende Untersuchungen angestellt. Er arbeitete mit FaBkammern,
dercn Durchmesser zwischen 2 und 70 cm lag, und mit Filterungen
bis zu 13 mm Cu, also z. T. mit sehr stark homogenisierter Strahlung. Er gelangte zu folgenden Ergebnissen:
F u r Strahlungen bis hinauf zu 195 kV, 13 mm Cu geniigt ein
Kammerdurchmesser von 50 cm. J e kleiner der Kammerdurchmesser
702
Anmlen der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
ist, desto groBer wird der Ausfall an Ionisation. Diese Erscheinung
deutet Kii s t n e r aus der Wechselwirkung zwischen Photoelektronen
und Comptonelektronen folgendermaBen:
Bei weichen Rontgenstrahlen herrscht die Tragerbildung durch
Photoelektronen vor, die hier zu kurzbahnig sind, um die Kammerwande zu erreichen; die Tragerbildung wird voll erfallt.
Mit zunehmender Strahlenhiirte werden die Photoelektronen,
die zunachst noch weiter den Hauptanteil der Tragerbildung bedingen,
immer langbahniger. Hierdurch tritt ein immer groBerer Ausfall
der Triigerbildung an den Kammerwanden ein : die beobachtete
Ionisation sinkt mehr und mehr.
Bei weiterer Hktezunahme werden die Photoelektronen zwar
immer langbahniger, aber auch immer seltener im Vergleich zu den
zunachst noch verhaltnismaBig kurzbahnigen Comptonelektronen,
deren Zahl und allrnahlich zunehmende Bahnlange mehr und mehr
in den Vordergrund treten: nach Durchschreiten eines Minimums
steigt die Ionisation wieder an.
SchlieBlich beherrschen die Comptonelektronen die Triigerbildung ganz iiberwiegend: sie werden so langbahnig, daB sie die
Kammerwaude erreichen und finden nun ebenfalls ein vorzeitiges
Ende an diesen: nach fjberschreiten eines Maximums sinkt die
Ionisation endgiiltig ab.
Diese Auffassung deutete zwanglos den experimentellen Befund
Kiis t n e r s , daf3 mit abnehmendem Kammerdurchmesser das Minimum
und das Maximum einerseits immer tiefer liegen und sich andererscits immer mehr nach langeren Wellen hi, verschieben (Abb. 2
und 11 von K i i s t n e r ) ; und ebenso folgerichtig deutete die geschilderte Auffassung den zunachst iiberraschenden und der iiblichen
Auffassung widersprechendeu Befund, daB von zwei Strahlungen,
die bei derselben kV-Zahl, aber verschieden starker Filterung entstehen, die weniger stark homogenisierte Strahlung im langwelligen
und im kurzwelligen Bereich zwar geringeren Ionisationsausfall, bei
mittleren Wellenlangen aber starkeren Ionisationsausfall zeigen kann
als die starker homogenisierte Strahlung (Abb. 3 und 12 von
K u s t n e r).
Die vorliegende Arbeit hat es sich zur Aufgabe gestellt, die Untersuchungen K u s t n e r s auf Strahlungen verschiedenen Homogenittitsgrades bis zu 400 kV zu erweitern. Dabei werden eine ganze Reihe
anderer Faktoren, die die Genauigkeit des Ergebnisses beeinflussen,
ebenso wie bei K u s t n e r beriicksichtigt werden. I m AnschluB hieran
sol1 die r-Einheit fur die iiberharten Strahlen absolut bestimmt
und eine groBe FaBkammer in 7 geeicht werden (I.Teil).
W.I . Block. Die Luftionisatdon durch RbittgenstrahEen mw. 703
SchlieSlich sol1 eine Kleinkammer (E’ingerhutkammer) mit Hilfe
der letzten geeicht und untersucht werden, wie sich die Dosis der
bei hohen Kilovoltzahlen erzeugten Rontgenstrahlen auf die Tiefe
des Wassers verteilt, urn so einen Anhalt fiir die Tiefendosierung
harter Strahlen im menschlichen Gewebe zu gewinnen (11.Teil).
I. Teil
1. Die Bontgenanlage
Zur Erzeugung der pulsierenden Gleichspannung diente eine
Hochvoltanlage der Siemens-Reiniger-Werke. Die Siemens-PantixRiihre (Type EW 400/5o) stand senkrecht in einem olgefiillten
Stahlzylinder, der au6en stark mit Blei armiert war. Sie wurde
stets mit 2 mA betrieben. Die Wolframantikathode wurde durch
eine Wasserzirkulationspumpe gekiihlt. Das horizontal austretende
Strahlenbiindel hatte nacheinander das Berylliumfester der Antikathode, die an der Strahlenaustrittssttelle 0,2-0,3 mm dicke Glaswand der Rohre, eine etwa 60 mm starke Olschicht und das Glas
eines etwa 4-5 mm dicken Tubus zu durchsetzen, der in den
Stahlxylinder hineinragte und zur Verdrangung des 61s unentbehrlich
war. Ein mit der Hand zu betiitigender Spannungsregler, aus
einem zwischen Gleichstromnetz und Umformer eingebauten Kurbelwiderstande bestehend, schaltete die Netzschwankungen aus und
sorgte so fur die Konstanz der Betriebsbedingungen.
Die Rontgenstrahlen verlieBen den bleigeschutzten Stahlzylinder durch eine Bleiblende von 3,4 cm Durchmesser and traten
in einen sich strahlendicht anschlieSenden, waagerecht liegenden
Bleikasten von 63,8 cm Lange und 8 . 8 cm2 Querschnitt ein. Seine
Wandstarke betrug 1 cm Blei. Auf seine ganze Lange waren
4 Bleiblenden von 3,5-4 cm Durchmesser verteilt. Vor der ersten
dieser Blenden wurden die Filter eingesetzt. Durch die konisch
gebohrten Blenden wurde sowohl an den Kastenwanden durch die
Primarstrahlung ausgeloste Sekundiirstrahlung als auch durch die
Sekundiirstrahlung der Filter an den Kastenwanden hervorgerufene
Tertiarstrahlung von den Ionisationskammern festgehalten. Diese
MaSnahme war sehr wichtig, weil eine etwa ausgeloste Blei-KStrahlung die MeSergebnisse sonst leicht gefalscht haben konnte.
Unmittelbar vor der letzten Blende befand sich die 2 cm starke
Fallklappe aus Blei, die vom Beobachtungsplatz aus elektromagnetisch
gehoben und gesenkt werden konnte und das Rontgenstrahlenbiindel
gleichzeitig und gleich lange die MeSkammer uiid die dahinterstehende Vergleichskammer durchlaufen lieB.
704
An&
der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
2. Die MeBkemmer
Diese war die von K l i s t n e r (2) beschriebene. Die Elektroden
von 1 mm Stiirke hatten genau dieselbe Form wie bei K t i s t n e r ;
ebenso wurden die an den Stirnwanden der Kammer isoliert angebrachten Metallringe nach Muster seiner Tab. 3 auf die dem
Potentialgefalle entsprechenden Spannnngen gebracht. Vermoge
dieser von K i i s t n e r eingehend beschriebenen Mahiahmen wurde
Gewahr dafiir geboten, da8 die Kraftlinien an den Trennstellen
zwischen MeSelektrode und zwischen vorderer und hinterer Schutzelektrode genau senkrecht zur Kammerachse verliefen und so das
MeSvolumen einwandfrei begrenzten.
Der Durchmesser der Kammer betrug, wie bei Kiistner, 70 cm.
In die Kammer lieBen sich Zylinder von 60, 50, 35, 23, 16, 13 und
1 1 cm Durchmesser einsetzen, die aus auf Pappe aufgeklebtem
aluminiertem Papier bestanden. Die koaxialen Zylinderfortsatze
(vgl. Abb. 5 von Kiistner) waren mit Aluminium und graphitiertem
Cellophan ausgelegt. Die Kammerspannung von etwa 600 Volt sowie
die Spannungen an den Stirnflachenringen wurden von Hochspannungsbatterien geliefert.
Die Lange der MeSelektrode betrug 28,O cm, die der dauernd
geerdeten Schutzelektroden 46,7 bzw. 46,2 cm. Der Abstand zwischen
der MeSelektrode und der vorderen bzw. hinteren Schutzelektrode
betrug im Mittel 2,5 mm. Die wirksame Weglange W, der Rontgenstrahlen in der Kammer setzt sich zusammen aus der Lange der
MeSelektrode zuzuglich der Summe ihrer halben Abstande von den
Schutzelektroden und betrug damit 28,25 cm.
Die Kammer war allseitig von 5 mm Blei umhtillt; nur an der
vorderen Stirnwand war der Bleischutz 1 cm stark. Der Strahlenschutz war daduch praktisch vollkommen.
3. Die Vergleichekemmer
Diese stand unmittelbar hinter der MeBkammer. Sia &stand
aus einem Holzzylinder von etwa 36 cm Lange und <i cm Durchmesser, der mit graphitiertem Cellophan ausgesdlagen war. Die
vordere Stirnwand besaS ein kreisrundes Loch von 12 cm. Durchmesser, die hintere ein solches von 18 cm Durchmesser. Die Einund Austrittsfenster bestanden a m graphitiertem Cellophan von
0,08 mm Dicke. Sie waren gegen die Innenwand der Stirnflachen
gepre8t und wurden durch den radialen Zug von je 12 stahlernen
Spiralfedern sehr straff gespannt. Durch diese MaSnahme wurde
vollige Konstanz des wirksamen Luftweges W,von 35,85 crn zwischen
den Fenstern gewahrleistet. Die 33,7 cm lange, 2 mm starke Elek-
W . I . Block. Die Lufiwnisalion durch Riintgenslrahlen usw. 705
trode war T-formig und nach dem Schutzringprinzip mit dem Elektrometer verbunden. Die Kammer lag an Sattigungsspannung und stand
isoliert in einem 5 mm starken Bleipanzer. Seine beiden Fenster
waren zum Schntze gegen Staub mit je 0,04 mm Cellophan bedeckt.
Bei der Gro6e der Fenster war Gewahr geboten, daB alle
Ytrahlung, die durch die Blende in die MeBkammer fiel, auch die
Vergleichskammer durchsetzte. Dies zeigte nicht allein eine Kontrolle, die mit Hilfe des Fluoreszenzschirms an allen Punkten des
Strahlweges durchgefiihrt wurde, sondern auch der direkte Ionisationsvergleich: Verminderung des Durchmessers der Eintrittsoffnung an
der Vergleichskammer durch Einschieben einer Bleiblende setzte
die Ionisation in dieser in keiner Weise herab.
Die MeB- und die Vergleichskammer waren raumlich fest und
unverruckbar miteinander verbunden.
GroBe Sorgfalt wurde darauf verwendet, starkere Temperaturschwankungen, insbesondere abcr die ungleichma6ige Erwarmung
der beiden Kammern, zn vermeiden. Hierzn wurden sarntliche warmeerzeugenden Gerate, wie das Schaltpult, starkstromdurchflossene
Widerstande usw., so weit als nach Umstanden moglich von der
Apparatur entfernt. Auch wurden die zur Beleuchtung der Elektrometer dienenden Gliihbirnen hinter Cellophanfenstern hoher Schornsteine aus Pappe versteckt, welch letztere die von den Gliihbirnen
erzeugte M'arme an den Kammern vorbei nach oben ableiteten.
4. Die Blende
Die Blende stand unmittelbar vor der MeBkammer, an dem
zylindrischen Ansatz derselben. Sie bestand aus Blei von 2,13 cm
Dicke und besa6 die in Abb. 1 skizzierte
Form. Der in den runden Ausschnitt iiber
A B hineinragende Bleilappen diente dazu,
die Elektroden vor Bestrahlung zu schiitzen.
Die Flache des Loches betrug etwa 5,8 on.
Diese Blende diente fur alle Untersuchungen des erforderlichen Kammerdurchmessers
bei ,,voller Filterung" (vgl. 5). Um bei geringerer Filterung zu vermeiden, daB die
Abb. l. Blende
Intensitat der Strahlung zu gro0 wurde,
(schematisch)
wurden die Enden des Blendenloches bei
A und B entsprechend durch 2 cm starkes Blei abgedeckt.
Es sei erwahnt, daI3 Blenden von nur 1 cm Bleidicke sich bei
den hochsten hier verwsndten Spannnngen und voller Filterung
noch als strahlendurchlilssig erwiesen.
706
Annabn der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
Fur die Absolutbestimmung (vgl. 12) und Eichung der Vergleichskammer durch die MeBkammer diente eine kreisrunde Blende
von 1,56 cm Dicke und 1,498 cm Durchmesser, der mit Hilfe von
PrazisionsmaBen bestimmt wurde.
fjber eine konische Blende zu Sonderzwecken vgl. unter 1Oc.
6 . Die angewandten Strahlungen
Die Strahlungen sind durch kV-Zahl und Filterung bestimmt.
Da indessen die kV-Werte nur nach der der Rontgenanlage beigefiigten Tabelle angegeben werden konnten, so wurde fiir jede
Strahlung die Halbwertschicht (HWS.) in Millimeter Kupfer festgelegt
E s wurden im ganzen 4 Serien von Filtern verwandt.
Fur die starkste Filterung war maBgebend, da8 sie bei 200 kV.
einen guten AnschluB an die von K i i s t n e r benutzte starkste Filterung ermoglichen sollte. Die Filter wurden daher bei 200 kV
gegen die bei 195 kV von K i i s t n e r benutzten 13 mm Kupfer durch
Ionisationsmessung abgeglichen. F u r alle hoheren Spannungen
wurden die Filter dann so gewahlt, dab die Ionisation immer etwa
dieselbe blieb.
Fur die Wahl des Filtermaterials war die Untersuchung von
M a y n e o r d und R o b e r t s (3) maagebend. Einerseits wird das
gefilterte Spektrum um so mehr nach kurzen Wellenlangen hin
zusammengedrangt, je schweratomiger das Filter ist. W-ie Kiistner (4)
zeigen konnte, beruht das auf dem Verhaltnis von Photoabsorption
und Streuung. Blei ware daher fur Filterung bei so hohen
Spannungen recht gunstig. Wie M a y n e o r d und R o b e r t s aber
zeigen konnten, besteht, weil die Blei-K-Kante in das ausgefilterte
Spektrum fallen kann, die Gefahr, dab auger dem am kurzwelligen
Ende zusamrnengedriickten Spektrum noch ein zweites wirksam wird,
das auf der langwelligen Seite der Blei-K-Kante liegt; iiber dieses
konnen sogar noch Reste der Wolfram-K-Serienlinien gelagert sein.
Man erreicht dann also dns Gegenteil der angestrebten Homogenisierung. Nach M a y n e o r d und R o b e r t s vermeidet man diesen
Fehler, wenn man Zinn als Filter benutzt, dessen K-Kante bei so
langen Wellen liegt, daB sie nicht mehr in Erscheinung tritt.
Aus diesen Griinden wurde in der vorliegenden Arbeit - abgesehen von einer schwach gefilterten Strahlung - stets mit Zinn
gearbeitet. Bei hinreichender Dicke desselben konnte dann noch
ein Bleifilter zugesetzt werden. Dieses stand stets vor dem Zinnfilter, das die K-Strahlung des Bleifilters unterdriickte. Hinter dem
Zinnfilter folgten dann noch ein Kupferfilter zur Beseitigung der
W.I . Block. Die Luftionisation durch Rontgenstralden usw.
Zinn-K-Strahlung und ein
Aluminiumfilter zur Vernichtung der Kupfer-I<Strahlung.
Auf diese Weise wurde
einerseits die bestmogliche
Homogenisierung erreicht,
andererseits das Auftreten
eines zweiten Spektrums
und der Wolfram-KStrahlung wie auch irgendeiner charakteristischen
Filterstrahlung mit Sicherheit unterdriickt.
fjber die angewanda! !
ten Filter und die HWS.CI
Mverte gibt Tab. 1 Auf$
schluB. ,,Volle Filterung"
2
(v. F.) und ,,halbe Filte8
rung" (h.F.) beziehen sich ,+$
nur auf Blei und Zinn,
3
denen
gegeniiber
das p" f
1 mm Kupfer und das $
Aluminium so gut wie
3
bedeutungslos sind. Letz2
teres gilt nahezu auch
il
fur die ,,mittlere Filte2
rung" (m. F.). Nur bei
N
den weichsten Strahlungen
der ,,schwachen Filterung"
(s. F.) spielt das Kupfer
eine Rolle.
Die in Tab. 1 hin
und wieder vorkommenden Schwankungen der
Dicke der Aluminiumfilter
innerhalb derselben Filterungsreihe sind lediglich
auf den Umstand zuriickzufuhren, daB die zur
Herstellung der Zinnfilter
benutzten diinnen Zinn-
707
-
____II
2
$
!222E2%Z2?%22%
+d +mmmmm
w i n 10
00000000000
0-00-0-0-0-
o-o-o-o-o-
708
Annalen der Physik. 5. Folge. B u d 32. 1938
folien in Aluminium gefaflt waren. J e nach der Anzahl der verwendeten Zinnfilter war also auch die Starke der Aluminiumfilter
verschieden. Auflerdem befand sich aber, wie oben dargelegt, stets
ein Aluminiumfilter hinreichender Starke auf der der Kammer zugewendeten Seite der Filtertasche.
Einen fjberblick uber die spektrale Breite der Einzelstrahlungen
sol1 Abb. 2 wenigstens fur die i.F. geben. Die Hohe jeder Ordinate
im Maximum ist hier
willkurlich gleich 1
gesetzt. F u r die Berechnung dienten die
Schwachungsmessungen
mit monochromatischen
Rantgenstrahlen von
G r o f l k u r t h (5),
S c h n l z (6) und R i n d f l e i s c h (7). Der Anstieg des kontinuierlichen Spektrums vom
kurzwelligen Ende an
wurde dabei als linear
angesetzt, weil Ve tte(8)
zeigen konnte, dafl es
Abb. 2. Spektrale Verteilung
bei so starker Filteder Einzelstrahlungen bei voller Filterung
rung so gut wie bedeutungslos ist, welche Annahme man iiber den Anstieg des kontinuierlichen Spektrums von der Grenz wellenlange her macht.
6. Der elektriache Teil der MeOanordnung
Dieser stand vollig unter Bleischutz von 5 mm Starke. Er
war sowohl bei der Meflkammer als auch bei der Vergleichskammer
vollkommen gleich. Die Elektrode stand in Verbindung mit dem
Faden eines W ulfschen Einfadenelektrometers, einem Urankompensator zur Ausschaltung der Hohenstrahlung [wie ihn G r o b k u r t h (5)
beschrieb] und auWerdem mit dem Innenbelng eines kleinen Harmskondensators. Der Mittelbelag desselben konnte potentiometrisch
an eine Spannung solcher Hohe gelegt werden, dab hierdurch der
durch Ionisation bedingte Fadenablauf reproduziert wurde. Diese
an einem PrBzisionsvoltmeter abgelesene Spannung cliente dann als
Mag fiir die Ionisation, und zwar wurde fur jeden gemessenen Punkt
aus dem Voltwert der vorderen Kammer Vvvund dem Voltwert der
hinteren Kammer V , der Quotient Y J V , gebildet. Durch einfache Um-
W . I. Block. Die Lujtionisation durch Rontgenstrahlen usw. 709
schaltung war es moglich, dasselbe Prazisionsvoltmeter zu Spannungsmessungen an beiden Kammern zu benutzen.
Diese Methode hat zur Voraussetzung, daB die Kapazitaten
der beiden Harmskondensatoren unveranderlich konstant bleiben.
Zu Kontrollzwecken lieBen sich beide Innenbelage (und damit auch
beide Elektroden und beide Elektrometersysteme) mit Hilfe einer
elektrostatisch geschiitzten Leitung miteinander verbinden. S o g t
man dann durch Wahl der Spannungen V , und V,, die man abwechselnd an die Innenbelage des Harmskondensators 1 von der
Kapazitat Cv(an der vorderen Kammer) und des Harmskondensators 2
von der Kapazitat C,,(an der hinteren Kammer) legt, dafiir, daB der
Faden desselben Elektrometers in beiden Fallen gleich weit springt,
so gilt fur das Kapazitatsverhaltnis der beiden Kondensatoren
und zwar unabhangig von allen Teilkapazitaten der Anordnung und
der Verbindungsleitung.
Auf diese Weise wurden die beiden Kondensatoren bei jeder
MeBreihe, im ganzen 137 mal, verglichen.
Dabei zeigten sich als hochste Abweichungen eines Einzelwertes
vom Mittelwerte
C"
- = 0,99809
c
h
Fehler von + 0,714 bzw. - 0,700°/,. fjber f 0,Fjo/, Abweichung
besaBen nur 10 Werte, d. h. 7,3O/, aller Beobachtungen, und 109 M7erte,
d. h. etwa 80
aller Beobachtungen, lagen innerhalb & 0,3 O/,, Abweichung. Da die beobachteten Abweichungen aber vollig regellos iiber
bzw. unter dem Mittelwerte liegen, und da wahrend der 4 Monate
dauernden Un tersuchung kein systematischer Gang festzustellen ist,
so ist anzunehmen, daB das Verhaltnis der fest montierten und
unberiihrten Kapazitiiten konstant war, und daB die Schwankungen
allein oder ganz iiberwiegend durch die erreichbare Ablesegenauigkeit
bedingt werden. Wenn man bedenkt, daB fur jede Einzelmessung
4 Ablesungen (namlich je 2 des Elektrometers und j e 2 des Voltmeters) notig sind, so durfte auch keine geringere Fehlergrenze zu
erwarten sein. Sie diirfte damit auch jene Fehlergrenze darstellen,
die den Einzelbeobachtungen der endgiiltigen Ionisationsmessungen
entspricht. Durch Haufung der Beobachtungen diirfte die Genauigkeit
dann noch erhoht worden sein.
7. Die MeBmethode zur Bestimmung des n6tigen Kammerdurchmessers
Das Nachstliegende ware es, eine bestimmte Strahlung konstant
zu halten und ihre Ionisation in Kammern verschiedenen Durch-
710
Anmlen
der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
messers nacheinander zu bestimmen. Dieses Verfahren erfordert aber
fur die 8 untersuchten Kammern bei jeder Strahlung 8 Umbauten.
Jede derselben ist recht zeitraubend und verzogert den MeSvorgang
auSerordentlich. Da erfahrungsgemaB die MeSgenauigkeit mit der
MeBgeschwindigkeit erheblich steigt, wurde daher fur jede Kammer
von gegebenem Durchmesser die Strahlung mehrmals auf- und abwarts
zwischen 200 und 400 kV variiert. Auf moglichst genauen Vergleich der
groBten 3 Kammern wurde besonderer Wert gelegt ; sie wurden deshalb
mehrmals und moglichst unmittelbar nacheinander ausgemessen.
fiber die Reihenfolge der MeBreihen Und ihre Zahl gibt Tab. 2 fur
v. F. AufschluB, wobei A aufwarts und a abwiirts bedentet. Aus
allen MeBreihen bei derselben Kammer wurde fur dieselbe Strnhlung
das Mittel gebildet.
Tabelle 2
Zahl und Folge der MeSreihen fur v.F.
Datum
~~
28.5.36
29. 5.
3. 6.
4.6.
8.6.
11.6.
13.6.
1
c$
1
I
70
1
35
23
!
Reihen
AaAa
AaAa
Aa
AaAa
AaAa
AaAa
AaAa
I
Datum
18.6.36
20. ti.
23.6.
26. 6.
2. 7.
17.7.
I
(b
I
50
70
60
16
13
11
l
Reihen
AaAa
AaAa
AaA
AaAa
AaAa
AaAn
8. Die Luftstreuung
Diese wurde genan in der von K u s t n e r (2) beschriebenen Weise
untersucht. Insbesondere waren die Drahtnetze und der Cellophanzylinder dieselben wie bei ihm. Nach Anbringen der auch von
K i i s t n e r beriicksichtigten Korrektur auf das vom Cellophanzylinder
ausgeschaltete Luftvolumen ergaben sich fur die Streuionisation in
Prozenten der Ionisation durch die Primarstrahlung Werte, die im
AnschluB an die von K i i s t n e r (dort Tab. 7) in Tab. 3 fur die Kammer
von 70 cm Durchmesser uncl v.F. zusammengestellt sind. Der BnschluB an K i i s t n e r s Werte ist sehr gut. Innerhalb der MeSfehlergrenzen durfte die Streuionisation zwischen 180 und 300 kV lolo
betragen. DaS sie von weicheren Strahlungen her abnimmt, deutete
K i i s t n e r als EinfluB des Comptoneffektes, da der Streustrahlungskoeffizient 0, mit der Wellenlange abnimmt. Fur den Wiederanstieg
bei sehr knrzwelligen Strahlen ist eine plausible Deutung vielleicht
die, dab die Wellenltbnge der gestreuten Strahlung bei der Comptonstreuung um einen Betrag groSer wird, der (im Mittel ftir die verschiedenen Strahlrichtnngen) urn so mehr ins Gewicht fallt, je kiirzer
W.I . Block. Die Luftionisation durch fintgenstrahlen w . 71 1
Tabelle 3
Streuionisation durch die Kammerluft in Prozenten der Primiirionisation
Fir eine Kammer von 70 crn Durchmesser und v. F.
--
____
kV
-~
~
60
80
100
120
140
160
180
195
Streuzusatz
s in O l 0
Beobachter
kV
I
200
220
235
250
280
300
320
340
360
380
400
Streuzusatz
-
1,41
1,31
1,31
1,21
1906
1,03
0,96
1 ,oo
b
I
Kiistner
0,99
0,96
1,oo
1,02
0,96
0,99
Block
1,02
1,03
1,13
1,22
1,57
I
die Wellenlange der Primarstrahlung ist. Da zweifellos sogar mit
mehrfacher Comptonstreuung zu rechnen ist, so scheint es nicht
unmoglich, da6 einer Wellenlangenabnahme sehr kurzwelliger Primarstrahlung bei der gestrenten Strahlung im Mittel eine Rellenlangenzunahme entspricht, nnd damit anch ein Anstieg des Streustrahlungskoeffizienten und der Streuionisation.
9. Die Mefiergebnieee
a) D i e I o n i s a t i o n in A b h i i n g i g k e i t vom K a m m e r d u r c h m e s s e r
Dividiert man clie in der MeSkammer beobachtete Ionisation
(den Voltwert V,,) durch diejenige bei derselben Strahlung in der
Vergleichskammer (Voltwert V J , bringt man die Korrektur fur Luftstreuung an, und verbindet man die so fur verschiedene Kammerdurchmesser, aber dieselbe Strahlung erhaltenen Werte- durch eine
Kurve, so steigt diese von kleinen hrchmessern her zunachst a n ,
nm nach Art einer Siittigungskurve allmahlich in eine Horizontale
uberzngehen. Der Beginn des horizontalen Verlanfes zeigt dann an,
daS der ihm entsprechende Kamrnerdurchmesser so groB ist, daB
praktisch alle Triiger erfaBt werden, und keine Primarelektronen ein
vorzeitiges Ende an den Kammerwanden finden. Abb. 3 zeigt dies
fur die hochsten 6 kV-Werte bei v.F. Dabei wnrde der horizontale
Teil der 380-kV-Kurve willkilrlich gleich 100
gesetzt. Obgleich
sich bei 70 cm Durchmesser fur alle Kurven bis auf f 1,5 'loo
derselbe Wert ergab, wnrde in Abb. 3, um die Zugehorigkeit jedes
Punktes zu seiner Kurve eindeutig hervortreten zu lassen und um
uberschneidungen zu vermeiden, jede Kurve in der Reihenfolge ihres
kV-Wertes gegen ihre Nachbarkurve um ein und denselben Betrag
712
Annalen der Physik.. 5. Folge. Band 32. 1938
von etwa 0,6OlO verschoben. Jede Kurve mii0te also eigentlich bei
70 cm Durchmesser durch 10Oo/, gehen. Die so erhaltene Kurvenschar zeigt jene Kontinuitat, die im Hinblick auf die gegeneinander
abgeglichenen und den kV-Werten angepaSten Filter und auf den
kontinuierlichen Gang der HWS.-Werte zu erwarten war. Diese
Kontinuitat lief3 es gorechtfertigt erscheinen, die ausgezogenen Kurven
an manchen Beobachtungspunkten vorbeizufiihren. Hatte man statt
Abb. 3. Ioniaation in Prosenten der Vollionisation in Abhhgigkeit
vom Kammerdurchmesser
dessen die Kurven zwangslaufig durch alle MeBpunkte gelegt, so
hatte sich nicht allein bei einigen Kurven (wie z. B. bei 320, 340
und 360 kV) ein ungleichmaBiger Anstieg ergeben: die 340-kV-Kurve
wiire sogar von 60 auf 70 cm Durchmesser wieder abgefden, was
vollig sinnwidrig ware. Es darf daher offenbar gefolgert werden,
da0 die Abweichung der Einzelpunkte von den glatten Kurven der
erreichten Mebgenauigkeit entspricht. Die groBte Abweichung, die
dabei ein Einzelwert zeigt, tritt fiir 50 cm Durchmesser und 320 kV
auf und betragt nur 1,7°/00. Bedenkt man nun, daJ3 die einzelnen
Werte aus MeSreihen entnommen wurden, in denen sich die ubereinanderliegenden Punkte entsprechen, nicht aber die durch die
Kurven verbundenen, so diirfte die grof3te Abweichung von 1,7O/,,
als durchaus erlaubt erscheinen. Sie entspricht der aus den Kapazitiitsmessungen erwarteten MeBgenauigkeit (vgL 6) bei Mittelbildung aus
W . I . Block. Die Luftivnisation durch Rhtgenstrahlen usw. 713
mehreren Beobachtungen und legt Zeugnis ab von der Zuverliissigkeit
der Kurven.
Unter diesem Gesichtspunkte lehren die Kurven der Abb. 3
folgendes:
Fiir alle Strahlungen bis hinauf zu 380 kV bei Y.F. ist ein
Kamrnerdurchmesser von 60 cm ausreichend. Fth die Strahlung von
400 kV bei v.F. ist hingegen auch die 70-cm-Kammer noch nicht
ganz groS genug; fiir sie dtirfte eine 80-cm-Kammer ausgereicht
haben. Indessen dtirfte auch f a r diese Strahlung bei einer 70-cmKammer der Ausfall an Triigerbildung mter 1% liegen.
b) Der Ionhetioneauefall in Abhangigkeit von der kV-Zchl
Da bis zu 380 kV schon die 60-cm-Kammer vollig ausreicht, 80
gilt dies erst recht fur die 70-cm-Kammer, die fUr diese Strahlungen
als unendlich groSe Idealkammer angesprochen werden darf. Es
Abb. 4. Ionisation in Prozenten der Vollionieation ftir Kamniern
gegebenen Durcbmessers in Abblingigkeit von der kV-Zabl
A d e n der Phyeik. 6. Folge. 32.
47
714
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
wurden daher diejenigen Ionisationen, die an einer Kammer von
kleinerem Durchmesser beobachtet wurden, durch die bei derselben
Strahlung an der 70-cm-Durchmesser-Kammer
beobachtete Ionisation
dividiert und in Abb. 4 in Abhilngigkeit von der kVZah1 fur v.F.
dargestellt. Die eingetragenen Punkte und die ausgezogenen Kurven
entsprechen den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit, wahrend die
gestrichelten Kurven der Untersuchung von Kiis t n e r (2) entnommen
wnrden. Dabei zeigt sich nicht dIein bei 200 kV ein recht befriedigender AnschluS an Kiistner; auch der Verlauf oberhalb
200 kV schlieBt sich demjenigen unterhalb 200 kV kontinuierlich
sehr gut an. Insbesondere treten die Minima der Kammern von
23 und 35 cm Durchmesser, ebenso wie die Maxima der Kammeru
von 13 und mehr Zentimeter Durchmesser, die bei Kiistner auBerhalb seines MeSbereichs lagen, in dem hier durchmessenen Bereich
von 200-400 kV deutlich in Erscheinung, und die Lage der Minima
und Maxima verschiebt sich in der von K i i s t n e r beobachteten
GesetzmaSigkeit mit zunehmendem Kammerdurchmesser in Richtung
hiiherer kV- Werte, d. h. kiirzerer W ellenlilngen.
I n quantitativer Hinsicht lehren die Kurven der Abb. 4, daS
ftir die v.F. eine Kammer von 23 cm Durchmesser in keiner Weise
ausreicht: bei 380 kV betragt der Ionisationsausfall 7 Ole, bei 400 kV
schon 9,5O/,! Eine 35-cm-gammer bleibt bis 340 kV unter 0,5O/, Fehler;
bei 400 kV hat sie aber schon iiber 2,5O/, Ansfall. Bei der 50-cmKammer ist kein Minimum und kein Maximum mehr nachweisbar:
von etwa 300 kV ab sinkt ihre Angabe bis zu etwa lo/,,Fehler bei
400 kV. Die 60-cm-Kammer schlieBlich weicht nur bei 400 kV urn
einige Promille von der 70-cm-Kammer ab. Jndessen sind diese
Angaben fiir 400 kV aus den unter a) dargelegten Griinden nicht
ganz genau, wilhrend f a r 380 kV und darunter die Ergebnisse auf
f 1,5°/,0 stimmen werden.
c) Der Einflu5 der Filterdicke bei dereelben kV-Zahl
Der Ausfall der Ionisation irrt in Prozenten der Ionisation bei
der 70-cm-Kammer fur alle untersuchten Kammerdnrchmesser, kVWerte und Filterdicken in Tab. 4 zusammengestellt.
Nach K i i s t n e r s (2) Untersuchungen sind fur eine bestimmte
Kammer das Minimum nnd das Maximum einerseits weniger ausgepriigt und andererseits nach kurzen Wellenlangen hin verschoben,
wenn die Filterung herabgesetzt wird. Dies tritt besonders deutlich
fur kleine Kammern hervor. -Fur die beiden kleinsten der hier
untersuchten Kammern von 11 und 13 cm Durchmesser ist der Ionisationsausfall zwischen 200 und 300 kV fur volle und halbe Filterung
-~
-
1 5060 -0,12
+0,22)+0,06-0,14/-0,05- 0,09- 0,041- 0,03+ 0,091- 0,08 - 0,031- 0,34
-0,lO -0,27-O,20- 0,18- 0717 - 0,30 - 0,18- 0,33- 0,251-0,93
~
Voll
6L
35
23
16
13
11
-0,14-0,19-0,35 -0,24- 0,31 - 0,17- 0,41- 0,46- 0,93- 1,461- 2,54
-0,86 -0,79 -0999 -0,76 - 0983 - 1902 - 1,81 - 2,81 - 4,75 - 6,93 - 9,44
-1,7 -1,6 -1,7 -1,4 - 2,5 - 3,9 - 6,6 - 9,4 -12,6 -16,7 -20,6
-2,O -1,8 -2,2 (-2,O)- 4,7 - 699 -1O,2 -13,9 -17,6 -21,8 1-26,3
1=2,9 -3,O 1-4,4 - 5 4 -10,O /-13,4l-l8,l 1-22,9 -27,O /-31,8'-36,3
\
a)
'\
b)
Abb. 5. Ionisationsausfall in Prozenten bei voller und halber Filterung
fur Kammern von a) 11 und b) 13 ern Durchmesser
47 *
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
716
Stellt man an Hand der Tab. 4 den Ionisationsausfall in Abhangigkeit vom Kammerdurchmesser dar, so zeigt sich, daB bei
einer hohen kV-Zahl, wie z. B. 400 kV (Abb. 6), der Ausfall fur alle
Kammerdurchmesser um so geringer ist, j e schwacher gefiltert wird.
Demgegenuber lehrt Abb. 7, daB sich fur niedere kV-Zahlen die
Kurven bei einem be%IU
stimmten Kammerdurchmesser schneiden konnen :
f u r kleinere Durchmesser
ist der Fehler bei starkster Filterung am groBten,
im Schnittpunkt ist er
f u r verschiedene Filte1
rungen gleich, und fur
35
griiBere Durchmesser gibt
w
JR
vu
50
60cn@ 7u
das starkste Filter den geAbb. 6. Ionisationsausfall in Prozenten fur ringsten Fehler l). Dieser
eine Kammer gegebenen Durchmessers bei
zunachst uberraschende
400 kV in Abhiingigkeit von der Filterdicke
Befund laBt sich indessen
auch aus Abb. 12 von
K u s t n e r ( 2 ) ablesen. Vergleicht man z. B. bei
200 kV den von ihm fur
seine volle Filterung ,,a''
und den fur seine halbe
Filterung gefundenen Fehler, so ist dieser Ioni7v
sationsausfall bei der
W
8-cm-Kammer fiir die
Abb. 7. Ionisationsausfall in Prozenten fiir
v.
F. ,,a" etwa 4,8O/,, fur
eine Kammer gegebenen Durchmessers bei
300 kV in Abhiingigkeit von der Filterdicke die h. F. aber nur etwa
2,7 O/,,, also kleiner, wahrend bei der groBeren 11-cm-Kammer beide Filterungen denselben
noch kleineren Fehler von nur 2,5 O l 0 aufweisen, was beides dem Befund des Verf. fur 300 kV bei kleineren Kammern d s 21 cm bzw. bei
solchen von 21 cm Durchmesser entspricht. Bis in den Bereich der
Umkehr hinein reichten leider die bei h. F. von K us t n e r angestellten
Untersuchungen nicht. Indessen kann man aus seiner Abb. 12 einen
anderen sehr lehrreichen SchluB ziehen : untersucht man, statt wie
1
%k
1) DaS sich in Abb. 7 die Kurven sogar fur drei verschiedene Filterungen
in demselben Punkte schneiden, ist ein Zufall, der nur selten eintritt.
W .I . Block. Die Lujfionisation durch Riintgenstrahlen usw. 717
soeben das Gebiet rechts des zweiten Schnittpunktes, den Bereich
zwischen beiden Schnittpunkten seiner Kurven z. B. f i r die Filterungen ,,aL' und 'la,,
von ,,a'' bei 180 kV, so ergeben sich die in
Tab. 5 zusammengestellten Ionisationsfehler. I n diesem Bereich ist
die Reihenfolge offenbar umgekehrt : die schwache Filternng bedingt
bier bei der kleineren Kammer den grofiten Fehler und bei der
groSeren Kammer den kleineren Ausfall.
Tabelle 5
Ionisationsawfall in Prozenten f i r verschiedene Kammergroflen und Filterungen
im Bereich zwischen den Schnittpunkten nach Kiistner
10. Weitere Korrekturen
Fiir alles Weitere sind noch folgende Korrekturen zu berucksichtigen:
a) D i e L u f t a c h w s c h u n g auf dem S t r a h l w e g yon der vorderen
zur hinteren Kammer
Wie H a s e und K i i s t n e r (9) zwischen 20 kV ungefiltert und
180 kV 2 mm Cu zeigen konnten, ent.spricht fur Rantgenstrahlen
jeden Hartegrades in diesem Bereich die Schwachung in 1 mm
Zellon derjenigen in 109 cm Luft. Es erscheint berechtigt, diese
Beziehung anch fur die hier benutzten, hilrteren Strahlungen als gultig
anzusehen, da nach den Schwachungsmessungen von Kiistner und
T r ii b e s t e i n (10)mit monochromatischen Rontgenstrahlen die Kurven
fur die Massenschwachungskoeffizienten leichtatomiger Stoffe bei
kiirzeren Wellenlangen als 0,2 A aufeinanderfallen. Es wurde daher
die Schwachung in Zellon untersucht.
Zu diesem Zwecke wurde an Stelle der Riesenfafikammer eine
kleine FaSkammer von 12 cm Lange und 10 cm Durchmesser in
etwa 80 cm Fokusabstand ins Strahlenbundel gebracht, das unmittelbar vor dieser Kammer ausgeblendet wurde. I n 209 cm Fokusabstand trat es durch eine zweite Blende nnd fie1 in die oben
beschriebene FaBkammer von 40 cm Durchmesser, die sonst als
Vergleichskammer, hier aber als MeSkammer diente. Das Zellonfilter hatte eine Dicke von 7,085 mm und wurde 83 cm hinter der
kleinen und 42 cm vor der groSen Kammer ins Strahlenbundel
gebracht. Bei diesen grofien Abstinden konnte keine nennenswerte
+
718
A n n a h der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
vom Zellon ausgehende Streustrahlung in die Kammern gelangen
und die Ergebnisse fdlschen. Dies besatigte eine Kontrolle: wnrde
das Zellon 42 cm hinter der kleinen und 83 cm vor der groSen
Kammer in das Strahlenbiindel gebracht, 80 waren die Ergebnisse
die gleichen.
Die Schwachungsmessungen wurden fiir jede der vier verschieden Filternngen bei 5 Strahlnngen zwischen 200 und 400 kV
durchgefuhrt. Der Betrag, um den die Strahlnng geschwacht wurde,
lag zwischen 9,7 nnd 15,8 Ole. Da es darauf ankam, zu bestimmen,
um wieviel Prozent die Strahlnngen auf dem Wege von der nnter 2
beschriebenen MeSkammer zu der unter 3 beschriebenen Vergleichskammer geschwacht wurden, genugte es nach Kiistner (ll),ftir so
Abb. 8. Prozentieche Schwlichung A llings 82 cm Luft
fiir F'ilterungen der Tab. 1
harte Strahlen als Strahlweg den Abstand beider Elektrodenmitten
in Bechnung zu setzen, der 82 cm betrug. Auf Grnnd obiger Beziehung zwischen Luft und Zellon ergab sich also der prozentische
Schvachungsverlust zwischen Vorder- und Hinterkammer durch
Multiplikation der beobachteten Werte mit
82
109 * 7,085
- 0,106.
Die Ergebnisse zeigt Abb. 8. Der EinfluS der Luftschwachung ist
hiernach stets kleiner a l s 1,7 o/o.
b) D e r E l e k t r o d e n e i n f l u f l
Wie W e h r h e i m (12) zeigen konnte, mu6 fiir Priizisionsuntersuchungen beriicksichtigt werden, da6 die Elektrode einen Teil
der Primarelektronenbahnen abfangt, so da6 die beobachtete Ioni-
sation zu klein ausfallt. 1st R der Radius der drahtformigen
Elektrode und a ihr Abstand von der Mitte des Strahlenbiindels,
so hat man nach W e h r h e i m die beobachtete Ionisation urn den
Betrag
A = - . -B
P
R-I-u n
W . I . Bbck. Die Luftionisation durch Rontgenstrahlen usw. 719
zu vergroBern, um auf unendlich dunne Elektrode zu reduzieren.
Dabei ist p die prozentische Abweichung der Kurven in Abb. 4 yon
100°/, fur den Durchmesser 2a. F u r die unter 2 beschriebene
MeBkammer (vorn) und die unter 3 beschriebene Vergleichskammer
(hinten) ergaben sich die in Tab. 6 zusammengestellten Werte.
Tabelle 6
Zahlenwerte eur Berechnung des Elektrodeneinflusses
....
MeBkammer vorn
Vergleichskammer hinten
1 R, = 0,5 m m 1
1
Rh = 1,0 mm
ur= 18 mm
1
ah=
35 mm
1
1
A,, = 0,0086.p,,
Ah = 0,0088 * p h
Urn p , fur 2 a U = 3,6 cm und I),
fiir 2a,= 7,O cm zu erhalten,
muBten die gestrichelten Kurven von K i i s t n e r in Abb. 4 extrapoliert werden. Auf diese Weise wurden die Werte f u r p,, p,, A,
und A,, erhalten, die Tab. 7 fiir v.F. zeigt. Wie man erkennt,
liegen die Korrekturen A, und A, bei einigen Promille, was auch
die MaBnahme der Extrapolation rechtfertigt.
Tabelle 7
Ionisationsausfall durch ElektrodeneinfluB
~-
kV
200
250
300
350
400
~
I
P v '/o
21
33
74
I
1
1
ph
'lo
I
~___
12
24
36
48
I
Av
'/o
I
8:; I
0,64
Ah '/lo
-
1
+ A"-
Ah
_ _
~
0,04
1,0014
1,0018
0,32
0,42
1,0020
1,0022
Will man die Ionisationen I in beiden Kammern miteinander
vergleichen, so folgt :
wobei der Index v fiir vorn und der Index h fur hinten gilt.
Die Werte der eckigen Klammer gibt Tab. 7 in der letzten
Spalte. Der ElektrodeneinfluS liegt hiernach zwischen 1,4 und
272 O/OO.
c) D i e Sekundarstrahlung der Blende
Uber diesen EinfluB wird demnachst K o n i g (13) naher berichten. Der Effekt wurde hier untersucht mit Hilfe einer konischen
Blende von 3 cm Dicke, deren kreisrunde groBe Offnung 2,4 cm
Durchmesser und deren kleine Offnung 1,965 cm Durchmesser besaB.
Aus Intensitatsgrunden konnte nur bei s..!I gearbeitet werden. Die
ITmrechnung des beobachteten Effektes auf die Blende der Abb. 1
720
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
lieB sich wegen deren ungewohnlichen Gestalt nur als Niiherung
durchfiihren. Hiernach wurde schatzungsweise durch die Sekuna'arstrahlung der Blende die Ionisation in der vorderen Kammer um
die in Tab. 8 fur s. F. angegebenen Werte dB zu groB gemessen.
Da der Effekt mit zunehmender Strahlenharte kleiner wird, SO
durfte er fiir die starker gefilterten und daher im Mittel harteren
Strahlungen etwas kleiner gewesen sein, als Tab. 8 angibt.
Tabelle 8
Ionisationszusatz durch Sekundarstrahlung der Blende
kV
220
280
I
~
A,o/,,
~~~
0,60
0,21
I
__
-
I
kV
1
AB0/0
_
- -~
~
2:
1
_
0,20
0,14
Bei der Untersuchung dieses Effektes stand ein Filter von
1 mm A1 0,6 mm Zellon hinter der konischen Blende. Durch ein
solches ware die Pb-L-Strahlung fast restlos unterdruckt worden.
Da Weglassen des Filters keine merkliche Bnderung des Effekts
ergab, darf daraus geschlossen werden, daB die L-Strahlung der
Blendenrander in dem hier untersuchten Hartebereich keine merkliche Rolle spielt.
+
11. Vergleioh der Angaben der vorderen und hinteren Kammer
Die hintere Vergleichskammer hatte einen Durchmesser von
40 cm. Da dasselbe Strahlenbiindel beide Kammern durchsetzte,
so ware zu erwarten, da5 - bei Berucksichtigung der erforderlichen
Korrekturen, wie z. B. der Luftschwachung - die Ionisation pro
Zentimeter Elektrodenlange in der vorderen und hinteren Kammer
die gleiche gewesen ware, wenn vorn ebenfalls mit einer Kammer
von 40 cm Durchmesser gearbeitet worden ware. Da eine solche
nicht angewandt wurde, muB aus den MeBwerten interpoliert werden.
Fuhren wir dies fur die v.F. entsprechend den Kurven der Abb. 3
bis hinunter zu 200 kV durch, so erhalten wir fur das Verhaltnis
der den Ionisationen entsprechenden beobachteten Voltwerte V J V ,
(vgl. 6) die in der Tab. 9 angegebenen Quotienten'). Zwischen 200
und 280 kV unterscheiden sich die Verhaltnisse der Voltwerte so
wenig voneinander, daB man die Unterschiede als Beobachtungsfehler deuten und mit dem Mittelwert 0,81788 rechnen darf. Die
1) Hierbei sind allerdings die Streustrahlungskorrekturen fur die vordere
Kammer nicht angebracht, da die Luftstreuung in der hinteren Kammer j a
auch mitgemessen wird.
W . I . Block. Die Luftionisatwn durch Rontgenstrahlen usw. 721
letzte Zeile von Tab. 9 gibt dann fur die verschiedenen kV-Werte
die prozentischen Abweichungen A von diesem Mittelwert. Graphisch
aufgetragen, fugen sich diese A mit einer fur den kleinen Effekt
erstaunlichen Genauigkeit einer glatten Kurve an und stellen den
Gang des Ionisationsverhaltnisses dar.
Tabelle 9
Zur Interpolation auf eine MeBkammer von 40 cm Durchmesser
kV
%'- V h
A
"/o
I
1
200
1
220
1
235
1
250
1
280
I
300
1
320
1
340
I
360
I
380
0,8182)0,81761 0,81821 0,81761 0,817810,81711O , 8 1 6 6 w 0 , 8 l 4 6 i 0,8131
1
I
/+0,037~-0,037/+0,037/-0,037~-0,012~-0,098~
-0,16 -0,22 -0,40
I -O,R9
I
(018061
400
'
-1,44
Urn weiterhin zu prufen, ob die vordere und hintere Kamnier
von 40 cm Durchmesser, absolut genommen, die gleiche Ionisation
liefern, haben wir den beobachteten Mittelwert 0,81788 fur das
Verhaltnis der Ionisation vorn zur Ionisation hinten noch mit
folgenden Faktoren zu multiplizieren:
a) dern Verhaltnis der wirksamen Weglangen W, = 28,25 - 1,269
(vgl. 2 und 3),
b) dem Verhaltnis der Kapazitaten der Harmskondensatoren
_
' - 0,99809 (vgl. 6),
wt
Ch
c) dem Korrekturfaktor fur die Luftschwachung; fur 240 kV
der Korrekturfaktor
betragt diese fur v.F. nach Abb. 8 1,2 O/,
also 0,988,
d) dem Korrekturfaktor fur den Elektrodeneinflug; nach Tab. 7
betragt er fur 240 kV 1,0017,
e) dem Korrekturfaktor fur die Sekundarstrahlung der Blenden;
nach Tab. 8 betragt dieser EinfluB fur 240 kV etwa 0,5 Ole, der
Korrekturfaktor also etwa 0,995.
Alle diese Faktoren zusammen haben den Wert 1,2472. Multiplizieren wir dies mit dem beobachteten Werte 0,81788, so erhalten
wir fur zwei 40-cni-Kammern aus unseren Reobachtungen bei 240 kV
und v.F. fur die Ionisation vorn zur Ionisation hinten 1,020;
wir erhalten also f u r die vordere Kammer eine um 2 "/, hiihere
Ionisation, als dies zu erwarten ware.
Es erhebt sich die Frage, worauf dieser unerwartete Unterschied
zuriickzufuhren sein mag.
Da6 die hintere Kammer (abgesehen von der Luftschwachung)
die volle Rontgenenergie empfing, die durch die Blende in die
722
Annulen der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
vordere Kammer eintrat, wurde experimentell belegt (vgl. 3). Ein
Energieausfall durch fehlerhafte Ausblendung kommt also ds Erklarung fur die 20/1,ige Differenz nicht in Frage.
Ebensowenig kann die vordere Kammer einen Ionisationsznsatz
durch Elektronen erhalten haben, die an den Riindern der Eintrittsblende durch die Rontgenstrahlen ausgelost wnrden. Denn selbst bei
der hartesten hier verwandten Strahlung von 400 kV, v.F. betragt
die Reichweite der an Luft ausgelosten Elektronen bestimmt nicht
mahr als 40 cm (vgl. 9a); wegen der groSeren Austrittsarbeit miissen
die an Blei susgelosten Elektronen aber kurzbahniger sein. Da die
Blende sich 47 cm vor der MeSelektrode befand, endeten die Bleielektronenbahnen in jedem Falle in betriichtlichem Abstande vor der
MeSelektrode.
Eine andere mogliche E r k l a m g ware die, daS die Fenster der
hinteren Kammer aus 0,OS mm graphitiertem Cellophan nicht ausreichten, urn den vollen Wandwirkungsbeitrag im Sinne von H o l t h n s e n (14)und B e c k e r (15) zu liefern. Es wnrden deshalb bei
400 kV und v. F. Cellophanschichten verschiedener Dicke unmittelbar
vor das Eintrittsfenster der hinteren Kammer gebracht. Bis zu
Zusatzschichten von 0,16 mm konnte auch nicht die geringste Ionisationsanderung durch Einschieben des Cellophans nachgewiesen
werden, was fur dss Vorhandensein der Kompensation der Schwachung
durch den Streuzusatz spricht. Die Ionisation ist also offenbar von
der Dicke der verwandten k’enster weitgehend unabhangig. Erst
bei iibermLBig dicken Fenstern von 1 und 2 mm Cellophan iiberwog
die Schwachnng den Streustrahlungszusatz, wie das auch A l b r e c h t (16)
bei mittelharten Rontgenstrahlen beobachtet und klargelegt hat. Auch
die VergroBernng der Fensterdicke beim Austrittsfenster der hinteren
Kammer hatte nicht den mindesten EinfluS auf die beobachtete
Ionisation. Wandwirkungsausfall durch zu diinne Fenster kann also
den bedbachteten Ionisationsunterschied von 2 O/,, nicht verursacht
haben.
Demgegeniiber erklart sich der Ionisationsmangel in der hinteren
Kammer vielleicht auf folgende Weise: wie im IL Teil gezeigt werden
wird, weist eine aus graphitiertem Cellophan hergestellte Fingerhutkammer zwischen 200 und 400 kV eine Empfindlichkeitsabnahme
von etwa Sol0 auf. Wenn sich, wie B r a u n und K t i s t n e r (17)
zwischen 20 und 180 kV, und zwar bei wesentlich unhomogeneren
Strahlungen gezeigt haben, durch Auftragen einer diinnen Graphitschicht auf Cellophsn auch Luftkompensation und damit Hiirteunabhangigkeit erzielen IaSt, so ist dabei zn bedenken, daS in diesem
Hiirtebereich die Elektronen nur geringen Cellophantiefen entstammen,
W . I. Block. Die Lufthnisathn durch Rontgenstrahkn
USIU.
723
so daS die Graphitschicht und die wirksame Cellophanschicht die
Kompensation bedingen mogen. Bei den in der vorliegenden Arbeit
untersuchten Strahlungen haben die Elektronen aber ihren Ursprung
in wesentlich tieferen Cellophanschichten ; das Cellophan fallt also
der Graphitschicht gegeniiber um so mehr ins Gewicht, je harter
die Strahlung ist, und mit zunehmender Strahlenhlrte ist daher zu
erwarten, da0 die Kompensation immer geringer und die Harteabhangigkeit immer groSer wird. Bei der hier verwandten starken
Homogenisierung miiBte ein solcher Effekt ganz besonders stark in
Erscheinnng treten. Wenn dieser Effekt (wegen des Verhiiltnisses
von bestrahlter Flache zu bestrahltem Luftvolumen) auch bei einer
FaSkammer wesentlich geringer ist als bei einer Fingerhutkammer
so erscheint doch die Erkliirung nicht ausgeschlossen, daS er ganz
oder wenigstens teilweise fiir den beobachteten 2 O/, igen Ionisationsausfall in der hinteren Kammer verantwortlich ist.
12. Die Abeolntbeetimmung der r-Einheit
Durchlauft der Faden des Elektrometers unter Einwirkung der
Rontgenstrahlen in T Minuten den MeSbereich A B, und wahlt man
die Spannung von V Volt so, daS bei Anlegen derselben an den
Mittelbelag des Harmskondensators der Kapazitiit C der Faden durch
Influenz denselben MeSbereich A B dnrchspringt, so ist in Erweiterung
einer Formel von Kiistner (11) die wlhrend T Minuten am Orte
der Blende verabfolgte Dosis gleich
F-W
- KL - K , - K t , HKmE -K B .3.1Oer1).
F bedeutet hier die Flache der Blende in Quadratzentimetern, W
den Strahlweg in der Kammer in Zentimetern; KL, K8,. . . usw.
sind Korrekturfaktoren. Indem man diese GroSe durch T dividiert,
erhalt man die Dosisleistung in r/min.
Zum Zwecke der Absolutbestimmung wurde der kleine, fiir die
iibrigen Messungen benutzte Harmskondensator durch einen groSen
und widerstnndsfahigen ersetzt, wie ihn K i i s t n e r (11) beschrieben
hat. Derselbe war von der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt
zu 47,2.10-l8 Farad geeicht und hatte sich, wie K i i s t n e r demnachst
zeigen wird, nicht geandert. Der Durchmesser der kreisrunden Blende
(vgL 4) betrug 1,498 cm, ihre Flache F also 1,76 cm2. Die wirksame
Weglange W der Rontgenstrahlen in der Kammer betrug (vgl. 2)
28,25 cm.
1) Ein weiterer Faktor Km den Kiietnere Formel (19) enthlilt, bezieht eich
auf die Zellonfenster; da der Verf. ohne Zellonfenster arbeitete, iat dieser
Faktor gleich 1 und wurde daher hier weggelaeeen.
724
Annalen &r Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
Der Korrekturfaktor K t , dient zur Reduktion der Temperatur
von t o C und des Druckes von N mm Hg auf Oo und 760 mm und
ist gleich
K t ,11 = (1 + 0,00367 * 2) 7
760 .
Der Korrekturfaktor K, dient zur Ausschaltung der Ionisation
durch die Luftstreuung innerhalb der Kammer. Da zur Absolutbestimmung die Kammer von 70 cm Durchmesser verwandt wurde,
konnen die in Tab. 3 zusammengestellten Beobachtungswerte s in
Prozenten herangezogen werden. Die beobachtete Ionisation ist urn
diese Werte zu verkleinern, also wird
K , = (1 - 0,Ol~).
Der Korrekturfaktor IiL berucksichtigt die Schwachung der
Rantgenstrahlen innerhalb der Kammer. Far einen Weg von 82 cm
ist die prozentische Schwachung A auf Grund von Sondermessungen
in der Abb. 8 dargestellt (vgl. lOa), aus der man alles Weitere entnehmen kann. Da die Schwachnng immer nur wenige Prozente betrilgt,
darf bei der Entwicklung der e-Funktion nach dem ersten Gliede
abgebrochen werden und die prozentische Schwachung der durchstrahlten Weglange proportional gesetzt werden. Der Faktor KL
setzt sich aus 2 Teilen zusammen:
a) Reduktion der Intensitat am Anfang der MeSelektrode auf
die Inteneitiit an der Blende. Da die Eliintgenstrahlen 60 cm vor
der MeSelektrode in die Blende eintraten, ist ihre Intensitilt daselbst
50
l+--A=l+O,610*A
82
ma1 so groS wie am Anfang der MeBelektrode.
b) Reduktion des Intensitatsabfalls langs der Mefielektrode auf
den Anfang derselben. Da die Intensitat langs der MeBelektrode
auf den Bruchteil
28,25
1 - -* A = 1 - 0,345 * A
82
abfallt, betragt sie in der Mitte der Elektrode
1 - 0,5 0,345. A = 1 - 0,172 A
des Anfangswertes; die beobachtete Ionisation ist also mit dem Faktor
-
1
1
- 0,172- d
-
1
+ 0,172
*
A
zu multiplizieren.
Damit wird insgesamt
KL = 1 + 0,610 * d
0,172 * A = 1 + 0,782 * A ,
wobei A in Prozenten der Abb. 8 zu entnehmen ist.
Der Korrekturfaktor K , beriicksichtigt den Ionisationsausfall
+
W .I . Block. Die Luftionisation durch Rontgenstrahlen usw. 725
durch ElektrodeneinfluS. Indem wir die prozentischen Werte A, der
Tab. 7 entnehmen, erhalten wir
ICE = (1 + A,).
Der Korrekturfaktor K B tragt der Sekundarstrahlung der Blende
Rechnung. Entnehmen wir die prozentischen Werte Ae der Tab. 8,
so wird
K B
= (1 -
AB).
Urn ein Urteil tiber die Qenauigkeit der Absolutbestimmung zu
gewinnen, miissen wir die Qenauigkeit jedes Einzelwertss in der am
Anfang dieses Abschnitts angefiihrten Formel in Rechnung setzen.
Diese diirfte betragen fur
c. . . . . . .
v.... . .
F . .
. . . .
w . . . . . .
0,s
"0
0,3°/o
012"0
0,1yo
K L . . . . . . 011 "0
Ka . . . . . . 011"0
K t , ] , . . . . . 0,s" 0
KE . . . . . . 0,lyo
RE
. . . . . . 0,2ofO
. . . f 1,7°/0
Insgeaamt
Mit Hilfe der auf diese Weise durch Absolutbestimmung geeichten gammer von 70 cm Durchmesser wurden die Dosisleistungen
der Hochvoltanlage bei 2 mA und den Filternngen der Tab. 1 ftir
den Fokus-Blende-Abstand von 93 cm in r/min gemessen. Einen
Auszug der Ergebnisse zeigt Tab. 10.
T a b e l l e 10
Leistung der Hochvoltanlage bei 2 mA, den Filterungen der Tab. 1
und bei 93 cm Fokuaabstand in rlmin
kV
300
320
1 ungefiltert i
3,95
-
1
a. F.
m.F.
I
1,049
1,011
-
,
0,367
h. F.
0,115
I
v. F.
I
0,022
1
726
Annalen der Physik. 5. Fo2ge. Band 32. 1938
beiden Kondensatoren Co und C, in einem Sonderversnch mit dem
Normalkondensator nach dem unter 6 geschilderten Prinzip ebenfalls
geeicht. Dabei ergab sich fur C, und C, der gleiche Wert von
7,05
Farad. Damit ergibt sich ohne weiteres die Eichung
der hinteren 40-cm-Kammer fur ihren Eondensator C, durch die
vordere 70-cm-Kammer in r.
Es sei ausdriicklich betont, daB die unter 11 erorterte Abweichung
von 2O//, zwischen vorderer und hinterer Kammer in dieses Ergebnis
kaum eingehen wird; denn hier handelt es sich um eine empirische
Eichnng der hinteren Kammer durch die 30-cm-Kammer1 wahrend
die 2OI0 Unterschied bei einem Vergleich beider Kammern in Erscheinung traten, bei dem die hintere, nicht mit Schutzelektroden,
statt dessen aber mit Cellophanfenstern ausgeriistete Kammer der
vorderen fiir Absolutbestimmungszwecke als gleichwertig sngesehen
wurde, was nicbt ohne weiteres erlaubt sein durfte.
XI. Teil
Um nun die fiir die Tiefentherapie wiohtige Frage zu priifen,
wie sich die Dosis kurzwelliger Rontgenstrahlen auf die Tiefe des
menschlichen Gewebes verteilt, wurde eine besondere Kleinkammer konstruiert, mit deren Hilfe
die Verteilnng der Streustrahlung und die Tiefenquotienten in einem Wasserphmtom gemessen
wurden.
1. Die Kleinlrammer (Fingerhntkammer)
Die Kleinkammer K selbst war aus Zellon von
0,35 mm Wandstiirke gepreSt und mit graphitiertem, 0,16 mm starkem Cellophan ausgelegt (Abb. 9).
Ihre Gesamtlhge betrug einschliefllich des halbkngelf ormigen Abschlusses 30 mm, ihr Innendnrchmesser 13,4 mm. Die Innenelektrode von 2 mm
Durchmesser bildete ein Alumininmdraht, der innerhalb der Kammer mit graphitiertem Cellophan umkleidet war. Die Elektrode reichte bis etwa 2 mm
an die Kammer heran, da nach B r a u n und
K i i s t n e r ( l 8 ) filr so kleine Abstande die Sattigung
am ehesten eintritt. Die Kammer erwies sich oberAbb. 9.
halb 100 Volt auf mehr als 1 gesattigt; bei allen
Fingerhutkammer
folgenden Versnchen lagen trotzdem 320 Volt an
(schematisch)
der Kammer.
Die Zufiihrung der Kammerspannung erfolgte nach dem Schutzringprinzip. Zu diesem Zwecke war das die Elektrode tragende
W.I . Block. Dk Lujtionisatbn durch Riintgenslrahlen usw. 727
Bernsteinrohr B von einer geerdeten Hulle aus dunner Al-Bolie
umschlossen. Diese war durch ein Zellonrohr Zi von etwa 1,5 mm
Wandstilrke von einer weiteren diinnen Al-Folie isoliert, die an
Sattignngsspannung lag und mit dem graphitierten Innenbelag der
Kammer verbunden war. Das Ganze umhUllte ein isolierendes Zellonrohr Za,das lnit der Kammer K wasserdicht verbunden war. Um
Elektronenausfall zu vermeiden, der bei zu geringer Kammerwandstarke nach B r a u n und Kiist n e r (17) auftreten kann, wurde iiber
die Kammer K noch eine Kappe aus 1,3 mm Zellon geschoben.
Bei Versuchen im Wasserphantom wurde die Kammer noch von
zwei Gummifingerlingen umhiillt.
Der in Abb. 9 dargestellte senkrechte Teil hatte einschlie0lich
der Kammer eine Lange von etwa 14 cm. Von da ab bog er rechtwinklig in eine horizontale Fortsetzung von etwa 50 cm Lange um,
die niit dem W ulfschen Einfadenelektxometer verbunden war, dae in
einer der unter I, 6 beschriebenen ahnlichen Schaltung benutzt wurde.
Der Vergleich der Kieinkammer mit der FaSkammer bei der
mittleren Filterung zeigte von 200-400 kV eine geringe, stetige
Abnahme der Empfindlichkeit der Kleinkammer, die in Tab. 11 in
T a b e l l e 11
Abnahme der Empfindlichkeit der Kleinkammer bei m. F. in Prosenten
kV
A 'lo
I
kV
A "lo
200
220
238
250
0,42
1,64
2,1
6,33
Prozenten dargestellt ist. Wie sich nach Abschlu0 der Versuche
zeigte, diirfte dies an einer h d e r u n g in der Herstellung des zum
Graphitieren benutzten Bleistiftes ,,Faber Castell 6 B" beruhen; denn
nicht nur in dem hier untersuchten Bereich, sondern auch unterhalb
180 kV verschwand die Hiirteabhangigkeit einer Fingerhutkammer, die
bei dem hier benutzten Faberstift auftrat, wenn ein alter ,,Castell 6 B"
zum Graphitieren benutzt wurde, der sich bei den Untersuchungen
von B r a u n und K i i s t n e r bewahrt hatte. Indessen dilrfte die geringe
Harteabhilngigkeit fur die folgenden Versuche keine Rolle spielen.
2. Dm Weeeerphantom
Das Wasserphantom bestand aus einem rechteckigen Kasten
aus 2 mm starkem Zellon von 29,O x 19,3 x 18,8 ccm Inhalt. Die
Rontgenstrahlen durchsetzten ihn parallel zur Kante 18,8. Der Kasten
728
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
stand in einem Bleipanzer, der auf der Eintrittsseite der Rontgenstrahlen 15 mm, auf allen anderen Seiten 5 mm stark war. Um die
Blei-K-Strahlung snszuschalten, die die am Wasser gestrente Primarstrahlung etwa auslosen konnte, waren zwischen Blei und Phantomkasien 0,5 mm starke Zinkbleche aufgestellt, die mit einem AntimonSchellack-Brei bestrichen waren, bei dem 1,125 g Sb-Pulver auf das
Quadratzentimeter kanien, was einer Sb-Schicht von 1,7 mm entspricht.
So absorbierte das Sb die Pb-K-Strahlung und das Zn die Sb-KStrahlung. Ein Schuta gegen die Zn-K-Strahlung war nicht notig,
da sie schon in wenigen Millimetern Wasser absorbiert wird.
. Das Strahlenbtindel wurde auf der Eintrittsaeite durch quadratische Blenden begrenzt, die etwa 2 cm vor dem Phantomkasten in
den Bleipanzer eingesetzt waren. Um bei der grof3en Durchdringungsfahigkeit der Strahlen eine scharfe Begrenzung des Strahlenbiindels
zu gewahrleisten, war der Blendenrand so schrilg geschnitten, da0
das von dem punktformig gedachten Brennfleck ansgehende divergente Strahlenbtindel den Blendenrand streifte.
Die Kleinkammer K (Abb. 9) stand senkrecht im Wasser; ihre
waagerechte Verbindung mit dem Elektrometer f W e durch einen
Schlitz im Bleipanzer. Dieser Schlitz wurde stets so weit wie moglich
mit Blei abgedeckt. Das Elektrometer stand auf einem fahrbaren
Gestell und konnte durch eine Prazisionsftihrung mitsamt der Kammer
waagerecht sowohl langs des Rontgenstrahlenbiindels a l s auch senkrecht zu diesem verschoben werden.
Das Rontgenstrahlenbiindel verlieS den Bleipanzer auf der
Austrittsseita des Phantomkastens durch ein kreisrundes Loch von
6,2 cm Durchmesser. I n 209 cm Fokusabstand fie1 es durch eine
kreisrunde Blende von 3,5 cm Durchmesser in die Ionisationskammer
von 40 cm Durchmesser, die als Vergleichskalnmer diente.
3. Reduktion anf unendlioh kleinee Kammervolumen
Genau genommen, liefert eine Kleinkammer richtige MeSergebnisse
nur im homogenen Strahlungsfelde. 1st das Strahlnngefeld aber inhomogen oder gar unstetig, so ist das Ergebnis um so fehlerhafter,
j e groSer die Kammer ist; denn einzelne Teile derselben messen
gleichzeitig Punkte verschiedener Intensitat. Diesen EinfluS haben
schon H o l f e l d e r , B o r n h a u s e r und Y a l o u s s i s (19) erkannt und
experimentell ausgeschaltet. J e nach GroSe und Form der Kammer
wird dieser Einflu0 von Fall zu Fall zu untersuchen sein.
Diese umstandlichen Einzeluntersuchungen lieSen sich aber
dann ersparen, wenn jedes Elementarvolumen der Kammerluft den
gleichen Beitrag zur Gesamtionisation liefern wiirde; denn dann
W.I . Block. Die Luftionisatwn durch Rontgensfrahlen usw. 729
liefie sich die Korrektur fUr Kammern beliebiger Form und Gro6e
einfach rechnerisch erfassen.
Zur Prufung dieser Frage wurde bei 220 kV, s.F. die Kleinkammer frei in Luft in einem Strahlungsfelde, das im Fokusabstand
von etwa 50 cm fur den Kammerraum als hornogen gelten kann,
einmal aus den1 Schattenbereich
eines Bleischirms Schritt fiir Schritt
in das Strahlungsfeld hineingeschoben (Fall a), ein anderes Ma1 BUS
dem Strahlungsfelde hinter einen
Bleischirm gezogen (Fall b). I n
beiden Fallen stand die Kante des
b
a
Bleischirms der Kammerachse parAbb. 10. Zur Reduktion
und die Verschiebung erauf unendlich klejnes Volumen
folgte senkrecht zu dieser und zur
Strahlrichtung in Richtung der Pfeile (Abb. 10). Bezeichnen wir
mit x die Tiefe, um die die Kammer vom Durcbmesser 2 r in das
Strahlenbiindel eintaucht, und nehmen wir an, da0 die Ionisation in
allen gleich groBen Elementarrilumen der Kammer dieselbe sei,
so verhalt sich die Ionisation IT
bei Teilbestrahlung zur Ionisation I ,
bei Vollbestrahlung wie der schraffierte Teil des Querschnitts zum
Gesamtquerschnitt, also wie
-
-
1
-
r - x
- 1 arc sin -
--.r r'- nx
v2rx-xa.
mrn hiudnw&$mmhie&
Durch Einsetzen von r = 6,7 mm
Abb. 11. Proportionalitiit zwischen
(vgl. I1,l) liefert diese Gleichung die Ionisation und durchstrahltem Vo.ausgezogene Kurve der Abb. 11,
lumen bei der Fingerhutkammer
wahrend die a h Dreiecke bzw. a15
Vierecke markierten Punkte die MeSergebnisse fur Fall a bzw. Fall b
.dadellen. Die ifbereinstimmung zwischen Versuch und Rechnung ist
.so vorziiglich, da6 damit die Gleichheit der Ionisation fur alle gleich
,groSen Elementarvolnmina der Kammerluft nachgewiesen sein durfte.
Die Kurve der Abb. 11 zeigt, wie die hier benutzte Kammer
,den Intensitatssprung von 0 auf 1 am Rande eines scharf begrenzten
Annnlen dcr Physik. 5. Folge. 32.
4s
730
Annalen &r Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
Strahlenbiindels darstellt. Um auf unendlich kleine Kammer zu
reduzieren, wurden daher bei allen unter 4 beschriebenen Messungen
die Beobachtungspunkte um denjenigen Betrag verschoben, der Clem
Abstande der Kurve von Abb. 11 von ihrer Symmetrieachse bei der
zugehorigen Intensitat entspricht.
4. Die Begrenaung der Strohlenbkdel im Waeeer
Rekanntlich wird durch die Streustrahlung die Begrenzungsschkrfe eines Strahlenbundels mit zunehmender Tiefe unter der
Wasseroberflache mehr und mehr verwischt. Es wurden zur quantitativen Priifung dieser Frage zwei Strahlenbiindel bei
220 kV; 0,5 mm Cu 1,0mm A1 (HWS. = 1,15 mm Cu)
und bei
400 kV; 2,55mm Sn + 0,5mm Cu + 1,0 mm A1 (HWS. = 5,l mm Cu)
miteinander verglichen. Die quadratische Blende von 9,7 x 9,7 cm?
hatte bei einer Fokusdistanz von etwa 44 em etwa 1,5 cm Abstand
von der senkrechten
Wasserflache und war so
bemessen, cla0 drts hori?cmJefi zontale divergente Strahlenbtindel weder den Bo700
den des Phantomkastens
noch die horizontale
90
W-asseroberflilche traf,
80
sondern allein durch die
70
Riickwand austrat. Die
60
senkrecht stehende Kam50
mer wurde dabei in
Yo
waagerechter Richtung
durch das Strahlenbiindel
Jo
gefuhrt,
und zwar hatte
20
die
Kammermitte
1, 6, 11
W
und
16
cm
Abstand
von
I
1
I
1
' '0
0
2
4
6
8
7Ucm
der senkrechten WasserAbb. 12. Begrenzung der Strahlenbundel
flilche, durch die das
in Abhlingigkeit von der Wassertiefe fur
Strahlenbiindel eiutrat.
220 und 400 kV bei schwacher Filterung
Die auf unendlich kleine
Kammer reduzierten Ergebnisse zeigen die Kurren der Abb. 12. Als
Ordinate ist hier die Intensitat der Strahlung aufgetragen, wobei die
Intensiut in der Mitte des Strahlenbundels gleich 1000/o gesetzt
wnrde, als Abszisse der Abstand von der Mitte des Strahlenbiindels
in Zentimetern. Um uberschneidungen zu vermeiden, wurden die
+
W . I . Block. Die Luftdonisation durch Riini5jenstrahlen usw. 731
Kurvenziige entsprechend den seitlich eingetragenen MaEstaben urn
ein und denselben willkurlichen Betrag gegeneinander verschoben.
Die Kurven lehren folgendes:
a) Unmittelbar unter der Eintrittsflilche ist das Strahlenbiindel
scharf begrenzt. J e tiefer es aber eindringt,, desto unscharfer wird
seine Begrenzung.
b) Die Strahlung von 400 kV zeigt in allen Tiefen eine scharfere
Begrenzung als diejenige von 220 kV. Die Intensitat in der Umgebung des Primarbiindels ist bei 400 kV also stets geringer als bei
220 kV, solange man die Intensitat im Zentralstrahl fiir beide
Spannungen gleich 100°/, setzt. Reduziert man aber die Kurven
der Abb. 12 mit Hilfe der Abb. 13 auf 100°/,ige Intensitat an der
Wasseroberflache, wie es der Wirklichkeit entspricht, so zeigt sich,
daS die Intensitat. der Streustrahlung in der Umgebung des Primarbundels fur beide Spannungen
fast gleich groB ist und mit der
Tiefe abnimmt.
Das erste Ergebnis bringt
gegeniiber weicheren Strahlungen nichts Neues. Das letzte
Ergebnis ist zunachst befremdend, da die Unscharfe der
Begrenzung auf Streustrahlung
bernht, die mit zunehmender
Strahlenharte immer mehr anwlichst. Bedenkt man aber,
daS die Strenung nach Kiistn e r undTriibestein(l0) ganz
uberwiegend Comptonstreuung
ist, die um so mehr in Primarstrahlrichtung gestreut wird, je
kurzwelliger die Strahlung ist,
so erklart sich auch das zweite
Ergebnis zwanglos.
5. Tiefendoeen im Zentralatrahl
Abb. 13. Prozentuale Tiefendosis
in Abblngigkeit von der Waasertiefe
fur 2 verechiedene kV-Zahlen
nnd FeldgroSen
Diese wurden fiir die
nnter 4 genannten Seiden
Strahlungen fiir quadratische Felder von 94 cma und von 25 cma
untersucht. Da die Mitte der Kammer nur auf 1 cm an den senkrechten Wasserspiegel an der Eintrittsseite der Strahlen herangebracht
werden konnte, so wurden die beobachteten Knrven auf die Eintrittsflache extrapoliert, und die Oberfiachenintensitat wurde dort gleich
48 *
732
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 32. 1938
1000/ogesetzt, So wurden die Kurven der Abb. 13 erhalten. Sie bestatigen
die aus dem Gebiet weicherer Strahlungen bekannten Ergebnisse,
daB die Intensitat in einer bestimmteu Tiefe relativ zur Oberfliichenintensitiit um so groBer ist, je harter die Strahlung und je groBer
das Feld ist. Beim ffbergang von unserer 220-kV-Strahlung zu
unserer 4CO-kV-Strahlung nimmt die Dosis in 10 cm Tiefe beim
Felde von 25 cme um etwa 18°/o uiid beim Felde von 94 cma um
etwa 15O/, zu. Fiir geringere Tiefen ist der Gewinn kleiner, fur
gr6Sere Tiefen hoher.
Zusemmenfassung
1. Fiir Rihtgenstrahlen, die durch E’ilterung mit Blei uud
Zinn auf3erordentlich stark homogenisiert sind, wird im Bereiche
von 200-400 kV die Luftionisation in 8 Zylinderkammern von 11
bis 70 cm Durchmesser im AnschluS an die Ergebnisse von K u s t n e r
untersucht. Bei sorgsamster Beriicksichtigung aller stijrenden Eint i t h e ergibt sich:
2. F u r 380 kV, 2,9 mm Pb + 8,0 mm Sn + 1,0 mm Cu + 9,0 mm A1
(HWS. = 6,G mm Cu) und alle weicheren Strahlungen genugt zur vollen
Ausnutzung der Tragerbildung nnd damit zur Absolutbestiinmung
der r-Einheit ein Kammerdurchmesser von 60 cm. F u r eine Strahlung
von 400 kV, 3,7 mm P b + 8,O mm Sn + 1,0 mm Cu + 9,0 mm A1
(HWS. = 6,85 mm Cu) reicht eine Kammer von 70 cm Durchmesser
noch nicht vollkommen aus.
3. Fur die Luftionisation bei unzureichendem Kammerdurchmesser wurden Kurven erhalten, die diejenigen von K i i s t n e r vollkommeu zwanglos in den kurzwelligen Bereich fortfuhren. Insbesondere zeigt die kontinuierliche Verschiebung der Minima und
Maxima sowohl hinsichtlich der Strahlenharte als auch in Abhangigkeit
vom Homogenitatsgrade die von K i i s t n e r beobachteten GesetzmaSigkeiten. Damit wird seine Deutung der Wechselwirkung zwischen Photoelektronen und Comptonelektronen bei der Luftionisation bestatigt.
4. Die relative MeSgenauigkeit der Einzelpunkte wird allein
durch die Zahl der Einzelbeobachtungen und die Zuverlassigkeit der
Luftstreuungsmessung bedingt , da sich alle ubrigen Paktoren wegheben. Sie betragt, wie bei K i i s t n e r , fur Kammern von 70-50cm
Durchmesser etwa f 2O/,,, fur die kleineren Kammern bis 11 cm
Durchmesser etwa f 6 ,loo.
Die MeBgenauigkeit der Absolutbestimmung liegt wegen zahlreicher hier eingehender Faktoren bei f 1,7 Ole.
5. Fiir eine Kleinkammer (Fingerhutkammer) aus Luftwandematerial wird experimentell der Nachweis erbracht, daS jeder
Elementarbereich ihres Luftvolumens den gleichen Beitrag zur Gesamtionisation liefert. Auf Grund dieses Befundes liiitlt sich auch bei
W . I. Block. Die Luftionisation durch Rontgenstrahlen usw. 733
ungleichmaBiger oder unstetiger Intensitatsverteilung eines Strahlungsfeldes trotz der raumlichen Ausdehnung der Kammer die wahre
Intensitatsverteilung von Punkt zu Punkt bestimmen.
6. Die Untersuchung eines Strahlenbiindels bei 220 und 400 kV
im streuenden Medium (Wasser) lehrt, daB, im Einklang mit dem
Comptoneffekt, die Scharfe der Begrenzung in der Tiefe mit zunehmender Harte ansteigt.
7. F u r 2 Eintrittsfelder von 25 bzw. 94 cmz wurde beim nbergang von 220 kV, 0,5 mm Cu + 1,0 mm A1 (HWS. = 1,15 mm Cu)
zu 400 kV, 2,55 mm Sn + 0,5 mm Cu + 1,0 mm A1 (HWS. = 5,l mm Cu)
in 10 cm Wassertiefe eine Zunahme der Dosen um 18 bzw. 15"//,
beobachtet.
Herzlichen Dank sage ich Herrn Professor K u s t n e r fur die
Anregung zu dieser Arbeit und deren unermiidliche Forderung sowie
den Siemens-Reiniger-Werken, die die Rontgenrohre und das Hochvoltrohrschutzgerat (Rohrenhanbe) freundlichst zur Verfiigung stellten.
Literaturverzeichnis
1) Richtlinien der Internationalen Rontgenstrahleneinheitskornmission,
Fortschr. d. Rontgenstr. 38. S. 909. 1928.
2) H. K u s t n e r , Ann. d. Phys. [5] 10. S. 616. 1931.
3) W. V. M a y n e o r d u. J. E. R o b e r t s , Brit. J. Rad., Bd. VIII. S. 341.
Juni 1935.
4) H. K i i s t n e r , Verh. d. D. Rontgenges. 13. S. 3. 1922.
5) K. G r o S k u r t h , Ann. d. Phys. [5] 20. S. 197. 1934.
6) K. S c h u l z , Ann. d. Phys. [5] 27. S. 1. 1936.
7) H. R i n d f l e i s c h , Ann. d. Phys. [5] 28. S. 409. 1937.
8) E. V e t t e , Ann. d. Phys. [5] 6. S. 929. 1930.
9) H. H a s e u. H. K u s t n e r , Strahlenther. 30. S. 86. 1928.
10) H. K u s t n e r u. H. T r i i b e s t e i n , Ann. d. Phys. [a] 28. S. 385. 1937.
11) H. K i i s t n e r , Strahlenther. 27. S. 331. 1928.
121 W . W e h r h e i m , Phys. Ztschr. 39. S. 174. 1938.
13) C. K o n i g , erscheint in Phys. Ztschr.
14) H. H o l t h u s e n , Fortschr. d. Rontgenstr. 26. S. 211. 1918-19.
15) A. B e c k e r u. H. H o l t h u s e n , Ann. d. Phys. 64. 8. 625. 1921.
16) E. A l b r e c h t , Strahlenther. &2. S. 328. 1931.
17) R. B r a u n u. H. K i i s t n e r , Strahlenther. 32. S. 550. 1929.
18) R. B r a u n u. H. K i i s t n e r , Strahlenther. 32. S. 739. 1929.
19) H. H o l f e l d e r , 0. B o r n h a u s e r u. E. Y a l o u s s i s , Strablenther. 16.
8. 412. 1924.
G o t tingen.
(Eingegangen 5. Juni 1938)
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