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Die totale Trgerbildung langsamer Kathodenstrahlen in Luft.

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748
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 22. 1935
Dde totale l'rdgerbildung lalzgsarner Kathodelzstvahlem
4m Luft
Vow L e o m h a r d F r e e c n d
(Mit 8 Figuren)
Die totale Tragerbildung bzw. Sekundarstrahlungl), die bei unbegrenztem Weg eines primaren Kathodenstrahls in einem Gas zur
Ausbildung kommt, gibt ein Na6 fur die theoretisch und pra.ktisch
wichtige GroBe der durchschnittlichen Energie, die f iir die Bildung
je eines einzigen Tragerpaares im betreffenden Gas erforderlich ist,.
Sie ist vielfach sowohl indirekt mit Benutzung von Rontgenstrahlen
als auch direkt fur Kathodenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit
gemessen worden, ohne daB aber bisher eine abschliefiende Beurteilung der Frage ermoglicht worden ist. Das Ergebnis der
Messungen , da6 der betreffende Energieverbrauch von der Primargeschwindigkeit unabhangig ist, darf jedenfalls fur den untersuchten
weiten Bereich der gro6eren Geschwindigkeiten zwischen etwa 5 und
100 kV als gesichert gelten, wenn auch die fjbereinstimmung in den
festgestellten Einzelwerten keine voll befriedigende istz).
Als weniger gesichert sind die bisherigen Befunde im Bereich
der kleineren Primargeschwindigkeiten zu betrachten. Es besteht
bier die besondere Frage, ob die Unabhangigkeit des Energieverbrauchs von der Primargeschwindigkeit bis zu kleinsten Geschwindigkeiten herab bestehen bleibt, oder ob Abweichungen hiervon
eintreten, die man in der Tat erwarten muS, wenn man beachtet,
da6 der gefundene durchschnittliche Energieverbranch fur ein
Tragerpaar ( E
35 Volt/Tragerpaar) erheblich iiber der Tragerbildungsspannung liegt und daher eine gleichzeitige Energieabgabe
des Primarelektrons zu anderen Zwecken anzeigt. Wahrend die
alteste hierhergehorige Untersuchung von J o h n son 3, bei Primargeschwindigkeiten unter 0,2 kV den Wert E = 36 Volt/Tragerpaar
-
1) P. L e n a r d , Quantitstives iiber Kathodenstrahlen aller Geschwindigkeiten, Heidelberg 1918 u. 1926; P. L e n a r d u. A. B e c k e r , Handb. d. Exp.Physik 14. 1927.
2) Eine Zusammenstellung der hierhergehiirigen Arbeiten vgl. z. B. bei
A. E i s l , Ann. d. Phys. [5] 3. S. 277. 1929.
3) J.B. J o h n s o n , Phys.Rev. 10. S. 609. 1917.
L. Freund. Totale Triigerbildunglangsamer Kathodenstrahlen i n Lujt 749
angibt, wie er etwa auch fur gro5ere Geschwindigkeiten gilt, finden
Schmitz') zwischen 1 und 9 kV sowie L e h m a n n und Osgoodz)
zwischen 0,2 und 1 kV den hiiheren konstanten Wert von
e = 45 VoltlTragerpaar.
Eine wesentliche Erschwerung solcher Messungen an langsamen
Kathodenstrahlen bringt der Umstand mit sich, daB es hier technisch
nicht leicht moglich ist, den Strahlerzeugungsraum vom Untersuchungsraum gasdicht abzutrennen 3). Dies hat namlich zur Polge,
da6 die Elektronen schon im Erzeugungsraum Elektrizitatstrager
bilden konnen, die bei ungiinstiger Anordnung der benutzten elektrischen Felder teilweise in den MeBraum gelangen konnen, wahrend
andererseits eine Inhomogenitat der Elektronengeschwindigkeit entsteht, so daB es unzulassig wird, die Geschwindigkeit der in den
MeBraum eintretenden Elektronen einfach aus der im Erzeugungsraum benutzten Beschleunigungsspannung zu entnehmen. Da namentlich dieser letztere mogliche Einwand bei allen oben genannten
Untersuchungen ghzlich unbeachtet geblieben ist, sollte es Aufgabe
der vorliegenden Untersuchung sein, die totale Tragerbildung in Luft
unter moglichster Ausschaltung der genannten Einwande und bis
zu moglichst kleinen Primargeschwindigkeiten herab zu verfolgen.
Die Versuchsanordnung wird so gewahlt, da6 eine merkliche Mitmessung von auBerhalb des MeBraums gebildeten Elektrizitatstragern
nicht in Betracht kommt, und es wird vor allem besonderer Wert
darauf gelegt, daB die Geschwindigkeiten der jeweils wirksamen
Elektronen exakt festgelegt werden durch Gegenfeldmessungen, die
unter genau den gleichen Versuchsbedingungen ausgefuhrt werden
wie die zugehorigen Tragermessungen. Diese Methode setzt keine
Homogenitat der wirksamen Geschwindigkeit voraus, wenn es auch
im Interesse der Einfachheit und groberen Sicherheit ihrer Anwendung wiinschenswert ist, da5 keine allzu groBe Inhomogenitat
vorhanden ist. Die Auswertung der mitzuteilenden Messungen erstreckt sich bis in die unmittelbare Nahe der Tragerbildungsspannung. Es ergibt sich eine systematische Zunahme von 6 mit
abnehmender Geschwindigkeit , die von etwa 75 Volt an merklich
wird und bis zu etwa dem doppelten Wert verfolgt werden konnte.
Nachdem die vorliegende Untersuchung bereits der Fakultat
eingereicht war, ist eine Arbeit von Pigge4) erschienen, die sich
1) W. S c h m i t z , Phys. Ztschr. 29. S. 846: 1928.
2) J, F . L e h m a n n u. T.H. Osgood, Proc. Roy. SOC.(A) 116. S. 609. 1927.
3) Uber die Durchlassigkeit dunner Folien fur langsamste Kathodenstrahlen vgl. A. B e c k e r , Ann. d. Phys. 84. S. 779. 1927; [5] 2. S. 249. 1929.
4) H. P i g g e , Ann. d. Phys. [5] '20. S. 233. 1934.
750
Annukn der Physik. 5. Folge. Band 22. 1935
mit der totalen Tragerbildung in Stickstoff bei Geschwindigkeiten
von 0,3-3 kV beschaftigt. Die Geschwindigkeitsverteilung der
Elektronen wird nur im Vakuum aufgenommen, und der EinfluB des
Gases auf die Geschwindigkeit wird dadurch zu berucksichtigen versucht, daB die gemessene Tragerzahl durch diejenige vermehrt wird,
welche die Elektronen nach einer fjberschlagsrechnung vor ihrem
Eintritt in den MeBraum erzeugen. Die Ergebnisse dieser Arbeit
stimmen mit den unsrigen insofern uberein, als sie ebenfalls ein
Ansteigen des 6-Werts rnit abnehmender Elektronengeschwindigkeit
anzeigen. Sie weichen aber insofern von den unsrigen ab, als ein
kleiner Anstieg schon von etwa 2 kV ab festgestellt wird, der bis
zu 0,3 kV hin etwa 20*/, erreicht.
MeBmethode und Versuchsanordnung
Die Aufgabe der Messung besteht darin, die von je einem
Elektron bestimmter Anfangsgeschwindigkeit in Luft gebildete totale
Tragermenge und hieraus die durchschnittlich fur 1 Tragerpaar erforderliche Energie festzustellen. Es mu6 hierzu sowohl die in das
Gas geschickte .Elektronenzahl und ihre zugehorige Geschwindigkeit
wie die bei voller Strahlausnutzung erzeugte Tragermenge ermittelt
werden. Dabei ist es erforderlich, dab die Bestimmung der Eigenschaften der Elektronen unter den gleichen Feld- und Druckverhaltnissen erfolgt, unter denen die Trager erzeugt und gemessen
werden.
a) Die benutzte Versuchsanordnung zeigt Fig. 1.
Fig. 1. Versuchsanordnung
Die gluhelektrische Elektronenquelle G ist ein mit Erdalkalioxyd bedeckter und von einem Zentrierzylinder umgebener Platindraht, der mit dem
negativen Pol einer Spannungsbatterie in Verbindung eteht. Die Elektronen
werden zwischen G und der auf positiver Spannung befindlichen Blende B,
L. Freund. Totale Trtigwbildung langsamer Kathdenstrahkfi in Luft 751
(1 mm Durchmesser) beschleunigt, durchlaufen bis zu der auf gleicher Spennung
befindlichen Blende B, (1mm) einen feldfreien Raum und treten durch eine
von B, isolierte, im allgemeinen mit dem Mefikafig 2 metallisch verbnndene
Blende B8 (0,7 mm) in den Mefiraum ein. Dieser besteht aus einem starkwandigen Messingzylinder von 16 em Durchmesser und 21 om Lange, in dessen
Ruckwand als MeBelektrode f u r die Elektrizitatstrager ein 2 mm dicker Messingstab St isoliert eingefuhrt ist, der mit einem Quadrantelektrometer in Verbindung gebracht werden kann. Zur Elektronenmessung dient ein zylindriseher
Auffanger B’, der, durch einen seitlichen Arm isoliert gehalten, ebenfalls mit
dem Elektrometer verbunden und mittels eines Metallschliffs M in den Strahlengang gedreht oder aus ihm entfernt werden kann. Die Luft tritt durch eine
Kuhlfalle und eine enge Kapillare bei L in den MeEraum ein und wird durch
eine Diffusionspumpe Pa in solchem MaBe abgesaugt, daS das angeschlossene
Kompressionsmanometer den zur Messung gewunechten Druck anzeigt. Eine
zweite Diffusionspumpe PI dient der besonderen Evakuation des Strahlerzeugungsraums.
b) Die Mepweise. - Ware die Geschwindigkeit der wirksamen
Elektronen streng einheitlich und durch die Beschleunigungsspannung V 6 festgelegt, so konnte sich die Ermittlung der fiir ein
Tragerpaar durchschnittlich verbrauchten Energie darauf beschriinken,
da8 man bei konstanter Spannung jeweils zusammengehorige Werte
von gebildeter Tragerzahl (eines Zeichens) und wirksamer Elektronenzahl miBt und dann ihren Quotient S in die einfache Beziehung E = 5
s
einsetz t.
1st dagegen die Elektronengeschwindigkeit nicht einheitlich und dies wird streng genommen bei allen hierhergehorigen Messungen
in mehr oder minder merklichem MaBe der Fall sein - so mug
das MeBverfahren dieser Uneinheitlichkeit besonders Rechnung
tragen. Es kann dies dadurch geschehen, daB das wirksame Geschwindigkeitsspektrum meBbar derart systematisch variiert wird,
daB jeweils bestimmte, durch die Messung bekannte Geschwindigkeitsgruppen zur Tragerbildung beitragen.
Die vorliegende Untersuchung geht hier folgendermaBen vor:
Die zwischen Gluhdraht und Blendensystem B,,2 liegende Beschleunigungsspannung , die duroh Wahl der Abgreifstelle Bl,2 an
der Spannungsbatterie (Fig. 1) festgelegt ist, bleibt fiir eine ganze
Versuchsreihe konstant, wahrend zwischen B2 und B, ein veranderliches Gegenfeld dadurch angelegt wird, da8 man die zum Zylinder
und damit auch zu B, fiihrende AnschluBstelle 2 der Batterie
zwischen K und Bl,2 verschiebt. Bei jedem derartig hergestellten
Gegenfeld wird zuerst die in den Kafig F eintretende Elektronenmenge und dann die im Gasraum erzeugte Tragermenge elektrometrisch gemessen. Hierzu wird das erste Ma1 F vor die Blende B3
gedreht und die AnschluBstelle 2 der Batterie geerdet, wahrend im
752
A n n a h der. Physik. 5. Folge. B a d 22. 1935
zweiten Fall F nach der Seite gedreht und die Erdungsstelle E der
Batterie soweit gegen K hin verschoben wird, da6 zwischen E und Z
die fur die Tragermessung gewunschte Abfangspannung liegt.
F u r die geschilderte MeBweise ist folgendes charakteristisch:
Der Gasdruck ist fur die Elektronen- und f u r die Tragermessung
unverandert der gleiche. Bei der Elektronenmessung ist zwischen
der Austrittsblende B, und dem Auffanger F in keinem Fall eine
Spannungsdifferenz, durch welche eine Ftilschung der Messung durch
wandernde Elektrizitatstrager verursacht werden konnte. nber den
EinfluB eines geringen Kraftliniendurchgriffs durch B, vgl. Fig. 4.
Um auch eine Kontaktpotentialdifferenz auszuschlieBen sind die
sich gegeniiberstehenden Metallteile durch gleiche Vorbehandlung in
der Flamme moglichst gleichartig gemacht. Der Abstand des Auffangers ist auBerdem auf etwa 2 mm herabgesetzt, und die Elektrometerempfindlichkeit ist so hoch gewahlt, da8 auch bei der Aufladung von F nur kleinste Spannungsdifferenzen auftreten. SchlieBlich
stromt das Gas standig in solcher Richtung, daB es Trager im MeBraum gegen B, hin fiihrt. Eine besondere Prufung auf Storungsfreiheit gibt die Verfolgung des zeitlichen Gangs der Aufladung
(vgl. Fig. 3). Bei der Tragermessung werden die elektrischen VerhZ1tnisse im Strahlerzeugungsraum bis zur Blende B, nicht veriindert.
,
U
I
ZU
1
4t?
Abf3ng - Spannung
1
I
I
60
&9
100
I
I
I
12v %Lf
Fig. 2. Die Festlegung des Siittigungsstroms
Das neu hinzukommende Abfangfeld kann in der Hauptsache kaum
die gesuchten Energieverhaltnisse beeinflussen, da bei der Unregelma6igkeit der Elektronenbahnen sowoh1 Verzogerungen als Beschleunigungen vorkommen, da immer nur ein kleiner Bruchteil des
gesamten vorhandenen Spannungsgefalles fur beide in Betracht
kommt und da die Abfangspannung keine hohen Werte zu haben
braucht. Es geht dies auch deutlich daraus hervor, daB die meBbare
L. Freund. Totab Trugerbildung langsamer Kathodenstrahlen in Lujt 753
,
Trggermenge, wie beispielsweise
-L?nckPU3mm
aus Fig. 2 ersichtlich ist, nach
Erreichung des Sattigungsstroms
90-sk:
von der Hohe der AbfangspanUWnung ganzlich unabhangig ist.
c) Der zeitliche Gang der
ElektrometerazLsschlage.
Die
Elektrometerangaben sind als
zuverlassig zu betrachten, wenn
sie bei konstant gehaltenem
Elektronenstrom der Lange der
MeSzeit proportional sind. Dies
I
4
10
ZQ 3 449
50 Sek.
ist bei den fiir die Messunaen
”
Fig. 3. Zeitlicher Gang
allgemein benutzten niederen
der Elektrometerausschlfge
Gasdrucken von wenigen hunclertstel Millimetern, die fur das Eintreten der totalen Tragerbildung
ausreichen, sowohl fur die Elektronen, die im Kafig F gesammelt
werden, wie fiir die Trager, die im ZylinderZ abgefangen werden,
aer Fall, wie aus den einigen Sonderfallen entsprechenden Ktirven
der Fig. 3 zu ersehen ist. Eine Abweichung von der Geradlinigkeit
macht sich erst bei hoheren, zu den endgiiltigen
\
Feststellungen nicht be3QU
nutzten Drucken geltend.
Drurki Qd3Zmm
-
1
:
Vereucheergebnisee
Als Ergebnis einer
fortlaufenden Versuchsreihe seien zunBchst in
Fig. 4 die bei einer
Beschleunigungsspannung
V , = 300 Volt und einem
Gasdruck von 0,0325 mm
beobachteten Verhaltnisse
wiedergegeben. Die beiden
Hurven zeigen den Zusammenhang der wirksamen Elektronenmenge
und der erzeugten totalen
Trtigermenge bei verhderter GroSe des zwischen
den Blenden B, und R,
-==_
G~S”~~~~~-----------------..?~_
::
Fig. 4
764
Annalen &r Physik. 5. Folge. Band 22. 1935
angelegten Gegenfelds. Die Ordinatenwerte sind anf gleiche Mengenempfindlichkeit der MeBanordnung umgerechnet. Ihr Voraeichen
ist negativ fur die Elektronenkurve und positiv fiir die Tragerkurve.
Die verzeichneten MeBpunkte sind Mittelwerte aus mehreren jeweils
durch Zickzackbeobachtung erhaltenen Einzelbestimmungen.
Die Elektronenkurve gibt die Geschwindigkeitsverteilung aller
durch B, in den MeBraum eintretenden Elektronen an. Ihr anfanglich rascher Abfall weist auf das Vorhandensein eines erheblichen Anteils yon langsamen Elektronen hin. Der EinAuB dieses
au sich ungiinstigen Umstands kann dadurch ausgeschaltet werden,
da8 man nur denjenigen Teil der Kurven fiir die Folgerungen ausnutzt, der eine weniger gro6e Veranderlichkeit der Geschwindigkeit
besitzt. Immerhin zeigt sich iibrigens, daB auch die Verwertung des
weniger giinstigen Kurventeils durchaus moglich erscheint, da er in
der Hauptsache offenbar nicht durch Elektronenstreuung an dem
Blendenrand B, verursacht ist (vgl. die Betrachtung der spateren
Xurven der Figg. 5 u. 6).
Zu beachten ist, daB die Iiurve bei einer der Beschleunigungsspannung nahe gleichen Gegenspannung nicht einfach auf Null
herabgeht, sondern positive Werte annimmt, die mit weiter wachsender Gegenspannung rasch konstant werden. Dieser Verlauf mu8
dem Hinzukommen positiver Elektrizitatstrager zugeschrieben werden,
die im Verzogerungsfeld erzeugt und infolge eines geringen Kraftliniendurchgriffs durch B, in den Kafig F getrieben werden. Es ist
natiirlich anzunehmen, daB eine solche Mitwirkung von positiven
Tragern auch bei kleineren Gegenfeldern - in abnehmendem MaBe vorhanden ist, daB sie aber bei fehlendem Gegenfeld verschwinden
muB. Man wird bei der relativen Xleinheit dieses Einflusses den
tatsachlichen Verhaltnissen mit geniigender AnnBherung dadurch
gerecht werden, daB man ein etwa lineares Ansteigen der positiven
Tragerzahl mit dem Gegenfeld annimmt und dementsprechend die
Elektronenkurve derart korrigiert, daB man ihre zugehorige Abszissenachse auf die gestrichelt eingetragene Linie verlegt.
Zu dieser Deutung drangt auch der Verlauf der Tragerkurve.
Dieselbe fallt mit wachsendem Gegenfeld stark ab und erreicht
schlieBlich denselben positiven Wert wie die Elektronenkurve. Die
gleiche positive Tragerzahl, die zuvor im Auffanger F gemessen
worden ist, wird hier im TragermeBraum abgefangen, in den dann
primare Elektronen nicht mehr einzudringen vermogen. Die Durchgriffwirkung macht sich hier in einer Steigerung der Ordinaten der
Tragerkurve bemerkbar, und man wird ihren EinfluB in der Weise
L. E'reund. Totale Tragerbildung langsamer lirathodenstrahlertin Luft 755
ausschalten, daB man der
Tragerkurve die nach oben
verschobene gestrichelte
Linie als Abszissenachse
zuordnet.
Wie weit dieses Verfahren eine ausreichende
Darstellung der tatsachlichen Verhaltnisse zulaBt,
kann in der Weise gepriift
werden, daB man analoge
Beobachtungsreihen mit
veranderter Beschleunigungsspannung und mit
verschiedenem Qasdruck
durchfiihrt. Aus der Zahl
der zu diesem Zweck ausgefuhrten Versuche seien
Fig. 5
in Figg. 5 und 6 noch
zwei Kurvenbilder angegeben, die sich auf eine Beschleunigungsspannung von 184 und
144,5 Volt und die zugeh6rigen Gasdrucke von 0,039 und 0,021 mm
beziehen. Bei beiden ist die
besprochene Korrektion der
Abszissenlage bereits angeIW5 M
bracht. Der Kurvenverlauf
Druck = 0 0 2rnrn
ist im ubrigen dem oben betrachteten ahnlich. Da aber
x beobachlel
die Bereiche der Abszissen- m70berechnel
werte sehr verschieden sind,
so liegen hier unabhangige
Bestimmungsstiicke fiir den ~ 0 0
gesuchten
Zusammenhang
zwischen E und Qektronengeschwindigkeit vor.
:
Auswertung der Kurven
Da die einer bestimmten
wirksamen
Elektronenzahl
zugeordnete Tragermenge jeweils die Summe von Elektronen aller derjenigen Ge-
-
Fig. 6
756
Annaten der Physik. 5. Folge. Band 22. 1935
schwindigkeiten ist, welche zwischen 0 und V , - V g liegen, wo
s'J die Gegenspannung ist, so bedarf es eines besonderen Verfahrens
zur Herleitung des jeder einzelnen Geschwindigkeit zugehorigen
durchschnitt,lichen Energieverbrauchs fur 1 Tragerpaar. Man kann in
folgender Weise vorgehen:
Man teilt die Abszisse in
f u r den jeweils vorliegenden Fall geeignete gleiche
Spannungsintervalle A V
ein (Fig. 7). Die zugehorigen Ordinatendifferenzen
der Elektronenkurve seien,
vom Ordinatennullpunkt
bp der Kurve beginnend. mit
* el, e, usw., die entspreAv
AV
"
chenden Ordinaten (nicht
Ordinatendifferenzen) der
Fig. 7. Zur Auswertung der Kurven
Tragerkurve mit tl, t2 usw.
bezeichnet.
Die el Elektronen haben Geschwindigkeiten zwischen 0 und A V ;
bei geniigender Kleinheit von AV kann man ihnen allen die mittlere Geschwindigkeit A V / 2 zuordnen. Sie erzeugen tl Tragerpaare.
Es ist also die Anzahl der von 1 Elektron durchschnittlich erzeugten
TrSigerpaare X, = -L
!
und die fur 1 Tragerpaar verbrauchte Energie
e.
---'
Wird das Gegenfeld um ein weiteres A V verringert, so erhalt
jedes der e, Elektronen einen Geschwindigkeitszuwachs von A V , so
daB ihre durchschnittliche Geschwindigkeit 3
ist. AuBerdem
kommen e2 Elektronen neu hinzu, deren mittlere Geschwindigkeit A 8 1 2
ist. Die zugehorige Tragerzahl t2 setzt sich demnach aus zwei Betragen zusammen; es ist t, = e, S,+ e2 S,. Hier ist S,, die Anzahl der von 1 Elektron der Geschwindigkeit 3 d Vj2 durchschnittlich
erzeugten Tragerpaare, die einzige Unbekannte, die sich zu
ST
.
3.dV
gefunden wird.
= =- 2.5,
-
''
L. F r e u d . Tofab Tragerbildung langsamer Kathodenstrahlen in Luft 757
Die Weiterfuhrung dieses Verfahrens ergibt allgemein
tn=el.Sn+e,.Sn_,+e,Sn_z+.
. . +en-S,
und daraus
S , = - .it,
1
el
und
- en
S,
- en-l
-8, -
. . . - ez. S,,]
Die nachstehende Tab. 1 verzeichnet das Ergebnis der in solcher
Weise durchgefiihrten Auswertung der Kurven der Fig. 4. Um beurteilen zu konnen, wieweit die erhaltenen Werte noch von der
Wahl des zu ihrer Herleitung benutzten Spannungsintervalls A V
abhangig sein konnten, sind die Kurven unabhangig sowohl mit
AV = 30 Volt aIs auch mit AV = 20 Volt ausgewertet worden.
Tabelle 1
Gasdruck = 0,032 mm
V, = 300 Volt;
Mittlere Geschwindigkeit
2n-1
___ AV
2
TrPgerzahl/Elektron
Volt/Trilgerpaar
S
8
I
fur d V = 3 0 I fur d V=20
15
45
-
Volt
Lus A v=30 aus A V = ~ O
-
-
1,25
2,35
-
105
3,51
75
-
135
165
195
225
255
285
0,176
-
0,31
0,72
-
1,49
2,26
-
3,05
-
-
4,50
5,40
6.45
7127
8,31
8,20
3,70
4,42
-
I
-
-
-
-
48
36
-
32
-
30
-
30,2
30,6
30,2
30,6
30,7
34,7
57
-
41,6
39,5
31
29,5
-
29,2
29,s
-
Eine wesentliche Abhangigkeit der a-Werte von der GroBe des
gewahlten Intervalls ist nicht vorhanden. Aus der Tabelle und
ihrer graphischen Yeranschaulichung durch Fig. 8 geht hervor, dafl E
bei den grOBeren, etwa uber 80 Volt liegenden Geschwindigkeiten
praktisch konstant ist und nahe ubereinstimmt mit den fur gro5ere
.Geschwindigkeiten von friiheren Beobachtern ahgegebenen Werten.
Nach den kleinsten Geschwindigkeiten hin macht sich ein deutliches
758
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 22. 1935
Ansteigen von 8 bemerkbar. Die festgestellte Zuordnung der 8-Werte
zu mittleren Strahlgeschwindigkeiten stellt hier naturgemaB nur
einen groben Durchschnittsverlauf dar, weil die Erscheinung in der
unmittelbaren Nachbarschaft der Tragerbildungsspannung nur mit
Fig. 8. Gang von S und s mit der Elektronengeschwindigkeit
Verwendung kleinster Intervalle mit ausreichender Sicherheit verfolgt
werden konnte. Bei der Tragerbildungsspannung selbst mu6 B ja
gegen Unendlich anwachsen.
Um auch die anderen experimentellen Kurven auszuwerten,
konnte man auf sie das gleiche hier beschriebene Verfahren anwenden. .Man kann aber auch umgekehrt in der Weise vorgehen,
daB man aus den beobachteten Elektronenlrurven mit Hilfe der
S-Werte der Fig. 8 die zugehorigen Tragerkurven berechnet und
diese mit den beobachteten Tragerkurven vergleicht. Das Ergebnis eines auf diesem Wege ermoglichten Vergleichs ist aus
den Figg. 5 und 6 fur die dort wiedergegebenen Versuchsreihen
anschaulich zu entnehmen. Man erkennt, daB in beiden Fallen die
nbereinstimmung der berechneten Tragerwerte mit den beobachteten
so befriedigend ist, daB durch sie der Inhalt der Fig. 8 bzw. der
zugehorigen Tab. 1 als bestens gestutzt betrachtet werden darf. I n
gleichem Sinne sprechen die iibrigen, him nicht verzeichneten Versuchsreihen, soweit sie bei nicht erheblich hoheren Gasdrucken, bei
denen keine geniigende Evakuation des Strahlerzeugungsraums mehr
zu erzielen war, durchgefiihrt worden sind. Die Unabhangigkeit
der erwahnten Werte vom Gasdruck zeigt, daB auch bei den kleineren Drucken totale Tragerbildung vorhanden ist.
Fur die Beurteilung dieser Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung ist es wichtig, noch naher die Frage nach der Genauigkeit
des Versuchsverfahrens und seiner Auswertung zu betrachten. E s
ist von prinzipieller Bedeutung, daS die Geschwindigkeit der Elektronen unter den Bedingungen der Tragermessung unmittelbar an
L. Freund. Totule Trugerb~~d~ng
Eangsamer ~
u
~
~
o in ~
Lufte 759~
derjenigen Stelle festgestellt wird, wo ihre zu messende Wirkung
auf das Gas beginnt. Das Verfahren setzt dabei voraus, daf3 die
mit Hilfe des Gegenfelds gemessene Verteilungskurve der Elektronen
die tatsachliche Verteilung der Absolutgeschwindigkeiten darstellt.
Es sind zwei Storungsquellen miiglich, welche die Verwirklichung
dieser Voraussetzung erschweren konnen. Elektronenstreuung an
der Feldblende €3, kann einen zu raschen, nicht durch die Absolutgeschwindigkeiten begriindeten Abfall der Elektronenkurve bei kleinen
Gegenfeldern verursachen. Der Kiraftliniendurchgriff durch Blende B,
kann einen zu raschen Abfall der Elektronenkurve bei den groBen
Gegenfeldern verursachen. Beide Storungen sind U M so weniger von
Belang, je mehr die Verteilungskurve eine angenaherte Homogenitat
der Geschwindigkeit anzeigt. Das ist bei den vorliegenden Versuchen allerdings nicht der Fall. Das Auswertungsverfahren zeigt
nun, daB der anfangliche Teil der Elektronenkurve nur die Aussagen uber das Verhalten der grof3ten Geschwindigkeiten und dies
auch nur in relativ geringem MaBe beeinflufit. Man kann seinen
Beitrag zur gesuchten Kenntnis dann vollstandig ersetzen durch
Beobachtungen bei vergrogerter Beschleunigungsspannung, wo das
betreffende Geschwindigkeitsgebiet nicht rnehr an den Kurvenanfang
fallt. Offenbar ist der in der Tab. 1 verzeichnete hohe e-Wert
bei 285 Volt der hier betrachteten Storung zuzuschreiben. Von
wesentlichster Bedeutung fur die Gesamtheit der Aussagen ist das
letzte Stuck der Elektronenkurve. Seine Beeinflussung durch die
Folgen des Kraftliniendurchgriffs durch die Austrittsblende B, kann,
wie die fjbereinstimmung der Ergebnisse der verschiedenen Versuchsreihen zeigt, offenbar auf dem mitgeteilten Weg befriedigend rechnerisch ausgeschaltet werden. Zweifellos wird aber der hier zum
erstenmal in Angriff genommene Versuch des Vordringens zu den
kleinsten Elektronengeschwindigkeiten bis zur Tragerbildungsspannung
zu weiterer Verfeinerung unsrer Kenntnis fuhren konnen, wenn es
gelingt, die Durchgriffwirkung noch weiter auszuschalten und der
Auswertung noch giinstigere Elektronenkurven zur Verfiigung zu
stellen. Versuche in dieser Richtung sind im Gange.
Zusammenfassung
Es wird die totale Tragerbildung langsamer Kathodenstrahlen
im Geschwindigkeitsbereich von 300 Volt abwarts bis zur Tragerbildungsspannung in Luft verschiedenen Drucks gemessen. Die
Methode besteht darin, daB sowohl die Anzahl wie die Geschwindigkeit der wirksamen Elekttonen unter genau den gleichen Versuchsbedingungen bestimmt wird wie die erzeugte Tragerzahl. Auf diese
~
~
~
760
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 22. 1935
Weise wird die durch das Restgas im Strahlerzeugungsraum verursachte Inhomogenitat der Geschwindigkeit und ihr EinfluB auf
die Tragerbildung streng berucksichtigt. Durch ein geeignetes Differentiationsverfahren gelingt es, aus der integralen Tragerbildung verschiedener Geschwindigkeitsgruppen die Beitrage der einzelnen
Gruppen getrennt herzuleiten. Die Beobachtungen zeigen iibereinstimmend, daB die fur ein Tragerpaar durchschnittlich verbrauchte
Energie zwischen 300 und 100 Volt den nahe konstanten Wert von
etwa 30 Volt besitzt und mit weiter abnehmender Strahlgeschwindigkeit stetig zu hoheren Werten ansteigt.
Die vorliegende Arbeit wurde auf Anregung und unter Leitung
von Herrn Prof. Dr. A. B e c k e r ausgefiihrt, dem ich auch an dieser
Stelle fur stete Forderung und viele Anregungen und Ratschlage
meinen besten Dank zum Ausdruck bringen m8chte.
H e i d e l b e r g , Physika1.-Radiol. Institut der Universitat.
(Eingegsngen 12. Marz 1935)
--
V e r a n t w o r t l i c h : fiir die Redaktion: Prof. Dr. E. Griineisen, Marburg/L.; fur. Anreigen:
Bernhard v. Ammon, Leipzig. Auzeigenannahme: Leipaig G 1, Salomonstr. 18 B, Tel. 708 61.
Verlaq: Johann Ambrosius Barth. Druck: Metzger & Wittig, Leipzig C 1. * DA. 1090. I. Yj.1835.
P1.2. Printed’in Germany.
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