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Die Zahl der von sehr schwachen Rntgenstrahlen ausgelsten Elektronen.

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120
3. D4e Zahl dtw von eehr schwacltrerc Rbntgen-
e t r a h l m auegelbstm h’lektronen;
v m J. E e r w e g und G.iW4e.
Im Jahre 1915 hat Hr. E r i c h Hoepner in d. Zeitschr.l)
iiber eine Zaihlung der von Rontgenstrahlen ausgelosten Elektronen berichtet, die er auf die Anregung des einen von uns
adsgefiihrt hatte. Bei dieser Zahlung hatte sich das sonderbare Ergebnis herausgestellt, daB die Zahl der von &&erst
schwachen Rontgenstrahlen ausgelosten Elektronen im Verhiiltnis zur Intensitiit kleiner war als das bei stlirkerer Rontgenstrahlung gefundene Verhaltnis. Eine Nachpriifung zeigte
uns indessen, daI3 dieses Ergebnis auf irgendeinem Versehen
Hrn. Hoepners beruhen musse, denn so oft wir auch die
Zahlung wiederholten, konnten wir niemals eine Abnahme
des Verhaltnisses feststellen. Wir haben deswegen die Zshlung
noch einmal ausgefiihrt, wobei wir den Abstand der bestrahlten
Metallplatte von der Antikathode der Rontgenlampe in den
Grenzen 1-20 m Bnderten.
Die Versuche sind noch im Greifswalder Institut ausgefiihrt, und zwar mit demselben AuffangegefaiB, das Hr. H o e p ner benutzt und in Fig. 1 seiner Arbeit (a. a. 0. S. 578) dargestellt hat, aber mit der von ihm nur einmal gelegentlich
benutzten Aluminiumscheibe (a. a. 0. 8. 597). Die Versuchsanordnung anderten wir insofern, als wir nicht, wie Hr. Hoepner,
die kleinen StoSe, die man nur mit dem Elektrometer beobachten kann, benutzten, sondern die sehr vie1 stlrkeren, welche
man leicht bei einer geringen Erhohung der angelegten Spannung
bekommt. Wjr registrierten sie mit Hilfe eines Edelmannschen
Saitengalvanometers, dessen Saite in bekannter Weise auf
einen schmalen Schlitz projiziert wurde, hinter welchem ein
1)
E. Hoepner, Ann.
d. Phys. 46. S. 577. 1916.
Zahl dm
vcnt
Riintgenstrahlen ausgeliisten Ekktronen. 121
photographischer Film vorbeilief. Die von uns benutzten
stiirkeren StromstoSe sind mit dem identisch, was man gewohnlich ,,Spitzenentladungen" nennt. Man kann diem Entladungen mit gut ausgemhtem Auge direkt an einer schwachen
huchterscheinung im verdiinnten Gas beobachten. Das Licht
unterscheidet sich von dem der regelrechten Glimmentladung,
welche erst bei hoheren Spannungen einsetzt, g w auffallend
dadurch, daB es keine Spur von irgendwelchen Schichten zeigt.
Hr. E. Reiche hat diese eigentiimlichen, h e r stoSweise
erfolgenden Entladungen, welche bei Spannungen unterhalb
der eigentlichen Glimmentladungsspannung auftreten, ephterl)
im Greifswalder Institut genauer untersucht. Die Benutzung
der ,,Spitzenentladungen" bietet zwei Vorteile : Erstens kann
man die angelegte Spannung innerhalb ziemlich weiter Grenzen,
mindestens um einige Volt variieren, wahrend HI.Hoepner
die Spannung bis auf Zehntelvolt genau regulieren muSte
(a. a. 0. 8. 580), zweitens kann man durch Benutzung ded
Saitengalvenometers groSere StoSsahlen registrieren, a h es
mit dem Quadrantenelektrometer moglich ist.
Wenn man die Methode der Spitzenentladung, wie wir
es getan haben, bei niedrigen Gasdrucken anwendet, kann
man aber leicht dadurch Fehler bekommen, daS bei nicht
geniigend hoher Spannung Entladungen ausfallen. Wie niimlich
Hr.E. Reicheinseinerebenerwiihnten Arbeit (a. a. 0. S. 119ff.)
gezeigt hat, bekommt man auch bei reichlicher Ionisierung,
wenn man weit genug unter der Spannung der Glimmentladung
bleibt, nur wenig StoSe in der Minute und ihre Zshl steigt
von Volt zu Volt mehr und mehr an. Man derf also nur dann
erwarten, daS jedes von den Rontgenstrahlen ausgelosto
Elektron wirklich einen StoB hervorbringt, wenn die angelegte
Spannung nicht zu weit nnter der eigentlichen Entladungsspannung liegt und wenn man bei einer h d e r u n g der Spannung
urn einige Volt unter sonst unvertinderten Verhailtnissen immer
dieselbe Zahl von StoBen bekommt. Wir mschten hieriiber
zunlchst einige Vorversuche bei einem Druck, der etwas groSer
war als 1 cm Quecksilber. Unmittelbar vor dem Auffangegefafi war eine Bleiblende angebracht mit einer kreisformigen
Offnung von 8 mm Durchmesser. Die Entfernung der RiJntgenlampe von der Bleiblende betrug 10 m. Wir gingen znniich~t.
-1)
E. Re i c h e, Ann. d. Php. 5% S. 109. 1917.
Annblen der Phyrll.
1V. Folge. 68.
9
J. Herweg u. G. Mde.
122
mit der Spannung so hoch wie moglich herauf, d. h. bis dicht
unter die Spannung, bei der Glimmentladung einsetzte, und
gingen dann im Verlauf der Versuche stufenweise um 2 Volt
und um 4Volt herunter. Die Spannung der Rontgenlampe
wurde mit einer nebengeschalteten Funkenstrecke von Zeit
zu Zeit gemessen, der Strom ab und zu an einem kleinen Drehspuleninstrument abgelesen.
.. ..
.
Zeit
. 14b11' 12' 13' 14' 16' 18' 19' 20'
spnnung .lHiiCbte spnnungl2Voltweniger
StiiBeproMin. 67 48 43 43 44 46 64 46
36mm
FunkeWge 36Galvanometer 13,6 13,O
13,O
I
I
22' 23' 24' 26' 26' 27' 28'
4 Volt weniger
46 40 40 41 43 36 37
36 mm
13,O
Die Verminderung der Spannung um 2 Volt zieht noch
keine Verminderung der Zahl der StoBe nach sich, geht man
aber urn 4Volt herunter, so wird die Zahl der Stol3e durchschnittlich doch schon etwas kleiner. Bei den drei verschiedenen
Spannungen ist die Zahl der StoBe pro Minute im Mittel:
47; 48; 40. Nun wiederholten wir dieselben Vermche mit einer
Blende von 6 mm Durchmesser.
.
&it.
. . . 4b33' 34'36' 36' 37' 39' 40' 41' 42' 43'
Spannung . . Hiicbetespannung 2 Volt weniger
StiiBeproMin.
23 23 34 29 32 I 30 27 30 26 24
Funkenlinge
Galvanometer 12,7
13,o
1
!
46' 47' 48' 49' 60'
4 volt weNger
19 36 31 29 20
38 mm
128
In diesem Falle ergibt sich bei jeder der drei Spannungen
im Durchschnitt fast dieselbe StoSzahl in der Minute, namlich :
28; 27,4; 27.
Man sieht also, dal3 das Ausfallen von StoSen bei zu kleiner
angelegter Spannung erst bei grol3eren StoSzahlen bemerkbar
wird.
Ohne Rontgenstrahlen bekommt man durchschnittlich in
jeder Minute einen StoS. Demnach ist die Zahl der ausgelosten
Elektronen bei Verwendung der 8 mm-Blende gleich 46,5,
bei der 6 mm-Blende 26,5. Diese beiden Zahlen verhalten sich
in der Tat fast genau so wie die Flachen der beiden Blenden
0,50 :0,282.
Wir untersuchten weiter, ob die Zahl der beobachteten
StoBe vom Druck abhinge. Bei den Drucken 13,5 mm und
Zahl der wm Riintgertstrahlen ausgehten Elektronen. 123
8,5 mm ergaben sich unter sonst gleichen Urntiinden gleiche
StoSzahlen. Ging man aber mit dem Druck noch weiter
herunter, auf 3 mm, so stellten sich Schwierigkeiten ein. Es
traten dann aderordentlich leicht flackernde Glimmentladungen auf, und sobeld man, um sie zu vermeiden, mit der
Spannung nur ganz wenig herunterging, ergaben sich m kleine
StoSzahlen. Man kann allgemein sagen, daS der branchbare
Bereich der Spannungen um so breiter ist, je haher der Gasdruck. Wir blieben bei unseren definitiven Versuchen deswegen immer uber 10 mm Elg, vielleicht ware es besser gewesen,
auf mehrere Zentimeter hinauf zu gehen, doch reichte dann
die uns verfugbare Spannung von 1000 Volt nicht mehr
ganz aus.
Fiir die Spannnng der Rontgenlampe haben wir folgende
Tabelle :
Funkenliinge 30 31 32 39 34 35 36 37 38 39 40 mm
57 58 59 59 60 61 61 62 62 63 64 KV.
Spannung
Der Ausschlag des Galvanometers war der Stromstiirke
proportional, und zwar entsprach ein Ausschlag von 13,O Skalenteilen der Stromstiirke lo4 Amp. Berechnen wir die Zahl
der StoSe pro Quadratzentimeter und pro Sekunde, so ergeben
die beiden fur die Entfemung 10 m gefundenen Zahlen 46,5
und 26,5 umgerechnet: 1,55 und 1,57. Die Spannung war
61 KV., der Strom 0,l mA. Nehmen wir an, was freihh nicht
ganz richtig sein wird, die Intensitilt der Riintgenstrahlen sei
dem zugefiihrten Effekt proportional und rechnen wir den
Mittelwert der StoSzahlen 1,56 noch um auf 60 KV. und
0,l mA., so bekommen wir:
n = 1,53.
Diese Zahl n wollen wir die reduzierte StoSzahl nennen.
Hr. Hoepner hat die Reduktionsrechnung fiir 65KV. und
0,l mA. gemacht, er wiirde also n = 1,66 rechnen.
Die weiteren Versuche wurden alle mit der Blende 8 mm
ausgefiihrt. Wir fingen an mit der Entfemung lorn, gingen
dann auf 15 m und auf 20 m. In der Entfemung 24 m
machten wir verhaltnismiiSig vide Zahlungen, n&mlich 16 Min.,
weil die kleine Zahl der StoSe verhtSltnismiUig sehr starke
Sohwankungen aufweist. Dann gingen wir auf 16 m und 10 m
zuriick. Xwischendiirch wurde auch die Zahl der StoBe ohne
9.
J . Herweg u. G. Mde.
124
Rijntgenbestrahlung festgestellt, PS ergab sich ganz wie fruher
durchschnittlich 1 Stoll in der Minute. Nach der Subtraktion
von 1 ergibt sich als mittlerer Wert der
I
StODzahl pro Min. in derEntfernung
.
.-___
I
_.
Spnnung
I
-
Strom
-
_ _
Rednsiert auf 1 qcm, 1 Sek., GO KV., 0,l mA. ist:
in der Entfernung 10 m 16 m 20m
die Zahl der StoBe 1,80 0,80 O,S8
Vergleicht man die beiden an zwei verschiedenen Tagen
fur 10 m gefundenen Werte: 1,5R und 1,80 miteinander, so
sieht man, daS die von uns geniachte Annahme, nach welcher
die Intensitat der Rontgenstrahlung deni der Rohre zugefiihrten
Effekt proportional sein soll, nicht richtig sein kann. Die
Syannung war in beiden Versuchsreihen wenig verschieden,
dagegen war die Stromstlirke in der ersten Versuchsreihe:
0,l mA., in der zweiten: 0,056 mA. Offenbar ist der Nutzeffekt der Rohre bei der grolleren Stromstarke etwas
schlechter gewesen als bei der kleineren. Da wahrend der
zweiten Versuchsreihe der Strom nur wenig geschwankt hat,
ist es erlaubt, die Rontgenstrahlenintensitat hier dem zugefuhrten Effekt proportional zu setzen, und wir werden deshalb im folgenden mit den auf GO KV. und 0,l mA. reduzierten Elektronenzahlen rechnen.
Kurz darauf haben wir noch Versuche bei kleineren Entfernungen: 1 m; 1,5 m; 2 m, angestellt. Dabei wurde dieselbe
Blende mit 8 mm Offnung benutzt. Urn nicht zu viele StoSe
zu bekommen, wurde in den Weg der Rontgenstrahlen ein
rotierender Sektor eingeschaltet, eine Kreisscheibe aus dickem
Bleiblech, die auf der Achse eines kleinen Elektromotors saS.
Die Scheibe hatte in der Niihe des Randes einen Schlitz von
3 mm Breite, die Entfernung der Stelle, wo die Rontgenstrahlen zu der 8 mm-Blende hindurchgingen, von der Rotationsachse betrug 65 mm. Daraus ergibt sich, daS die Zeitdauer
der Rontgenbestrahlung durch den rotierenden Sektor auf den
Bruchteil 3 :lSOn = 0,735 10-2 herabgesetzt wird. Die Versuche begannen bei 1 m Ent,fernung, darauf gingen wir auf
Zdrl der m Riin@wwlrohlm ausgehten E k k o w n . 126
1,5 m und 2 m. Nachdem wir bei der Entfernung 2 m 10 Min.
leng registriert hatten, &en wir noch einmal auf 1,5 m und
1 m d c k . Zwischendurch wurde mehrmals die Zahl der
Sttifie ohne Rantgenstrahlen bestimmt, sie betrug wieder 1 in
einer Minute. Nach Subtraktion von 1 ergibt sich uls mittlerer
Wert der
I
EitoBzehlpmMin. in der Entfernung
__
1
-__
_ _
lQJ
10s
6,9
l1 r9 5o,m
,
290
.,
I
1
8paiinung
___
*
;
K
!
1
I
strom
0,0486 d.
0,049 ,,
0,0616 ,,
Reduziert auf 1 qcm, 1 Sek., 60 KV., 0,l mA. ist:
in der Entfernung 1 m 1,5 m 2 m
die Zahl der Sttif3e 180 98,3 5 9 3
Wir stellen die gefundenen Resultate in einer Tabelle
wsammen. In der ersten Kolonne steht die Entfernung I
von der Rontgenrohre in Metern, in der zweiten die dazu
gehorende reduzierte Zahl der emittierten Elektronen n, in
der dritten diem Zahl multipliziert mit dem Quadrat der Entfemung, wobei als Einheit 10 m genommen ist, also n 12/100.
Die in der dritten Kolonne stehenden Zahlen nehmen mit
waohsender Entfernung ab, weil die Rontgeastrahlen in der
Luft absorbiert werden. Man kann den Absorptionskoeffizienten
fiir 1 m auf etwa 0,OS schiitaen, diese Zahl l&St sich mit den
von Hm. Hoepner angeetellten Messungen (a. a. 0. S. 597)
sehr wohl vereinigen. In der vieiten Kolonne ist das Produkt
2,45 c-O@'"
aufgefuhrt. Die Zahlen der vierten Kolonne
stimmen mit denen der dritten innerhalb der Fehlergremen
uberein. DaS die Zahl fiir 1 m zu klein gefunden worden ist,
kann seinen Grund darin haben, deS die Spannung beim Ziihlen
vielleicht nicht hoch genug war. Wir haben oben geaehen, daf3
dadurch leicht Ahweichungen von dieser GrMe entstehen konnen.
-
-
1% J . Herweg u. G. Mie. Zakl der von Rijntgenstrahlen UIW.
Vergleichen wir unsere Zahlen mit denen, welche Hr. Hoe p ner in den Entfernungen 6,9 m und 12,s m gefunden hat, so
aind unsere Zahlen ungef Shr halb so grob, wie die H o e p n e r schen.
Das mu8 auch ao aein, weil wir an Stelle der Platinscheibe
eine Aluminiumscheibe benutzt haben.l) Erst bei den grol3eren
Entfernungen sind Hm. Hoepners Ziihlungen fehlerhaft
geworden.
Das Resultat unserer Untersuchung ist :
Die Zahl der m einer Metcrllscheibe durch Riintgenstrahh
ausgeliiskm Elektronen ist auch bei den alhgeringsten Intensitiiten, wenn aus der Fliiche 1 qcm wdwend einer Minute nur
wenige Elektronen emittkrt werden, stets der Intensitat der RiCntgenstrahlen poportional.
Dieses Resultat beweist, da13 entspreohend den Vorstellungen der modernen Quantentheorie, die Absorption der
Strahlung selbst bei den schwachsten Intensitiiten, wenn in
1 Sek. durch 1 qcm nur noch wenige Energiequanten hindurchgehen, doch stets quantenhaft erfolgt.
Praktisch kann man das Resultat vielleicht verwerten,
um eine Methode der absoluten Intensitiitsmessung gam
schwaoher Rontgenstrahlen auszuarbeiten. Wenn man aus der
Len a r d schen Schrift ,,Quantitatives uber Kathodenstrahlen
aller Geschwindigkeiten" (Heidelberg 1918) die Daten uber
die Absorption der ausgelosten Elektronen in dem Metall der
Scheibe entnimmt, kann man aus der Zahl der austretenden
Elektronen berechnen, wieviel in einer Schicht von bestimmter
Dicke uberhaupt ausgelost worden sind, oder mit anderen
Worten, wieviel Energiequanten von der Rontgenstrahlung in
dieser Schicht absorbiert sind. Man mub nun noch den Absorptionskoeffizienten des Metalls fiir die betreffende Wellenliinge kennen, dann kann man die Intensitat der Strahlung
selber absolut berechnen.
Halle a. S., Physikalisches Institut. April 1922.
1) Vgl. E. Hoepner, a. a. 0. S. 698.
(Eingegangen 26. April 1922.)
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