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Eine Methode zur Erzeugung langsamer Kanalstrahlen.

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Annalen der Physik. 5. Folge. Ba,iid 15. 1932
Eine Methode
Erseugung Eangsarner Kanalstrahlen
Von W i l h e l m R e u s s e
(Mit 7 Piguren)
Ein prinzipieller Kachteil der ublichen Methoden zur Erzeugung lnngsarrier positiver Stralilen - speziell Protonen I ) riiacht sich geltend bei Anwendung liingerer Apparaturwege
(GroBenordnung 1 m), das ist die fehlende Parallelitit des
resultierenden Strahlenbundels. Eigene Versuche in dieser
Richtung zeigten, daW die Intensitat nach dern Austritt aus
dem Erzeugungsrauni mit xachsendeni Abstand von der
Strahlenquelle sehr schnell abninimt. Weit iiberlegen ist den
angegebenen Methoden das gewohnliche Kanalstrahlrohr (Entladung bei Gleichspannung und Nachbeschleunigung hinter der
Kathode). Bei geeigneter Einstellung des Druckes bildet sicli
vor der Kathode ein scharfer, leuchtender Pinsel, in dem die
Teilchen nahezu senkrecht auf die Kathode zueilen. Eine
Messung der Intensitit hinter der Kathode in Sbhangigkeit
vom Abstand von der Strahlenquelle bestiitigt dies oline
weiteres. Leider betragt die niedrigste Brennspannung eines
Kanalstrahlrohres, bei der die Kanalstrahlenintensitat fur
MeBzwecke noch geniigt, etwa 8-10 kV. Die erreichbare
untere Grenze f u r die Energien verschiebt sich noch weiter
nach oben, wenn man nachtriigliche Beschleunigung vornimmt.
Eine solche ist aber erforderlich, urn bei reiner magnetischer
Aufliisung zu einer sicheren Trennung der Atome und Molekiile zu kommen.
Nun gelingt es aber, die Vorziige der Kanalstrahlmethode
auch bei kleinen Euergien auszuwerten , und zwar dadurch,
daB man die Zahl der durch die positiven Ionen an der Kathode
ausgeliisten Sekundiirelektronen dnrcli zusatzliche Elektronen
vermehrt. Die Entladung kann so bei erheblich niedrigeren
Spannungen aufrecht erhalten werden, ohne daB dabei die
Form des Kanalstrahlpinsels, insbesondere dessen Parallelitat,
nachteilig verandert niirde.
1) A. I . D e m p s t e r , Phil. Mag. 3. S. 115. 1927; Proc. Nat. Akad.
1925. S. 552; C. I t a m s a u e r , R. K o l l a t h u. D. L i l i e n t h a l , Ann. d.
Phys. [5] 8. S. 702. 1931.
TI’. Keusse. Nethode m r Erxeugung langsamer Kanalstrahbn 253
Eine derartige Anordnung gibt Fig. 1. Erzeugung und
Zufuhrung der Hochspannung sowie die Wasserstoffdurchstromung erfolgen in cler iiblichen Weise. Unrnittelbar vor
cler Kathode triigt das Entladungsrohr einen seitlich angeblasenen Schliff, der die Kinfuhrung eines Gluhdrahtes gestattet. Letzterer ragt in einen Raum, der einerseits von der
Kathode, andererseits von eiuer Aluminiumplatte H I<, der
Hilfskathode, begrenzt w i d , deren zentrale Offnung er im Abstand von etwa 5 mm schleifenformig umgibt. Gluhdraht und
Fig. 1. Anordnung und Schaltung des Entladungsrohres
liathode liegen aquipotential am negativen Pol einer Batterie
von etwa 100 Volt Spannung, dereu positiver Pol mit H K
verbunden ist. Die Kathode ist uber einen Hochohmwiderstand R, geerdet.
I m einzelnen ist zur Charakteristik des Rohres folgendes
zu sagen:
1. Die Temperatur des Gluhdrahtes sei konstant. Bei
Zunahme der die Elektronen beschleunigenden Hilfsspannung
nimmt das am Rohr liegende Spannungsgefalle zunachst ab,
urn bei etwa 50 Volt einen Sattigungswert zu erreichen (Fig. a),
cler, wie Fig. 3 zeigt, von der Heizung cles Fadens abhangt.
2. Fig. 3 zeigt die Spannung am Rohr in Abhangigkeit
von der Temperatur. Die Gesehwindigkeit der zusatzliehen
Elektronen betriigt konstant 100 Volt, ihre Zahl dagegen
nimrnt mit zunehmender Temperatur zu. Auf der Abszissenachse ist der Widerstand des Drahtes ahgetragen, den man in
erster Naherung als NaB fur die Temperatur betrachten clarf.
'- -\'6-
SpannunjamRohr
Lange.
I
l
l
I
I
77 70 8
4
2kY
SpanffuffgamRohr
Fig. 4. Intensicit bei variablexn
Elektronenstrom. Drurk im Entladungsraum: S-10-3 mm Hg
I
Druckin 70-3mmHg
Fig. 5. Abhangigkeit der Intensitat vom Druck im Robr.
Elektronenstrom: 0,'i mA.
Betriebsspannung: 5,0 kV
3. Die Intensitiit in Abhiingigkeit vom Elektronenstroni
zeigt Fig. 4. Es ergibt sich ein deutliches Maximum bei etwn
1 mA. Auf einer zweiten Abszissenachse sind die den einzelnen Elektronenstromen zugeordneten Brennspannnngen cles
Rohres angegeben.
W . Reusse. Metho& xur Erxeugung langsamer Iianntstrnklen 255
4. Anch fiir den Druck im Entladungsrohr ergibt sich
eiu Optimum (Pig. 5),das sicli mit zunehmender Betriebsspannung nach hoheren Drucken hin verschiebt (z. R. 5.10F3 mm Hg
bei etwa 5 kV, 2.lOA2mm Hg bei etwa 9,5 kV).
6. Als besonderer Vorzug des Rohres sei seine Ventilwirkung genannt, auf Grund deren es moglicli ist, clas Rohr
r I
I
I
1
7
4 kYem
$anmnq am Rohr
7
2
3
4
5
E/ekl#ffenstfam in mA
Fig. 6. Wie Fig. 4, aber mit
Wechselspannung betrieben
20
Magnets/slroomh m A
Fig. 7. Intensitatsverteilung bei
magnetischer Anfl6suna.
(Gesamtspannung: 6,l kV)
mit Wechselspannung zu betreiben. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen Intensitat und Elektronenstroni bei konstantem Druck von 8. loF3 mm Hg. Auch hier ergibt sich ein
Maximum, und zwar wieder bei etwa 1 mA, Der absolute
Betrag der Intensitat ist etwa uni den Faktor 2 gegenuber
dein Betrieb mit Gleichspannung verringert.
6. Magnetische Auflosung des Strahles ergibt saulsere
Trennung von Atomen und Molekiilen (Fig. 7).
T u b i n g e n , Physikal. lnstitut der Universitat. August 1932.
(Eingegangen 25. August 1932)
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