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Eine Zhlung der Elektronen die eine Metallscheibe bei Bestrahlung mit schwachen Rntgenstrahlen emittiert.

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A! 5.
1915.
ANNALEN DER PHYSIK.
VIERTE FOLGE. BAND 46.
1. E4ne ZUhlumg der Elektronaw,
d4a e h e H e t a l l s c h d b e bed Bestrahlwmg mat
8chwachen Rihtgenstrahlm erndtt4ePt;
vow Er4ch Hoepmeer.
[Etwas gekiirzte Creifswalder Diseertation.I)]
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist hauptsachlich festzustellen, ob man bei der Loslosung von Elektronen aus einem
Metal1 durch Bestrahlung eine Akkumulationszeit der Energie
beobachten kann, wie sie die Sommerfeldsche Quantentheorie 7 verlangt. Die Versuche wurden mit Rontgenstrahlen
gemacht, weil fur diese das Energiequantum sehr grsB ist nnd
demgemaB eine sehr lange Akkumulationszeit zu erwarten
ware. Die Strahlen wurden a d e r d e m sehr schwach genommen,
und zwar wurde die Schwachung dadurch erreicht, daB die
Rontgenlampe sehr weit von der bestrahlten Metallscheibe entfernt wurde. Dadurch daS man die Entfernung variierte, konnte
man dann noch eine zweite Aufgabe losen, namlich die Abhingigkeit der Zshl der emittierten Elektronen von der Intensitat der Rontgenstrahlen untersuchen.
Zur Zahlung der Elektronen habe ich die Methode der
Stoflionisation benutzt, die zuerst v o n R u t h e r f o r d und Qeigers)
zur Zahlung der a-Teilchen radioaktiver Substanzen angewendet
wurde. Dadurch unterscheidet sich meine Untersuchung prinzipiell von den Arbeiten von W. Wien') und E. C a r t e r 6 ) ,
welche die positive Aufladung einer Metallplatte bei Bestrahlung
mit Rontgenstrahlen elektrometrisch ermittelt haben.
1) E. H o e p n e r , Experimentelle Ermittelung der Zahl der Elektronen,
die eine Metallscheibe bei Bestrahlung mit SuBerst schweesen Rontgenstrahlen in der Minute emittiert. J. A. B a r t h , Leipzig 1914.
2) A. Sommerfeld. Phys. Zeitschr. 12. p. 1057. 1911.
3) R u t h e r f o r d u. G e i g e r , Proc. of the Roy. SOC.A. 81. p.141.1908.
4) W. W i e n , Ann. d. Phys. 18. p. 991. 1905.
5) E. Carter, Ann. d. Phys. 21. p. 995. 1906.
Annalen der Physik. IT.Foke. 56.
37
578
E. Hoepner.
I. Apparate und allgemeine Vemucheanordnung.
Da orientierende Vorversuche gezeigt hatten, daB vor allen
Dingen kriechende elektrische Ladungen an den Glaswanden
des UntersuchungsgefaBes verhiitet werden mugten, so gab ich
dem Gefii8 die durch Fig. 1 dsrgestellte Form. Eine Glasglocke G, innen 20 cm hoch und 14 cm weit, mit einem
oberen und einem seitlichen Tubus, in welche Konusse eingeschliffen waren, wurde unten durch eine starke Messingplatte M geschlossen. Die VerschluBplatte hatte in der Mitte
ein kreisfdrmiges Loch, in das ein Messingrohr von 5 cm
Durchmesser und 12 cm Lange eingelotet war. Auf das andere Ende des Messingrohrea war ein Aluminiumfenster d
(0,l mm Dicke) aufgeschraubt. Messingscheibe und Aluminiumfenster wurden mit weiBem Siegellack (von L i l i e n d a h l in
Neu-Dietendorf i. Th.) gekittet. Dem Aluminiumfenster gegenuber, im Abstande von ungefahr 12 mm, befand sich ein
Platinblech P von 19 mm Durchmesser (bedingt durch die
Weite des oberen Tubus), das mit Hilfe eines aufgeloteten
Schraubchens auf einen Messingstab S aufgeschraubt und d a m
gelatet war. Der Messingstab wurde von einem Glasrohr, das
mit dem oberen Schiff verblasen war, gehalten und stand mit
dern einen Quadrantenpaare eines Elektrometers in metallischer
Verbindung durch einen Platindraht, der zu einer kur.zen Spirlile
aufgerollt und in das Glasrohr eingeschmolzen war.
Urn Stiirungen durch Ladungen des Glases auszuschlieBen,
war das den Messingstab umschlie6ende Glasrohr S mit eineni
Eine Zahlung der Elektronen
usw.
579
dicht anschliefienden geerdeten Messingrohr umgeben und in
das Innere der Glocke war ein dunner geerdeter Messingblechzylinder C geschoben. AuBerdem war das GlasgefAB auBen
herum mit Stanniol belegt, das durch eine geerdete Drahtspirale an das Glas gedriickt wnrde. Die Luft in der Glasglocke wurde durch den seitlichen Tubus ausgepumpt und
durch mit Phosphorpentoxyd getrocknete Luft ersetzt, schlie6lich wurde ein Druck von ungefahr 8 m m Hg hergestellt, den
man an einem kleinen Quecksilbermanometer ablesen konnte.
Ronfgen-
d
Strahlen
Darauf wurde das Gefa6 mit einem Hahn geschlossen. Die
Dichtungen waren so gut, da6 sich der Druck im GFefiB tagelang konstant hielt.
Dieses EntladungsgefAB befand sich in einem geerdeten
Zinkblechkasten 2 mit abnehmbaren Deckel. Auf der Vorderseite war eine Offnung an der Stelle, an der sich das Rohr
des GefaBes befand. Ein 2 mm starkes Bleiblech B schutzte
die auderen Teile des GefaBes vor dem Auftreffen der Strahlen.
Vor der Offnung war eine Klappe aus Bleiblech angebracht,
die man vom Beobachtungsplatze aus vorschalten -und wegziehen konnte, um sofort nach Auftreffen der Strahlen beobachten zu konnen.
Die zu einer Entladung zwischen Aluminiumfenster und
Platinblech notwendige Spannung ist bedingt durch-den Ab31 *
E. Hoepnet.
580
stand der beiden Metallbleche und den Druck i m Gefa6. Diese
beide waren so bemessen, da8 die Entladung um 1000 Volt
herum eintrat. 1000 Volt konnten aua einer Batterie kleiner
Akkumulatoren (vgl. Fig. 2) entnommen werden ; eine Zusatzbatterie, die bis zu 100 Volt zu entnehmen gestattete, diente
dam, die Spannung geracle bis zu der geeigneten Hohe zu
ergiinzen; an diese war noch ein durch einen groBen Widerstand geschlossener Akkumulator A angeschaltet und man
konnte durch einen Gleitkontakt auf dem Widerstandsdraht
auf beliebige Bruchteile eines Volts einregulieren. In die
Leitung zum Entladungsrohr war ein Arnylalkoholwiderstand W
eingeschaitet.
Als Elekrometer diente ein Dolezalekinstrument von
G e o r g B a r t e l s in Gottingen. Als Suspension wurde ein
platinierter Quarzfaden benutzt. Die Nadelspannung betrug
600 Volt. Die Empfindlichkeit war dann 1700 Skalenteile fur
1 Volt. Man durfte den Faden nicht zu schwach nehmen,
damit er bei den unverrneidlichen Entladungen nicht rig. Auf
Isolation der Leitung zur Elektrometernadel mu8te groBe Sorgfalt verwendet werden, weil sonst ein konstanter Nullpunkt
nicht zu erreichen war. Die Zuleitungen zu den Quadranteii
verliefen in geerdeten Metallrohren und waren mit Paraffin
so isoliert, da8 eine Aufladung sich lange hielt.
Die Rontgenrahre von B u r g e r besaB eine recht gut
wirkende Regeneriervorrichtung und hatte bei den Versuchen
eine Harte, der die Funkenlknge einer nebengeschalteten
Funkenstrecke 20-40 mm entsprach. Die Funkenstrecke lag
zwischen einer Messingkugel von S cm Durchmesser und einer
solchen von 1 cm Durchmesser. Diese Funkenstrecke wurde
verglichen mit einer zwischen zwei Kugeln von 1 cm Radius;
sie gab ein wenig kurzere Funken als diese.
Bei den definitiven Versuchen betrug die Liinge der
E’unkenstrecke, die die Spannung der Rontgenrahre angab,
stets ungerahr 40 mm; die entsprechende Spannung liegt in
der Nahe von 65 Kilovolt.’) Die Rohre wurde mit einer Influenzmaschine betrieben, urn eine moglichst konstante Strahlung
zu bekom n i en.
1)
Vgl. E. V o i g t , Ann. d. Phys. 12. p. 385. 1903.
Eine Zahluny der Elehtronen usw.
58 1
Um die Stromstiirke der Rantgemohre und die Energie der
Strahlung bestimmen zu konnen, wurden die Antikathode und
die Anode zugleich durch ein kleines Drehspulgalvanometer geerdet. Bei einem inneren Widerstande von 200 Ohm und Nebenschaltung von 100 Ohm entsprach einem Skalenteil ein Strom
yon 0,2.10-4 Amp. Im Durchschnitt brannte die Rohre mit
Amp. Da die definitiven Messungen bei ungefahr konstanter
Spannung gemacht wurden, konnte die Rontgenstrahlenergie
proportional dem Galvanometerausschlage gesetzt werden.
Zum Betreiben der Rontgenlampe diente eine 20-plattige
Influenzmaschine von O s k a r L e u n e r in Dresden. Influenzmaschine und Rontgenlampe befanden sich zusammea auf einem
Wagen, so dd3 man die Entfernung zwischen der Rontgenlampe und dem VersuchsgefaB leicht andern konnte.
11. Energiemeaeung der Rhtgenetrahlung.
Um den absoluten Wert der Rontgenstrahlenergie zu bestimmen, wurde diese in Anlehnung an die Versuche von
W. Wienl) mit einer Thermosaule gemessen.
Eine Wismut-Antimonsliule befand sich in dem innersten
von zwei WeiBblechkasten, von denen jeder zum Schutz gegen
storende Wtirmeeinflusse mit Watte umhullt war. Die der
Rontgenrohre zugekehrte Seite der Kiieten bestand aus Alurniniumfolie und konnte durch einen Bleischirm vor den Strah]en geschutzt werden. Die WeiBblechkasten wie die Bergmannrohre, in denen die Zuleitungen zum Galvanometer
verliefen, waren geerdet.
Das Galvanometer, ein D u Bois-Rubenssches Spiegelgalvanometer, wurde bei einer Empfindlichkeit von 3,17
Volt/mm benutzt. Der Widerstand der vier parallel geschalteten
Spulen betrug 5 $2. I n einem Abstande zwischen Antikathode
und Thermosaule von 14 cm gab die Rontgeorbhre, die mit
65 Kilovolt und 0,l Milliamp. betrieben wurde, bei einer Bestrahlungszeit von 15 Sek. den Ausschlag 15 mm, also
4,75.10-8 Volt.
Darauf wurde die Spannungeempfindlichkeit des Galvanometers durch einen vorgesohalteten Widerstand auf 1,6.10-'
Volt herabgesetzt und die Thermosaule wurde mit einer Amyl-
-
1) W. Wien, Ann. d. Phys. 18. p. 991. 1905.
582
3. Hoepner.
acetatlampe im Abstande 70 cm bestrahlt. Man erhielt in
15 Sek. den Ausschlag 49 mm, also 78-10-' Volt. Nun betriigt nach 0. T u m l i r z l ) die Energie, die eine Amylacetatlampe in horizontaler Richtung auf 1 qcm in 1 cm Entfernung
pro S e k ausstrahlt, 0,1483 g cal/sec; demnach ist der ganze
aus der Rbntgenrohre austretende Effekt
0,1483.4,75-2Z* 14'
= 22,7
702-780
-
g
z
bei'65 I(.-V. u. 0,l M.-A.
sec
Nehmen wir an, da6 derselbe Effekt auch in die Antikathode
hineingestrahlt und von ihr absorbiert wird, ferner dab die Glaswand der Rontgenrijhre (nach W. Wien) 42 Proz. absorbiert,
so ist der ganze an der Antikathode in Rontgenstrahlen umgewandelte Effekt
2.22,P.
100
= 78,3*
58
g cal
~
sec
*
Nun ist nach E. C a r t e r 2 ) bei 59 K.-V.
Riin tgenstrahlenergie
= 1,07.10-3
Katbodcnstrahlenergie
~
und dieser Quotient nimmt ungefahr proportional mit der
Spannung an der Rontgenrohre zu, er ist also bei 65 K.-V.
etwa 1,l
Der Effekt der Kathodenstrahlung, der von
der Antikathode verzehrt wird, ist also
___78,31,l. 10-8
- 71,2.io-zc:c~~= 2
-
, Watt.
~
sec
Da die Rontgenrohre im ganzen 6,5 Watt verbrmcht, so ist
der Kathodenstrahleffekt nur 46O/, des ganzen von der Riihre
verbrauchten Effektes.
Bei einem zweiten Versuch wurde er als 40% gefunden.
111. Die Beobachtunp der StBBe.
Bei den orientierenden Beobachtungen hatte sich gezeigt,
da6 die Anzeichen fur eine diskontinuierliche Aufladung der
Platinplatte sich erst einstellten, wenn die Spannung zwischen
Platinscheibe und Aluminiumscheibe ganz nahe bei der Ent-
.
1) 0. T u m l i r z , Wied. Ann. 38. p. 650. 1889.
2) E. C a r t e r , Ann. d. Phys. 21. p. 955. 1906.
Eine Zahlung der Xlektronen usw.
583
ladungsspannung lag. Die Erscheinungen traten daher um so
besser hervor, j e hoher die Entladungsspannung lag, weil man
dann mit der Spannung fur die StoBionisierung um so hijher
gehen konnte. Am Aluminiumblech wurden deshalb Spitzen
sorgaltigst vermieden. AuBerdem wurden die Rander des
Platinbleches etwas zuruckgebogen, so daB nicht von den
Randern aus ein Glimmstrom einsetzen konnte. Ferner
mu6ten die beiden Elektroden peinlichst sauber gehalten
werden. Eine Entladung andert namlich sonst die Elektrodenoberflachen in unvorteilhafter Weise , wahrscheinlich
durch Oxydbildnng od. dgl. So zeigte sich anfangs, daB nach
einer einmal erfolgten Entladung die Entladespannung fir lange
Zeit erniedrigt wurde. Diese lastige Erscheinung lieB sich
nur dadurch beseitigen, daB man die Bleche reinigte und glatt
polierte. Endlich war es notwendig, dab man die Aluminiumplatte zur negativen Elektrode machte. Der Grund hierfiir
ist in der Verschiedenheit der GroBe des Kathodenfalles bei
Platin und Aluminium zu suchen, zu einem geringen Teil auch
wohl in der Form der Elektroden. Nahm man die Platinscheibe als Kathode und das Fenster als Anode, so war die
Entladespannung ungefahr 50 Volt kleiner ; ersetzte man aber
die Platinscheibe durch Aluminium, so zeigte sich ein Unterschied von 5 Volt in der Entladespannung.
Stellte man die Rontgenrijhre in groBer Entfernung vom
EntladungsgefaB auf (ca. 12 m) und schwachte man die Intensitat der Strahlung auBerdem noch weiter durch absorbierende
Zinkbleche (2-4 von 0,5 mm Starke), so trat bei einer
Spannung, die ganz dicht unter der Entladungsspannung lag,
nach Aufheben der Erdung der Elektrometerleitung in l n g e r e n
oder kurzeren Intervallen ein plotzliches stoBweises Herausfliegen der Elektrometernadel um mehrere Skalenteile ein.
DaB man es hier mit einer Wirkung der Rijntgenstrahlen zu
tun hatte, konnte man leicht feststellen, wenn man die Rontgenstrahlen durch die Bleiklappe von dem BeobachtungsgefaB fernhielt. In dem Moment, wo die Bleiklappe in dieHohe gezogen
wurde, trat der Effekt ein.
Der Bereich der Spannungen, bei denen man diese StoBe
deutlich bekommt, ist sehr klein, e r betragt vielleicht 3/4 Volt.
Befindet man sich einige Volt unterhalb der Entladespannung
E. lilorpner.
und erhoht man dann die Spannung allmahlich, so tritt ungefahr 3/16 Volt unterhalb der Entladespannung die stoBweise
Bewegung des Elektrometers ein; es erfolgen erst ganz kleine
StoBe ; diese werden mit wachsender Spannung groSer und
grober. Will man llogere Zeit hindurch beobachten, so darf
man die angelegte Spannung nicht zu nahe bei der Entladungsspannung nehmen, weil sonst zu leicht einmal Entladung eintritt, wenn sich die Spannung der Batterie ein wenig erhoht.
Man mu8 deswegen lieber auf sehr groBe Ausschlage verzichten. Wegen der Kleinheit des Spannungsbereiches ist das
Auftreten der StoBe in empfindlichster Weise von Druckanderungen im GefaB abhangig. Konnte man z. B. eine geringfiigige Undichtigkeit des GefaBes am Manometer erst nach
Stunden beobachten, so zeigte sich diese an den StoBen schon
nach wenigen Minuten.
Die recht ungedampft schwingende Elektrometernadel kam
nach jedem StoB entweder in einer neuen Stellung zur Ruhe
oder sie pendelte noch um den neuen Ruhepunkt hin und her,
wenn der nachste StoB von ungefahr derselben GrbSe eintrat.
Auf diese Weise bewegte sich ruckweise die ganze Skala durch
das Gesichtsfeld, falls nicht etwa wahrend der Beobaclltung
Entladung eintrat, was dann gleich ein vollkommenes Herausschnellen der Skala aus dem Besichtsfelde verursachte. Um
das lastige ungedampfte Schwingen der Elektrometernadel
moglichst unschadlich zu machen , wurden die beiden Quadrantenpaare durch einen NebenschluBwiderstand von Amylalkohol R in einem engen U-formigen Glasrohrchen mit Kupferdrahtelektroden verbunden. Die Nadel ging nun nach jedem
StoS i n ihre alte Nullage schijn gedampft zuriick.
Der Amylalkohol zeigt haufig etwas Polarisation, die ein
dauerndes Wandern verursacht. Reibt man aber die in den
Alkohol tauchenden Kupferdrahtchen vor jedem Versuch mit
Schmirgelpapier ab, so hort das Wandern auf und der Nullpunkt bei metallischer Verbindang der beiden Quadrantenpaare
unterscheidet sich kaum von dem, den man bei der Verbindung durch den Amylalkoholwiderstand bekommt.
Aus dem zuletzt Gesagten geht hervor, daB ich es nicht
etwa mit Schweidlerschen Schwankungen zu tun hatte. Denn
Eine Zalilung der Elektronen usw.
585
wenn dies der Fall gewesen ware, so hltte sich nach dem
Aufheben der Erdung ein neuer Nullpunkt herstellen miissen,
um den dann die Schwingungen erfolgten. Man konnte vielleicht
noch vermuten, da0 es sich um schwache Entladungen mit
gro0em Entladungsverzug handle. DaB jedenfalls der vorgeschaltete Amylalkoholwiderstand (vgl. Fig. 2) dabei keine Rolle
spielte, w a r leicht dadurch zu beweisen, da0 die Erscheinung
genau dieselbe blieb, wenn man diesen Widerstand durch einen
Metallwiderstand ersetzte. Die Zahl der StoBe wurde dadurch
nicht vergroBert, wie man es erwarten miiSte, wenn man es
mit Partialentladungen zu tun hatte. Die Zahl war vielmehr
lediglich durch die Intensitat der angewandten Rontgenstrahlung
bestimmt. Wenn man z. B. in den Weg der Strahlen absorbierende Platten brachte, so verringerte sie sich sofort, die
durchschnittliche GroBe eines StoSes blieb dabei dieselbe.
Ferner geht aus der GroBe der Ausschllge, die einer Spannung
von einigen Hundertstel Volt entsprechen, hervos, daB nur ein
sehr kleiner Bruchteil der ganzen Ladung des Aluminiumfensters iibergeht. Dieses ist auf 1000 Volt geladen. Die Kapazit a t des Elektrometers ist hochstens etwa hundertmal so gro0
als die dss kleinen aus Aluminiumfenster und Platinscheibe
gebildeten Kondsnsators. Ginge also die ganze Ladung uber,
ao mii0te die Nadel einen Ausschlag geben, der mindestens
10 Volt entsprache. Die ubergegangene Ladung ist auch
keineswegs der angelegten Spannung proportional, sondern
die GroSe des StoSes nimmt in sehr vie1 schnellerem Ma0e
zu als die Spannung, wenn man diese innerhalb der oben
angegebenen Grenze steigert. Die Menge der vorhandenen
Ladung hangt also an sich nicht mit der GrOBe der Ansschliige zusammen.
Hiernach bleibt keine andere Erklarung iibrig, als daS
die StiiBe hervorgebracht werden durch momentane Ionisierungen
der Luft von jedesrnal ungefahr gleichem Betrage, einem Betrag, der lediglich abhangt von dem Luftdruck und der in der
Luft liegenden Feldstarke. Diese momentanen Ionisierungen
werden jedesmal hervorgerufen durch ein von den Rontgenstrahlen bewirktes Ereignis, das um so after auftritt, je intensiver die Strahlen sind. Nach unseren Kenntnissen von der
Bildung von Ionen durch Rontgenstrahlen kommt fir ein der-
E. Hoepner.
586
artiges Ereignis aber nur die Loslasung eines Elektrons aus
einem von der Strahlnng getroffenen Atom in Betracht.
Da die Zahl der in der verdiinnten Luft durch Rbntgenstrahlen gebildeten Elektronen sehr klein ist gegen die von
dem Platinblech und dem Aluminiumfenster emittierten, so
durfen wir wohl annehmen, daB wir hauptsachlich die von den
Metallen emittierten Elektronen fur die StiiBe verantwortlich
zu machen haben.
Die Elektronen werden vom Metall mit einer Geschwindigkeit emittiert, die ungefahr so groB ist wie die der Kathodenstrahlen in der Rontgenrohre. Das angelegte Feld hat
also auf sie keinen EinfluB. Nun hat J. L. Glasson') untersucht, wie oft ein schnellbewegtes Elektron auf seinem Wege
in Luft ein Molekul ionisiert. Seiner Arbeit sind die beiden
obersten Zeilen der folgenden Tabelle entnommen. Es bedeutet v die Geschwindigkeit des Elektrons in cm/sec, a die
Zahl der Ionenpaare, die es auf dem Wege 1 cm in Luft vom
Drucke 1 mm Quecksilber hervorruft. Die beiden folgenden
Zeilen habe ich d a m berechnet; es bedeutet P die der Geschwindigkeit v entsprechende Wucht, gerecbnet in Volt. Bus
der letzten Zeile sieht man, daB 7 - w nahezu konstant ist.
T a b e l l e I.
N
V . ~ O - ~
V
V-u-lO-'
2,Ol
1,72
4,08
4,42
4640
5410
0,93* 0,93
1,53
4,76
6300
0,96
1,38
5,lO
7200
1,OO
1,26
5,44
8200
1,03
1,11
5,78
9280
1,04
0,99
6,20
10650
1,06
Nimmt man an, daB bis zu 70 K.V. das Gesetz 7.a = const
gilt, wobei diese Konstante jedenfalls etwas gr6Ber als lo4 anzunehmen ist, so ergibt sich fur die durch die Rontgenstrahlen
in dem VersuchsgefaB losgelosten Elektronen fur (11 ein Wert,
der sicher grofier ist als 0,14. In dem Zwischenraum zwischen
den beiden Platten, die 1,2 cm entfernt sind und in der Luft
vom Druck 8 mm Hg, ist die Zahl der durchschnittlich von
j-edem Elektron gebildeten Ionenpaare jedenfalls groper als
1) J. L. Glasson, Phil. Mag. (6) 22. p. 647. 1911.
Eme Zaltluny der Blektronen usw.
587
0,14-1,2.8 = 1,34. Die meisten Elektronen, die von der Platin-
scheibe und vom Aluminiumfenster emittiert werden, ionisieren
also in dem Luftzwischenraum ein- oder zweimal. Nimmt man
das Rtintgenstrahlenbundel so breit, daB es die ganze Flache
der Platinscheibe erfiillt, so werden natiirlich die Elektronen,
die am Rande des Feldes entstehen und die in einer solchen
Richtung gehen, daB sie sehr bald aus dem Feld hinauskommen, keine Ionenpaare im Felde selbst erzeugen. Diese
Elektronen werden der Beobachtung entgehen. Die anderen
werden in dem Felde aber fast alle ein oder mehr Ionenpaare
hervorrufen, die durch die StoBwirkung in dem so stark als
moglich gewl'hlten Feld eine sehr groBe Zahl weiterer Ionen
hervorrufen. Man bekommt durch das Auftreten jedes solchen
Elektrons einen plotzlichen Ubergang von Ladungen auf die
Platinscheibe, den man als StoB a n der Elektrometernadel
beobachtet. Aus diesen uberlegungen geht hervor, daB man
bei diinnen Strahlenbundeln, die nur den zentralen Teil der
Platinscheibe treffen, durch die StoBe a n der Elektrometernadel nahezu nlle Elektronen zahlen wird, die das Rontgenstrahlenbundel sowohl am Platin, wie am Aluminiumfenster
aiislS~t, da6 man bei dicken Strahlenbiindeln dagegen eine
etwas zu kleine Zahl bekommen wird.
Ferner erkennt man ohne weiteres, dal3 der StoB, der
eiuem Elektron entspricht, ziemlich verschieden ausfallen krtnn,
je nach der Zahl und dem Ort der Tonenpaare, die das Elektron zunachst erzeugt. Man kann nur von einer durchschnitb
lichen GroBe des Sto6es sprechen.
Vorlaufige Beobachtungen iiber langere Zeiten ergaben,
dab die Zahl der StoBe in den einzelnen Minuten nicht
dieselbe war, eine Erscheinung, die nach Analogie mit den
R u t h e rf o r d - Geige rschen Resultaten an a-Strahlteilchen zu
erwarten war. Bei gr6Berer Energie der auffallenden Rontgenstrahlen iiherlagern sich die einzelnen StoBe in ganz regelloser Weise, so daB es sehr anstrengend, wenn nicht unmoglich ist, bei Beobachtung mit Fernrohr und Skala jeden
einzelnen StoB zu zahlen, besonders bei liingerer Beobachtung.
Urn jede Willkiir in der Zahlung mijglichst ausxuschlieben,
wurden die Ausschlage des Elektrometers photographisch aufgenommen. Ein Registrierapparat vou E d e l m a n n wurde
588
E. Ifoppner.
durch einen kleinen NebenschluBmotor getrieben. Die Rotationsgeschwindigkeit dieses Motors war schon an und fur sich durch
eine vorgeschaltete Gluhlampe verringert und wurde noch durch
zwei hintereinandergekoppelteSchneckenrader auf den 14400.Teil
herabgesetzt. Durch Benutzung des Motorvorschaltwiderstandes und verschiedener Scheiben am Registrierapparat konnte
die Geschwindigkeit in engen Grenzen variiert werden. Gewbhnlich wurde so eingestellt, daB sich die Trommel in ca. 35 Minuten
einmal herumdrehte. Der Trommelumfang betrug 55 cm; in
einer Minute wurden dann also ungefahr 16 mm Film am
Spalt voriibergefuhrt.
Durch eine Linse wurde auf den Film das am Elektrometerspiegel reflektierte Bild des vertikalen Kohlefadens einer
Gluhlampe entworfen und auf diese Art die Bewegungen der
Nadel photographisch aufgenommen.
Die Zeit wurde auf dem Film markiert durch ein QliihIampchen, das alle Minuten auf einen Augenblick aufleuchtete.
Der Sekundenzeiger einer Uhr stellte durch sein Eintauchen
in Quecksilber einen StromschluB her. Das Lampchen konnte
auch willkurlich eingeschaltet werden, um auf dem Film bestimmte Augenblicke anzugeben.
Vor jedem Versuch wurde erst die Entladungsspannung durch
Zu- und Abschalten der kleinen Akkumulatoren ungefahr festgestellt. Dann naherte man sich unter Bestrahlung mit RSntgeiistrahlen von unten herauf mit Hilfe der kleinen Akkumulatoren
und des durch einen Widerstand geschlossenen Akkumulators allmiihlich der Entladungsspannung und machte die Aufnahme
bei der Spannung, bei der auch die grSflten Ausschltige nicht
uber die Rander des Films hinausgingen, wenn die Ruhelsge
ungefahr in der Filmmitte lag. War der VerschluS des
Apparates geoffnet, so wurde beim Aufleuchten des ersten
Minutenzeichens eine Stoppuhr in Gang gesetzt, um uber die
Zeit orientiert zu sein. Vom Beobachtungsplatze aus konnte
man das Pendeln des Lichtstriches verfolgen und ev. die
Spannung etwas andern. Der Aufbau war so eingerichtet, daB
man den Verlauf des Versuches auch durch das Fernrohr
beobachten konnte. Die Skala wurde dann mit einem Gliihlimpchen nur an der Stelle der erfolgenden Ausschlage beleuch tet. AuSerdem konnte man am Beobachtungsplatze die
Eirie Zahlung der Eleklronen usw.
589
Stromstarke der Rontgenrohre, die sich in ziemlich gro6er
Eutfernung vom Beobachtungsplatze (6,9-26 m) befand, am
schwach beleuchteten Galvanometer ablesen.
Die Hiirte der Rohre wurde durch die Funkenstrecke
am Anfang und Ende jeder Beobachtungsreihe gemessen.
Wie aus der oben dargelegten Theorie der StoBe hervorgeht, muIJ man erwarten, daB die einzelnen StoBe ziemlich
verschieden groB ausfallen. Es kommt noch hinzu, daB eine
ganz geringe Anderung der Differenz der angelegten Spannung
von der Entladungsspannung einen groBen EintluS auf die
GroBe der Ausschlage hat. Solche geringe Veranderungen finden des ofteren statt, mag der Grund nun eine Anderung der
Batteriespannung sein oder das Freiwerden von Luft aus dem
Metal1 und dem Dichtungsmittel. Gewohnlich war wahrend
einer langereri Beobachtung eine Abnahme der durchschnittlichen GroBe der StoBe zu beobachten. Man muBte dann, um
die StoBe nicht z u klein werden zu lassen, schlie6lich mit der
Spannung etwas hoher gehen. Doch ist auch der Fall vorgekommen , daB wiihrend des Versuchs plotzlich Entladung
eintrat.
Um eine Vorstellung von der GroBe der Ausschlage zu
geben, habe ich auf einem bestimmten Film (Nr. 1) die Gro6e der
hier ziemlich selten auftretenden StiBe gemessen und gefunden:
3,5 4,5 5,5 6 9 5 4,5 4,5 6 3,5 8 4,5 7,5 (in mm).
Als Mittelwert fur den einzelnen StoS berechnet sich hieraus
72 : 13 = 5,5 mm. Gewohnlich wurde mit kleineren StoBen
beobnchtet.
Unter den registrierten StoBen 6ndet man oft auch solche, die
sehr vie1 groBer sind als die durchschnittlichen. Diese abnorm
groBen StoUe kommen aber nur d a m vor, wenn die Anzahl der
auf die Minute entfallenden StoBe sehr grog ist. Auf dem
Film siebt man dann haufig an der StoBkurve verschiedene
Schwarzungen. Daraus geht hervor, daB die groBen StoBe als
die Summe von mehreren kleinen StoBen zu betrachten sind,
von StoBen, die so schnell aufeinander folgten, daB das
trennende Interval1 klein war gegenuber der Schwingungsdauer
der Elektrometernadel (= 17 Sek.). Es kam aber auch vor,
daB man im Fernrohr ein ungleichmafiiges Herausschnellen
E. Ihepncr.
590
der Skala beobachten konnte, ohne dab nachher die kleinen
Geschwindigkeitsunterschiede an einer verschieden starker1
Schwarzung auf dem Film zu erkennen waren. SchlieBlicli
kamen auch groBe StoBe vor, die selbst im Fernrohr nicht
in mehrere einzelne StiiSe aufzuliiaen waren.
Bei grober StoBzahl ist eO also schwierig, die Wertigkeit
eines gro6en Ausschluges anzugebcn. Diese Wertigkeit mutl
abgeschatzt werden.
Einen wichtigen Anhaltspunkt iiber die durchschnittliche
GrbBe eines einzelnen Ausschlages hat man an einer Aufnahme rnit geringer IntensiUt, also seltenen Stoben. Solcbe
Aufnahmen eind auch gewohnlich nach dem Versuch gemacht
Stunde beobachtet war.
worden, d. h. nachdem
1V. Diskussion der Resultate.
In Tab. I1 sind alle Zahlen, die sich bei meinen Versuchen ergeben haben, zusarnmengestellt.
Um zu untersuchen, mit welcher Genauigkeit der Durchschnittswert fur die Zahl der in der Minute losgelosten Elektronen zu ermitteln ist, sind zwei Aufnahmen von 30 Minuten
Dauer bei konstant gehaltenen Versuchsbedingungen gemacht
worden (Film 2 u. 12). Dazu kommen noch einige Versuche.
bei denen wahrend 15 Minuten, oder etwas liinger, die Versuchsbedingungen konstant geblieben sind (Film 3, 4, 6, 7, 8).
Die Stromstarke der Rontgenrohre ist bei den Versuchen
von 5 zu 5 E n u t e n notiert worden und stellt bei dem nicht
ganz ruhigen Ausschlag des Galvanometers einen Durchschnittswert dar.
Nr.
des
Min.
Films
(
1-5
Art der Bestrahlung
Anzahl der
StoBe
pro nrinutg
1
1
-
Fiinf
Min. Kilo- Milliampere
Summe volt
Sr.
1
des Min.
Film$
1
11-15
_
Eine Zahlung der Elehtronen usw.
591
Tabelle I1 (Fortsetzung).
- -
_
~
1-5
6-10}
12,3 m; 1 Zinkplatte
12,3 m ; ausgvpumpt
l2,3 m ; nicht ausgepuml
26-30
d = 4 mm
d = 5 mm
d = 3.6 mm
12,s m ; d = 3 mm
ausgepumpt
12,3 m; d = 3 mm
nicht ausgepumpt
1
1-5
6-10)
11-15
Ill-20)
21-?5
Millimperc
-
11-15
t6-20
1-5
Kilovolt
Art der Bestrahlung
21-23
26-30
'
~
6,9 m;
1,s mm;
n i c k ausgepumpt
G,9 m ; 1,8 mm;
ausgepumpt
5 2 5 5 4' 21
6 9 6 7 4 32
5 6 3 5 8 2 7
3 7 6 6 9 31
2 7 3 6 9 27
7 3 6 6 7 29
ULIL
0,14
5 3
7 9
5 3
2 5
6 4
610 8
7 7 8
6 8 5
3 5 4
2 5 3
32
38
27
19
20
410
910
4 7
1 6
4 2
6 7
6
6
8
2
3
2
7 7
8 6
2 5
4 0
4 3
2
34
39
26
13
16
21
8
40
45
69
63
36
40
65
54
50
62
910
0 7
4 13
1 12
7 8
7 11
5 8
9
12 17
17 11
310
11 6
3 11
0 11
9 11
210
813
9
8
11
7
9
4
-
- 10
13
12
8
5
11 10
10 11
9 9
8 9
8-
0 11 13 10 10
8 13 12 13 11
4 14 11 12 13
59
60
62
62
um
0,05
0-6
0,15
65
0,05
is 0,06
49
46
47
61128
3 12 16 - 11
1 12 8 10 12
um
0,05
65
53
54
ti2
G1
0,05
64
65
in 0,08
0,07
67
E. Boepner.
692
Tabelle I1 (Fortsetzung).
-
-
Nr
der
Filn
-
8
Min.
~
1
Art der Bestrahlung
I
3 13 15 15 15
6-10
9 17 14 17 12
6 15 14 15 15
;1 14 12 16 1.5
12,3 m; 3,6 mm
21-25
5 16 13 15 12
16-30
1 13 14 12
4 8 7 15 i0
12,3 m; 3,6 mm
6-10
0 9 8 910
- 6 4 4 5
5 6 5 7 3
25 m; 7,2 mm
1 1 1 0 0
21-25
1 1 0 0 1
25 m; 7,2 mm
0 0 0 1 1
6-10
0 0 2 0 0
11-15
Ohne Strahlen
1 0 0 1 0
16-20
1 1 4 0 5 1
11-15
25 m; 10 m m
4 2 1 2 0
16-20
4 0 4 221-25
0 0 0 1 1
26-30}
Ohne Strahlen
0 2 1 0 0
4 9 3 6 5
6 15 12 14 12
18 m; 10 mm
- 13 15 13 13
11-15
7 4 4 6 3
1-5 1
6-10
Aluminium als bestrahlte 4 6 7 3 4
6 3 6 4 3
11-15
Flache
3 3 1 2 4
16-20
7 4 ' 1 2 5
2 1-25
12,3 m; 3 mm
2 6 7 3 8 2
26-30
8 9
31-35
1 2 1 1 1
36-40
2
1 2 1 1
41-45
Ohne Strahlen
1 2 1 0 0
16-50
Radium in 1,5m Entfernung 8 6 5 4 8
1-5
6-10 Aluminium als bestr. Fllche 5 7 6 9 7
6 4 4 5 6
11-15
Mit Magnet
4 4 3 4 5
16-20
8 7 810 6
Ohne Mtgnet
21-25
1 2 1 1 0
Ohnc Strnhlen
26-30
'-'
}
}
11
12
13
I1
-~-
~
.-
Fiinf
Min. Kilo- Millivolt mpere
Sulnme
_ ___ _ _ _ _ _
_
}
10
St60e
pro Minute
'
9
-.
Anzahl der
__
- 0,14
65
~
71
79
75
78
0,12
71
62
54
46
64
65
0,09
0,07
$4
26
3
3
2
2
2
1
9
13
2
3
27
69
68
24
24
22
13
25
6
6
7
4
31
34
25
20
39
5
0,06
bia
0,07
62
0,lO
65
0,05
0,07
bis
74
0,06
0,06
bis
0,05
Die angefuhrten Zahlen der Fiinfminutensumme zeigen,
daB man sehr wohl von einem Durchschnitt sprechen kann.
Die Abweichungen vom Mittel erklaren sich zum Teil durch
die Schwankungen der Elektronenemission an sich, zum Teil
aber auch durch die unvermeidlichen UnregelmaBigkeiten
der Entladung in der Rontgenrohre, die Variationeii der
Strahlungsintensitat zur Folge haben. Man sieht in der Tat,
daB uberall, wo groJ3ere Schwankungen in der Stromstarke
der Rontgenrohre ausdrucklich vermerkt sind, auch die Elektronenemission in demselben Sinne schwankt. Wenn man in
diesen Fiillen die Werte auf eine konstante Stromstarke reduziert, in der Weise, daB man die Zahl der in der Minute
emittierten Elektronen der Stromstarke proportional setzt, so
wird die ubereinstimmung der Fiinfminutenwerte stets recht
gut. I n den spateren Rechnungen sind die Zahlen im allgemeinen auf eine normale Stromstarke, fur die ich 0,l Milliampere wahle, reduziert.
Besonders habe ich darauf geachtet, ob langere Zeit verflieBt, bis die Elektronenemission einsetzt. Es hat sich aber
stets gezeigt, daB in dem Moment, wo die Rontgenstrahlen auf
die Platinscheibe auftreffen, auch die Elektronenemission beginnt,
und dab die durchschnittliche Zahl der Elektronen pro Minute
von Anfang an konstant ist. Wenn man im Anfang abweichende Werte beobachtet, so liegt das stets nur daran, dab
in der Rontgenrohre gerade eine Stromschwankung eingetreten
ist. Wenn man auf die normale Stromstarke umrechnet, so ergibt
sich auch in diesen Fiillen derselbe Durchschnittswert wie spater.
E i n e A k k n m u l a t i o n s z e i t ist b e i d e r d u r c h R o n t g e n s t r a h l e n b e w i r k t e n E l e k t r o n e n e m i s s i o n n i c h t z u beo b a c h t e n , d i e E l e k t r o n e n e m i s s i o n ist von A n f a n g an
k o n s t a n t . Nach der Sommerfeldschen Theorie miiBte die
Akkumulationszeit mehrere Wochen betragen.
Auch ohne Bestrahlung mit Rontgenstrahlen treten StbBe
auf, freilich i n ganz geringer Zahl (Film 1 u. 10). Der
Grund fiir diese StoBe ist wohl in einer geringen Radioaktivitat
des Elektrodenmaterials zu suchen. Ich habe mich bemuht,
durch stundenlange photographische Beobachtungen eine Beeinflussung der Erscheinung durch vorhergehende Bestrahlung
mit ganz intensiven Rontgenstrahlen oder durch vorhergehende
Annalen der Phyailr. IV. Folge. 46,
38
594
3.Iloepner.
Glimmentladung im GefaB zu finden. Eine solche Beeinflussung
fand aber nicht statt, die Erscheinung blieb konstant. Die
Funfminutenzahl der spontanen StoBe betragt etwa 2. Erst
als ich die Platinscheibe durch eine Aluminiumscheibe ersetzte (Film 12), trat eine Vermehrung der StatJe ein (auf 6 in
5 Minuten), ein unzweifelhafter Beweis dafur, daB die in der
Rohre vorhandene Materie fur ihre Zahl maBgebend ist. F u r
die Rechnungen muB man von jeder mit Rontgenstrahlen erhaltenen Zahl die Zahl der spontanen StoBe abrechnen. Es
wird deswegen im folgenden jede Fiinfminutenzahl, mit der
gerechnet werden soll, um 2 vermindert.
Ich machte nach jeder Aufnahme noch eine ohne Rontgenstrahlen. D a m wurde der Kegistrierapparat etwas geruckt,
damit die vorher aufgenommene Kurve nicht gestbrt wiirde.
Wie schon oben (p. 590) erwahnt wurde, brauchte ich diese
Aufnahmen hauptsiichlich, urn die durchschnittliche GroBe des
A usschlages zu ermitteln, der einem einzelnen emittierten
Elektron entspricht.
obrigens haben Ilnch R u t h e r f o r d und G e i g e r l) bei ihrer
Zahlung der a Strahlenteilchen spontane StiBe beobachtet,
wenn die oc-Strahlen aus dem Beobachtungsraum ferngehalten
wurden. Diese StoBe waren sehr viel kleiner als die, welche
die oc- Strahlenteilchen anzeigten. Es handelt sich offenbar
bei diesen von R u t h e r f o r d und Q e i g e r beobachteten spontanen StZjBen ebenso wie bei den von mir soeben beschriebenen
um die Wirkung von emittierten Elektronen.
Urn diese Ansicht uber die spontanen StStJe zu kontrollieren, hnbe ich nach AbschluB aller Versuche mit Rontgenstrahlen, auch noch einen Versuch mit Radiumstrahlen gemacht.
E s wurde ein Radiumpraparat in einer Entfernung von 1,5 m
vor das Aluminiumfenster des VersuchsgefaBes gehalten. Es
ergaben sich dann StoBe (Film 13), die sehr viel zahlreicher
waren als die spontanen StoBe, aber alle durchschnittlich von
derselben GroBe wie diese, mit anderen Worten, es ergab sich
bei dieser Bestrahlung mit Radium ganz dasselbe Bild, wie
mit der Rontgenlampe. Da vom Radiumpraparat selbstverstandlich keine a-Strahlen in das GefaB gelangen konnten,
-
1) Rutherford u. Geiger, Proc. ofthe Roy. Soc. A. 81.p.141.1308.
Eine Zairluny der Elehtronen
595
usw.
so miissen die beobachteten St65e entweder durch @-Strahlteilchen oder durch sekundare von y-Strahlen losgeloete Elektronen hervorgebracht sein.
In dem auf Film 5 verzeichneten Versuch warde der
Querschnitt des Rontgenstrahlenbiindels geandert, wahrend die
Intensitit der Strahlung konstant blieb. Die Rontgenstrahlen
gingen dabei zuerst durch eine Blende von 5 mm Durchmesser,
die aus 2 mm starkem Bleiblech hergestellt war. Hinter diese
Blende wurden Diaphragmen von kleinerem Durchmesser
(3,6 mm, 4 mm) gestellt, die den Querschnitt des Rontgenstrahlenbiindels weiter reduzierten. Die Oilbungen der in
Versuch 4 gebrauchten Blenden stehen in folgender Proportion.
3,62:42:5a= 13: 1 6 : 2 5 .
Die Resultate der Beobachtungen sind in Tab. I11 noch
einmal zusammengestellt.. In der letzten Kolonne sind die
Produkte der StoBzahlen mit dem Verhaltnis 2511 6, 25/25, 25/13
eingetragen. Aus der Konstanz der Zahlen der letzten Eolonne
ist zu sehen, dab bei den kleinen Querschnitten, die hier gewahlt sind, die Zahl der StijSe genau mit dem Querschnitt
des Strahlenbiindels proportional ist. Halt man dies zusammen
mit den auf p. 587 angestellten Betrachtungen, so folgt, da5 man
bei Rontgenstrahlenbiindeln bis zum Querschnitt 5 mm jedenfalls ziemlich alle von den beiden Metallscheiben emittierten
Elektronen zahlt.
T a b e l l e 111.
Blendendurchmesser in mm
,
Umgerechnet auf Durchmesser 5
. .I
.I
I
4
60
67
I
1
5
67
61
1
3,6
65
75
Um die Rontgenstrahlen in me6barer Weise abzuschwiichen,
wurde die Rijntgenlampe sehr weit vom GefaB entfernt. 1st
die Intensitat in einer kleinen Entfernung so bekannt als Joy
so ist sie in der groben Entfernung s
J = J,
s.?.a"
e-K(8-8d,
wo 4, den Koeffizienten der Absorption der Rijntgenstrahlen
in Luft bedeutet. Um den Absorptionskoeffizienten zu bestimmen y wurde zwischen Rontgenrohre und Me5gefaB eine
38*
596
E. Hoepner.
Rohrleitung gelegt , die durch Aluminiumfenster luftdicht geschlossen war und die man evakuieren konnte.
Es wurden dazu zwei gerichtete Qasleitungsrohre benutzt
von 5 cm Durchmesser und 5,23 m und 5,80 m Lange. Jn
der Hohe von l1I4m, in der sich das MeBgeh6 befand, wurden
sie , entweder miteinander verschraubt oder das langere Rohr
allein, auf verstellbare Tische montiert und niit Hilfe eines
Fernrohres so eingestellt, da6 ihre Verlangerung genau auf
das EntladungsgefaB hinzielte. Ebenso wurde dann die Antikathode der Rbtgenrohre in die Rohrverlangerung eingestellt.
Die Entfernung der Rontgenlampe vom VersuchsgefaB betrug
bei der Zwischenschaltung eines Rohres: 6,9 m, bei der
Zwischenschaltung beider Rohre 12,3 m. Nachdem die Apparate richtig justiert waren, wurden die Rohrenden mit Hilfe
aufgeschraubter Flansche unter Dazwischenlegung von Lederringdichtungen rnit je einer 0,l mm 'starken Aluminiumscheibe
geschlossen. Dies lieB sich ausfiihren ohne die geringste Kraftanstrengung und ohne daher die Einstellung irgendwie zu
andern. SchlieBlich wurde dann mit hei6em Emaillelack abgedichtet. Erhitzte man den Lack nach dem Auftragen noch
einmal mit der Bunsenflamme, so trocknete er sehr bald und
man konnte mit Hilfe einer wahrend des Versuchs arbeitenden
Gaedeschen Kapselpumpe bis auf 1 mm Hg evakuieren.
Bei dem Abstand 12,3 m (Rohrlange 11 m) sind drei Versuchsreihen aufgenommen, die auf Film 3, 4 und G verzeichnet
sind. Leider war bei den Versuchen 3 und 4 die Stromstarlte
stark schwankend und man wird daher keine groBe Genauigkeit erwarten diirfen. In G war die St.romstarke anfangs
etwas groBer als spaterhin und dementsprechend fallen die
beiden ersten Fiinfminutenwerte der StoBzahlen etwas groBer
aus als die folgenden; wir werden also diese beiden Zahlen
auslassen und haben dann in den Zahlen fur Beobachtung
mit Luft gute Ubereinatimmung. Leider ist aber nach dem
Evakuieren nur eine einzige Funfminutenserie gemacht, so daB
die Absorption auch aus dieser Versuchsreihe nicht ganz sicher
zu ermitteln ist. Nennen wir die Funfminutenwerte der StoBzahlen rnit Luft N, die nach dem Evnkuieren No (beide Werte
nach Abzug der zwei spontanen StoBe), so ergeben sich die
folgenden Durchschnittswerte:
Eiine Zahlung der Blektronen usw.
597
T a b e l l e IVa.
Film
N
NB
N/N,
3
18
30
15
31
0,tiO
0,49
4
6
26
45
0,58
Im Mittel haben wir fur 11 m Luft N/N, = 0,56.
Mit der kurzeren Luftsaule ist nur eine Versuchsreihe
aufgenommen (Film 7). Lassen wir hier den ersten Funfminutenwert, der einer grol3eren Stromstarke entspricht, als
die anderen, weg, so bekommen wir
T a b e l l e IVb.
Film 7
N = 51
No = 60
3/& = 0,85
Stellen wir nochmals die Resultate der Absorptionsversuche
zusammen, so haben wir
Lange der Luftsaule
5,8
1 l,o
Herabsetzung der StoBzahl 0,85
0,56
Wie wir auf p. 586 gesehen haben, ruhrt jedenfalls ein
Teil der beobachteten Elektronen von der Platinscheibe her,
ein auderer vom Aluminiumfenster. Um zu sehen, wie groS
der auf das Aluminiumfenster kommende Bruchteil ist, wurde
nach Beendigung aller Versuche mit der Platinscheibe an
ihre Stelle eine Aluminiumscheibe in das VersuchsgefaB eingesetzt. Auf diese Al-Scheibe wurde. mit Al-Lot ein Schrgubchen befestigt, mit dem sie in ganz derselben Weise, wie
fruher die Platinscheibe, auf den Messingstab aufgeschraubt
wurde. Um einen sicheren Kontakt zu haben, wurde sie
auherdem mit dem Messingstab noch durch einen Tropfen
Lot verbunden. Wie schon auf p. 594 erwahnt worden ist, ist
die Zahl der spontanen Elektronen nach der Einfiihrung der
Al-Scheibe auf 6 in 5 Minuten gestiegen. Der durchschnittliche Funfminutenwert in Film 12 betragt nun 23; wir haben
also fur die Emission des A1 unter dem EinfluB der Rontgenstrahlen zu rechnen: 17.
Diese Zahl wollen wir nun vergleichen mit den unter
ahnlichen Verhaltnissen an der Platinscheibe gewonnenen
Zahlen' der Versuche 8 und 9. Wenn man von allen diesen
Zahlen 2 subtrahiert und sie auf die Stromstiirke 0,55 M. A. i n der
E. Hoepner.
598
Rontgenrohre und auf die Blendenoffnung 3 (statt 3,6) reduziert, so bekommt man 24; 21; 25; 28; 23; i m Mittel: 24.
Nun ist aber die Energie im Versuch 12 etwas groger, weil
die Spannung hier 74 K.V. gegen 65 K.V. in Versuch 9 und 10
betragt. AuBerdem losen nach den Versuchen von E. Carter1)
bei gleicher Energie die harteren Rontgenstrahlen mehr Elektronen aus als die weicheren, man kann ungefiihr loo/, mehr
rechnen. Wollen wir also Versuch 8 und 9 auf genau dieselben Bedingungen umrechnen, die ich in 12. hatte, so mu6
man noch mit: 1,l . 74: 65 = 1,25 multiplizieren. Man bekommt so
2 4 . 1 , 2 5 = 30.
Dabei ist noch nicht beriicksichtigt, daB die harteren
Rontgenstrahlen in der Luft etwas weniger absorbiert werden.
Man darf wohl annehmen, daB man statt 30 eine Zahl zu
rechnen hat, die etwas uber 30 liegt. Mit der Platinscheibe
bekommt man also beinahe den doppelten Betrag emittierter
Elektronen (etwas iiber 30) als mit der Al-Scheibe (17).
Nennen wir den vom Platin emittierten Betr8.g 1, so ergibt sich daraus fiir A1 ungefahr lI3, es emittieren im fruheren
Versuch Platinscheibe und Al-Fenster 1 1/3 = 4/3, im Versuch 12 Al-Scheibe und Al-Fenster
1/3 = 2/3, also halb so viel.
Das so gefundene Verhaltnis der Emission des A1 zu der
des Pt 1 :3 stimmt gut uberein mit den Beobachtungen von
Laub. Will man die Emission der Platinscheibe allein berechnen, so hat man die gefundenen Zahlen mit
zu multiplizieren.
+
+
V. AbhZingigkeit der Zahl der emittierten Elektronen
von der Intenaitiit der Rontgenstrahlen.
Um die StoBzahlen bei verschiedenen Abstanden der
RbntgenrGhre vom VersuchsgefaB miteinander vergleichen zu
konnen, wollen wir alle Zahlen auf 65 K.V., 0,l M. A. und
1 qcm reduzieren und die Fiinfminutenwerte durch Division
mit 300 in Sekundenwerte umrechnen. Wir bekommen so zunachst bei den Versuchen mit Zwischenschaltung des evakuierten
Rohres die folgenden Zahlen
___.-
1) E. Carter, Ann. d. Phps. 21. p. 955. 1906.
Ann. d. Phys. 26. p. 712. 1908.
2) J. L a u b ,
Xine Zahlung der Elektroneii usw.
509
T a b e l l e V.
D a die absorbierenden Schichten in beiden Versuchen genau
dieselben sind , so sind die Intensitaten der RSntgenstrahlen
den Quadraten der Entfernung umgekehrt proportional
il :ia = 12,3a:6,g2 = 151 :47,5.
Man erkennt, da6 die StoBzahlen mit den Intensititen nicht
genau proportional sind. Die Abweichungen liegen aber noch
innerhalb der Fehlergrenzen. Rechnete man 3,9 und 11,9
statt 4,33 und 1 1 , so wurde die Proportion genau stimmen.
Es ist demnach recht wahrscheinlich, daB in diesem Bereich
die StoBzahlen mit den Intensitaten proportional sind.
Demnach mu8 sich aus den auf p. 597 berechneten Absorptionsverhaltnissen auch der Abxorptionskoeffizient der Luft
fur die benutzten Rontgenstrahlen angenahert ergeben. 1st k
der Absorptionskoeffizient, so ist das Verhaltnis der Intensitat
der Strnhlung mit Luft und ohne Luft in dem einen Versuche
e-k*51s, in dem anderen e-k-ll. Nan erhalt eine recht gute
Ubereinstimmung mit dem Verhaltnis der beobachteten StoBzahlen a/&-,,,
wenn man setzt:
k = 0,044,
wobei als Langeneinheit 1 m angenommen ist. Man sieht das
aus der folgenden Zusamrnenstellung :
Zahlungen sind gemacht bei den Entfernungen lI = 6,9 m,
la = 12,3 m , Is = 18 m , I, = 25 m , im lufterfullten Raum,
au6erdem bei ZI und la aoch mit Zwischenschaltung des
600
B. Hoepner.
evakuierten Rohres. Auger der Absorption der Luft ist bei den
Versuchen, in denen das Rohr eingeschaltet war, auch noch
die Absorption der Aluminiumverschlusse in Rechnung zu
ziehen, die etwa 5 Proz. betrug.
Nach der Berecllnung anf p. 582 ist cler aus der Rontgenrohre austretende Effekt bei 65 K.V. und 0,l M.A. im ganzeii
Es ist also der Effekt pro qcm in meinen Versuclien gewesen:
Wir wollen nun die zugehorenden Zahlen der in einer
Sekunde pro qcm emittierten Elektronen notieren.
Der
Tab. V entnehmen wir:
75' = 11 .
Zur Berechnung von n, (Entfernung 6,9 m mit Luft) liegt nur
der Film 7 vor, und zwar ist die Fiinfminutenzahl N = 51.
Die Reduktionsrechnung ergibt
?$ = 9,3.
Die Zahl n2' entnehmen wir wieder der Tab. V:
nj' = 4 , 3 3 .
Bei der Entfernung 12,3 m mit Luft liegen ZBhlungen vor
bei Film 8 und 9 ; aus den funf gezahlten Funfminutenwerten 76; 69; 60; 52; . 4 4 ergibt sich nach der Umrechnung 2,O; 1,s; 2,2; 2,4; 2,O; also im Mittel:
?IZ' = ?,I .
60 1
Eine Zahbing der Elektronm usw.
Fur I, = 18 liegen zwei Zahlen von Film 11 vor, die im
Mittel 65 ergeben. Nach der Umrechnung ist
n3 = 0,42.
Versuche bei der Entfernung l4 = 25 sind mit Blenden
vom Durchmesser 7,2, 10, 19 mm gemacht worden, die Zahlen
finden sich in den Reihen 8, 9, 10, 11. Die Versuche 9, 10
mit der kleinsten Blende (7,2 mm) gehen eizle Fiinfminutenzahl von ungefahr 1. Daraus berechnet sich
n4 = 0012.
Die Reihe 10 mit der mittleren Blende (10 mm) ergibt
im Mittel die Funfminutenzahl 9 und
n4 = 0,01.
Mit der groBen Blende (19 mm) liefern die Reihen 8 und
11 die Mittelwerte 73 und 25, reduziert 0,062 und U,05G,
also im Mittel: n4 = 0,060.
Stellen wir die Resultate fur l4 = 25 m noch einmal zusammen:
Blendendurchmesser
7,2
StoSzahl per Sekunde 0,012
10
0,040
19
0,060.
Offenbar sind also bei dieven Versuchen nicht alle Stellen
der Metallscheiben in gleicher Weise a n der Emission der
Elektronen beteiligt gewesen. In welchem MaBe aber die einzelnen Teile der Scheiben emittisrt haben, laBt sich aus den
Zahlen nicht eindeutig erkennen. Die innere KreisRache von
dem Durchmesser 7,2 hat jedenfalls nicht deutlich merkbar
emittiert, nehmen wir nun an, daB die umgebende ringfiirmige
Flache ungefahr gleichmal3ig emittiert babe, so geben die mlt
den beiden groWeren Blenden gefundenen Zahlen fur sie ubereinstimmend :
n4 = 0,070.
Wir diirfen aber nicht vergessen, daB diese Zahl auf Grund
einer willkurlichen Annahme gefunden worden ist und daB noch
genmere Untersuchungen notwendig sind, urn einen einmandfreien Wert fur sie zu gewinnen. I n der folgenden Tabelle
wird die Abhangigkeit der ernittierten Elektronenzahl n von
der Intensitat der Rbtgenstrahlung i angegeben:
_ _
i.
1012
n
68.7
11
-
~
53,2
9,3
13,9
21,4
4 33
291
5,05
1,92
0,42
0,070
Wie die letzte Reihe zejgt, nimmt der Quotient n / i mit
abnehmender Strahlungsintensitat stark ab. Es muB aber nach
dem oben gesagten weiteren Untersuchungen vorbehalten bleiben,
zu entscheiden, ob die Zahlen, auf die sich dieses merkwurdige
Ergebnis stutzt, richtig sind.
Zum SchluB wollen wir die von mir gefukdenen Elektronenzahlen noch mit denen vergleichen, die W. W i e n l) und
E. C a r t e r z, bei gro6en Intensitaten nach der elektrometrischen
Met.hode gefunden haben. E. C a r t e r lieB nuf ein Platinblech
von 20 qcm Oberflache Riintgenstrahlen fallen und maB die
in 1 Sek. von ihr ausgestrahlte Elektrizitatsmenge in elektrostatischen Einheiten. Die Zahl der Elektronen, die die Flache
1 qcm in 1 Sek. aussendet, ist dann, da die Ladung eines
Elektrons 4,5*
elektrostatische Einheiten betragt:
Ti=-.-
1
20
10'0
4,5
ea.
E. C a r t e r maU zugleich die Energie der Kathodenstrahlen,
durch welche die Rbntgenstrahlen erzeugt werden , knlorimetrisch: Ek cal/sec. AuBerdem maB sie den aus der Rohre
austretenden Rontgenstrahleneffekt. Dieser ergibt sich fiir die
ganze Halbkugel nach der Absorption in der Glaswand der
Rohre (vgl. p. 582) zu:
'1, - 0,58 - 1,07 .
Ek.
I)a die Elektronenemission bei dem Abstande 22 cm der Antikathode vom Platinblech gemessen war, da ferner das Platinblech in einem GlasgefaB eingeschlossen war, dessen Wand
nochmals 15 Proz. von der Strahlung absorbierte, so war die
Intensitat auf der Oberflache des Blechs:
1) W. W i e n , Ann. d. Phys. 18. p. 991. 1905.
2) E. Carter, Ann. d. Phys. 21. p. 995. 1906.
603
Zine Zahlung der Eiektronen u s w .
.
2 =
also :
n
i
-
0158 0,85
4 n * 222
1
20
1010
4,5
g cal
. i , 0 7 . 1 0 - 3 4 ___
aec qcm
4 n 228_.-lo8
0158
1,07 4
e,
0185
. 1016 5
.
&
= 1,275
Bei der Spannung 59 K.V. fand E. C a r t e r :
5 = 17.10-3,
Ek
also :
n
= 2170 lo1'.
7
6
Stellen wir diesen Wert zusammen mit den von mir gefundenen Zahlen, nachdem von ihnen durch Multiplikation mit 3/4
(vgl. p. 598), die vom Aluminiumfenster emittierten Elektronen
abgerechnet s i g :
i
-
10"
14.10-10
i
I
1
1,92
5,05
13,s
21,4
53,2
68,7
90750
2,7
6,2
11,3
15
13
12
2170
D e r von E. C a r t e r g e f u n d e n e W e r t i s t e t w a 150mal
s o groB a l s d i e g r o g t e n von m i r g e f u n d e n e n W e r t e .
VI. SchluOfolgerungen.
Aus dem Fehlen einer Akkumulationszeit muB man den
SchluB ziehen, daB die Energie, mit der das Elektron das
Metal1 verlagt, aus dem Atom stsmmt. Die Rontgenstrahlen
losen die Elektronenemission nur aus. Infolge irgendwelcher
innerer Vorgange ist ein .&,om mehr oder weniger zur Abgabe
eines Elektrons mit der Geschwindigkeit, die gerade der Wellenrange der auftreffenden Strahlung entspricht, bereit. Schwache
Rontgenstrahlen rufen die explosionsartige Emission des Elektrons nur bei solchen Atomen hervor, die dem labilen Zustand,
bei melchem die Explosion eintritt , schon. sehr nahe sind,
starke RGntgenstrahlen auch bei solchen, die weiter davon entfernt sind.
Auf welche Weise das Atom die bei der Explosion verlorene Energie wieder gewinnt, ob ee nur durch die Absorption
von Rontgenstrahlen geschieht oder auch durch andere Vorgange, mu6 dahingestellt bleiben.
604
E. Hocpner. Eine Zahlung der Elektronen
usu.
Resultate.
1. Die Rutherford-Geigersche Methode zur Zahlung
der Teilchen einer korpuskularen Strahlung ist zur Zahlung
der Elektronen benutzt worden, welche Rontgenstrahlen von
sehr kleiner Intensitat aus einem Metallblech auslosen.
2. Eine Akkumulationszeit ist nicht zu beobachten.
3. Der von mir durch die Zahlung gefundene Wert der
Elektronenemission einer Platinscheibe bei Rontgenbestrahlung
ist nur etwa der 150. Teil des Wertes, der sich aus der von
E. C a r t e r gemessenen positiv- elektrischen Aufladung einer
Plahscheibe bei RBntgenbestrahlung bsrechnet.
Die Anregung zu dieser Arbeit verdanke ich Herrn Prof.
Dr. G. Mie. Ich mochte such an dieser Stelle Herrn Prof. Mie
meinen herzlichsten Dank sagen fiir seine auBerordentlichen
Bemuhungen und seine Ratschliige, die er m$ nicht nur anla6lich dieser Arbeit zuteil werden lie& Ebenso danke ich
Herrn Prof. Dr. H e r w e g fur vielerlei Unterstiitzung bei dieser
Arbeit.
(Eingegangen 4. Oktober 1914.)
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