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Neue Anwendungen der Radioaktivitt.

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38
Hans Kading
42. Hans Kading:
Neue Anwendungen der Radioaktivitat.
(-4us dem Kaiser Wilhelmhstitut fur Chemie.)
Eingegangen am 8. Dezember 1933.
E i n 1 e i t u n g.
Auf den nachfolgenden Seiten sollen kurz die Fortschritte zu:
sanimenf assend gcschildert werden, die Chemie, Physik und Medizin
der Radioaktivitat verdanken. Da die Leser dieser Zeitschrift dem
radioaktiven Spezialgebiet selbst ferner stehen, sol1 vorher des bes:
seren Verstandnisses halber an einige Grundtatsachen erinnert werden.
Die radioaktiven Elemente zeichnen sich bekanntlich dadurch aus, daD
sie spontan unter Aussendung von aSStrahlen (Heliumkernen) oder PSStrahlen
(Elektronen) in andere Elemente iiber ehen. Die emittierte pStrahlung ist im
Gegensatz zur korpuskularen a5 und Strahlung eine durch diese beiden ers
zeugte Wellenstrahlung (Licht sehr kurzer Wellenlange). die keine Elements
umwandlung bedingt. Der Ubergang eines Elementes in ein anderes .durch
adhission erfolgt derart, daD eine Erniedrigung der Kernladung um 2 resultiert,
das betreffende Element riickt im periodischen System um zwei Stellen zuriick
(z. B. Radium minus Q gleich Radon (Radiumemanation ; der kZerfal1 dagegen
erhsht die Kernladung um 1, das neu entstnndene lement riickt um eine
Stelle vor Mesothor minus gleich Radiothor) (Verschiebungssatz von Fajans
und Soddh.
Die Untersuchung der chemischen und physikalischen Eigenschaften
radioaktiver Folgeprodukte fiihrte spiiter zur Auffindung der isotopen Atom;
arten. Diese sind definiert als Atomarten, die bei gleicher Kernladung, also
gleichem Platz im Periodischen System verschiedene Massen besitzen. Bei
ihnen sind also alle Eigenschaften, die von der Struktur der Elektronenhiille
abhangen (chemische, elektrochemische, Atomvolumen usw.), identisch. VerS
schieden sind aber die dem Atomkern angehorenden Eigenschaften. (Masse.
Radioaktivitat, Bandenspektren usw.).
Alle radioaktiven Substanzen befinden sich im natiirlichen System der
Elemente an den Stellen vom Uran (Ordnungszahl 92) abwiirts bis zum
Thallium (Ordnungszahl 81). Mit Ausnahme der noch leeren Platze 85 und 87
sind alle mit einer oder mehreren aktiven Atomarten besetzt. Jede einzelne
dieser Atomarten ist charakterisiert durch ihre Zerfallskonstante, d. h. durch
die pro Zeiteinheit zerfallende Anzahl von Atomen. 1st diese klein, ist also
der pro Zeiteinheit zerfallende Bruchteil der Atome gering im Vergleich zu
der insgesamt vorhandenen Anzahl, so haben wir es mit einer schwach aktiven
Atomart zu tun, etwa Uran oder Thorium. Die Umwandlungsgeschwindigkeit
der Atome dieser beiden Elemente ist sehr gering, die Lebensdauer gro0. Fur
den radioaktiven Nachweis bedarf es also roDerer Mengen an Substanz.
Zerfallt dagegen in der Zeiteinheit eine grolfe Anzahl von Atomen (groRe
Zerfallskonstante), so sprechen wir von einer stark aktiven Atomart, z. B.
Radium oder Thorium B (Blei). Hier ist die Umwandlungsgeschwindigkeit
der Atome groR, ihre Lebensdauer entsprechend klein. Fur den Nachweis
durch die Strahlung geniigen dann unwagbare Mengen.
Das Gewicht spielt bei den radioaktiven Atomarten unmittelbar keine
Rolle, sondern nur die in der Zeiteinheit zerfallende Anzahl der Atome. Fur
viele Fragen, besonders in der Chemie. ist diese Tatsache von Wichtigkeit, da
mit Hilfe der radioaktiven Atomarten Aufgaben gelost werden konnen. wo
gewohnliche chemische Methoden versagen.
f
k
Neue Anwendungen der Radioaktivitat
39
Statt der Zerfallskonstanten benutzt man zur Charakterisierung einer
radioaktiven Substanz sehr hiiufig ihre Halbwertszeit, d. i. die Zeit, in der
die Aktivitat einer Substanz gerade auf die Halfte sinkt. Da der Zerfall nach
einem Exponentialgesetz vor sich geht, so sind nach zwei Halbwertszeiten
noch 25% iibrig, nach 3 noch 12.5% usw.
Die Ausgangspraparate, aus denen man im Lnboratorium die einzelnen
radioaktiven Atomarten gewinnt, sind das Radium und das Mesothor. Das
Radium selbst findet nur selten Verwendung. Sein roi3er Wert liegt vielmehr
darin, dai3 aus ihm als Muttersubstanz eine groi3e eihe wichtiger Atomarten
gewonnen werden kann, so das fur medizinische Zwecke wichtige Radon
(Radiumemanation), ferner das Radium D, das seinerseits als Ausgangss
material fur das in der Atomphysik vielfach angewendete Polonium dient.
Fur viele Zwecke vorzuziehen ist das Mesothor, einmal weil die' Halbwerts;
zeiten der einzelnen Atomarten fur das praktische Arbeiten mit ihnen ven
hiiltnismiifiig bequem liegen, ferner weil sie meistens bequem met3bare
& oder y:Strahlen besitzen.
Die Gewinnung und Reindarstellung des Radiums erfolgt heute fast aus;
schlie8lich aus den HautsKatangasErzen in BelgischsKongo. Die tschechischen
und die amerikanischen Vorkommen spielen den belgischen Erzen gegenuber
nur noch eine untergeordnete Rolle. Vor kurzer Zeit sind in Kanada hochs
wichtige Erze entdeckt worden, doch mu8 abgewartet werden, ob sie fur die
belgischen Erze eine ernsthafte Konkurrenz darstellen. Der Gesamtvorrat der
Welt an Radium betragt heute etwa 700 g; der Preis pro mg betriigt augens
blicklich etwa 250,- RM.
Fur Deutschland wichti ist die Gewinnung von Mesothor. Die Auers
gesellschaft gewinnt es ale I?
ebenprodukt bei der Aufarbeitung von Thorium5
erzen fur die Gasgluhstriimpfe. Der Preis pro mg Mesothor betriigt etwa
180,- RM.
Ein Uberblick uber die Verwendun des Radiums zeigt, daO etwa 5%
fur wissenschaftliche Zwecke, 10% fur feuchtfarben und der Rest der ge:
samten Weltproduktion fur medizinische Zwecke zur Bekampfung von
Krebskrankheiten u. dgl. verwendet wird.
#
In der kurzen Einleituag wurde versucht. das Wesen der Radio:
aktivitat kurz zu erlautern, und auf einige Tatsachen hinzuweisen,
deren Kenntnis beim Arbeiten mit radioaktiven Substanzen unerlaR.
lich ist. Im folgenden sollen nun die Anwendungsmoglichkeiten der
Radioaktivitat auf chemischem, physikalischem und medizinischem
Gebiet geschitdert werden. Zunachst sei ihrc Anwendung in der Ches
mie besprochm.
R a d i o a k t i v i t a t u n d C h e m ie.
A. V e r h a l t e n k l e i n s t e r S u b s t a n z m e n g e n i n L o s u n g .
Bei den in der Radioaktivitat in Frage kommenden geringen
Mengen war es notig, den molekularen Verteilungszustand der radio:
aktiven Atomarten in Losungen einwandfrei zu ermitteln. Es hat sich
herausgestellt, daB einige der fur das praktische Arbeiten in Frage
kommenden Atomarten entsprechend ihrer Stellung im periodischen
System in wasseriger Losung Hydrolyse erleiden, z. B. Radium E
oder Thorium C (Wismutisotope) oder Polonium. Sie verhalten sich
dann wie Kolloide: sie dialysieren nicht, zeigen kataphoretische Wan5
derung, setzen sich an Staubteilchen oder Glaswanden ab und sind
schliefllich durch dichte Filter abfiltrierbar. Losungen dieser Art sind
40
H a n s Kiiding
vollig inhomogen. Dies laDt sich leicht dadurch sichtbar machen, daO
aktive Atomarten in wasseriger Losung auf die photographische Platte
gebracht, auf dieser diskontinuierliche Schwarzungen hervorrufen.
Diese Diskontinuitaten verschwinden jedoch, wenn man die Hydro;
lyse etwa durch Saurezusatz zuruckdrangt, die aktiven Atomarten
sind, wie Abbildungen auf der hotographischen Platte zeigen, in
der Losung vollig homogen vertei t und in diesem Zustand dann fur
das praktische Arbeiten brauchbar.
P
B. A b s c h e i d u n g k l e i n s t e r S u b s t a n z m e n g e n m i t
g 1 e i c h z e i t i g e n t s t e h e n d e n N i e d e r s c h l a g en.
Die Untersuchung der Eigenschaften aktiver Atomarten in Losuns
gen war wichtig, wenn man ihr Verhalten bei Ausfallungsvorgangen mit
makroskopischen Mengen studieren wollte. Es hat sich namlich gezeigt,
daO die Abscheidung kleinster Substanzmenge aus Losungen nach ganz
bestimmten GesetzmaDigkeiten erfolgt. Genauere Untersuchungen
fuhrten 0. H a h n I) dam, zwei verschiedene Abscheidungsarten
gegeneinander abzugrenzen und zwischen Fallung einerseits und
Adsorption andererseits zu unterscheiden. Fallung kleinster Substanv
menge erfolgt dann, wenn diese unter Bildung von Mischkristallen
oder mischkristallahnlichen Systemen in die Masse des Niederschlags
eingelagert wird. Die OberflachengroBe und $ladung des Niederschlags
spielt dann keine Rolle (H a h n scher Fallungssatz). Adsorptive Ans
lagerung liegt vor, wenn die Abscheidung von den auJ3eren Bedins
gungen der Niederschlagsbildung abhangig ist. -41s solche sind ans
zusehen die Art der Niederschlagsbildung, die Gro8e der Oberflache
des Niederschlags und seineAufladung(H a h n scher Adsorptionssatz).
a) F a l l u n g u n t e r B i l d u n g v o n M i s c h k r i s t a l l e n
oder m i s c h k r i s t a 1 l a h n 1 i c h e n G e b i 1 d e n . Zunachst sei
der Fallungssatz erlautert. Aus einer radiumhaltigen Bariumbromidp
losung kristallisiert mit dem Bariumbromid zusammen stets eine bec
stimmte Menge Radium aus, selbst wenn es in Mengen vorhanden ist,
die weit unterhalb seines Loslichkeitsproduktes liegen. Das Radium
als mikroskopische b m p o n e n t e findet sich in dem Bariumbromid zum
Mischkristall eingelagert vor. Die Verteilung des Radiums im Nieders
schlag ist dabei von den Kristallisationsbedingungen abhangig, die im
einzelnen genau untersucht sind. Kristallisiert man aus ubersattigter
Losung bei konstant gehaltenem Volumen, so entstehen homogene
Mischkristalle, in welchen die Mikrokomponente gleichmanig in der
ganzen Masse des Niederschlags verteilt ist (B e r t h e 1 o t I
N e r n s t scher Verteilungssatz). Dunstet man dagegen bei konstanter
Temperatur eine gesattigte Losung langsam ein, so erfolgt die V e p
teilung der Mikrokomponente im Niederschlag nach einem log,arithmischen Verteilungsgesetz. Das Innere der Kristalle enthalt die
aktive Komponente stark angereichert, nach aul3en hin nimmt die
Konzentration allmahlich ab').
0. H a h n , Ztschr. angew. Chem. 43, 871 (1930).
H. K i i d i n g . R. M u m b r a u e r , N. R i e h l , Ztschr. physikal.
Chem. (A) 161, 363 (1932).
1)
9)
Neue Anwendungen der Radioaktivitat
41
Die Bildung von mischkristallahnlichen Systemen wurde unter
Benutzung der radioaktiven Atomarten auch in einer ganzen Reihe
von Fallen beobachtet, in denen isomorphe Mischbarkeit nicht vorausc
zusehen war. Zwei Falle, die praktische Bedeutung gewonnen haben,
seien hier mitgeteilt. Es hat sich herausgestellt. d a 8 das monoklin
kristallisierende Bariumchlorid die rhombisch kristallisierenden Bleis
isotope Radium B und Radium D mischkristallartig einlagert, daB das
Bariumbromid dagegen dies nicht tut. Damit war eine einfache
Methode gegeben, aus gealterten Radiumsalzen das Radium D zu gee
winnen, dessen Muttersubstanz, das Polonium, fur atomphysikalische
Untersuchungen sehr wichtig ist. Man fallt das BariumsRadiumi
bromid mit konzentrierter Bromwasserstoffsaure aus und behalt das
Radium D. das mit den Bromiden keine Mischkristalle bildet, in
Losung. Aus dieser kann es dann, nach Umwandlung in h s Nitrat,
anodisch als Dioxyd rein abgeschieden werden.
Ein anderes Beispiel nicht vorauszusehender Mischkristallbildung
ist folgendes. Bei den Untersuchungen, die dem Studium der Mite
fallung aktiver Atomarten mit auskristallisierenden Niederschlagen
ewidmet waren, ergab sich, daB auch zweiwertige Ionen bisweilen
efahigt sind, in geringer Menge einwertige Ionen in einfachen Ver.
bindungen zu vertreten. Unter anderem wurde festgestellt, daR Blei:
ionen unabhangig von der A r t der Kristallisation stets zu einem sehr
erheblichen Betrag mit Alkalihalogeniden, die im Steinsalztyp kristalc
lisieren, ausgefallt werden. DaR es sich hier um wirkliche Gesetzr
manigkeiten handelt und nicht um ein willkurliches Mitreinen kleiner
Substanzmengen, konnte dadurch naher bewieen werden, daR kein
Blei (in Form des radioaktiven Isotops Thorium B) mitgefiillt wurde,
wenn man das im Zasiumchloridgitter kristallisierende Thallochlorid,
Ammoniumchlorid oder Ammoniumbromid benutzte.
Die Tatsache, d a 8 das Blei mit Natriumchlorid oder Kaliumchlorid
mischkristallartige Systeme bildet, kann eine Erklarung fur das Vors
handensein des Heliums in dem Steinsalz und Sylvin liefern$). Im An5
schluR an die Feststellung, daR Alkalihalogenide Blei mischkristalb
artig einzubauen vermogen, wurden die naturlichen Vorkommen
dieser Salze genau untersucht. Durch zahlreiche Analysen von Proben
aus den mitteldeutschen Salzlagerstatten wurde festgestellt, daB alle
untersuchten Steinsalzs und Sylvinvorkommen Blei enthalten (GroBen:
ordnung 0.2 mg pro kg). In dem radiumhaltigen Meerwasser, aus dem
die genannten Salze auskristallisiert sind, war a u k Blei auch das
Bleiisotop Radium D enthalten. Sie wurden dann zusammen mit dem
Salz ausgeschieden. Das letztere bildete in ihm das ai(Helium!)&rah
lende Polonium nach und zerfiel schlieRlich weiter in das stabile Ends
produkt Radium C (Blei). Damit ware eine Erklarungsmoglichkeit fur
das Vorkommen des Heliums in Steinsalz gegeben, jedoch mu8 bee
tont werden, daB die Verhaltnisse in quantitativer Hinsicht noch
nicht vollig geklart sind.
Aus dem oben Gesagten folgt, dai3 das gewohnliche Speisesalz
bleihaltig sein muB. Dies ist tatsachlich der Fall. Allerdings handelt
es sich dabei urn so geringe Mengen, d a 8 sie mit normalen Fallungss
I?
*) 0.H a h n, Naturwiss. 20, 86 (1932).
Archiv und Ekrichie 1934
4
42
Hans Kading
methoden nie gefunden worden waren. Die Trennung des Bleies von
dem Speisesalz ist sehr einfach, da das Blei sich in der ersten Fraktion
bereits zu mehr als 90% findet. Es ist also nur notig, aus einer
groBeren Menge Salz nacheinander wenige Prozente der gelosten
Menge auskristallisieren zu lassen, um das Blei fortzuschaffen. In
diesem Fall fiihrt also die zur Reinigung eines Salzes allgemein ubliche
Fraktionierung dazu, daB die Kopffraktion immer bleihaltiger wird.
b) A n l a g e r u n g u n t e r B i l d u n g v o n A d s o r p t i o n s s
v e r b i n d u n g e n. Nachdem kurz das Verhalten unwagbarer Men5
gen bei Fallungen behandelt wurde, mu8 jetzt noch kurz auf die Falle
eingegangen werden, in denen die Adsor tion die Abscheidung kleins
ster Substanzmengen maBgebend beein f fuDt, auf die adsorptive An.
lagerung. Wie schon oben kurz erwahnt wurde, spielt hier die eleks
trische Ladung des Niederschlags, seine polare Natur und seine
Oberflachenentwicklung eine ausschlaggeben’de Rolle. Einige Beis
spiele seien zur Erlauterung wiedergegeben, die besonders den EinfluB
der Aufladung des Niederschlages verstandlich machen sollen. Hans
delt es sich um die Adsorption eines Kations - wie es bei den radios
aktiven Atomarten stets der Fall ist -, dann sol1 der absorbierende
Niederschlag eine negative Ladung erteilt bekommen. In einfachster
Weise geschieht dies durch Fallung des Niederschlags mit einem
Uberschlag des fallenden Anions. So wird Thorium (Blei) an Gips
dann adsorbiert, und zwar in steigendem Mafie, wenn die Fallung des
Gipses mit wachsender Konzentration an Schwefelsaure vor sich geht.
Umgekehrt bleibt das Thorium B im Filtrat bei UberschuB von
Kalziumionen. In ahnlicher Weise wird Thorium C” (Thallium) an
Silberbromid dann praktisch vollstandig absorbiert, wenn ein groDer
UberschuB des fallenden Anions vorhanden ist. Dagegen ist die
Adsorption praktisch Null bei UberschuB von Kationen. Einen groBen
EinfluD hat neben der Ladung der polare Charakter des Niederschlags.
Unter gleichbleibenden Verhaltnissen ist die Adsorption sehr stark,
wenn als Adsorbens Silberbromid dient; am schwach polaren Queckc
silberbromid ist sie wesentlich geringer. Untersuchungen von F a j a n s
und G r u z *) haben ergeben, da8 auch der ‘H a h n sche Adsorptions.
satz nicht quantitativ die Vorgange der Adsorption erfassen kann,
doch gibt er im groDen und ganzen die Verhaltnisse richtig wieder.
c) A b s c h e i d u n g k l e i n s t e r S u b s t a n z m e n g e n a n
v o r g e b i l d e t e n N i e d e r s c h l a g e n . Bei den eben beschrie
benen Vorgangen handelte es sich um aeichzeitige Abscheidung
kleinster Substanzmengen mit einem entstehenden Niederschlag. Koms
plizierter sind die Vorgange, die bei der Abscheidung an praformierten
Niederschlagen vor sich gehen. Aufklarung iiber diese Fragen brachs
ten genaue Untersuchungen, die von L. I m r e im Kaiser Wilhelms
Institut fur Chemie in Dahlem un,d spater in Budapest durchgefiihrt
wurden. Die dabei erhaltenen Ergebnisse der Adsorption von Radium.
sulfat an elektrisch neutralem Bariumsulfat6) mit genau definierter
Oberflache konnen folgendermaBen gedeutet werden. Der Adsorp
-4)
K. F a j a n s und I. E r d e y s G r u z . Ztschr. physikal. Chem. (A)
158, 97 1931).
5)
I m r e , ebenda 153, 262 (1931).
\.
Neue Anwendungen der Radioaktivitiit
43
tionsvorgang verliiuft in drei Stufen. Die erste Stufe ist eine sehr
s c h n d verlaufende, durch Oberflachenkrafte des Gitters bedingte
Ionenadsorption in der diffusen Doppelschicht. Ihr Betrrtg ist von der
Wertigkeit des zu adsorbierenden Ions abhangig. In der zweiten Stufe
riickt die schwerlosliche Adsorptionsverbindung aus der diffusen
Doppelschicht in die Nahe der Gitteroberflache. Dieser Vorgang ist
von der Loslichkeit der Ad6orptionsverbindbng abhiingig. In der
dritten Stufe endlich findet der Einbau der in der Nahe der Gitters
oberfl ache befindlichen Adsorptivsubstanz in <dasGitter selbst statt.
Dime Untersuchungen lassen erhoffen, dal3 ihr Ergebnis gestattet,
uber die Ionenadsorption definierte Vorstellungen zu erhdten und im
spezielkn Fall die Mischkristallbildung verstandlich zu machen.
C. D i e M e t h o d e d e r r a d i o a k t i v e n I n d i k a t o r e n .
Die von v. H e v e s y und P a n e t h zuerst benutzte Indikators
methode erfuhr in den letzten Jahren eine grol3e Zahl neuer Anwens
dungsmoglichkeiten. Diese Methode benutzt die Tatsache, daB eine
Reihe inaktiver oder schwach aktiver Elemente hochaktive Isotope
besitzen, mit deren Hilfe die Eigenschaften dieser Elemente in solcher
Konzentration gepruft werd,en konnen, wo gewohnliche chemische
Methoden langst versagen.
R a d i o m e t r i s c h e M i k r o a n a l y s e . Von einer B e
sprec ung der rein radioaktiven Fortschritte, die mit Hilfe der Indi.
katormethode durchgefuhrt werden konnten, sei hier abgesehen. Nur
einige Beispiele, die ein mehr allgemeines Interesse beanspruchen
durfen, seien aus der grol3en Zahl der neuen Anwendungen herauss
gegriffen. Als erstes sei die radiometrische Mikroanalyse von
R. E h r e n b e r g *) erwahnt. Sie ist dadurch besonders interessant.
da8 es ihm gelmg, die Indikatormethode auch auf solche Elemente an6
zuwenden, von denen keine aktiven isotopm Atomarten existieren.
Notwendig ist nur, daD das zu untersuchende Element mit einem
anderen, von dem aktive Isotope existieren, schwer Iosliche Verbins
dungen zu bilden vermag. So konnte er z. B. Stickstoff in organischen
Geweben in der Groknordnung von zehntausenldstel Milligramm
auf diese Weise bestimmen. Wegen Einzelheiten mu8 auf die Literatur
verwiesen werden.
b) D i f f u s i o n v o n f e s t e n K o r p e r n . Als zweitesBeispie1
fur die Indikatormethode mussen hier die Versuche erwahnt werden,
die von v. H e v e s y und Mitarbeitern uber Platzwechselvorgange,
Diffusion in festen Korpern und Xhnliches durchgefuhrt sind. Die Vers
wendung der aktiven Atomarten als Indikatoren kann dabei nach vers
schiedenen Gesichtspunkten erfolgen, von denen einige hier kurz
wiedergegeben seien.
1. Z a h l e n d e r S z i n t i l l a t i o n e n . v. H e v e s y und
0 b r u s c h e w a gelang es. die Selbstdiffusion von Blei in Blei bei
hoheren Temperaturen dadurch zu bestimmen, dal3 Thorium B (Blei)
auf der Oberflache von inaktivem Blei kondensiert und dieses dann
im Vakuum mit einer inaktiven Bleifolie zusammengeprefit wurde.
ai
6)
R. E h r e n b e r g , Mikrochemie E m i c h Festschrift
5
1930, S. 120.
49
44
Hans Kading
Ihre Dicke war so bemessen, daU sie groner als die Reichweite der
asStrahlen war. Das Fortschreiten der Diffusion wurde dann durch
Zahlen der auf der inaktiven Seite der Folie allmahlich nachweisbaren
Szintillationen verfolgt.
2. Messung der mStrahlenionisation. Die Diffusion von Blei in
festem Bleijodid ist von v. H e v e s y und S e i t h untersucht worden.
Thorium B (Blei) wird auf der Oberflache von Bleijodid kondensiert
und die von den asstrahlen erzeugte Ionisation elektroskopisch ges
messen. Dann wird auf die Versuchstemperatur erhitzt und die Ionis
sation erneut gemessen. Infolge der Diffusion ist der letzte Wert ge’
ringer als der zuerst gemessene. Aus der Abnahme laat sich dtrnn
die Diffusionskonstantc errechnen. Diffusionsgeschwindigkeiten von
lo-@cm Tag-l konnten so noch vollig sicher gemessen werden.
3. Messung der asRucksto8atome. Diese Methode erlaubt, noch
kleinere Diffusionskonstanten zu messen. Der sogenannte radioaktive
RuckstoB beruht darauf, daB bei der Emission eines asTeilchens das
Restatom einen Ruckston erleidet. Der Vorgang ist ahnlich dem des
Abfeuern eines Geschiitzes. Zum Versuch braucht man nur, wie oben,
die Oberflache einer Bleijodidpastille zu aktivieren, und das aus dem
Thorium B (Blei) uber das Thorium C (Wismut) entstehende Rucks
stonprodukt Thorium C” (Thallium) durch Gegeniiberstellen eines
negativ geladenen Metallblechs abzufangen und die Aktivitat zu be:
stimmen. Dann wird auf die Versuchstemperatur erwarmt und wieder
die RuckstoDausbeute bestimmt. Aus beiden Messungen ergibt sich
die Diffusionskonstante.
c) B e s t i m m u n g d e r a b s o l u t e n O b e r f l a c h e v o n
M e t a 11e n. Ausgehend von Arbeiten, die sich mit der Trennung von
Elementen in gewichtslosen Mengen beschaftigen, wurde von E rs
b a c h e r 7 , eine Reihe von Untersuchungen durchgefiihrt, die sich mit
elektrochemischen Vorgangen beim Austausch zwischen MetaJJs
atomen und edleren Ionen beschaftigen. Sie sind ausschlief3lich mit
radioaktivem Indikatoren durchgefuhrt.
In den untersuchten Fallen, in denen die vorliegenden Lokals
elemente und etwa vorhandene Loslichkeitslokalelemente,die auf der
verschiedenen Reaktionsfahigkeit der einzelnen Metallstellen beruhen,
nicht wirksam sind, erfolgt ein kinetischer Austausch in einatomarer
Schicht. Mit Hilfe dieses Vorgangs konnten die absolute Oberflachc
von Metallen nach verschiedener Bearbeitung sowie die aktive Flache
von Edelmetallen bestimmt werden.
d) E i n e A n w e n d u n g d e r I n d i k a t o r e n m e t h o d e i n
d e r B o t a n i k. Folgendes Beispiel zeigt, da8 radioaktive Indikatoren
auch bei Pflanzenuntersuchungen mit Vorteil benutzt werden konnen.
v. H e v e s y e ) untersuchte die Aufnahme von Blei aus einer
Nahrliisung durch Vicia faba (Pferdebohne). Nach 24 Stunden langem
Verweilen einer Pflanze in einer Nahrlosung, die mit Thorium B
indiziertes Bleinitrat enthielt, wurden die einzelnen Organe (Wurzel,
Stengel, Blatter, Bohne) verascht und zur Feststellung des Bleigehaltes
7)
0)
0.E t b a c h e r , Ztschr. ph sikal. Chem. (A) 166, 23 (1933).
G. v. H e v e s y , Biochem. %tschr. 173, 175 (1926).
Neue Anwendungen der Radiosktivitat
45
im Elektroskop gemessen. Aus den in den einzelfien Organen enti
haltenen Bleimengen in Abhangigkeit von der in Losung gewesenen
Gesamtmenge ist zu schliefien, da8 das Blei bei verdunnten Lkungen
zum groRten Teil bereits in der Wurzel zuruckgehalten wird und dess
halb nur wenig in die Blatter gelangt, wahrend bei konzentrierten
Losungen auch eine reichliche Bleizufuhr an die Bliitter erfolgt.
v. H e v e s y konnte auch zeigen, daB das von der Wurzel aufs
genommene Blei in ionogener Form in der Pflanze vmliegt. Es war
niimlich bei einer Pflanze, die vorher in einer verdunnten, mit ThB
indizierten Bleinitratlosung gestanden hatte, nach Einbringen in eine
konzentrierte inaktive Bleinitratlosung fast die gesamte von der
Wurzel aufgenommene indizierte Bleimenge in die urspriingliche ins
aktive Liisung gegangen. Es hat demnach ein kinetischer Austausch
zwischen den aus der ersten Losung aufgenommenen und den in der
zweiten Losung vorhandenen Bleiatomen stattgefunden. Daraus mu8
man folgern, dat3 das Blei in der Pflanze in ionoglner Form vorlag.
I
D. D i e E m a n i e r m e t h o d e .
Nach der Besprechung von Untersuchungen rnit unwagbaren
Mengen aktiver Atomarten und einer kurzen Darstellung von neuen
Anwendungen der Indikatormethode ist als dritte Moglichkeit der
Verwendung der Radioaktivitat in der Chemie die sogenannte E m s
niermethode zu nennen. Hier wird das Edelgas Emanation (Radon
oder Thoron) benutzt. Die Atomarten, die die Emanation entwickeln,
werden in die zu untersuchende Substanzen eingelagert. etwa durch
gemeinsame Ausfiillung als Hpdroxyde durch Kristallisation oder
h r c h Verriihren im SchmelzfluB. Zur Untersuchung sdbst miat man
das Emaniervermogen, d. h. das Verhaltnis der aus der Substanz freb
willig in die Umgebung entweichende Emanationsmenge zu der ins$
gesamt in ihr gebildeten. Diese von 0. H a h n eingefuhrte Unteri
suchungsmethode bietet zahlreiche Anwendungsmog15chkeiten.
An oberflachenreichen Substanzen konnte eine ganze Reihe von
Untersuchungen durchgefuhrt werden. Durch geeignete Fallung gei
lingt es, Radium oder Radiothor als Muttersubstanzen des Radons
bzw. Thorons z. B. mit Eisen als 'Hydsoxyd so auszufallen, da8 die
Emanation aus dem Oxydhpdrogel praktisch quantifativ entweicht
Diese hochemanierenden Praparate haben
(Radon zu 97 bis 9%).
besonders in der Medizin groBe Bedeutung erlangt, da man aus
ihnen die Emanation leicht und bequem gewinnen kann. Dies ge9
schieht in dem sog. Radonator der Auergesellschaft dadurch, dat3
iiber dem Radium Eisenhyroxydpraparat luftdicht eine Kapillare
angebracht wird, die mit aktiver Kohle gefiillt ist. Letztere vermag
die Emanation sehr stark zu absorbieren. Derartige Kapillaren
konnen dann ohne weitere Vorbereitungen zu niedizinischen Zwecken
verwendet werden (s. weiter unten). Zahlreiche Studien uber Obers
fliichenausbildung und sanderung konn ten mit solchen hochemanie
r e d e n Praparaten durchgefuhrt werden. Durch geeignete Behands
lung der Gele konnen dann mit Hilfe der Anderung des beobachs
teten Emaniervermogens Aussagen ubcr Alterung, Verhalten bei Ers
5
46
H a n s Kiiding
hitzungen und uber Beginn der Kristallieation der amorphen Gele
gemacht werden.
An oberflachenarmen Substanzen liegen ebenfalls schon eine
Reihe von Arbeiten vor, in denen die Emaniermethode verwendet
wurde. Das Emaniervermogen anorganischer Salze ist bei gewohns
lichcr Temperatur sehr gering. Aus seinem Anstieg bei Erhitzung
kann man Schlusse uber Gitteranderungen und Auflockerungen
ziehen. Auch bei Glasern scheint die Emaniermethode mit Erfolg
angewendet werden zu konnen, urn uber die Konstitution verschie
den vorbehandelter Glaser AufschluB zu geben. Eine genaue Unters
suchung uber die Angreifbarkeit der Glaser durch Feuchtigkeit
zeigte die starke Auslaugbarkeit eines Bariumglases durch hohes
Emaniervermogen, wahrend unter gleichen Bedingungen Jenaer Glas
nur zu einem sehr geringen Prozentsatz emaniert.
Sehr interessante Ergebnime konnten bei der Priifung des
Emaniervermogens von organischen Bariumsalzen erzielt werden. Es
zeigte sich dabei, d a R das Emaniervermogen, durchaus keinen reinen
Oberflacheneffekt darstellt, sondern sehr stark von der Struktur
der betreffenden Salze, z. B. der Kettenliinge bei fettsauren Homos
logen abhangig ist. Indessen miissen weitere Versuche hier noch
Aufklarung schaffen.
Neuerdings sind Versuche gemacht worden, das Emanierungs:
vennogen dazu zu benutzen, um aus seiner Anderung Schlusse auf
den Zustand und auf die Zustandsiinderung von Legierungen zu
ziehen. So wurde der EinfluB der Kaltverformung auf die Emanations
abgabe radiumhaltiger BariumcZinklegierungen untersucht. Fur die
Untersuchung von Reaktionen in festem Zustand, Entmischung von
Phasen u. dgl. scheint die Emaniermethode mit Erfolg verwendet
werden zu kiinnen.
Als AbschluD dieses Kapitels sei noch eine Untersuchung m i t
geteilt, in der die Emanation dazu verwendet wurde, um uber die
Natur der Adsor tion der aktiven Kohle Aufklarung zu erlangen.
Wie von U. 'H o f m a n n gezeigt wurde, stellen diese Kohlen keinen
amorphen Kohlenstoff dar, wie man bis vor kurzem annahm, sons
dern mikrokristallines Gefuge von Graphit. H o f f m a n n hat v e r
mutungsweise die hohe Adsorptionsfahigkeit der aktiven Kohle dars
auf zuruckgefuhrt, daB die Graphitmikrokristalle infolge ihrer Kristalls
struktur Schichtengitter) an bestimmten Kristallflachen freie Vas
lenzen au weisen. An diesen Punkten findet dann durch die Wire
kung der elektrischen Krafte Adsorption statt. Es gelang, diese Verr
mutung auf radioaktivem Wege zu verifizieren. Bringt man einen
Graphiteinkristall, dkr vorher in emanationshaltiger Luft gehangen
hatte, auf eine photographische Platte, so zeigt das erhaltene Kontakts
bild, d a R nur diejenigen Kristallflachen - die Seitenfliichen der
Prismen -, an denen die freien Valenzen vorhanden sein muBten,
die Emanation adsorbiert haben.
P
6
W a s s e r s t o f f d u r c h s t r a h 1u n g m i t y S t r a h le n.
Die yzStrahkn sind in ihrem Wesen mit d'en Rontgenstrahlen
identisch, von denen sie sich nur durch ihre sehr vie1 groRere
5
Neue Anwendungen der Radioaktivitiit
47
Durchdringungsfahigkeit unterscheiden. Es war daher naheliegend,
dal3 in den letzten Jahren veiwcht wurde, die ysstrahlen fur die
U n t e r s u c h u n g v o n M e t a 11w e r k s t ii c k e n dienstbar zu
machen. Die Anwendung von Rontgenstrahlen bei Untersuchungen
von sehr starken Objekten auf L u n k e r , B l a s e n und R i s s e
bietet bekanntlich Schwierigkeiten, da die Rontgenstrahlen fur
diesen Zweck nicht durchdringungsfahig genug sind. Es war daher
zu erwarten, dai3 die ydstrahlen bei der Metalluntersuchung Vorteile
bieten. Diese Frage wurde in Deutschland von R. B e r t h o 1d und
N. R i e h 1 @)
ausfuhrlich untersucht. Sie fanden, dal3 in zahlreichen
Fallen die yatrahlen den Rontgenstrahlen uberlegen sind. Die Unterr
suchung von Eisenschichten, die mehr als ca. 80 mm dick sin,d, ist
mit Rontgenstrahlen so gut wie undurchfuhrbar. Mit Hilfe der
yBtrahlen gelingt es aber, Objekte zu durchstrahlen, die eine Dicke
von 200 mm und noch mehr aufweisen. Ihre Anwendung ist auch
noch insofern von Interesse, als diese Methode uberaus einfach und
ohne komplizierte Hilf6apparaturen durchfuhrbar ist. Sie besteht
darin, dai3 auf der einen Seite des zu priifenden Objektes das radios
aktive Praparat. auf der anderen Seite eine photographische Platte
angebracht wird. Die Anordnung bedarf keinerlei Wartung und kann
wahrenid der ganzen Expositionszeit sich selbst iiberlassen bleiben.
Es leuchtet ohne weiteres ein, dai3 man diese Bestrahlungsmethode
im Gegensatz zu der Rontgenmethode auch an Objekten anwenden
kann, die infolge ihrer G r o k nicht in ein Rontgenlaboratorium trams
portiert werden konnen und an die man infolge ihres Gewichtes.
ihrer GroBe und Lage mit einer Rontgenanordnung nicht heran.
kommt.
Die Fehlererkennbarkeit, d. h. die GroBe der gerade noch nachs
weisbaren Lufts oder Schlackeneinschlusse sinkt mit zunehmender
Harte der Strahlung. Sie ist daher bei y6trahlen kleiner als bei
Rontgenstrahlen. Jedoch gleicht sich dieser Unterschied bei gronen
Eisendicken aus, wegen der geringeren Streuung der ysStrahlen. Die
Verwaschung des Bildes durch Streustrahlung ist daher nicht so grol3.
Bei groDen Dicken also ist die Fehlererkennbarkeit bei ySStrahlen
ebenso gut wie bei Rontgenstrahlen. Die ysDurchstrahlung wird
daher da praktisch mit Erfolg angewendet, wo es sich um eine Unterr
suchung von sehr starken oder schwer zuganglichen Objekten handelt.
Die Metalluntersuchung mit yzStrahlen diirfte wohl die erste An5
wendung radioaktiver Methoden in der Technik sein.
R a d i o a k t i v i t a t u n d P h y s i k.
1. D e r E i n f l u B d e r R a d i o a k t i v i t a t a u f d i e E n t s
wicklung d e r Physik.
In den vorangehenden Abschnitten sahen wir, da8 die Radio$
aktivitat fur die verschiedensten Gebiete der Chemie ein wichtiges
Hilfsmittel darstellt. Jedoch handelte es sich bei allen Beispielen
0)
10)
(1931).
R . B e r t h o l d u n d N . R i e h l . Z t s c h r . d . V . D . I . . 7 6 , 4 0 1 (1932).
R. F. M e h 1, G. E. D o a n und Ch. S. B a r r e t t , Radiology 16, 508
48
Hans Kading
um eine Weiterentwicklung vorhandener Anschauungen, um Er:
schlieBen neuer Gebiete u. a., jedoch nicht um vollige Umgestaltung
unserer chemischen Begriffe und Vorstellungen. Wesentlich anders
liegen die Dinge auf dem Gebiete der Physik. Ihre gesamte Entc
wicklung, insbesondere die der Atomphysik, in den letzten 30 Jahren
ist letzten Endes auf die Entdeckung und die Ergebnisse der Radiw
aktivitat zuriickzufuhren. Es waren Beobachtungen an aSStrahlen,
die R u t h e r f o r d im Jahre 1911 zu der Aufstellung des heute noch
im wesentlichen gultigen Atommodells veranlaBten. Seine weitere
mathematische Behandlung und der Vergleich der d'araus gewonnenen
Ergebnisse mit dem Experiment brachten uns eine groBe Vervolls
kommnung unserer Kenntnisse vom Aufbau der Materie. GroRe
Teilgebiete der Physik sind dadurch maflgebend beeinflufit worden,
und wichtige physikalische Grundsatze haben unter dem EinfluB der
neuen Anschauungen eine Revision erfahren mussen. Ja, man kann
sogar sagen, daB die Entwicklung uber das eigentliche Gebiet der
Physik hinausgeht. Erinnert sei an die heute noch nicht entschiedene
Streitfrage der Gultigkeit des Kausalitatsprinzips oder seines Ers
satzes durch die statistische Wahrscheinlichkeit.
Die Aufstellung des Atommodells stellte jedoch nicht den einr
zigen Impuls dar, der von der Radioaktivitat her die Physik beein:
flussen sollte. Ihr folgte bald ein zweiter, der wohl von ebenso
weittragender Bedeutung war. Es war die kunstliche Zertrumc
merung einer Anzahl leichterer Elemente mittels a--Strahlen, die
ebenfalls von R u t h e r f o r d durchgefuhrt wurde. Er fand, daR
beim Durchgang von asstrahlen etwa durch Stickstoff Korpuskular.
strahlen groBer Energie auftreten. Es wurde bald erkannt, dal3 diese
Korpuskularstrahlen nichts anderes als Kerne des Wasserstoffs (Pro:
tonen) darstellen, die aus dem Kern des Stickstoffatoms herausa
geschleudcrt werden. Damit war bewiesen, da8 ein Teil des Sticks
stoffkerns abgespalten war und aus ihm ein neues Element ent:
standen sein muRte.
So wichtig und interessant die Tatsache der Atomzertrummerung
an sich war, so sparlich waren die Fortschritte, die zunachst auf
diesem Gebiete erzielt werden konnten. Dies ist nicht zuletzt auf
die groBen cxperimentellen Schwierigkeiten zuruckzufuhren, die bei
der Beobachtung der Atomzertriimmerung zu iiberwinden waren.
Die Ausbeute an zertrummerten Atomen ist nur sehr gering. Auf
1 OOOOOO bombardiereade asTeilchen kommt nur ein zertriimmertes
Atom. Man ersieht daraus, wie schwierig es ist, genaue Unter.
suchungen uber den ZertriimmerungsprozeB zu machen. Nun liegt
der Sinn der Atomzertriimmerung naturlich keineswegs in der
Elementumwandlung als solcher, wic sie etwa den Alchimisten vors
gcschwebt hat, sondern in den Schlussen, die man aus solchen Vers
suchen auf den Bau des Atomkerns ziehen kann. Wahrend also vor
15 Jahren das Hauptinteresse auf den Bau der Atome selbst gerichtet
war, so hat sich die Physik jetzt noch einen Schritt weiter vats
gewagt. Es so11 der Bau des innersten Teils der Atome, des Atoms
kerns, erforscht werden. Ein Mittel dazu liefcrt die Atomzertriim:
merung. Gerade in den letzten beiden Jahren sind auf diesem Ge:
Neue Anwendungen der Radioaktivitiit
49
biete zwei wichtige Ergebnisse zu verzeichnen: die Entdeckung des
Neutrons1I) und die des positiven Elektronsl’). Beide sollen kurz
besprochen werden.
2. D a s N e u t r o n .
Unter einem Neutron wird ein Atomkern von etwa der Masse
eines Wasserstoffkerns verstanden, dessen positive Kernladung
durch die negative Ladung eines Elektrons neutralisiert ist. Dieses
lauft jedoch nicht wie beim Wasserstoffatom in der fur Kerndimens
sionen ungeheuer g r o k n Entfernung auf einer Bahn von etwa
10-8 cm Durchmesser um den Atomkern, sondern befindet sich etwa
100OOOmal naher am Kern; die G r o k des Neutrons ist daher auch
nur von der GroBenordnung des Wasserstoffkerns (10-13 cm).
Ihren Ausgangspunkt hat die Entdeckung der Neutronen in Ber
obachtungen von B o t h e und B e c k e r , die zeigten, da8 bei der
Beschieflung einiger leichter Elemente wie Bor, Lithium, Beryllium
mit a5Strahlen eine sehr duichdringende Strahlung ausgesandt wird.
Bei der Beobachtung dieser Strahlung in einer Ionisationskammer,
vor deren Fenster eine Paraffinplatte angebracht war, fanden
I. C u r i e und J o l i o t , da8 diese Strahlung die Eigenschaft hat,
beim Durchgang durch Materie einen groBen Teil ihrer Energie abs
mgeben und dabei aus der Paraffinplatte sehr schnelle Protonen
herauszuschIagen. Spater gelang ihnen der Nachweis. da8 auch
andere leichte Atomkerne in Bewegung gesetzt werden konnen.
C h a d w i c k deutete als erster die von Bor und Beryllium ausr
gehende Strahlung als Neutronenstrahlung, die d a m ihrerseits die
von C u r i e und J o 1 i o t beobachteten Effekte erzeugt. Die dabei
vor sich gehende Reaktion kann man etwa folgendermaflen schreiben:
BQ
+
a,
= Cl,
+ nl.
Dabei bezeichnen nl das Neutron, die Indizes die Atomgewichteis).
Die Neutronen als solche sind nicht beobachtbar, da sie keine
elektrische Ladung tragen, daher auch nicht in Wechselwirkung mit
anderen Atomen oder Molekulen treten konnen. Dementsprechend
erzeugen sie keine Ionisation oder chemische Reaktion. Ihre Existenz
ist lediglich dadurch festzustellen, da8 sie beim ZusammenstoB mit
leichten Atomkenen, insbesondere Wasserstoffkernen, diese in
schnelle Bewegung versetzen. Es entsteht ein sogenannter Wasser:
stoffstrahl, aus dessen Auftreten auf die Existenz von Neutronen gez
schlossen werden kann.
Interessant ist ein Hinweis von M e i t n e r und P h i 1 i p p 14), daB
wir heute in der Lage sind. Kernprozesse unter Umstanden in zwei
entgegengesetzten Richtungen verlaufen zu lassen. Bor wird durch
a4trahlen in Stickstoff unter Abspaltung eines Neutrons verwandelt.
LaRt man nun dieses Neutron durch Stickstoff laufen, so entsteht aus
11)
1s)
J. C h a d w i c k, Naturl. 129, 312 (1932).
C. D. A n d e r s o n ,Physical Rev. 40, 325 (1932).
13) An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, da8 die Atomzertriimmerung
nur in den wenigsten Fallen ein Elementabbau ist; sie ist vielmehr in den
weitaus meisten Fallen ein Elementaufbau, wie auch in dem hier genannten Fall.
14)
L. M e i t n e r und K. P h i I i p p , Naturwiss. 20, 932 (1932).
50
Hans Kading
dem Stickstoffkern unter Einfangen des Neutrons und Abspaltung
eines asTeilchens ein Borkern.
3. D a s P o s i t r o n .
Einen weiteren grundsatzlichen Fortschritt auf atomphysika:
lischem Gebiet bedeutet die Entdeckung des positiven Elektrons.
kurz Positron genannt. Man versteht darunter ein Teilchen, dessen
Masse der des negativen Elektrons gleich, dessen Ladungssinn jes
doch positiv ist. Derartige Teilchen wurden zuerst von C. D. A n .
d e r s o n gefunden, bei Kernprozessen, die als Folge der Absorption
von Hohenstrahlen stattfinde-n. Bei Beobachtung in einer W i 1s o n
schen NebelkammeP), die sich in einem starken Magnetfeld befand,
fand er, daB Elektronen auftreten, die in entgegengesetzten Bahnen
abgelenkt werden. Die beobachteten Teilchen mussen also teils ne:
gative (normale Elektronen) Ladung gehabt haben, teils aber positive.
Nachdem die Existenz von solchen positiven Teilchen, die also
Elektronen mit positiver Ladung darstellen, von anderer Seite be:
statigt wurde, haben M e i t n e r und P h i l i p p gezeigt, daB bei
geeigneter Beobachtung der Neutronenstrahlung des Berylliums
ebenfalls Teilchen positiver und negativer Ladung auftreten. Wurde
die Neutronenquelle durch ThC”(Th) eine Quelle sehr harter ylStrahs
lung ersetzt, so wurden ebenfalls positive Elektronen gefunden.
Die Bedeutung dieser Entdeckung fur unsere Auffassung vom
Aufbau des Atomkerns und der Materie uberhaupt ist noch nicht
abzusehen. Unsere Kenntnis uber das Neutron und das Positron
ist vorerst noch zu luckenhaft, als da8 heute schon entschieden
werden kann, ob sie stabile Bausteine des Atomkerns darstellen, ob
Positron = Proton, oder ob das Neutron als
etwa gilt: Neutron
eine sehr enge Verbindung eines Protons mit einem Elektron aufzu:
Elektron = Neutron. Ahnlich liegen die Dinge
fassen ist: Proton
beim Positron, wo zu kliiren sein wird, ob es eine selbstandige Eins
heit des Kerns darstellt oder ob es als enge Verschmelzung eines
Positrons mit einem Elektron in ihm existenzfahig ist.
5
+
+
Radioaktivitat und Medizin.
Die Anwendung der Radioaktivitat in der Medizin durfte fur
die Leser dieser Zeitschrift von besonderem Interesse sein. Bald
nach Entdeckung der Radioaktivitat wurden g r o k Hoffnungen auf
ihre Verwendung fur therapeutische Zwecke gesetzt. Die spatere kri;
tische Forschung zeigte, da8 auf gewissen Gebieten diese Hoffs
nungen zu Recht bestanden. Es hat sich aber ergeben, da8 eine ge5
wisse Begrenzung in der Anwendung radioaktiver Method‘en fur
medizinische Zwecke notwendig ist, und den Versuchen, das Radium
16)
Die C.T.R. W i l s o n s c h e Ex ansionsmethode beruht darauf, daR
ein mit Wasserdampf gesattigtes Luftvo umen plotzlich expandiert wird. Da.
durch tritt Ubersirttigung ein und die im Augenblick der Expansion vorhan.
denen (z. B. durch aiTeilchen erzeugten) Ionen dienen als Kondensationskerne
fur die Bildung von Wassertropfchen.
P
Neue Anwendungen der Radioaktivitat
51
als Allheilmittel hinzustellen, muB entschieden entgegengetreten
werden.
Das Wesen jeder Strahlentherapie besteht darin, da8 beim
Durchgang von Strahlung durch Materie eine gegenseitige Wechsels
wirkung auftritt. Die Strahlung wird in jeder Materie, also auch
im organischen Gewebe ganz oder teilweise absorbiert. Sie gibt ihre
Energie an das organische Gewebe ab und erzeugt in ihm Wirkungen
chemischer oder physikalischer Natur. Man erkennt hieraus, da8
fur die therapeutische Wirkung nur der Teil wirksam sein kann, der
absorbiert wird; der Teil, der unabsorbiert durch das Gewebe him
durchgeht, tragt nichts zu der therapeutischen Wirkung bei. Das
Durchdringungsvermogen (Harte) der Strahlung ist also fur die me5
dizinische Anwendung von ausschlaggebender Bedeutung.
Nun sind die radioaktiven Strahlen in ihrem Durchdringungsvers
mogen sehr verschieden. Die asStrahlen sind zwar sehr energiereich,
sie werden jedoch schon vor einigen Zehnteln Millimeter Gewebe
vollkommen absorbiert. Daraus ergibt sich, daO die aStrahlen in
erster Linie fur dermatologische Zwecke Verwendmg finden konnen.
Aber auch in der inneren Medizin konnen sie zur Geltung kommen,
wenn man namlich die radioaktiven Stoffe direkt in den Organismus
hineinbringt, etwa durch Injektion einer radioaktiven Liisung, durch
Einatmen eines radioaktiven Gases, durch Trinkkuren oder ders
gleichen.
Ganz anders geartet ist die Anwendung deT fitrahlung. Diese ist
a u h r s t durchdringend und in ihrer Natur und in ihrer Durchdrini
gungsfahigkeit mit der harten Rontgenstrahlung vergleichbar. Bei der
Verwendung der yStrahlung bleibt daher das Praparat im allgemeinen
au8erhalb des zu bestrahlenden Gewebes und wirkt auf dieses nur
auf Entfernung ein.
iDie ganze Strahlentherapie z e r f d t somit in zwei gro8e Gruppen.
Die erste besteht in der Anwendung der asstrahlung. Ihr Hauptgebiet
ist die Bestrahlung der Geschwulste.
a ~ S t r a h l e n t h e r a p i ein D e r m a t o l o g i e und i n n e r e r
M e d i z i n.
Die Zerfallsgeschwindigkeit radioaktiver Atomarten ist bekannts
lich von Substanz zu Substanz verschieden. Einige dieser Stoffe, wie
das Radium und das Mesothor, zerfallen nur langsam, so da8
sie als praktisch unverandert gelten konnen. h d e r e wiederum, wie
das Thorium X und das Radon haben eine Halbwertszeit von nur
einigen Tagen. Es ist leicht einzusehen, dai3 gerade d i m kurzlebigen
Substanzen fur die Zwecke der Dermatologie und de?. inneren Medizin
sehr geeignet sind. Denn wenn man die Haut oder den inneren
Organismus der Strahlenwirkung aussetzt, so mu8 man sich streng
huten, die radioaktiven Substanzen unkontrollierbar lange Zeit wirken
zu lassen. So sehr giinstig eine zeitlich beschrankte Strahlenwirkung
ist, so verhangnisvoll kann eine monatelang und jahrelmg andauernde
Strahlenwirkung eines auch relativ schwachen Priiparats fur den
Korper werden. Man braucht sich nur an die alarmierenden Nachs
52
Hans Kading
richten aus Amerika iiber die sogenannten Radiumvergiftungen*") zu
erinnern, die vor kurzer Zeit durch die Presse gegangen sind. In diesen
Fallen handelte es sich darum, daR durch Leichtfertigkeit lange Zeit
hindurch geringe Radiummengen in den Korper gelangten und dort
durch Ablagerung in den Knochen eine Reihe von Todesfallen hers
vorriefen. Es wird daher im allgemeinen vorgezogen, nur kurzlebige
Praparate m inkorporieren. Fur die hier in Frage kommenden Zwecke
haben sich das Thorium X und das Radon bestens bewahrt").
Die Anwendung des Radons geschieht entweder durch Einatmen
dieses radioaktiven Gases oder durch Verabreichen von radons
haltigen Trinklosungen. Als G a s verweilt das Radon nicht allzulange
im Organismus. Es wird schon in den ersten Minuten nach der Eins
nahme durch den Atem wieder abgegeben. In diesem Zusammenhang
ist erwahnenswert die Verabreichung von Radon, das an aktiver Kohle
absorbiert isti8). Die Kohle halt die Emanation (Radon) eine gewisse
Zeit zuruck, so dia8 sie erst im Darm von den Kijrpersaften
resorbiert wird.
Das Thorium X ist im Gegensatz zur Emanation ein fester
Korper (Radiumisotop). Abgesehen von dem Teil, der mit den 'ICijrpers
abgangen ausgeschieden wird, verbleibt das Thorium X so lange im
Organismus, bis es durch den radioaktiven Zerfall verschwunden ist
(Halbwertszeit T = 3.7 d).
Das Hauptanwendungsgebiet fur Radons und ThoriumSXsTheras
pien stellen die Blut. und Stofhvechselkrankheiten dar. Besonders
seien erwahnt: sekundare und perniziose Anamie, Leukamie, Arterios
sklerose, Gelenkrheumatismus, Gicht u. a.
Das Thorium X erlaubt aul3er der innertherapeutischen Indis
kation auch noch Anwendungen in der Dermatologie. Es wird hierzu
in Form von Salben oder alkoholischen Losungen angcwendet. Vie15
fach bewahrt hat es sich bei Psoriasis, Ekzemen, Lupus und anderen
Hauterkrankungen.
y sS t r a h l e n t h e r a p i e .
Bei der Anwendung von ysstrahlen handelt es sich meistens um
die Behandlung von Krebsgeschwulsten. Zumeist wird das Radium
oder das Mesothor in Form von Rohrchen angewendet, deren Wan$
dung so bemessen ist, d a8 nur die y4trahlung aus den Praparaten auss
treten kann. Das Hauptaugenmerk wird bei der Krebsbchandlung
stets darauf gerichtet, d a 8 die ysstrahlung an der Stelle, wo sich das
pathologische Gewebe befindet, moglichst konzentriert wird. Das be5
nachbarte gcsunde Gewebe mu13 von der Strahlenwirkung moglichst
16) ID. einer Leuchtfarbenfabrik pflegten die dort beschaftigten Madchen
die Pinsel, mit der sie die Leuchtfarben auf Zifferblatter oder dergl. auftrugen.
mit dem Munde zu spitzen.
17) Auch das Radiothor, das in bezug auf seine Bestandigkeit eine mitts
lere Stellung knzlimmt, hat innertherapeutische Anwendung gefunden.
(F. 2 a d d e c k , Folia Hamatologica 51, 1 [1933]).
18) Taschenradonator der Auergesellschaft.
Neue Anwendungen der Radioaktivitat
53
verschont bleiben. Bei der ystrahlentherapie spielt daher die Technik
der Behandlung eine iiberaus wichtige Rolle. Meistens liegen die Vers
haltnisse in dieser Beziehung recht ungunstig. Befindet sich ein Tumor
nicht an der Oberflache, sondern in einer gewissen Tiefe, SO wird bei
der Bestrahlung von auRen die Haut naturgemiiB starker dem Strahlen
ausgesetzt als der tieferliegende Tumor, weil die Strahlenintensitat in
der Praparatnahe gro8er ist als in weiterer Entfernung.
Man hat in den letzten Jahren besonders im Auslande versucht,
diesem Ubelstand durch die Methode der sogenannten TelesCuries
TherapieIg) zu begegnen. Diese Methode besteht in der Anwendung
sehr starker Radiumpraparate (uber 1 g Ra!), die in g r o k r e r Entfers
nung von der Haut angebracht werden. Meistens werden mehrere
solcher Praparate angewendet. Ihre Strahlen werden durch Blei so
ausgeblendet, daB die von jedem einzelnen der Praparate herriihrens
den Strahlenbundel sich an der Stelle krcuzen, an der sich das kranke
Gewebe befindet. Dadurch sol1 erreicht werden, da8 die Haut keine
wesentlich groRere Strahlendosis erhalt als der tieferliegende Tumor;
im Idealfall kann sogar die Strahlenkonzentration im Tumor groISe+
sein als in dem umliegenden Gewebe.
Die eben beschriebene Methode hat jedoch den praktischen Nachs
teil, da8 man zu ihrer Durchfiihrung auflerordentlich grone Radium5
mengen benotigt, die in einem einzigen Apparat festgelegt sind, und
die vor allen Dingen jeweils nur zur Bestrahlung eines einzigen
Patienten dienen konnen. Aus diesem Grunde hat sich die T e b
CurieSTherapie, die von einigen auslandischen Stellen sehr propagiert
wurde, nicht eingebiirgert, am wenigsten im radiumarmen Deutschland.
Die Ausnutzung des Radiums oder des Mesothors ist eine sehr
viel groaere. wenn man die Bestrahlung aus geringer Entfernung vorc
nehmen kann. Um die Strahlenverteilung moglichst zweckmafiig
zu gestalten und dabei eine gute Ausnutzung der Praparate zu er:
reichen, haben P. M. W o 1 f und N. R i e h 1 ”) eine neue A r t von
radioaktiven Bestrahlungspraparaten angegeben, die im folgenden be5
steht. Sie benutzen flachenformige, biegsame Gebilde - Radoplane
genannt -, die mit einem Stoff gefullt sind, der Radiumemanation
stark absorbiert. Diese Radoplane werden mit Emanation beladen
und unmittelbar auf die Haut uber den zu bestrahlenden Tumor ges
bracht. Der wesentliche Vorteil dieser Methode besteht darin, da8
die Strahlung, die von einer Flache ausgesandt wird, sich mit dem
Abstand nur sehr wenig verandert, ganz im Gegensatz zu den punkt.
oder rohrenformigen Praparaten. Bei nicht flachenformigen Prapm
raten ist die Strahlung in der Nahe des Praparats sehr viel gro8er
als in der weiteren Entfernung. Die Haut erhalt daher bei den
friiheren Methoden eine Dosis, die meist wesentlich groner ist als
die dem Tumor zugefiihrte. Die Radoplane haben ferner den Vorteil,
da8 ihre Form und Ausdehnung von Fall zu Fall der Form und GroBe
des Tumors angepaRt werden kann.
10)
”)
S 1 u y s und E. K e 8 s 1 e r , Le Cancer 1932.
P. M. W o 1 f und N. R i e h 1 , Strahlentherapie 48, I (1933).
54
Neue Anwendungen der Radioaktivitat
Eine in vielen Fallen sehr zweckma8ige Form der Krebsbehandc
lung ist die sogenannte intratumorale Therapie. Hierbei wird die
radioaktive Substanz in Form von dunnen Nadeln, die mit Radium,
Mesothor, Thorium X oder Emanation gefullt sind, direkt in d a s
kranke Gewebe eingefuhrt (Spickverfahren). Obwohl diese Methode
nur bei von aui3en zuganglichen Tumoren anwendbar ist, hat sie
doch den gro8en Vorteil, d a 8 die Strahlmwirkung am groBten im
kranken Gewebe selbst ist, das gesunde Gewebe jedoch nur einen
vie1 geringeren Strahlungsanteil erhalt. Das hierzu benutzte Thoc
rium X wird in Form von sogenannten Thorium9X:Stabchen verr
wendet, die elastische Faden darstellen, welche beliebig dosiert
werden konnen. Vielfach wird zum ,,Spickverfahren" auch Radon be:
nutzt, das zu diesem Zweck in dunne Glas. oder Goldkapillaren eins
gefullt wird. Die Herstellung solcher Kapillaren war bisher mit
groBen Schwierigkeitcn verknupft, sie erfordert vor allem komplizierte
Apparate und fur lderen Handhabung geschultes Personal. Im Jahre
1928 gelang es W o l f und R i e h 1 2 ' ) , einen einfachen Apparat zu
konstruieren, mit dessen Hilfe jeder Arzt sich selbst ohne besondere
technischc Hilfsmittel Emanationskapillaren herstellen kann. Er be$
ruht darauf, daD die Emanation, die aus einem radiumhaltigen oberr
flachenrcichen Eisenpraparat praktisch zu 100% abgegebcn wird, in
einem Absorptionsmittel (aktive Kohle) aufgefangen wird, das sich
im Innern der Kapillaren befindet (Radonator).
Fur die intratumorale Therapie ist schliei3lich noch ein Verfahren
wichtig, das auf Versuchen von H. K a h n 22) beruht. Hier wird als
radioaktive Atomart das RaE (Wismut) (Halbwertszeit T = 5.0 Tage)
benutzt, welches mit hochkolloidem Wismut als Trager in isos
tonischer Glukose eingelagert ist. Es zeigte sich, zunachst bei krebss
kranken Mausen, d a 8 die gesunden Korperzellen das Wismut nach
der Inkorporierung schnell wieder abgeben, wiihrend das Tumor:
gewebe dieses Element selektiv festhalt. Spater ergab sich, daB das
aktive und inaktive Wismut im menschlichen Korper genau so ausr
geschieden und abgelagert wird wie im Tierversuch. Nach intras
venoser bzw. intramuskularer In jektion erfolgt beim menschlichen
Tumor eine selektive Ablagerung des Wismuts + RaE in den
Karzinomgeweben.
Es liegt hier der fur die Krebsbehandlung wichtige Fall vor, dd3
cin strahlender Stoff ohne Schadigung der Korperzellen in die gegen
Strahlen besonders empfindlichen Krebszellen selektiv aufgenommen
wird.
Auf die sogenannte Schwachbestrahlung, die in Laienkreisen
neuerdings vielfach propagiert wird und in der Anwendung von so+
genannten Radiumkuren oder schwachaktiven Trinkkuren besteht,
sei hier nicht eingegangen.
21)
22)
P. M.W o l f und N.R i e h l , Naturwiss. 17, 566.
H. K a h n , Strahlentherapie 37, 751 (1930).
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