Die Umwandlungen der chemischen Elemente [Reprint 2011 ed.] 9783111500829, 9783111134772

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DIE UMWANDLUNGEN DER C H E M I S C H E N ELEMENTE VON

ARTHUR

HAAS

D R . PHIL., PROFESSOR FÜR P H Y S I K AN DER

UNIVERSITÄT

IN W I E N

M I T 31

ABBILDUNGEN

W A L T E R DE G R U Y T E R & CO. VORMALS G. J. GÖSCHEN'SCHE V E R L A G S H A N D L U N G BUCHHANDLUNG

·

GEORG REIMER

·

· J. GUTTENTAG, V E R L A G S -

K A R L J. T R Ö B N E R

BERLIN UND L E I P Z I G

·

VEIT &

1935

COMP.

Alle Rechte, insbesondere das Übersetzungsrecht in fremde Sprachen, vorbehalten. Copyright 1 9 3 5 by Walter de Gruyter & Co., Berlin W 1 0

Archivnummer 52 54 35 Druck von Walter de Gruyter & Co., Berlin W 10. Printed in Germany.

DR. PARKE REXFORD KOLBE PRÄSIDENTEN DES DREXEL - INSTITUTE IN PHILADELPHIA FRÜHER PRÄSIDENTEN DES POLYTECHNIC INSTITUTE OF B R O O K L Y N

GEWIDMET

Vorwort. Unter den wissenschaftlichen Leistungen der letzten drei J a h r e haben vielleicht wenige so viel Interesse in weitesten Kreisen erweckt wie die umwälzenden Entdeckungen, die in dieser Zeit der physikalischen Forschung glückten. Sie enthüllte neue Urbausteine der Materie; sie vermochte in sicherem E x p e r i m e n t e die E n t s t e h u n g und Vernichtung von Materie nachzuweisen; sie entdeckte in alltäglichsten Stoffen nicht unbeträchtliche und dennoch f r ü h e r u n b e k a n n t e Beimengungen. Am gewaltigsten aber waren die Fortschritte in der künstlichen Zerlegung und U m w a n d l u n g der chemischen Grundstoffe und in der künstlichen Herbeiführung von R a d i o a k t i v i t ä t ; durch eine Fülle verblüffender Experimente sind heute alte alchimistische Ideen in modernem Gewand und auf e x a k t e r Grundlage Wirklichkeit geworden. Ein neuer physikalisch-chemischer Wissenszweig ist in Entwicklung, der vielleicht u n g e a h n t e Möglichkeiten künftiger technischer Verwertung in sich birgt. Von diesen neuen E n t d e c k u n g e n soll das vorliegende Büchlein, das aus Wiener Universitätsvorlesungen hervorgegangen ist, zusammenfassend in möglichst leicht v e r s t ä n d licher Form berichten. Der Verfasser hofft seine Darstellung auch dem Bedürfnis solcher Leser a n g e p a ß t zu haben, die nur mit den bekanntesten T a t s a c h e n der Physik, nicht aber mit deren modernen Einzelheiten v e r t r a u t sind. Herzlich sei den Herren Dr. Eugen G U T H , stud. phil. H e r b e r t Ph. E C K S T E I N und stud. phil. Josef M A Y E R H Ö F E R f ü r die f r e u n d liche Hilfe bei dem Lesen der K o r r e k t u r g e d a n k t . Wien, im April 1935.

Arthur Haas.

Inhaltsverzeichnis. Seite

E r s t e r V o r t r a g . Die M a t e r i a l i s a t i o n des L i c h t e s (Die Eigenenergie der Materie — Die P h o t o n e n — Die yStrahlen — Bahnphotographien von «- und ß-Teilchen — Die Positronen — Die DiRACsche Theorie — Erzeugung von Elektronenpaaren durch y-Strahlung — Die Dematerialisation)

1

Zweiter Vortrag. Die G r u n d s t o f f a r t e n ( E m a n a t i o n und Heliumbildung — Röntgenspektroskopie u n d natürliches Grundstoffsystem — Isotopie und Massenspektroskopie — Der doppelt und dreifach schwere Wasserstoff — Die Kernladung)

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D r i t t e r Vortrag. Die Mittel der A t o m z e r t r ü m m e r u n g . . . (Atomkerne als Projektile — Die α-Teilchen — Die Protonen — Künstliche Wasserstoffstrahlen — Die LAWRENCESche Methode der Protonenbeschleunigung — Die D e u t o n e n — Die Neutronen — Der Nachweis von A t o m t r ü m m e r n — Das Neutrino — Der Spin der materiellen Urteilchen)

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V i e r t e r V o r t r a g . Die E r g e b n i s s e der A t o m z e r t r ü m m e r u n g . (Die Z e r t r ü m m e r u n g des Lithiums und Bors — Die Z e r t r ü m m e r u n g des Berylliums — Die Z e r t r ü m m e r u n g des schweren Wasserstoffs durch Deutonen — Die Bildung von Helium vom Atomgewicht 3 aus schwerem Wasserstoff — Die S p a l t u n g der Deutonen in Protonen und Neutronen — Z e r t r ü m m e r u n gen durch α-Teilchen — Die Kernresonanz des Aluminiums — Die künstliche y-Strahlung)

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Fünfter

8i>

Vortrag.

Die

künstliche

Radioaktivität

(Die natürliche R a d i o a k t i v i t ä t — Die Umwandlungsreihen — Die E n t d e c k u n g der künstlichen R a d i o a k t i v i t ä t — Der chemische Nachweis der Grundstoffumwandlungen — Aktivierung durch «-Teilchen — Aktivierung durch Protonen und D e u t o n e n — Aktivierung durch Neutronen — Die b e k a n n t e n künstlichen Radioelemente — Die Umwandlungen der künstlichen Radioelemente) Anmerkungen 105 Literaturverzeichnis Namenverzeichnis Sachverzeichnis

112 115 117

Verzeichnis der Abbildungen. 1. 2. 3. 4.

B a h n e n v o n α-Teilchen B a h n eines ß-Teilchens Spur des ersten, von ANDERSON e n t d e c k t e n Positrons 5. Schauer von Positronen u n d E l e k t r o n e n , hervorgerufen d u r c h die kosmische S t r a h l u n g 6. E r z e u g u n g eines E l e k t r o n e n p a a r s durch ein L i c h t q u a n t 7. L-Serie b e n a c h b a r t e r G r u n d s t o f f e 8. Schematische Darstellung des M a s s e n s p e k t r o g r a p h e n von BAINBRIDGE 9. Massenspektren von G e r m a n i u m u n d Tellur 10—12. Massenspektroskopischer Nachweis der T r e n n u n g der Neonisotope 13. Massenspektroskopisches W a s s e r s t o f f - H e l i u m - D u b l e t t 14. Geknickte B a h n eines α-Teilchens 15. D u r c h g a n g von α - S t r a h l e n d u r c h Helium 16. D u r c h g a n g von α - S t r a h l e n d u r c h Wasserstoff 17. 18. Der LAWRENCEsche Apparat zur Protonenbeschleunigung 19. F o r t s c h l e u d e r u n g eines P r o t o n s durch ein N e u t r o n 20. Z e r t r ü m m e r u n g eines Neonkerns durch ein N e u t r o n 21. Registrierung von A t o m t r ü m m e r n 22. Z e r t r ü m m e r u n g von L i t h i u m k e r n e n d u r c h P r o t o n e n 23. F o r t s c h l e u d e r u n g eines P a a r s von α-Teilchen n a c h entgegengesetzten R i c h t u n g e n aus einem z e r t r ü m m e r t e n L i t h i u m k e r n 24. Z e r t r ü m m e r u n g von L i t h i u m k e r n e n d u r c h D e u t o n e n 25. Gleichzeitige Emission von drei α-Teilchen a u s einem z e r t r ü m m e r t e n Borkern 26. 27. Z e r t r ü m m e r u n g von B o r k e r n e n d u r c h P r o t o n e n 28. Z e r t r ü m m e r u n g eines D e u t o n s d u r c h ein D e u t o n 29. Z e r t r ü m m e r u n g von Stickstoffkernen d u r c h α-Teilchen 30. Künstliche R a d i o a k t i v i t ä t des A l u m i n i u m s 31. Positronenemission d u r c h Kohlenstoff n a c h B o m b a r d e m e n t m i t Deutonen Die Quellen der Abbildungen sind in den B e s c h r i f t u n g e n angegeben.

N a c h t r ä g e (von Mitte April 1935) Als ein neues stabiles Isotop w u r d e von ASTON Eisen (Nr. 26) von d e r Masse 57 e n t d e c k t . HEVESY u n d M i t a r b e i t e r k o n n t e n ein radioa k t i v e s K a l i u m - I s o t o p von der Masse 42 d u r c h E i n w i r k u n g von N e u t r o n e n sowohl aus K a l i u m (Nr. 19) als a u c h aus Calcium (Nr. 20) u n d S c a n d i u m ( N r . 21) herstellen.

Erster

Vortrag.

Die Materialisation des Lichtes. Der gewaltige Aufschwung der modernen Physik offenbart sich am deutlichsten in der Fülle solcher Entdeckungen, die in völligem Widerspruch zu Vorstellungen stehen, die noch vor wenigen J a h r z e h n t e n als u n a n t a s t b a r e Dogmen der Naturwissenschaft gegolten h a t t e n . Vielleicht auf keinem anderen Gebiete h a t eine Gruppe derartiger E n t d e c k u n g e n in weitesten Kreisen so viel Aufsehen erweckt wie die k ü n s t l i c h e n G r u n d s t o f f u m w a n d l u n g e n , die seit 1932 in rasch wachsender Zahl den Forschern glückten. Längst erscheint heute die einstige Auffassung überholt, die die chemischen Elemente als starr und unwandelbar b e t r a c h t e t h a t t e . Nicht einmal die Materie als solche k a n n heute als die unerschaffbare und unzerstörbare Substanz angesehen werden, als die sie stets gegolten h a t t e ; denn seit 1933 konnte in mannigfachen Experimenten das E n t s t e h e n und V e r g e h e n von M a t e r i e u n m i t t e l b a r beobachtet, ja sogar photographiert werden. Da jedesfalls die Idee der Materie umfassender als diejenige der chemischen Elemente ist, mag es nicht unangebracht sein, die Erörterung dieser „Materialisationsphänomene" der Erörterung der eigentlichen Grundstoffumwandlungen vorauszuschicken. In theoretischer Hinsicht bildet den Schlüssel zum Verständnis dieser Erscheinungen ein f u n d a m e n t a l e s Prinzip, das im J a h r e 1905 in die Physik Eingang gefunden hat. Es besagt, daß jede Ä n d e r u n g d e s E n e r g i e i n h a l t e s eines Körpers zugleich auch eine Ä n d e r u n g d e r M a s s e des Körpers herbeiführen muß. Ein Körper, der Strahlung verschluckt oder sich erHAAS, D i e U m w a n d l u n g e n der c h e m i s c h e n E l e m e n t e .

1

2

Erster Vortrag.

wärmt, wird schwerer; hingegen wird ein Körper leichter, wenn er Strahlung aussendet oder sich abkühlt. Zwischen der Änderung des Energieinhalts und der dadurch verursachten Änderung der Masse ergibt sich eine sehr einfache Beziehung; es erweist sich die Änderung der Masse gleich der Energieänderung, gebrochen durch das Q u a d r a t d e r L i c h t g e s c h w i n d i g k e i t . Da diese 3.1010 cm pro sec beträgt 1 , so erhält man die Massenänderung in Gramm, indem man die in absoluten Energieeinheiten (Erg) ausgedrückte Energieänderung 2 durch 9.1020 dividiert. Die mit beobachtbaren Energieänderungen verknüpften Massenänderungen sind daher im allgemeinen viel zu k l e i n , als daß sie wahrgenommen werden könnten. Wenn sich ζ. B. eine Wassermenge im Gewichte von tausend Tonnen (10 9 g) um 100° abkühlt, also 1011 Kalorien 3 oder, was dasselbe ist, 4,2.10 18 Erg abgibt, so beträgt doch der Massenverlust erst etwa fünf Milligramm. Die Verallgemeinerung dieser Erkenntnis führte zu dem wichtigen Gesetz, wonach jeder Masse eine E i g e n e n e r g i e zukommt, die sich durch Multiplikation der Masse mit dem Quadrate der Lichtgeschwindigkeit ergibt (in knapper mathematischer Formel Ε = m c2). Es sind freilich phantastische Werte, die man nach diesem Gesetz für die Eigenenergie der Materie erhält. Denn in jedem Gramm schlummern danach 9.1020 Erg, also eine Energiemenge, die 20 Billionen Kalorien oder eine mögliche Arbeitsleistung von 9 Billionen Kilogramm-Metern darstellt. 4 Stellen wir uns einmal vor, daß sich eine Wundermaschine konstruieren ließe, die durch die Eigenenergie von irgendwelchem in die Maschine eingeführten Stoffe betrieben werden könnte. Es würde dann genügen, in diese Maschine stündlich einige wenige Gramm von irgend einer Substanz, ζ. B. Papier oder Wasser oder gar Luft, einzuführen, um eine ebensogroße Zahl von Pferdestärken zu gewinnen wie aus den riesigsten Kraftwerken der Gegenwart. Auf Grund des Prinzips der Eigenenergie müssen wir wohl annehmen, daß die E r z e u g u n g v o n M a t e r i e einen E n e r g i e a u f w a n d erfordert, der sich pro Gramm des zu schaffenden Stoffes auf 9.10 20 Erg stellen würde. Umgekehrt müßte diese Energiemenge bei dem etwaigen V e r s c h w i n d e n von Materie f r e i werden. Von besonderem Interesse ist nun

Die Materialisation des Lichtes.

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natürlich die Frage, welche Energie erforderlich wäre, um die kleinsten b e k a n n t e n Materieteilchen zu erzeugen. Diese sind, wie heute wohl allgemein b e k a n n t , die sogenannten E l e k t r o n e n , die eine 1838mal kleinere Masse als das leichteste Atom, das Wasserstoffatom, aufweisen; sie b e t r ä g t , wie m a n genau weiß, 9,0.10" 28 g. W e n n wir diese Zahl mit 9.10 20 multiplizieren, ergibt sich die Eigenenergie eines Elektrons zu 8,1.10" 7 Erg. Wir haben bisher die Energie in der in der klassischen theoretischen Physik üblichen Einheit, nämlich in E r g angegeben, wollen uns aber von nun ab derjenigen Einheit bedienen, die in der A t o m p h y s i k üblich geworden ist und die sich aus verschiedenen, später noch zu erörternden G r ü n d e n als sehr zweckmäßig erweist. Diese Einheit wird durch diejenige Arbeit dargestellt, die ein Elektron bei dem Durchlaufen einer S p a n n u n g von 1 Volt leistet 5 , und wird d a r u m E l e k t r o n - V o l t gen a n n t ; das übliche Symbol hierfür ist eV. Das Tausendfache dieser Einheit wird als Elektron-Kilovolt (ekV), das Millionenfache als Elektron-Megavolt (eMV) bezeichnet. Es m u ß freilich sorgfältig beachtet werden, daß das Elektron-Volt ebensowenig eine Einheit der S p a n n u n g ist, wie etwa das vorhin erwähnte Kilogramm-Meter eine Längeneinheit ist. Wohl aber s t i m m t in einfachen Fällen die Z a h l der bei der Erscheinung in B e t r a c h t kommenden Volt mit der Zahl der a u f t r e t e n d e n Elektron-Volt überein. W e n n ζ. B. in einer Entladungsröhre E l e k t r o n e n einer S p a n n u n g von χ Volt ausgesetzt werden, so erlangen sie dadurch eine Energie von χ Elektron-Volt. Bei dem Durchlaufen einer S p a n n u n g von 1 Volt leistet n u n ein Körper, der eine Einheitsladung (eine „ e l e k t r o s t a t i s c h e " Einheit 6 ) t r ä g t , Arbeit im Betrage von 1/300 E r g (Das Auftreten des F a k t o r s 1/300 erklärt sich daraus, daß erst 300 Volt die absolute elektrostatische Einheit der S p a n n u n g im g-cmsec-System ergeben). Von dem Elektron weiß m a n auf Grund mannigfachster Messungen, daß es eine L a d u n g von 4,77.10" 10 elektrostatischen Einheiten t r ä g t ; daher ist ein eV gleich 1,59.10 1 2 Erg, und somit b e t r ä g t die Eigenenergie eines Elektrons 509 ekV, oder r u n d 1 / a eMV. Für die mögliche Erzeugung von Materie m u ß n u n begreiflicherweise solche Energie in Betracht gezogen werden, die sich in der N a t u r in einer nicht der Materie a n h a f t e n d e n Form vor1*

4

Erster Vortrag.

findet, und dies ist die elektromagnetische Strahlung, also „ L i c h t " im weitesten Sinne dieses W o r t e s •— in dem Sinne, der auch die Strahlen jenseits des Rot bis in das Gebiet der Radiowellen und jenseits des Violett bis in das Gebiet der Röntgen- und Gammastrahlen mit einbezieht. Obwohl in ihrem Wesen gleich, unterscheiden sich bekanntlich die verschiedenen ,,Licht"-Strahlen durch ihre Wellenlänge. Diese reicht von etwa 100 bis 2000 m bei den Rundfunkwellen bis zu 8.10"5 cm bei dem sichtbaren Rot, 4.10"5 cm bei dem sichtbaren Violett und über den Bereich der Röntgenstrahlen bis zu etwa 10 1 1 cm im Gebiete der Gamma-Strahlen. Indem m a n die Lichtgeschwindigkeit (also 3.10 10 ) durch die in cm ausgedrückte Wellenlänge dividiert, erhält man die Frequenz pro sec. Sie beträgt ζ. B. f ü r violettes Licht 8.10 14 und erreicht bei den Gamma-Strahlen W e r t e bis zu 10 21 . Wie nun im J a h r e 1900 PLANCK entdeckte, setzt sich die Energie der elektromagnetischen Strahlung aus „ E l e m e n t e n " zusammen, die durch das P r o d u k t aus der Frequenz und einer universellen K o n s t a n t e n , dem sogenannten elementaren W i r k u n g s q u a n t u m , dargestellt sind. PLANCK, der zuerst die Existenz dieser f ü r die moderne Physik f u n d a m e n t a l e n Konstanten erkannte, h a t auch bereits im J a h r e 1900 ihren W e r t richtig ermittelt. Er b e t r ä g t 6,5.10" 27 E r g mal Sekunden; d. h. wenn man die auf die Sekunde bezogene Frequenz mit 6,5.10"27 multipliziert, so erhält m a n die Energie eines „ E l e m e n t e s " in Erg. F ü r rotes Licht findet m a n d e r a r t ζ. B. 2,5.10 1 2 Erg, f ü r violettes Licht das Doppelte. W ä h r e n d PLANCK ursprünglich n u r a n n a h m , daß derartige Energieelemente bei der Emission und Absorption von Strahlung eine Rolle spielen, h a t 1905 E I N S T E I N die Vorstellung begründet, daß sich ü b e r h a u p t alles Licht aus L i c h t q u a n t e n oder, wie man sie neuestens nennt, aus P h o t o n e n zusammensetzt. 7 D a ß sie verschwindend klein sind, geht schon daraus hervor, daß erst die Energie von r u n d einer Trillion (10 18 ) violetter Lichtquanten derjenigen Energie gleichkommt, die aufgewendet werden muß, um ein Gewicht von 1 kg 5 cm hoch zu heben. Bedienen wir uns wieder des Elektron-Volts als Einheit, so ergibt sich die Lichtquantenenergie f ü r rotes Licht zu etwa

Die Materialisation des Lichtes.

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ΐ γ 2 und f ü r violettes Licht zu etwa 3 eV. E t w a 1000 bis 100 000 mal größer als bei dem sichtbaren Licht ist die F r e q u e n z u n d somit auch die Lichtquantenenergie bei den R ö n t g e n strahlen. Bei einer Röntgenröhre, die mit einer S p a n n u n g von Λ; Volt betrieben wird, b e t r ä g t die höchste a u f t r e t e n d e Lichtquantenenergie Λ; Elektron-Volt. Die medizinische R ö n t g e n t e c h n i k verwendet ζ. B. in der Oberflächentherapie S p a n n u n g e n von einigen tausend Volt, f ü r diagnostische Zwecke S p a n n u n g e n zwischen ungefähr 30 000 und 100 000 Volt, f ü r tiefentherapeutische Zwecke aber gar S p a n n u n g e n von einigen h u n d e r t t a u s e n d Volt. Hier n ä h e r t sich also tatsächlich bereits die Lichtquantenenergie der R ö n t g e n s t r a h l e n der Eigenenergie eines Elektrons. Eine noch höhere Frequenz als die kürzestwelligen R ö n t g e n strahlen weisen die ihnen ähnlichen G a m m a - S t r a h l e n auf, die von radioaktiven Substanzen ausgesendet werden. Durch besonders kurzwellige, also besonders „ h a r t e " y - S t r a h l u n g sind die radioaktiven Elemente P o l o n i u m , R a d i u m C und T h o r i u m C " ausgezeichnet. 8 Die Poloniumstrahlung entspricht 800 kV, diejenige des R a d i u m C 1,8 Millionen und die S t r a h l u n g des Thorium C " gar 2,6 Millionen Volt. Die h ä r t e s t e b e k a n n t e y - S t r a h l u n g ist die später noch näher zu besprechende s e k u n d ä r e Strahlung, die von B e r y l l i u m ausgeht, wenn dieses mit α-Strahlen 9 b o m b a r d i e r t w i r d ; die s e k u n d ä r e Beryllium-Strahlung entspricht etwa 5 Millionen Volt, was eine Wellenlänge von ungefähr 2.10" 11 cm b e d e u t e t . In den drei zuletzt angef ü h r t e n Fällen des Po, T h C " und des Be überragt also t a t sächlich die Lichtquantenenergie die Eigenenergie eines Elekt r o n s ; gleichwohl m u ß t e die A n n a h m e einer möglichen Materialisation solcher L i c h t q u a n t e n zunächst noch einer wesentlichen Schwierigkeit begegnen. Ein längst b e k a n n t e r physikalischer E r f a h r u n g s s a t z besagt nämlich, d a ß m a n bei dem „ E l e k t r i s i e r e n " nie eine Menge positiver oder negativer E l e k t r i z i t ä t erzeugen k a n n , ohne zugleich eine gleich große Menge entgegengesetzter Elektrizität ins Leben zu r u f e n ; die algebraische S u m m e der erzeugten Elektrizität bleibt stets null, weshalb m a n von der E r h a l t u n g d e r E l e k t r i z i t ä t spricht. Da n u n die E l e k t r o n e n eine negativ elektrische L a d u n g aufweisen, w ü r d e die Erzeugung eines

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Erster Vortrag.

Elektrons nur möglich sein, wenn g l e i c h z e i t i g auch ein p o s i t i v elektrisches Materieteilchen von gleicher, aber entgegengesetzter Ladung ins Leben gerufen wird. Hier ergab sich nun die große Schwierigkeit, d a ß die P h y siker zunächst nur solche positiv elektrische und auch nur solche neutrale Materieteilchen k a n n t e n , deren Masse diejenige des Elektrons ganz wesentlich übertrifft. Das Proton, das in Verbindung mit einem Elektron ein Wasserstoffatom darstellt und von dem später noch eingehender die Rede sein wird, ist 1837 mal schwerer als das Elektron, und als nahezu ebenso schwer ergab sich das ebenfalls noch näher zu erörternde Neutron, der elektrisch neutrale Urbaustein der Materie. Der rund 2000 mal größeren Masse entspricht aber natürlich auch eine 2000 mal größere Eigenenergie. So m u ß t e zunächst wohl ein Energieaufwand von wenigstens einer Milliarde eV erforderlich erscheinen, um ohne Verletzung des Satzes von der E r h a l t u n g der Elektrizität ü b e r h a u p t Materie zu erzeugen; Strahlung von so hoher Quantenenergie stand aber nicht zur Verfügung. Die Vorstellung, daß nur negative Ladungen nahezu „masselos", hingegen positive stets „massig" seien, h a t t e sich so tief eingewurzelt, daß die ersten Meldungen anfänglich wenig Glauben fanden, die 1932 von vereinzelten Beobachtungen p o s i t i v e r E l e k t r o n e n zu berichten wußten. Auf die ersten Beobachtungen folgten indessen rasch mannigfache andere, die sich auf so präzise und verläßliche Methoden gründeten, d a ß nicht länger an der wirklichen Existenz von Teilchen gezweifelt werden konnte, die mit der Masse der längst b e k a n n t e n Elektronen eine entgegengesetzt gleiche positive L a d u n g verbinden. Zum Verständnis der Einzelheiten dieser E n t d e c k u n g möge zunächst eine kurze Zwischenbetrachtung über die wichtigste Methode eingeschaltet werden, die die W a h r n e h m u n g einzelner Atome und Atombausteine ermöglicht und die im Beginne des 20. J a h r h u n d e r t s von C.T.R. W I L S O N geschaffen worden war. WILSONS Erfindung ging von den Erscheinungen des ü b e r s ä t t i g t e n D a m p f e s aus. Es ist aus der Wärmelehre wohl b e k a n n t , daß L u f t bei gegebener T e m p e r a t u r im allgemeinen pro Kubikmeter n u r eine bestimmte, f ü r diese T e m p e r a t u r charakteristische Menge Wasserdampf zu fassen vermag, und zwar ist diese Höchstmenge, bei der die Luft mit Dampf ,,ge-

Die Materialisation des Lichtes.

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s ä t t i g t " ist, u m s o geringer, je niedriger die T e m p e r a t u r ist. W e n n daher L u f t bis auf die T e m p e r a t u r a b g e k ü h l t w i r d , bei der sie f ü r den t a t s ä c h l i c h v o r h a n d e n e n D a m p f g e s ä t t i g t ist, b e g i n n t sich im allgemeinen der D a m p f u n t e r T r o p f e n b i l d u n g zu k o n d e n s i e r e n , u n d auf dieser T a t s a c h e b e r u h e n die wohlb e k a n n t e n a t m o s p h ä r i s c h e n E r s c h e i n u n g e n des Regens, u n d Nebels. T r ö p f c h e n b i l d u n g h a t jedoch das V o r h a n d e n s e i n v o n geeigneten K o n d e n s a t i o n s k e r n e n , wie v o n S t a u b k ö r n c h e n , zur V o r a u s s e t z u n g . In v o l l k o m m e n s t a u b f r e i e r L u f t k a n n rasche A b k ü h l u n g bis zu einer T e m p e r a t u r f o r t g e s e t z t w e r d e n , f ü r die die L u f t m i t W a s s e r d a m p f a c h t f a c h ü b e r s ä t t i g t e r s c h e i n t . N a t ü r l i c h ist dieser Z u s t a n d des „ ü b e r s ä t t i g t e n D a m p f e s " n u r labil; es g e n ü g t , S p u r e n von S t a u b in die L u f t zu b r i n g e n , u m sofortige K o n d e n s a t i o n h e r b e i z u f ü h r e n . WILSON f a n d n u n , d a ß in ü b e r s ä t t i g t e m D a m p f ebenso wie S t a u b k ö r n c h e n auch G a s i o n e n als K o n d e n s a t i o n s k e r n e w i r k e n . 1 0 W e n n in der L u f t Ionen v o r h a n d e n sind, so g e n ü g t zur H e r b e i f ü h r u n g der T r ö p f c h e n b i l d u n g eine geringere A b k ü h l u n g von s t a u b f r e i e r L u f t als bei dem Fehlen von Ionen. 1 1 Auf diese E r k e n n t n i s g r ü n d e t e WILSON eine Methode der P h o t o g r a p h i e der Ionen, wobei n a t ü r l i c h n i c h t die Ionen selbst, s o n d e r n die sie u m g e b e n d e n , e n t s t a n d e n e n T r ö p f c h e n zur A b b i l d u n g gelangen. Eine E r w e i t e r u n g dieser Methode ermöglichte WILSON auch die p h o t o g r a p h i s c h e A u f n a h m e der B a h n e n der von r a d i o a k t i v e n S u b s t a n z e n f o r t g e s c h l e u d e r t e n , elektrisch geladenen Teilchen, nämlich der positiv elektrischen α - u n d der n e g a t i v elektrischen ß-Teilchen, welch letztere m i t E l e k t r o n e n identisch sind. Auf ihrem Wege d u r c h die L u f t erzeugen n ä m l i c h diese Teilchen Ionen; erfolgt n u n die P h o t o g r a p h i e rasch genug, so d a ß sich die Ionen im Augenblick der A u f n a h m e noch an denselben Stellen befinden, an denen sie gebildet w u r d e n , so wird bei geeigneter B e l e u c h t u n g eine scharfe B a h n s p u r in der Form von a n e i n a n d e r gereihten T r ö p f c h e n e r k e n n b a r . Obwohl die Teilchen selbst n u r einen Durchmesser v o n der G r ö ß e n o r d n u n g v o n 10"13 cm h a b e n , o f f e n b a r t sich d e r a r t d u r c h W I L SONS genialen Kunstgriff ihre B a h n s p u r in einer Breite von einigen Zehntel Millimeter. Die W I L S O N - K a m m e r , die derartigen A u f n a h m e n d i e n t , besteht aus einem K a s t e n , der eine a u ß e r o r d e n t l i c h rasche

8

Erster Vortrag.

E x p a n s i o n und d a m i t eine sofortige A b k ü h l u n g der L u f t ermöglicht. Die W ä n d e der K a m m e r sind so eingerichtet, daß sie den Teilchen, deren Bahnen photographiert werden sollen, den D u r c h t r i t t gestatten, sind aber auch soweit, als es erforderlich ist, durchsichtig. Die Beleuchtung zum Zwecke der A u f n a h m e erfolgt durch einen elektrischen F u n k e n , der durch die E x pansion mittels einer geeigneten Koppelung ausgelöst wird.

Abb.

1.

Bahnen von α-Teilchen (Nebelkammeraufnahmen C. T . R .

nach

WILSON).

Abb. 1 zeigt eine WlLSONsche Photographie der Bahnen von α-Teilchen. Wie man anderweitig gefunden h a t , erzeugt ein α-Teilchen in L u f t insgesamt 100 000 bis 250 000 Ionenpaare. Die Bahnen erscheinen als gerade Linien, die jedoch in einer bestimmten, als R e i c h w e i t e bezeichneten E n t f e r n u n g von dem Ursprung abbrechen; die α-Teilchen haben nämlich d a n n soviel von ihrer kinetischen Energie bereits eingebüßt, d a ß sie zu weiterer Ionisierung nicht mehr fähig sind. Die

Die Materialisation des Lichtes.

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^-Teilchen rufen eine wesentlich geringere Ionisierung als α-Teilchen hervor, indem sie n u r etwa je 10 000 Ionenpaare erzeugen. Als Elektronen sind sie, wie wir später noch sehen werden, rund 7000 mal leichter als die α-Teilchen und werden infolgedessen bei Z u s a m m e n s t ö ß e n mit den viel schwereren Luftionen oft aus ihrer Bahn geworfen. So erklärt es sich, d a ß die Spuren der Bahnen von /3-Teilchen in einzelne Nebeltröpfchen aufgelöst erscheinen können (vgl. Abb. 2). Mittels einer WiLSON-Kammer lassen sich natürlich auch die K r ü m m u n g e n photographieren, die die B a h n e n elektrisch geladener Teilchen durch ein genügend s t a r k e s M a g n e t f e l d

»

«

*

* *

Abb. 2.

Bahn eines ß-Teilchens

(Nebelkammeraufnahme).

notwendigerweise erfahren 1 2 . Aus dem Sinn der K r ü m m u n g v e r m a g m a n d a n n bei b e k a n n t e m Sinn der F l u g r i c h t u n g zu beurteilen, ob die Teilchen positiv oder negativ elektrisch sind (Neutrale Teilchen erscheinen nicht in der Photographie, weil sie keine genügende Ionisierung hervorbringen). Aus dem Grade der K r ü m m u n g lassen sich aber auch wichtige Schlüsse auf die sonstige N a t u r der Teilchen ziehen. Denn aus der Theorie folgt, daß u n t e r sonst gleichen U m s t ä n d e n der Grad der K r ü m m u n g (gemessen durch den reziproken K r ü m m u n g s r a d i u s ) proportional der magnetischen Feldstärke und der L a d u n g und u m g e k e h r t proportional der Geschwindigkeit und der Masse des bewegten Teilchens ist. 1 3

10

Erster Vortrag.

Mittels einer WLLSON-Kammer und eines s t a r k e n Magnetfeldes u n t e r s u c h t e n u n im J a h r e 1932 der amerikanische P h y siker A N D E R S O N die s o g e n a n n t e k o s m i s c h e S t r a h l u n g 1 4 . Die K a m m e r w a r vertikal aufgestellt und in ihrer Mitte von einer 6 m m dicken Bleiplatte d u r c h q u e r t . Da bei deren Durchsetzen ein Teilchen jedesfalls kinetische Energie e i n b ü ß t und da einer geringeren Geschwindigkeit eine s t ä r k e r e B a h n k r ü m m u n g e n t spricht, k o n n t e d e r a r t aus der Verschiedenheit der K r ü m m u n g zu beiden Seiten der P l a t t e beurteilt werden, in welcher R i c h t u n g d a s b e o b a c h t e t e Teilchen flog; d a m i t w a r aber aus dem Sinne der magnetischen A b l e n k u n g das Vorzeichen der L a d u n g feststellbar. Die W i r k u n g der kosmischen S t r a h l u n g o f f e n b a r t sich n u n in einer Ionisierung der L u f t , die längs scharf a u s g e p r ä g t e r Spuren erfolgt. Da sich die B a h n s p u r e n als magnetisch a b l e n k b a r erweisen, müssen sie elektrisch geladenen Teilchen, vielleicht s e k u n d ä r e n Ursprungs, zugeschrieben werden. ANDERSON f a n d , wie wohl z u n ä c h s t e r w a r t e t werden k o n n t e , einerseits Spuren von negativ geladenen Teilchen, f ü r die sich aus der festgestellten K r ü m m u n g und dem b e o b a c h t e t e n , durch die Bleiplatte v e r u r s a c h t e n Energieverlust dieselben W e r t e der Masse u n d L a d u n g wie bei E l e k t r o n e n e r g a b e n ; andererseits n a h m er die Spuren positiv geladener Teilchen wahr, denen die Eigenschaften der schon lange b e k a n n t e n P r o t o n e n (Wasserstoffkerne) und somit auch eine f a s t 2000 mal größere Masse als den Elektronen zugeschrieben werden m u ß t e n . Zu seiner großen Ü b e r r a s c h u n g stellte n u n aber einmal ANDERSON auch eine Spur fest, deren Photographie in Abb. 3 wiedergegeben ist. Bei dieser Spur war die K r ü m m u n g im oberen Teil s t ä r k e r als im u n t e r e n , so d a ß sich also das Teilchen (wie viele andere) von u n t e n nach oben bewegte. 1 5 In einem solchen Falle entsprach bei der getroffenen A n o r d n u n g des Magnetfeldes eine nach links k o n k a v e B a h n einer positiven L a d u n g ; gleichwohl zeigte sich die K r ü m m u n g so s t a r k , wie sie sonst n u r bei den negativ elektrischen Elektronen b e o b a c h t e t w u r d e , a b e r keineswegs bei den P r o t o n e n , deren B a h n e n n u r schwach g e k r ü m m t erscheinen. Man k o n n t e nun von vornherein a n n e h m e n , d a ß es sich bei der besprochenen B a h n s p u r um ein besonders „langs a m e s " Proton handelte. Gegen eine solche A n n a h m e sprach a b e r ganz deutlich die T a t s a c h e , d a ß das Teilchen doch i m s t a n d e

Die Materialisation des Lichtes.

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war, die Bleiplatte von 6 mm Dicke zu d u r c h q u e r e n . U n t e r der Voraussetzung, d a ß das Teilchen ein P r o t o n wäre, würde sich aus der photographierten K r ü m m u n g die Energie f ü r den unteren Teil der Bahn n u r zu 300 000 eV ergeben, und P r o t o n e n dieser Energie sind, wie man aus sonstiger E r f a h r u n g weiß, k a u m imstande, 6 m m in Luft, geschweige denn in Blei zurückzulegen. N i m m t man hingegen die Masse des Teilchens gleich derjenigen eines Elektrons an, wofür der gleiche Grad der K r ü m m u n g spricht, so gelangt man zu einer Energie von 63

Abb. 3.

Spur des ersten, von ANDERSON entdeckten Positrons (aus Physical Review, vol. 43).

eMV v o r und von 23 eMV n a c h dem Durchsetzen der Bleiplatte, was d u r c h a u s plausibel erscheint. Nach der E n t d e c k u n g des ersten positiven Elektrons setzte natürlich ANDERSON mit großem Eifer seine Untersuchungen fort, und es gelang ihm in der T a t , noch weitere ähnliche Spuren aufzufinden. Völlig sicher wurde die Existenz des positiven Elektrons oder, wie es nun bald genannt wurde, des P o s i t r o n s , durch Untersuchungen von B L A C K E T T und O C C H I A L I N I

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Erster Vortrag.

in Cambridge (England). Diese beiden Forscher erfanden eine Vorrichtung, bei der die die K a m m e r durcheilenden elektrischen Teilchen mittels einer Verstärkerröhre automatisch ein Ventil in Bewegung setzen, das die Expansion der K a m m e r und die f ü r die A u f n a h m e erforderliche Beleuchtung herbeiführt. Die Gesamtzeit von der Auslösung bis zur Beendigung der Expansion konnte durch besondere Kunstgriffe auf 1/100 sec herabgesetzt werden; in dieser kurzen Zeit bewegen sich die gebildeten Ionen noch so wenig von der Stelle ihrer Bildung weg, d a ß die Breite der Spuren immerhin u n t e r h a l b eines m m bleibt. Ungefähr 1/100 sec nach der Expansion setzt der Beleuchtungsfunken ein, der ungefähr 1/30 sec andauert. Die photographischen A u f n a h m e n wurden stets gleichzeitig mittels zweier A p p a r a t e aus verschiedenen Richtungen gemacht, so daß räumliche Modelle der Bahnspuren konstruiert werden konnten. Die benutzten magnetischen Felder m u ß t e n allerdings niedriger als bei den ANDERSONschen A u f n a h m e n gehalten werden; während sie bei diesen 15 000 Gauß betragen hatten 1 6 , konnten BLACKETT und OCCHIALIN Ι nicht über 2000 Gauß hinausgehen, was eine wesentlich schwächere K r ü m m u n g der Spuren zur Folge h a t t e . Der große Fortschritt der neuen Methode äußerte sich in der viel größeren Zahl erhaltener Bahnspuren. ANDERSON erzielte nur unter je fünfzig A u f n a h m e n eine, die genug lange, f ü r Messungen geeignete Bahnspuren aufwies. Bei BLACKETT und OCCHIALINI stieg die Zahl verwertbarer Photographien von 2 auf 80 Prozent. Dies h a t t e wieder zur Folge, daß BLACKETT außer den häufigeren Einzelspuren auch die seltener a u f t r e t e n d e n G r u p p e n von Spuren photographieren konnte, die man seit einer E n t d e c k u n g von S K O B E L Z Y N (1929) als Folgeerschein u n g der kosmischen Strahlung k a n n t e . E t w a je eine unter 30 Photographieen zeigte bei BLACKETT und OCCHIALINI einen derartigen „ S c h a u e r " , dessen charakteristisches Merkmal die Divergenz einer größeren Zahl von Spuren von einem g e m e i n s a m e n U r s p r u n g ist; dadurch ergibt sich auch f ü r jedes Teilchen ohne weiteres der Richtungssinn seines Fluges. Die Abb. 4 zeigt als ein Beispiel einen derartigen, aus zwei verschiedenen Richtungen aufgenommenen Schauer von etwa 16 Teilchen. Die magnetische Feldstärke

Die Materialisation des Lichtes.

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betrug 3100 Gauß. Aus der Richtung des Magnetfeldes ergab sich, daß a b w ä r t s gehende Teilchen (und solche sind, wie der gemeinsame Ursprung erkennen läßt, die abgebildeten) bei positiver Ladung nach rechts, bei negativer nach links abgelenkt werden. Die K a m m e r war mit Sauerstoff gefüllt mit einem Anfangsdruck von 1,7 a t m ; es wurde gewöhnlich eine Expansion von 1,3 b e n u t z t . Die Photographien zeigen nun rechts zwei deutliche, nach der rechten Seite k o n k a v e Bahnspuren, die positiven Elektronen zugeschrieben werden müssen.

Abb. 4. Schauer von Positronen und Elektronen, hervorgerufen durch die kosmische Strahlung (nach BLACKETT aus Proceedings of the Royal Society, London).

Aus dem Grade der K r ü m m u n g folgt f ü r ihre Energie 12 eMV, bzw. f ü r die schwächer g e k r ü m m t e Spur 45 eMV. 17 Als ein anderes Beispiel zeigt A b b . 5 nach ANDERSON und NEDDERMEYER einen ebenfalls durch die kosmische Strahlung, und z w a r aus der unteren Bleiplatte ausgelösten Schauer, der aus 7 Positronen und 15 Elektronen besteht. BLACKETT und OCCHIALINI fanden bereits in den von ihnen photographierten Schauern zahlreiche Spuren, die mit Sicherheit positiven Elektronen zugeschrieben werden konnten, so d a ß

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Erster Vortrag.

deren tatsächliche Existenz damit außer Zweifel gestellt erschien. N a t u r g e m ä ß m u ß t e aber die Frage aufgeworfen werden, warum durch mehr als drei J a h r z e h n t e , in denen die Physik ein so ungeheures Material über negative Elektronen zu sammeln imstande gewesen war, sich das positive Elektron jeder Beoba c h t u n g h a t t e entziehen können. Auf diese Frage gab es nur eine einzige mögliche A n t w o r t : daß nämlich — im Gegensatze zu den negativen Elektronen — die Positronen, zumindest im freien Zustand, n u r eine eng b e g r e n z t e L e b e n s d a u e r haben.

Abb. 5. Schauer von Positronen und Elektronen, durch die kosmische Strahlung erzeugt (nach ANDERSON aus Physical Review, vol. 45).

Eine solche A n n a h m e deckt sich merkwürdigerweise aber auch mit Ergebnissen einer bedeutungsvollen Theorie des Elektrons, die einige J a h r e vor der E n t d e c k u n g des Positrons von D I R A C geschaffen worden war. D IRACS Überlegung, die hier nur kurz gestreift werden kann 1 8 , ging davon aus, daß im Sinne der Quantentheorie ein Elektron u n t e r gegebenen Verhältnissen nur ganz bestimmte, aber sowohl positive als auch negative W e r t e der Energie annehmen kann. Die n e g a t i v e n E n e r g i e w e r t e waren stets f ü r physikalisch sinnlos gehalten und daher vernachlässigt worden. DiRAC wies

Die Materialisation des Lichtes.

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n u n zuerst darauf hin, d a ß v o m S t a n d p u n k t e der neueren Q u a n t e n t h e o r i e , der s o g e n a n n t e n Q u a n t e n m e c h a n i k 1 9 , diese Vernachlässigung unzulässig sei, weil Ü b e r g ä n g e zwischen sämtlichen quantentheoretisch ausgezeichneten Zuständen ( „ S t u f e n " ) in B e t r a c h t gezogen werden m ü ß t e n . E r stellte d a r u m die H y p o t h e s e a u f , d a ß , von A u s n a h m e n abgesehen, a u c h die n e g a t i v e n Energiestufen m i t E l e k t r o n e n voll b e s e t z t seien, und zwar m i t je einem E l e k t r o n ; d e n n ein in der Q u a n t e n mechanik wohl b e k a n n t e s , von P A U L I a u f g e f u n d e n e s und nach ihm b e n a n n t e s Prinzip l ä ß t es n i c h t zu, d a ß eine Energiestufe m e h r als einfach besetzt sei. A n d e r e r s e i t s s t r e b t auf G r u n d eines allgemeinen energetischen Prinzips jedes E l e k t r o n nach einem Z u s t a n d tiefster Energie (die n e g a t i v e n Stufen sind tiefer als die positiven). W e n n d a h e r die S t u f e n n e g a t i v e r Energie voll besetzt sind, so ist im allgemeinen auch ein Ü b e r g a n g eines E l e k t r o n s aus dem positiven in den n e g a t i v e n Energiebereich ausgeschlossen. Nach dieser A u f f a s s u n g w ä r e n n u r die E l e k t r o n e n m i t positiver Energie 2 0 w a h r n e h m b a r , weil im positiven Bereich g e n u g Stufen frei sind, so d a ß sich m i t den E l e k t r o n e n positiver Energie etwas „ e r e i g n e n " k a n n . Diejenigen E l e k t r o n e n hingegen, die die S t u f e n des negativen Energiebereiches ausfüllen, entziehen sich der B e o b a c h t u n g , weil m i t ihnen n i c h t s geschieht. Nur ausnahmsweise erfolgt ein Ü b e r g a n g aus einem besetzten Zus t a n d negativer Energie in den positiven Energiebereich. D a n n wird eine S t u f e des n e g a t i v e n Energiebereiches u n b e s e t z t , u n d es e n t s t e h t ein „ L o c h " . A u s den von ihm 1928 aufgestellten Gleichungen des E l e k t r o n s u n d insbesondere aus den S y m metrieeigenschaften dieser Gleichungen 2 1 zog n u n D I R A C den überraschenden Schluß, d a ß sich das entstandene Loch in einem e l e k t r o m a g n e t i s c h e n Felde so v e r h a l t e n m u ß wie ein Teilchen, das eine positive L a d u n g v o n der Größe des elektrischen E l e m e n t a r q u a n t u m s (also E l e k t r o n e n l a d u n g mit entgegengesetztem Vorzeichen) t r ä g t . Freilich k a n n das Loch als solches n i c h t lange b e s t e h e n . Denn die G e s a m t h e i t aller E l e k t r o n e n s t r e b t nach Stellen tiefster E n e r g i e u n d s u c h t dar u m die v o r h a n d e n e Lücke wieder a u s z u f ü l l e n . W e n n d e r a r t ein E l e k t r o n positiver Energie in das v o r h a n d e n e Loch s p r i n g t , b r i n g t es d a d u r c h das Loch z u m V e r s c h w i n d e n , u n d es ver-

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Erster Vortrag.

nichtet also, indem es zugleich seine eigene W a h r n e h m b a r k e i t auslöscht, ein Teilchen positiver L a d u n g . So erscheint das positive Gegenstück des Elektrons, weil es durch ein t e m p o r ä r e s Loch dargestellt wird, in der DiRACschen Theorie als vergänglich u n d im Z u s t a n d e freier Bewegung n u r einer vorübergehenden Existenz fähig. DIRAC d a c h t e ursprünglich an P r o t o n e n als Repräsent a n t e n der Löcher; dies b e d e u t e t e allerdings (vom S t a n d p u n k t e der „ S y m m e t r i e " ) eine ziemliche Schwierigkeit f ü r die Theorie, weil ja P r o t o n e n u n d negative E l e k t r o n e n verschiedene Masse besitzen. Durch die f r ü h e r besprochene ANDERSONsche E n t d e c k u n g des positiven Elektrons w u r d e aber diese Schwierigkeit ü b e r w u n d e n . Durch die E n t d e c k u n g der Positronen gewann nun auch das f r ü h e r besprochene Problem der Materialisation des Lichtes ein ganz v e r ä n d e r t e s Aussehen. Der M i n d e s t a u f w a n d an Energie, der zur E r z e u g u n g von Materie erforderlich ist, ergab sich j e t z t viel geringer, als er f r ü h e r h a t t e a n g e n o m m e n werden m ü s s e n ; er reduzierte sich von dem rund 2000-fachen auf das Doppelte der Eigenenergie eines Elektrons, entsprechend der P r o d u k t i o n e i n e s E l e k t r o n e n p a a r s , nämlich der gleichzeitigen Erzeugung eines negativen Elektrons und eines Positrons. S t a t t einer Milliarde Elektron-Volt erschien somit eine Million ElektronVolt (genauer 1,02 eMV) nun als ausreichend, so d a ß bei Versuchen mit den S t r a h l u n g e n von T h o r i u m C" und von Beryllium ein Erfolg e r w a r t e t werden d u r f t e . In der T a t gelang es im Sommer 1933 A N D E R S O N und N E D D E R M E Y E R in Pasadena, LISE M E I T N E R und P H I L I P P in Berlin-Dahlem und IRENE C U R I E und J O L I O T in Paris, d u r c h y - S t r a h l u n g künstlich P o s i t r o n e n hervorzurufen. Sie b r a c h t e n in eine WLLSON-Kammer eine Metallfolie und v e r m o c h t e n zu zeigen, d a ß aus dem Metall u n t e r der E i n w i r k u n g sehr h a r t e r y - S t r a h l e n E l e k t r o n e n a u s t r e t e n , die im Magnetfeld in dem Sinne einer positiven L a d u n g g e k r ü m m t erscheinen. Die Versuche gelangen aber nur mit y-Strahlen, deren L i c h t q u a n t e n e n e r g i e 1 Million Elektron-Volt überschritt. Als wirksame Strahlenquellen erwiesen sich n u r die K o m b i nation Polonium + Beryllium und f e r n e r T h o r i u m C", und überdies bei Versuchen von G R I Ν Β Ε R Q ein P r ä p a r a t von R a d i u m Β

Die Materialisation des Lichtes.

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+ R a d i u m C, d a s eine S t r a h l u n g von 1 bis 1,8 eMV e m i t t i e r t . W u r d e als S t r a h l e n q u e l l e n u r P o l o n i u m als solches v e r w e n d e t , das L i c h t q u a n t e n v o n 850 ekV a u s s e n d e t , so blieb der E f f e k t aus, wie es auf G r u n d des f r ü h e r besprochenen Satzes von der E r h a l t u n g der E l e k t r i z i t ä t nicht a n d e r s e r w a r t e t w e r d e n k o n n t e . Die B e r y l l i u m - S t r a h l u n g s e t z t sich, wie wir s p ä t e r sehen werden, aus einer y - a r t i g e n S t r a h l u n g u n d überdies aus einer k o r p u s k u l a r e n (nämlich N e u t r o n e n ) z u s a m m e n . D a ß den eben beschriebenen E f f e k t a b e r n u r die y - S t r a h l e n h e r v o r b r i n g e n , bewiesen IRENE CURIE u n d JOLIOT, indem sie zwischen das bes t r a h l t e Beryllium u n d die die P o s i t r o n e n a u s s e n d e n d e Metallfolie noch eine B l e i p l a t t e v o n 2 cm Dicke einschoben. E s w a r n ä m l i c h anderweitig b e k a n n t , d a ß die y - S t r a h l u n g bei d e m D u r c h s e t z e n einer solchen P l a t t e auf die H ä l f t e v e r r i n g e r t w i r d , w ä h r e n d die k o r p u s k u l a r e S t r a h l u n g des Berylliums dabei nicht merklich absorbiert wird. Bei E i n s c h a l t u n g der P l a t t e s a n k a b e r n u n in der T a t die Zahl der a u s g e s c h l e u d e r t e n P o s i t r o n e n auf die Hälfte. Im übrigen h ä n g t die Zahl der von der Metallfolie e m i t t i e r t e n Positronen v o n der N a t u r des Metalls a b ; je s c h w e r e r dieses hinsichtlich des A t o m g e w i c h t e s ist, desto größer ist die Zahl. Vergleicht m a n die Z a h ! der Positronen m i t der Zahl der ausgesandten n e g a t i v e n E l e k t r o n e n (die großenteils d u r c h den s o g e n a n n t e n lichtelektrischen E f f e k t ausgelöst w e r d e n ) , so b e t r ä g t u n t e r der E i n w i r k u n g von B e - S t r a h l u n g dieses Verhältnis bei A l u m i n i u m n u r 3 : 100, bei K u p f e r 17 : 100, bei Blei 35 : 100 u n d bei U r a n 40 : 100. Bei der s c h w ä c h e r e n S t r a h l u n g des T h o r i u m C" ist a u c h die Z a h l der f o r t g e s c h l e u d e r t e n Positronen wesentlich geringer u n d b e t r ä g t selbst bei Blei n u r e t w a 8 f ü r je 100 a u s g e s a n d t e negative E l e k t r o n e n . D a ß es sich bei der Emission der P o s i t r o n e n t a t s ä c h l i c h u m eine Materialisation von Licht h a n d e l t , wird a m besten d u r c h solche P h o t o g r a p h i e n erwiesen, die es zeigen, wie ein E l e k t r o n e n p a a r von einem g e m e i n s a m e n U r s p r u n g in d e m b e s t r a h l t e n Metall a u s g e h t ; d a b e i legen die beiden „ Z w i l l i n g e " im M a g n e t feld bei der A u f n a h m e entgegengesetzt g e k r ü m m t e B a h n s p u r e n z u r ü c k (vgl. die v o n CURIE u n d JOLIOT h e r r ü h r e n d e A b b . 6, die eine A u f n a h m e in A r g o n - G a s wiedergibt). Da zu der E r z e u g u n g eines E l e k t r o n e n p a a r e s nach d e m HAAS, Die Umwandlungen der chemischen Elemente.

2

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Erster Vortrag.

f r ü h e r Gesagten ein Energieaufwand von 1 Million ElektronVolt erforderlich ist, so m u ß somit der Überschuß, den die Energie eines y - L i c h t q u a n t s über diese Million h a t , in k i n e t i s c h e r E n e r g i e des erzeugten E l e k t r o n e n p a a r s zum Vorschein k o m m e n . Die maximale Bewegungsenergie, die beispielsweise bei der T h o r i u m - C " - S t r a h l u n g ein Positron erlangen k a n n , würde sich danach zu 2,6 weniger 1, also zu 1,6 eMV ergeben; diese Grenze würde dem Sonderfalle entsprechen,

Abb. 6. Erzeugung eines Elektronenpaars durch ein Lichtquant in Argon nach I. CURIE und F. JOLIOT (Journal de Physique, [7], vol. 4).

d a ß die Bewegungsenergie ausschließlich dem positiven Zwilling zugute k o m m t , während auf den negativen nichts hievon entfällt. Beobachtungen von ANDERSON und NEDDERMEYER sowie von MEITNER und PHILIPP haben in der T a t gezeigt, d a ß die Energie der erzeugten Positronen k o n t i n u i e r l i c h mit einer oberen Grenze bei 1,6 eMV verteilt ist. Diese W a h r n e h m u n g bestätigt sowohl das Prinzip der Eigenenergie als auch die Ann a h m e , daß sich die Masse eines Positrons mit derjenigen eines negativen Elektrons deckt.

Die Materialisation des Lichtes.

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Außer dem Satze von der E r h a l t u n g der Energie ist f ü r den Vorgang der Materialisation auch der S a t z von der E r h a l t u n g d e s I m p u l s e s m a ß g e b e n d . U n t e r dem Impuls oder der Bewegungsgröße versteht man bei materiellen Körpern bekanntlich das P r o d u k t aus Masse und Geschwindigkeit, wobei dieses P r o d u k t als eine gerichtete Größe aufzufassen ist, deren Richtung sich mit derjenigen der Geschwindigkeit deckt. Verschiedene physikalische Phänomene, vor allem Z u s a m m e n stöße zwischen Lichtquanten und Elektronen (sogenannter COMPTON-Effekt) lassen nun erkennen, daß auch den Lichtq u a n t e n ein Impuls zugeschrieben werden m u ß , der die R i c h t u n g der Lichtfortpflanzung h a t und in seinem Betrage gleich ist der durch die Lichtgeschwindigkeit dividierten Energie des Lichtquants. 2 2 Im Falle der U m w a n d l u n g eines L i c h t q u a n t s in Materie m u ß der Impuls des Q u a n t s erhalten bleiben; d . h . wenn man die Bewegungsgrößen der e n t s t a n d e n e n Materieteilchen geometrisch addiert (also nach dem b e k a n n t e n Parallelogrammprinzip 2 3 ) und hierzu noch die nach der Materialisation vorhandenen Impulse sonst an dem Vorgang beteiligter O b j e k t e geometrisch hinzufügt, so m u ß die so erhaltene S u m m e sich mit dem Impuls des L i c h t q u a n t s nach Größe und Richt u n g decken. Es läßt sich nun durch theoretische Überlegungen zeigen, d a ß dies nie der Fall sein kann, wenn an dem Vorgang n u r das L i c h t q u a n t und bloß zwei Materieteilchen (nämlich das erzeugte E l e k t r o n e n p a a r ) beteiligt sind. Der Impuls kann n u r dann bei gleichzeitiger W a h r u n g der E r h a l t u n g der Energie erhalten bleiben, wenn überdies noch ein bereits vorhandenes Materieteilchen an dem Vorgang beteiligt ist und durch einen empfangenen R ü c k s t o ß die Impulsbilanz ermöglicht. So erklärt es sich, daß die Materialisation eines L i c h t q u a n t s seinen vorherigen Z u s a m m e n s t o ß mit Materie zur Voraussetzung h a t , d a ß sich also, allgemein ausgedrückt, Licht n u r dann in Materie verwandeln kann, wenn es auf Materie a u f t r i f f t . F ü r die genauere theoretische U n t e r s u c h u n g der Materialisationsvorgänge m u ß , was zu erwähnen nicht überflüssig sein mag, auch die von der Relativitätstheorie geforderte V e r ä n d e r l i c h k e i t d e r M a s s e berücksichtigt werden. Nach der relativistischen Formel, die durch Messungen an ^-Strahlen gut bestätigt wurde 2 4 , m u ß ζ. B. bei einer Geschwindigkeit vom 2*

20

Erster Vortrag.

h a l b e n W e r t e der Lichtgeschwindigkeit die Masse bereits um 15°/ 0 größer als bei langsamen Bewegungen sein, u n d bei einer Schnelligkeit v o n 9 9 , 8 % der Lichtgeschwindigkeit m u ß die Masse gar auf das 16fache der normalen steigen. Analoge Gesetzmäßigkeiten wie f ü r die U m w a n d l u n g eines L i c h t q u a n t s in Materie sind auch f ü r den u m g e k e h r t e n V o r g a n g der s o g e n a n n t e n D e m a t e r i a l i s a t i o n zu e r w a r t e n . W e n n ein P o s i t r o n infolge seiner geringen L e b e n s f ä h i g k e i t verschwindet, so m u ß es nach dem Satze von der E r h a l t u n g der E l e k t r i z i t ä t dabei ebenso wie bei der E n t s t e h u n g von einem negativen E l e k t r o n als P a r t n e r begleitet sein. Es wird also bei einem solchen V o r g a n g Eigenenergie im Betrage v o n einer Million E l e k t r o n - V o l t frei. Andererseits e r f o r d e r t es der Satz von der E r h a l t u n g des Impulses, d a ß bei dem Verschwinden eines Elekt r o n e n p a a r e s im allgemeinen j e z w e i L i c h t q u a n t e n forteilen. Die d u r c h die „ Z e r s t r a h l u n g " von Materie h e r v o r g e r u f e n e y - S t r a h l u n g m ü ß t e also im allgemeinen 500 kV e n t s p r e c h e n , u n d die Zahl der durch die D e m a t e r i a l i s a t i o n erzeugten Lichtq u a n t e n m ü ß t e d o p p e l t so groß wie die Zahl der v e r s c h w u n d e n e n P o s i t r o n e n sein. Diese beiden Folgerungen aus der Theorie erscheinen in der T a t durch m e h r f a c h e E x p e r i m e n t e b e s t ä t i g t . Z u n ä c h s t stellten G R A Y u n d T A R R A N T fest, d a ß B l e i , das m i t y-Strahlen des T h o r i u m C " b e s t r a h l t wird, in allen R i c h t u n g e n L i c h t q u a n t e n ( P h o t o n e n ) von 500 und 1000 ekV a u s s e n d e t ; letztere sind o f f e n b a r auf diejenigen Fälle z u r ü c k z u f ü h r e n , in denen sich die Eigenenergie eines Materiezwillingspaares in ein einziges P h o t o n v e r w a n d e l t u n d die E r h a l t u n g des Impulses d a d u r c h g e w a h r t w i r d , d a ß ein getroffenes A t o m einen R ü c k s t o ß e r f ä h r t . Eine noch bessere B e s t ä t i g u n g lieferten Versuche v o n J O L I O T , der eine sehr ergiebige P o s i t r o n e n q u e l l e d a d u r c h herstellte, d a ß er P o l o n i u m auf A l u m i n i u m niederschlug und mit Aluminium bedeckte. Die von dem Polonium ausg e h e n d e n α - S t r a h l e n z e r t r ü m m e r n nämlich A t o m e von Alum i n i u m , wobei (wovon s p ä t e r noch eingehender die Rede sein w i r d ) Positronen frei werden. JOLIOT b r a c h t e d a n n ein derartiges P r ä p a r a t zwischen die Pole eines s t a r k e n M a g n e t e n u n d erreichte es d u r c h die m a g n e t i s c h e A b l e n k u n g u n d eine besondere A n o r d n u n g , die auf T H I B A U D z u r ü c k g e h t , d a ß er Posi-

Die Materialisation des Lichtes.

21

tronen ohne begleitende negative Elektronen an eine gewünschte Stelle gelangen lassen konnte. Ein P r ä p a r a t von nur 20 Millicurie 25 liefert bereits soviel Positronen, daß bei jeder Expansion einer WILSON-Kammer ungefähr je ein Positron beobachtet werden konnte. Als nun JOLIOT mit dieser Positronenquelle Metalle bombardierte, stellte er nicht nur das Auftreten von Photonen fest, deren Energie sich auf Grund ihres Durchdringungsvermögens recht genau zu 500 ekV ergab, sondern er fand auch durch messende Vergleiche zwischen der Zahl der erzeugten Photonen und der Zahl der auftreffenden Positronen f ü r das Verhältnis beider Zahlen mit großer Annäherung den W e r t 2. THIBAUD hat ferner, indem er Platin mit Positronen bombardierte, gezeigt, daß die Strahlung von 500 kV, die durch die Positronen ausgelöst wird, wenigstens 40mal so intensiv ist wie die Röntgenstrahlung, die dann hervorgerufen wird, wenn im Experimente die Positronen durch negative Elektronen ersetzt werden. Es erscheint somit zweifelsfrei, daß die beobachtete Strahlung tatsächlich von der Dematerialisation der Positronen herrührt.

Zweiter

Vortrag.

Die Grundstoffarten. D e r erste Fall, in dem die P h y s i k e r die U m w a n d l u n g e i n e s G r u n d s t o f f s in ein a n d e r e s chemisches E l e m e n t b e o b a c h t e n k o n n t e n , w a r die B i l d u n g der g a s f ö r m i g e n E m a n a t i o n aus Thorium. Dieser V o r g a n g w u r d e bereits 1900 v o n R U T H E R F O R D e n t d e c k t , u n d bald d a r a u f w u r d e auch die E n t s t e h u n g von E m a n a t i o n a u s R a d i u m f e s t g e s t e l l t 1 ; d a ß die E m a n a t i o n ein Grundstoff ist, ging d a r a u s h e r v o r , d a ß sie ein charakteristisches L i n i e n s p e k t r u m aufweist. Wenige J a h r e n a c h der E n t d e c k u n g der E m a n a t i o n f a n d e n R A M S A Y und S O D D Y , d a ß sich aus R a d i u m H e l i u m b i l d e t ; d a m i t b e o b a c h t e t e n sie z u m ersten Male die E n t s t e h u n g eines bereits von f r ü h e r h e r den Chemikern b e k a n n t gewesenen E l e m e n t e s aus einem a n deren, ebenfalls b e k a n n t e n G r u n d s t o f f . S p ä t e r e genaue Messungen ergaben, d a ß ein G r a m m R a d i u m in einem J a h r e 167ccm Helium erzeugt, die ein Gewicht von 0,0298 m g darstellen. D u r c h diese B e o b a c h t u n g e n w a r wohl das t a t s ä c h l i c h e Vork o m m e n von G r u n d s t o f f u m w a n d l u n g e n a u ß e r Frage gestellt. Ein tieferes V e r s t ä n d n i s d e r a r t i g e r Vorgänge erschien jedoch erst möglich, seit es gelang, den G r u n d s t o f f e n ganz b e s t i m m t e , sie kennzeichnende „ O r d n u n g s z a h l e n " z u z u s c h r e i b e n ; seit f e r n e r festgestellt w u r d e , d a ß verschiedene A r t e n eines und desselben G r u n d s t o f f s möglich sind, u n d seit schließlich die P h y s i k e r die Existenz der A t o m k e r n e e r k a n n t e n . Die E r m i t t l u n g der O r d n u n g s z a h l e n der Grundstoffe w a r das große Verdienst des j u n g verstorbenen englischen P h y s i k e r s M O S E L E Y u n d h ä n g t auf das engste m i t der B e g r ü n d u n g der R ö n t g e n s p e k t r o s k o p i e d u r c h diesen Forscher z u s a m m e n .

Die Grundstoffarten.

23

Wie MOSELEY f a n d , t r e t e n in den R ö n t g e n s p e k t r e n der Elemente Linienserien auf, die f ü r die verschiedenen G r u n d s t o f f e gleichen Typus, aber verschiedene Wellenlänge aufweisen. MOSELEY machte nun die wichtige Feststellung, daß sich die chemischen Elemente mit fortschreitender Numerierung derart in eine Reihe ordnen lassen, daß sich innerhalb dieser Reihe die Linien mit größter E x a k t h e i t von Element zu E l e m e n t v e r s c h i e b e n . J e d e etwaige Lücke offenbart sich sogleich durch einen zu großen ι

\i

a, a2

w

Au

77

Pb

Bi

Abb. 7.

L-Serie benachbarter Grundstoffe nach SIEGBAHN.

Sprung. Abb. 7 stellt beispielsweise nach einer s p ä t e r e n Aufn a h m e von S I E G B A H N die sogenannte L-Röntgen-Serie 2 f ü r die benachbarten Elemente Gold, Thallium, Blei und W i s m u t dar und zeigt deutlich zwischen Gold und Thallium eine Lücke, die, wie man anderweitig e r k a n n t e , dem Quecksilber z u k o m m t . Im wesentlichen s t i m m t die auf Grund d e r R ö n t g e n spektrogramme gebildete MoSELEYsche oder natürliche G r u n d s t o f f r e i h e mit einer nach steigendem A t o m g e w i c h t gebildeten Reihe ü b e r e i n ; doch ist der Gang der A t o m g e w i c h t s -

24

Zweiter Vortrag.

zahlen ein ziemlich unregelmäßiger, im Gegensatz zu der außerordentlichen Genauigkeit, mit der die natürliche Grundstoffreihe gebildet werden kann. Immerhin konnten aber auf Grund der bekannten Atomgewichte die Lücken der MoSELEYschen Reihe ergänzt werden, woferne sie solche Elemente betrafen, von denen röntgenspektroskopische Aufnahmen nicht vorlagen. Die natürliche Reihe, die sich so ergab, umfaßte 92 Plätze, beginnend mit Wasserstoff an erster und endend mit Uran an letzter Stelle. Die MoSELEYsche Entdeckung bot nun auch die Möglichkeit, das sogenannte p e r i o d i s c h e S y s t e m d e r E l e m e n t e in eine exakte F o r m zu bringen. Schon 1869 hatten gleichzeitig, doch unabhängig voneinander, LOTHAR M E Y E R und M E N D E L E J E F F festgestellt, daß sich die Grundstoffe nach steigendem Atomgewicht in eine Reihe ordnen lassen, innerhalb deren charakteristische chemische und physikalische Eigenschaften periodisch wiederkehren. Indem man die Perioden untereinander schrieb, war infolgedessen eine Anordnung möglich, bei der in den einzelnen Vertikalreihen einander ähnliche Elemente verzeichnet waren. E r s t MOSELEYS E n t deckung ermöglichte jedoch eine exakte Darstellung des periodischen Systems, indem nun die Anzahl der Plätze in den einzelnen Perioden und damit auch die Längen der Perioden genau bekannt wurden. In diesen offenbart sich eine fundamentale Gesetzmäßigkeit arithmetischer A r t ; denn die erste Periode umfaßt 2 Stellen, die zweite und dritte je 8, die vierte und fünfte je 18 und die sechste 3 2 Stellen. Die genannten Zahlen sind aber auch in der F o r m darstellbar 2 χ l 2 , 2 χ 2 2 , 2 χ 3 2 , 2 χ 4 2 . In der T a t hat Ρ α υ L ι auf Grund seines schon erwähnten quantentheoretischen Prinzips eine Begründung dieser Gesetzmäßigkeit geben können. 3 Gegenwärtig weist die natürliche Reihe noch drei Lücken auf, nämlich an 61., 85. und 87. Stelle, da auch die seinerzeitige angebliche Entdeckung des 61. Elementes (des „Illiniums") wieder recht fraglich geworden ist. 4 Als letztes Glied der Grundstoffreihe erscheint das 92. Element, das Uran. Tabelle I stellt das periodische System nach dem gegenwärtigen Stande unserer Kenntnisse dar. Die Grundstoffe sind in acht Vertikalreihen mit je zwei Untergruppen angeordnet.

Die

2 ο

25

Grundstoffarten.

ECM m 1« JO CO

CO CO

nj H co

Ζ CO CM u to

CO Ί-

Ο CM 00 CM CM

03 m

< Ο (Λ

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co

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co c Ν o oo

T3 U 9 co oo oo

υ ο CM

3 υ Ο) CM

90, IV a 91, V a 24,5 d 1,17 m 230

226

91

IV.

Uran-Radiumreihe.

Uran II 92, V i a 3-105a Ionium 90, IV a 8 , 3 · 10 4 a 4 Radium 88, I I a 1590 a

222

Ra-Emanation 86, V I I I b 3,825 d

218

Ra A 84, V I b 3,05 m 4 Ra Β Ra C ^ 82, IV b 83, V b 26,8 m 19,7m 4 Ra C " ^ 81, III b 1,32 m

4

214

210

206

R a C' 84, VI b 10-8s 1 Ra D Ra Ε ^ Ra F 82, IV b 83, V b 84, V I b 22 a 5d 140 d 4 Ra G 82, IV b stabil

die P o s i t r o n e n e m i s s i o n d e s A l u m i n i u m s , die, wie schon im ersten Vortrage erwähnt wurde, durch α-Strahlen des Poloniums hervorgerufen wird. Im Verlaufe dieser Untersuchungen machten Irene C u r i e und J o l i o t die überraschende Feststellung, daß die Positronenemission des Aluminiums keineswegs sogleich aufhört, wenn nach Einwirkung durch einige Mi-

92

Fünfter Vortrag.

T a b e l l e V. Die

Actiniumreihe.

Atomgewicht 230

226

222

218

214

210

206

Uran Y -> Protactinium 90, IV a 91, V a 24,6 h 3,2 · 10" a I Actinium Radio A c 89, I l i a 90, IV a 13,5 a 18,9 d I Ac X 88, I I a 11,2 d J. Ac Em 86, V I I I b 3,9 s Ac A 84, VI b 2 · 10~3 s -I Ac Β —>- Ac C — > Ac C' 82, I V b 83, V b 84, VI b 36,0 m 2,16 m ca. 10" 3 s A c C" — • Ac D 81, 1 M b 82, I V b 4,7 m stabil

nuten das Polonium-Präparat entfernt wird; die Strahlung dauert vielmehr unter allmählichem Abklingen noch über eine Viertelstunde an. Durch Verwendung einer mit einer Ionisationskammer verbundenen Zählvorrichtung überzeugten sich CUR IE und J o L I O T davon, daß die Zahl der pro Minute ausgesandten Teilchen nach einem E x p o n e n t i a l g e s e t z a b n i m m t , also nach demselben Gesetze, dem auch der radioaktive Zerfall unterliegt. Dadurch war die A n n a h m e nahegelegt, daß die Positronenstrahlung des Aluminiums die Folge einer künstlich durch die α-Strahlen hervorgerufenen, sozusagen „induzierten" Radioa k t i v i t ä t sei. Durch die α-Teilchen werden offenbar Aluminium-

Die

künstliche

Radioaktivität.

93

T a b e l l e VI. Die

Thoriumreihe.

Atomgewicht 232

Thorium 9 0 , IV a 1,8 · 10 1 0 a

228

Mesothor 1 88, I I a 6,7 a

224

M e s o t h o r 2 -» R a d i o t h o r 8 9 , III a 90, IV a 6,13 h 1,9 a I Thorium X 88, I I a 3,64 d

220

Th Em 86, V I I I b 54,5 s

216

Th A 84, VI b 0,14 s

4

212

4 Th Β — • Th C 8 2 , IV b 83, V b 10,6h 60,5 m

4 208

• T h C' 84, V I b ca. 1 0 " 9 s

4

T h C" Th D 8 1 , III b - 8 2 , IV b 3,1 m stabil

kerne in eine i n s t a b i l e Form umgewandelt, der, wie CURIE und J O L I O T f a n d e n , auch eine ganz b e s t i m m t e Halbwertszeit z u k o m m t . Sie ergab sich zu 3 Minuten 15 Sekunden und erwies sich als völlig u n a b h ä n g i g von der Energie der den Effekt verursachenden α-Teilchen. CUR IE und JOLIOT f a n d e n keine Ä n d e r u n g der Halbwertszeit, wenn sie in der Energie der a-Teilchen von 5,3 eMV auf eine Million Elektron-Volt hinabgingen; dieselbe Unabhängigkeit zeigte sich auch bei Versuchen von E L L I S und H E N D E R S O N , die u m g e k e h r t die Energie der α-Teilchen bis über 8 eMV erhöhten, indem sie andere Substanzen als Polonium verwendeten. Ähnliche Aktivierungserscheinungen wie bei Aluminium

94

Fünfter Vortrag.

stellten Irene C U R I E und J O L I O T auch bei B o r und S i l i c i u m fest, als sie diese beiden Grundstoffe mit α-Strahlen b o m b a r dierten. Dabei fanden sie als Halbwertszeit f ü r das U m w a n d l u n g s p r o d u k t des Bors 14 Minuten und f ü r dasjenige des Magnesiums 2 min 3 sec. Durch geeignete c h e m i s c h e M e t h o d e n konnten C U R I E und J O L I O T nachweisen, d a ß die radioaktiven Elemente, die bei der Bestrahlung von Bor oder Aluminium entstehen, die chemischen Eigenschaften von S t i c k s t o f f oder P h o s p h o r besitzen. Sie unterwarfen das aktivierte Bor solchen chemischen Prozessen, die etwaigen, dem Bor beigemengten Stickstoff entfernen würden, und fanden, d a ß auf diese Weise die A k t i v i t ä t beseitigt wurde 4 . In ähnlicher Weise zeigten sie, d a ß sich die A k t i v i t ä t des bestrahlten Aluminiums in chemischer Hinsicht so verhält wie eine dem Aluminium beigemengte Verunreinigung durch Phosphor 5 . Es waren die e r s t e n Fälle, in denen eine G r u n d s t o f f u m w a n d l u n g auf chemischem Wege nachgewiesen werden konnte. Die neu entdeckten aktiven Elem e n t e wurden von C U R I E und J O L I O T als Radio-Stickstoff und Radio-Phosphor bezeichnet. Außer bei Bor, Magnesium und Aluminium ist bei späteren Versuchen F R I S C H auch bei N a t r i u m und Phosphor, Lise 6 7 M E I T N E R bei Lithium und Z Y W bei Kalium die Aktivierung mittels α-Strahlen gelungen. In all diesen Fällen strahlt das d u r c h die U m w a n d l u n g entstehende Radio-Element P o s i t r o n e n aus. D a ß bei der Bestrahlung des Phosphors radioaktives Chlor e n t s t e h t , vermochte F R I S C H auf chemischem Wege zu zeigen. Bei Magnesium scheinen zwei Umwandlungen parallel zu verlaufen, indem sich das Isotop Mg 24 unter Einfangung eines α-Teilchens und Abgabe eines Neutrons in Si 27 verwandelt, hingegen das Isotop Mg 25 unter Einfangung eines α-Teilchens und A u s s e n d u n g eines Protons in Al 28 . W ä h r e n d also in dem Falle des Magnesiums verschiedene A t o m k e r n e verschiedene Reaktionen ausführen, scheint bei A l u m i n i u m , das ein ,,Reinelement" darstellt (von dem also n u r ein einziges stabiles Isotop b e k a n n t ist), unter der Einw i r k u n g von α-Strahlen tatsächlich eine v e r z w e i g t e Umw a n d l u n g 8 einzutreten. Die beiden Zweige sind durch die Reaktionsformeln dargestellt: 27 + 2 He 4 - 1 5 P 3 0 + on 1 13A1 27 + 2 He 4 - 14Si«> + , Η ΐ . 13A1

95

Die künstliche Radioaktivität.

Abb. 30 b.

Abb. 30 c.

Abb. 30 a, b, c. Künstliche Radioaktivität des Aluminiums nach MEITNER und PHILIPP (aus Naturwissenschaften, Verlag Springer, Berlin, Bd. 22). a) Emission von Elektronen und Positronen während der Einwirkung von α - S t r a h l e n ; b) Positronenemission kurz nach der E n t f e r n u n g der a - S t r a h l e n quelle; c) dasselbe 9 Minuten später.

96

Fünfter Vortrag.

E L L I S und H E N D E R S O N

ermittelten für das Verzweigungs-

verhältnis den ungefähren Wert 1 : 50; d. h. von etwa je 50 Aluminiumkernen erfährt nur einer die U m w a n d l u n g in das instabile und aus der Massenspektroskopie nicht b e k a n n t e Phosphor-Isotop, während sich die übrigen in Kerne eines auch massenspektroskopisch bekannten Silicium-Isotops verwandeln. Die künstliche R a d i o a k t i v i t ä t des Aluminiums k o m m t deutlich in Abb. 30 zum Ausdruck. Solange die α - S t r a h l u n g andauert, sendet das Aluminium (vgl. Teilfigur a) sowohl Positronen als auch negative Elektronen aus. Die Emission der letzteren hört nach der E n t f e r n u n g der α-Strahlenquelle auf, während die Aussendung der Positronen unter allmählichem Abklingen noch a n d a u e r t (vgl. die Teilfiguren b und c). Bald nach der E n t d e c k u n g der durch α-Strahlen erzeugten künstlichen R a d i o a k t i v i t ä t wurde begreiflicherweise die Frage rege, ob sich Umwandlungen in instabile Atomarten nicht auch durch Beschießung mit Wasserstoffkernen herbeiführen lassen. COCKCROFT,

GILBERT

und W A L T O N ,

die zuerst

diese

Frage systematisch untersuchten, ließen P r o t o n e n s t r a h l e n von 600 ekV in einer Stärke von 10 μΑ durch etwa eine Viertelstunde auf zahlreiche Grundstoffe einwirken, ohne jedoch bei anderen Elementen als K o h l e n s t o f f einen Effekt feststellen zu können; bei diesem ergab er sich allerdings recht stark und offenbarte sich in einer intensiven Positronenemission mit einer Halbwertzeit von 10J Minuten. Später fanden C R A N E und L A U R I T S E N , daß auch Bor durch Beschießung mit Protonen Radioaktivität erlangt. Recht starke Effekte wurden bei verschiedenen Elementen durch Bombardement mit D e u t o n e n hervorgerufen. HEND E R S O N , L I V I N G S T O N und L A W R E N C E

v e r m o c h t e n bei

bestrahltem Aluminium eine Halbwertszeit von 3, bei bestrahltem Beryllium und Magnesium eine solche von 9 Minuten festzustellen. Beträchtliche Ausbeuten ergaben sich unter der Einwirkung von Deutonen bei Bor und vor allem bei Kohlenstoff. Es ist sogar fraglich geworden, ob der mit Protonen bei Bor und Kohlenstoff beobachtete Effekt nicht vielleicht nur auf einer Verunreinigung der Protonenstrahlung durch Deutonen b e r u h t 9 ; allerdings betrug bei den früher erwähnten Versuchen mit Protonenstrahlen die Ausbeute bei Bor 10 und bei

Die künstliche Radioaktivität.

97

Kohlenstoff 20 Prozent derjenigen, die mit D e u t o n e n erzielt wird. Abb.31 zeigt nach A N D E R S O N und N E D D E R M E Y E R die Positronenemission des Kohlenstoffs nach v o r h e r g e g a n g e n e r Beschießung mit Deutonen 1 0 . E r w ä h n t sei noch, d a ß bei den Versuchen von HENDERSON und LAWRENCE u n t e r der Einwirkung von D e u t o n e n auch bei N H 4 N 0 3 , L i 2 C 0 3 und N a 3 P 0 4 A k t i v i t ä t der gleichen Halbwertszeit von 2 Minuten festgestellt wurde, ohne d a ß jedoch einstweilen entschieden werden konnte, auf welchen Grundstoff die A k t i v i t ä t zurückz u f ü h r e n ist. A k t i v i t ä t zeigte sich unter dem Einfluß von Deutonen auch bei CaCl 2 (13 Minuten) und bei C a F 2 (40 S e k u n d e n ) .

Abb. 31. Positronen-Emission durch Kohlenstoff nach vorherigem Bombardement mit Deutonen von 900 ekV (Aufnahme in einem Magnetfeld von 800 Gauß nach ANDERSON und NEDDERMEYER; aus Physical Review, vol. 45).

Als ein besonders geeignetes Mittel zur E r z e u g u n g k ü n s t licher R a d i o a k t i v i t ä t haben sich die N e u t r o n e n erwiesen. Irene CURIE und JOLIOT vermochten bereits zu zeigen, d a ß u n t e r der E i n w i r k u n g von N e u t r o n e n Silicium u n d P h o s p h o r A k t i v i t ä t erlangen, und bei u n g e f ä h r vierzig weiteren E l e m e n t e n konnten dies d a n n F E R M I und seine Mitarbeiter AM A L D I , D'AGOSTINO,

RASETTI

und

SEGR&

nachweisen.

Bei den Versuchen FERMIs diente als Quelle der N e u t r o n e n eine Glasröhre von etwa 6 m m Durchmesser und 15 m m Länge, die Berylliumpulver und E m a n a t i o n enthielt; die S t ä r k e des P r ä p a r a t e s b e t r u g bis zu 800 Milli-Curie, was einer P r o d u k t i o n von u n g e f ä h r 1 Million N e u t r o n e n pro Sekunde e n t s p r i c h t (etwa HAAS, Die Umwandlungen der chemischen Elemente.

7

98

Fünfter Vortrag.

1000 N e u t r o n e n pro Milli-Curie). Die Energie dieser N e u t r o n e n ist kontinuierlich bis zu einer oberen Grenze verteilt, die zwischen 7 u n d 8 eMV liegt, und überdies gibt es noch einen ganz kleinen Bruchteil von Neutronen, die eine Energie von etwa 15 eMV aufweisen. Die Emission geladener Teilchen seitens der aktivierten S u b s t a n z wurde mittels eines Elektronenzählrohrs (eines sog e n a n n t e n GEIGER-MÜLLER-Zählers) von etwa 5 cm Länge u n d 1,4 m m Durchmesser u n t e r s u c h t ; die W ä n d e des Zählers b e s t a n d e n aus sehr d ü n n e n A l u m i n i u m b l ä t t c h e n von etwa V i o m m Dicke. Die von den emittierten Teilchen durch Ionisierung hervorgerufenen Impulse wurden durch eine geeignete V o r r i c h t u n g v e r s t ä r k t und registriert. Die zu u n t e r s u c h e n d e S u b s t a n z w u r d e in die F o r m von Hohlzylindern gebracht, die ü b e r den Zähler gestülpt w u r d e n ; andererseits u m g a b w ä h r e n d der Bestrahlung die S u b s t a n z die Neutronenquelle so enge wie möglich. Bei den FERMIschen Versuchen, in denen die Aktivier u n g durch N e u t r o n e n erfolgte, wurde radioaktive korpuskulare S t r a h l u n g in der Form n e g a t i v e r E l e k t r o n e n , also als /^-Strahlung festgestellt; eine Emission von Positronen w a r in keiner Weise e r k e n n b a r . Bei einigen Elementen, besonders deutlich bei aktiviertem Eisen, zeigt sich die Elektronenemission von einer y - S t r a h l u n g begleitet; im Falle des Eisens bet r ä g t ihre Quantenenergie z . B . , wie F L E I S C H M A N N f a n d , gegen 800 ekV. D a ß künstliche R a d i o a k t i v i t ä t auch mit einer Aussendung von N e u t r o n e n v e r k n ü p f t sein kann, scheint aus Unters u c h u n g e n v o n I r e n e C U R I E , JOLIOT u n d P R E I S W E R K h e r v o r -

zugehen. Sie n a h m e n mittels einer Ionisationskammer Zählungen der Impulse vor, indem sie das einemal eine b e s t i m m t e Neutronenquelle allein b e n u t z t e n , das anderemal zu ihr noch P h o s p h o r hinzufügten, der vorher mit N e u t r o n e n b e s t r a h l t worden war. Sie k o n n t e n in der T a t im zweiten Falle eine wesentliche E r h ö h u n g der Zahl der Impulse (von 656 auf 760 pro Sekunde bei einem mittleren statistischen Fehler von + 38) feststellen. In den Fällen, in denen eine Aktivierung nachgewiesen werden k o n n t e , w a r es natürlich von größter Wichtigkeit, die K u r v e

Die künstliche

Radioaktivität.

99

a u f z u n e h m e n , die den zeitlichen A b f a l l dieser A k t i v i t ä t darstellt, und so die Halbwertszeit zu ermitteln. Bei vielen aktiven Stoffen erwies sich die K u r v e als eine einfache Exponentiallinie; in anderen Fällen konnten die Kurven in zwei oder mehr übereinander gelagerte exponentielle Komponenten zerlegt werden. Die Untersuchung ist natürlich sehr durch den U m s t a n d erschwert, daß die bestrahlte Substanz in der Regel ein Gemisch mehrerer Isotope darstellt; auch können, wie m a n es schon von der natürlichen R a d i o a k t i v i t ä t her kennt, mehrere aufeinander folgende Umwandlungen einander überdecken. Die Ausbeute an radioaktiver Substanz ist bei allen diesen Versuchen äußerst gering. Selbst in den günstigsten Fällen belief sie sich bisher nur auf etwa 10° Atome, was etwa 10~ u g entspricht. Da mit so kleinen Mengen schwer chemische Operationen durchgeführt werden können, lösten F E R M I und seine Mitarbeiter die bestrahlte Substanz auf und f ü g t e n ihr kleine Mengen derjenigen Grundstoffe bei, von denen m a n erwarten konnte, daß sie mit den künstlich geschaffenen Radioelementen isotop seien. Bei den angewandten chemischen Methoden m u ß dann zugleich mit der absichtlichen Beimengung auch die Aktivität abgetrennt werden, wenn tatsächlich Isotopie besteht. In etwa 16 Fällen konnten derart F E R M I und seine Mitarbeiter den chemischen Charakter des erzeugten Radio-Elementes einwandfrei feststellen. Die Aktivierung ist ihnen bei ungefähr 40 Grundstoffen gelungen, d a r u n t e r mit besonderer Intensität bei der Bestrahlung von Al, Si, P, S, Cr, As, Br, Rh, Ag, J , Ir und U . Tabelle V I I gibt großenteils im Anschluß an F E R M I , jedoch auch unter Berücksichtigung anderweitiger Forschungsergebnisse eine Übersicht über die bis A n f a n g 1935 entdeckten künstlichen Aktivierungen. Welches es unter den Isotopen eines Grundstoffes ist, das durch die U m w a n d l u n g Aktivität erlangt (oft sind es wohl zwei, vielleicht auch m e h r nebeneinander), steht im allgemeinen allerdings nicht fest. Einfacher liegen die Verhältnisse natürlich dann, wenn das bestrahlte Element nur ein einziges bekanntes, stabiles Isotop aufweist, wie dies ζ. B. bei Fluor, Natrium, Aluminium, Phosphor, Vanadium, Mangan, Kobalt zutrifft. Ist in solchen Fällen mittels chemischer Methoden der chemische Charakter des er7*

Fünfter Vortrag.

100

Tabelle

VII.

Die E r z e u g u n g k ü n s t l i c h e r

Bestrahltes Element (Ordnungszahl)

3 4 5 5 5 6 6 7 9 9 9 11 11 11 12 12 12 12 13 13 13 13 14 15 15 15 16 17 19 22 23 24 25 25 26 27 29 29

Lithium Beryllium Bor Bor Bor Kohlenstoff Kohlenstoff Stickstoff Fluor Fluor Fluor Natrium Natrium Natrium Magnesium Magnesium Magnesium Magnesium Aluminium Aluminium Aluminium Aluminium Silicium Phosphor Phosphor Phosphor Schwefel Chlor Kalium Titan Vanadium Chrom Mangan Mangan Eisen Kobalt Kupfer Kupfer

Art der Bestrahlung (α: «-Teilchen HalbwertsΗ Proton zeit D Deuton η Neutron)'

a D 15 P 30 + 0 n l ;P30-^ 14Si30 + 13 d ! a) i e S 3 2 + „n1 15P32 + 1H1 b) 17C138 + „n1 > 1 5 P 3 2 -* 2He4 151 P 3 2 - I 6 S 3 2 + 34 + l 40 min I 15 P 31 + 2He4 17C1 0n »EI34 > 16 S 34 + V52 4 min ι a) 3 V S1 + n n' 52 l 52 + 1 b) 24Cr + 0 n 23 V 1H 52 + 4 c) 25Mn55 + „n 1 -» 23 V He 2 23 52· 2 + V 2 Cr* 4 23 66 a) 25Mn55 + ,,η1 _ i 2,5 h 25:Mn b) 26Fe56 + 0nl - 25Μη5β + 1H1 c) 27Co59 + „ n 1 - 25Mn56 + 2He4 5β Fe56 + . ι 6 ° 25;Μη 76 75 + „n1 1d ,As ,As 33' ' 33 7 ,As'«-> 34Se « + _ieo 33·' ' 127 1 30 min 53,J + O>«Ι - 53 J 1128 128 + .,6° 53 J ^ 51X

14 min

dieser E l e m e n t e ein „ T r a n s u r a n " m i t der O r d n u n g s z a h l 93 oder 94 darstelle, durch U n t e r s u c h u n g e n v . G R O S S E S fraglich geworden11.

104

Fünfter Vortrag.

W a s das E n d p r o d u k t des radioaktiven Zerfalls betrifft, so ist es in manchen Fällen mit der ursprünglichen Ausgangssubstanz identisch. So verwandelt sich ζ. B. Mg 24 auf dem Umwege über ein instabiles Na-Isotop in sich selbst zurück, und ähnliches gilt auch f ü r Si 28 , P 3 1 und S 32 . Wegen ihrer außerordentlich geringen Menge konnten die inaktiven Endp r o d u k t e bisher noch in keinem einzigen Falle chemisch nachgewiesen werden. Wahrscheinlich ist es jedoch nach Tabelle V I I I , daß sich Beryllium aus Lithium bildet, Kohlenstoff aus Bor, Silicium aus Magnesium oder Phosphor oder Aluminium, Schwefel aus Chlor oder Phosphor, Chrom aus Vanadium oder Mangan, Eisen aus Mangan oder Kobalt. In gewissem Sinne kann die moderne Physik somit in der T a t b e h a u p t e n , im Besitze des „Steins der Weisen" zu sein; aber je mehr sich das exakte Wissen von den G r u n d s t o f f u m w a n d lungen erweiterte und vertiefte, desto geringer wurde auch die Hoffnung, in absehbarer Zeit zu irgend welchen praktischen Erfolgen zu gelangen; war doch an keinem einzigen der bisher erforschten künstlichen Umwandlungsprozesse auch n u r ein Milliontel Milligramm beteiligt. Und dennoch, wer könnte, angesichts des stürmischen wissenschaftlichen Fortschrittes unseres J a h r h u n d e r t s , jede Möglichkeit bestreiten, daß uns vielleicht nur wenige J a h r z e h n t e von der industriellen Verw e r t u n g solcher Erkenntnisse trennen, die auf dem Gebiete der Grundstoffumwandlungen unser Zeitalter nach Anfängerart sammelt?

ANMERKUNGEN. Anmerkungen zum ersten Vortrag. 1

Der genaue Wert der Lichtgeschwindigkeit ist 299 796 km pro sec. Ein Erg entspricht ungefähr derjenigen Arbeit, die bei dem Heben eines Milligramm-Gewichtes um 1 cm verrichtet wird. Genau wird das Erg als die Arbeit definiert, die erforderlich ist, um durch 1 cm ein Gewicht zu heben, das der K r a f t von 1 Dyn entspricht; dies ist aber diejenige K r a f t , die der Masse eines G r a m m s die Einheit der Beschleunigung erteilt (Geschwindigkeitszuwachs pro sec gleich 1 cm/sec). 3 Eine Kalorie ist diejenige Wärmemenge, die 1 G r a m m Wasser um 1 Celsius-Grad (und zwar von 14% auf 15y 2 °) e r w ä r m t . Eine Kalorie ist gleich 4,186.10 7 Erg. 1 Ein Kilogramm-Meter ist die Arbeit, die bei dem Heben eines Gewichtes von 1 kg u m 1 m verrichtet wird. 1 kg-m ist gleich 98 Millionen Erg. 5 Die absolute Einheit der Spannung ist diejenige, bei deren Durchlaufen eine elektrische L a d u n g von der Einheit (vgl. die nächste A n m . ) eine Arbeit von 1 Erg verrichtet. Das Volt ist der 300. Teil dieser absoluten Spannungseinheit. 6 Die elektrostatische Einheit wird durch eine L a d u n g dargestellt, die auf eine gleich große in der E n t f e r n u n g von 1 cm eine K r a f t von I Dyn ausübt. 7 Die Vorstellung der Lichtquanten fand ihre experimentelle Stütze vor allem in den Beobachtungen über den lichtelektrischen Effekt. Dieser Effekt besteht darin, daß durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht oder mit Röntgenstrahlen aus der Oberfläche von Metallen Elektronen losgerissen werden, die die bestrahlte Metallfläche mit m e ß b a r e r Geschwindigkeit verlassen. Von vornherein m ü ß t e m a n zunächst v e r m u t e n , d a ß bei einer Steigerung der Intensität des Lichtes die Geschwindigkeit der losgelösten Elektronen gesteigert würde. Die Beobachtungen von LENARD zeigten aber schon 1902, daß dies keineswegs der Fall ist und eine E r h ö h u n g der Lichtintensität nur die Zahl der losgelösten Elektronen vermehrt. Die Geschwindigkeit ändert sich nur dann, wenn die Frequenz des Lichtes geändert wird. Diese Tatsachen f ü h r t e n zu der Deutung, d a ß ein einzelnes Lichtquant a u f g e b r a u c h t wird, um ein einzelnes Elektron loszulösen. 2

Anmerkungen.

106

PLANCK selbst war seinerzeit zu der Annahme eines W i r k u n g s q u a n t u m s durch Untersuchungen über W ä r m e s t r a h l u n g g e f ü h r t worden. 8 Polonium, auch Radium F genannt, ist ein Glied der Umwandlungsreihe, die von dem Uran ausgeht und über das Radium f ü h r t . T h C " gehört dem aktiven Niederschlag an, der sich aus T h o r i u m - E m a n a t i o n bildet; vgl. den V. Vortrag. 9 Wegen der α-Strahlen vgl. den III. Vortrag. 10 Unter Ionen versteht m a n elektrisch geladene im Gegensatz zu neutralen Atomen. 11 Befindet sich L u f t in einem Zustand, in dem sie Elektrizität merklich leitet, so ist unter der Voraussetzung von Staubfreiheit nur eine vierfache Übersättigung zur Tröpfchenbildung erforderlich. 12 Ein bewegter, elektrisch geladener Körper stellt nämlich, wie schon 1876 ROWLAND gezeigt hatte, einen Konvektionsstrom dar, der im wesentlichen dieselben Eigenschaften wie ein Leitungsstrom in einem Metalldraht aufweist. Es ist andererseits wohl b e k a n n t , daß ein beweglicher, von einem Leitungsstrom durchflossener D r a h t von einem Magneten angezogen oder abgestoßen wird. 13 Am stärksten ist die Ablenkung, wenn das magnetische Feld quer zu der Bewegungsrichtung der Teilchen, also, wie m a n sagt, transversal ist. Die Richtung der Ablenkung ist dann senkrecht zu diesen beiden Richtungen. 14 Die kosmische Strahlung, die größtenteils aus dem Weltenraum zur Erde gelangt, wurde 1912 von HESS entdeckt, fast gleichzeitig auch von KOLHÖRSTER festgestellt und nach 1920 vor allem von Μ ILLIKAN und seinen Mitarbeitern, zu denen auch ANDERSON zählte, untersucht. Sie ist so stark durchdringend, daß sie Bleiplatten von 100 m Dicke und Wasserschichten von rund 1000 m zu durchsetzen vermag. Sie f ü h r t jedenfalls elektrisch geladene Teilchen mit, denen Energiewerte bis zu einer Billion ElektronVolt zukommen, doch ist die Frage, ob die Strahlung als solche y-Strahlenartig oder korpuskularer N a t u r sei, noch nicht geklärt. Auf ein cm 2 fallen in der Sekunde im Durchschnitt aus allen Richtungen ungefähr 1 y 2 kosmische Teilchen. 15 Es handelt sich um Teilchen, die durch die kosmische Strahlung aus irdischem Material ausgelöst oder erzeugt werden. 16 Ein „ G a u ß " ist diejenige magnetische Feldstärke, die auf einen Magnetpol von der Stärke 1 (in absolutem Maß) eine K r a f t von 1 Dyn a u s ü b t . Die Horizontalintensität des Erdmagnetismus beträgt, wie zum Vergleiche angegeben sei, etwa 1/5 Gauß. 17 Wesentlich höhere Energien kommen den nur schwach gekrümmten anderweitigen Bahnspuren z u ; bei denen, die ü b e r h a u p t keine merkliche K r ü m m u n g zeigen, konnte indirekt auf Energien von einigen hunderttausend Millionen Elektron-Volt geschlossen werden. 18 Leser, denen der E x k u r s über die DlRACsche Theorie zu schwierig sein sollte, werden gebeten, ihn zu überschlagen. 19 Unter Quantenmechanik oder Wellenmechanik versteht m a n die neue,

1924 bis 1926 d u r c h D E

BROGLIE,

HEISENBERG,

und DIRAC geschaffene Form der Quantentheorie.

SCHRÖDINGER

Anmerkungen.

107

20 Selbstverständlich muß wohl zwischen positiver Energie und positiver Ladung bzw. zwischen negativer Energie und negativer Ladung unterschieden werden! 21 Vgl. des Verf. Buch „Materiewellen und Quantenmechanik", 4. u. 5. Aufl. Leipzig (Akad. Verl. Ges.) 1934, Kap. X X . 22 Der Impuls ist also gleich dem Produkte aus elementarem Wirkungsquantum und Lichtfrequenz, dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit. 23 Man denke ζ. B. an das bekannte Prinzip des Kräfteparallelogramms. 24 Ist ν die mechanische Geschwindigkeit, c die Lichtgeschwindigkeit und m0 die sogenannte Ruhmasse, so findet man die tatsächliche Masse zu m/Y 1 — ©2/c2. 26 Ein Präparat weist eine Radioaktivität von 1 „Curie" auf, wenn seine Strahlung ebenso stark ist wie diejenige von 1 g Radium. Ein Millicurie ist der tausendste Teil hiervon.

Anmerkungen zum zweiten Vortrag. 1

Radium- und Thorium-Emanation sind, wie wir heute wissen, sogenannte Isotope. 2 MOSELEY entdeckte in den Röntgenspektren der Elemente zwei Serien, die er als K- und L-Serie unterschied; die K-Serie ist die härtere, und ihre Wellenlängen sind etwa dreimal kleiner als diejenigen der LSerie. Später wurden als noch weichere Serien eine M- und eine N-Serie festgestellt. Im wesentlichen beruht die Röntgenspektroskopie auf der schon 1905 durch BARKLA entdeckten Tatsache, daß ein von Kathodenoder Röntgenstrahlen getroffener Körper selbst wieder Röntgenstrahlen aussendet und unter diesen vorwiegend solche enthalten sind, deren „ H ä r t e " (also Durchdringungsvermögen) nur von der chemischen N a t u r des getroffenen Körpers abhängt. Die Zerlegung der Eigenstrahlung in ein Spektrum wurde MOSELEY durch die von LAUE entdeckte Interferenz der Röntgenstrahlen in Kristallen möglich. 3 Vgl. hierzu des Verf. Schrift „Die Grundlagen der Quantenchemie" (Leipzig, Akad. Verl.-Ges. 1929), Erster Vortrag: Die Arithmetik der chemischen Periodizität. 4 Erst nach der Aufstellung der MosELEYschen Reihe wurden die Elemente Masurium (Nr. 43), Hafnium (Nr. 72) und Rhenium (Nr. 75) entdeckt. 5 Isos Topos heißt auf Griechisch der gleiche Platz. 6

Die A n o d e n s t r a h l e n

w u r d e n 1906 von G E H R C K E u n d

REICHEN-

HEIM entdeckt, die Kanalstrahlen jedoch schon 1886 von GOLDSTEIN. 7 Außer ASTON u n d J . J . THOMSON sind E n t d e c k u n g e n auf massenspektroskopischem Gebiete vor allem BAINBRIDGE, BLEAKNEY,

DEMPSTER, TATE, G. P . THOMSON u n d ZEEMAN 8

gelungen.

Mancherlei, allerdings schwer vermeidbare Irrtümer wurden, wie man später erkannte, durch Hydride verursacht, die ein um Eins erhöhtes

108

Anmerkungen.

Gewicht haben und somit gar nicht existierende Isotope in den massenspektroskopischen Aufnahmen vortäuschen können. Bei der Methode von B A I N B R I D G E ist diese Möglichkeit der Täuschung geringer. 9 Dabei wurde eine weitgehende Vervollkommnung der ursprünglichen THOMSONschen Methode benutzt. 1 0 In sehr geringem Grade ist eine Isotopenanreicherung bereits 1920 HARKINS bei Chlor sowie etwas später BRÖNSTED und H E V E S Y bei Quecksilber gelungen. 1 1 E s fehlen daher das fragliche Beryllium-Isotop 8 und das Sauerstoff· Isotop 17. 1 2 Die mit 1 0 0 0 0 multiplizierte und durch das (auf eine ganze Zahl abgerundete) Atomgewicht dividierte Abweichung wird von ASTON als Packungsanteil definiert; er beträgt ζ. B . für Wasserstoff (Isotop von der Masse 1) + 77,8 und für J o d — 5 , 3 usw. 1 3 Die K r ü m m u n g im Magnetfeld und im elektrischen Feld hängt nämlich von dem Quotienten von Masse und Ladung ab. 14 Es handelte sich dabei um das gewöhnliche „ L i n i e n s p e k t r u m " , nicht um das Bandenspektrum, also um das Spektrum des Atoms und nicht um das der Molekel! 1 5 CHADWICK fand ζ. B . für P l a t i n 77,4, für Silber 46,3 und für Kupfer 2 9 , 3 mit einer Fehlergrenze von 1 Prozent; die entsprechenden Ordnungszahlen sind 78, 47 und 29. 1 6 Die Symbole entstammen der optischen Spektroskopie und sind die Anfangsbuchstaben der W o r t e „ S c h a r f " , „ p r i n z i p a l " , „diffus" und „fundamental". 17 E s ist 2 = 4 X 0 + 2 ; 6 = 4 χ 1 + 2 ; 10 = 4 x 2 + 2 ; 14 = 4 x 3 + 2 usw. 1 8 Doch können auch die peripheren Elektronen in ihren Umläufen in die inneren Gruppen „ t a u c h e n " . 1 9 Die genaueste Methode kombiniert die Messungen des elektrischen Elementarquantums mit elektrochemischen Messungsergebnissen.

Anmerkungen zum dritten Vortrag. 1 E s ist zu beachten, daß der Durchmesser eines Atoms nur von der Größenordnung von 10- 8 cm ist. 2 Die Elektronenemission glühender Metalle und Metalloxyde wurde schon 1902 von RICHARDSON entdeckt. 3 E i n Mikro-Ampere (μ Α ) ist der millionte Teil eines Ampere. 4 Die Kerne des schweren Wasserstoffs werden auch als Diplonen bezeichnet. 5 Paraffin ist eine Wasserstoff enthaltende chemische Verbindung! 6 Auf einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Neutrino und dem Photon hat Louis d e B R O G L I E hingewiesen. Durch theoretische Überlegungen, die von den DiRACschen Gleichungen des Elektrons ausgingen, gelangte de B R O G L I E zu der Vermutung, daß das Photon eine

Anmerkungen.

109

Lichtkorpuskel enthalte, die aber in ihrer Bewegung von einer A n t i k o r puskel begleitet sei. Diese soll sich zu der Lichtkorpuskel selbst ähnlich verhalten wie in der DiRACschen Theorie das positive zu dem negativen Elektron. Die Lichtkorpuskel wird nun von de B R O G L I E mit dem Neutrino identifiziert, wodurch sich als weiteres hypothetisches materielles Urteilchen das „ A n t i n e u t r i n o " ergibt. 7 Bemerkenswert ist auch eine interessante kosmologische Schlußfolgerung, zu der DIRAC in seinem Nobel-Preis-Vortrag ( 1 9 3 3 ) gelangte. E r meint, daß es ein Zufall sein könnte, daß auf der E r d e und wohl auch in dem ganzen Sonnensystem negative Elektronen und positive Protonen als die Norm erscheinen. In anderen Sternsystemen könnte das Umgekehrte der Fall sein, indem dort die Positronen und negativen Protonen überwiegen; die spektroskopischen und astronomischen Messungen bieten j a keine Möglichkeit einer Entscheidung zwischen den beiden T y p e n . So erscheint es nach DIRAC denkbar, daß im Universum als ganzem keiner der beiden T y p e n bevorzugt ist und von der Gesamtzahl der vorhandenen Sternsysteme die eine Hälfte den P r o t o n - E l e k t r o n - und die andere den A n t i p r o t o n - P o s i t r o n - T y p u s darstellt. 8 Die Streuung der Protonen in Wasserstoff wurde experimentell von G E R T H S E N , jene der α-Teilchen in Helium von CHADWICK sowie durch BLACKETT untersucht. 9 J e nachdem, ob der Spin eines Teilchens halbzahlig oder ganzzahlig ist (wobei Null zu den ganzen Zahlen gehört), gilt für die betreffenden Teilchen eine verschiedene S t a t i s t i k . Dies e r k a n n t e man zuerst an dem verschiedenen statistischen Verhalten der freien E l e k t r o n e n (wie sie in Metallen v o r k o m m e n ) und der L i c h t q u a n t e n (denen der Spin null zukommt und deren S t a t i s t i k in den Gesetzmäßigkeiten der W ä r m e strahlung zum Ausdruck k o m m t ) .

Anmerkungen zum vierten Vortrag. Die Dicke wird in „ c m L u f t ä q u i v a l e n t " angegeben. D a ß außer den beiden Indices auch das chemische S y m b o l angegeben wird, geschieht natürlich nur um der besseren Übersichtlichkeit willen; tatsächlich ist das Symbol durch die Kernladungszahl bereits bestimmt (von dem S y m b o l D abgesehen!). 3 In der Reaktionsformel darf man, obwohl sie sich auf K e r n e bezieht, dennoch die Gewichte der ganzen Atome (einschließlich der P l a n e t e n elektronen) einsetzen, weil auf beiden Seiten der Formel der Unterschied zwischen den A t o m - und den Kernmassen das gleiche Vielfache der E l e k tronenmasse ist. 4 Dann müssen sich nämlich die Geschwindigkeiten zueinander verhalten wie 4 : 3, die Geschwindigkeitsquadrate also wie 16 : 9 und somit die kinetischen Energien wie (3 χ 16) : (4 χ 9 ) oder wie 4 : 3. Diesem Verhältnis der Energien entspricht tatsächlich das b e o b a c h t e t e Verhältnis der Reichweiten — auf Grund der empirischen Beziehung, die Energie und Reichweite miteinander verknüpft. 1

2

110

Anmerkungen.

5 Die theoretische Schwierigkeit liegt darin, d a ß auf Grund der Sätze v o n der E r h a l t u n g der Energie u n d des Impulses der größtmögliche W e r t der Energie eines Teilchens 2/3 der frei w e r d e n d e n Energie sein sollte, also eMV. Diesem Werte w ü r d e aber — im W i d e r s p r u c h zu der B e o b a c h t u n g — eine Grenzweite von 6,6 cm e n t s p r e c h e n ! 6 Die U m w a n d l u n g in ein derartiges Isotop m ü ß t e a n g e n o m m e n werden, falls das N e u t r o n von einem Bor-Atom v o n der Masse 10 e m i t t i e r t würde. 7 Merkwürdigerweise ist ü b e r h a u p t keine G r u n d s t o f f a r t von der Masse 5 b e k a n n t . 8 Die Z e r t r ü m m e r u n g des Lithiums w u r d e von KARA-MICHAILOVA festgestellt, diejenige des Kohlenstoffs von PETTERSSON, diejenige des Sauerstoffs von KIRSCH; die Z e r t r ü m m e r u n g der schwereren E l e m e n t e f a n d e n KIRSCH und PETTERSSON in gemeinsamen U n t e r s u c h u n g e n . Der wesentliche Unterschied zwischen der KIRSCH-PETTERSSONschen Methode u n d derjenigen der Cambridger Schule besteht darin, d a ß nach der ersteren Methode S e k u n d ä r s t r a h l e n b e o b a c h t e t werden, die u n t e r u n g e f ä h r 150° gegen die p r i m ä r e α - S t r a h l u n g e m i t t i e r t werden. 9 CHADWICK und CONSTABLE stellten sogar a c h t G r u p p e n fest.

Anmerkungen zum fünften Vortrag. 1

D a ß die radioaktiven Erscheinungen auf Vorgängen beruhen, die sich i n n e r h a l b der A t o m k e r n e abspielen, wurde natürlich erst n a c h der E n t d e c k u n g der kernigen A t o m s t r u k t u r klar. 2 In einem engen Z u s a m m e n h a n g m i t der Halbwertszeit s t e h t die s o g e n a n n t e Z e r f a l l s k o n s t a n t e ; sie ist das Verhältnis zwischen den pro S e k u n d e zerfallenden und den v o r h a n d e n e n A t o m e n der betreffenden S u b s t a n z . Die Zerfallskonstante ist gleich dem natürlichen L o g a r i t h m u s v o n 2, dividiert durch die Halbwertszeit. 3 SODDY u n d FAJANS stellten das Umwandlungsgesetz noch vor der E n t d e c k u n g der natürlichen Grundstoffreihe auf, weshalb sie s t a t t von O r d n u n g s z a h l e n v o n Gruppenzugehörigkeit innerhalb des periodischen S y s t e m s sprachen, 4

C U R I E u n d J O L I O T v e r f u h r e n s o , d a ß sie d i e V e r b i n d u n g B N ,

die

sich f ü r die chemischen U n t e r s u c h u n g e n gut eignete, nach erfolgter Bes t r a h l u n g z u s a m m e n mit Ä t z n a t r o n erhitzten. D a d u r c h bildete sich gasförmiges A m m o n i a k ( N H 3 ) , m i t dem z u s a m m e n auch etwaiger, aus Bor d u r c h K e r n u m w a n d l u n g e n t s t a n d e n e r r a d i o a k t i v e r Stickstoff entweichen m u ß t e . D a s Gas w u r d e mittels flüssiger L u f t zum Gefrieren g e b r a c h t , u n d es zeigte sich, d a ß es tatsächlich eine R a d i o a k t i v i t ä t von 14 Minuten H a l b w e r t s z e i t aufweist. Ebenso geht die A k t i v i t ä t auf ein mit HCl get r ä n k t e s B l a t t infolge der Bildung von Salmiak (NH 4 C1) über. 5 D a s b e s t r a h l t e A l u m i n i u m w u r d e in Salzsäure (HCl) gelöst; dabei wird Wasserstoffgas frei, m i t dem z u s a m m e n a u c h etwa beigemengte P h o s p h o r - A t o m e als P H 3 entweichen m ü ß t e n . T a t s ä c h l i c h ü b e r t r ä g t sich,

Anmerkungen.

Ill

wie die Experimente zeigten, die A k t i v i t ä t auf das Gas mit der ermittelten Halbwertszeit, während sich der R ü c k s t a n d als inaktiv erweist. Wird das Aluminium s t a t t in Salszäure in Königswasser aufgelöst, welches Phosphor oxydiert und d a h e r am Entweichen verhindert, so ist wiederum das Gas inaktiv usw. 6 Die Aktivierung d ü r f t e das Lithium-Isotop von der Masse 6 betreffen. 7 Es d ü r f t e sich dabei um das Isotop K 4 1 handeln. 8 Derartige Umwandlungsverzweigungen sind von natürlichen Radioelementen her wohl b e k a n n t . 9 HAFSTAD und TUVE fanden, daß bei der Beschießung von Kohlenstoff mit Protonen, denen jede Beimengung von Deutonen fehlte, k ü n s t liche R a d i o a k t i v i t ä t ü b e r h a u p t nicht a u f t r i t t ! 10 Bei der Beschießung von Kohlenstoff mit D e u t o n e n scheint es zu einer verzweigten U m w a n d l u n g zu kommen. U n t e r je zehn A t o m e n von C 12 verwandeln sich etwa neun vermutlich direkt in C 13 (unter Einf a n g u n g eines Deutons und Abgabe eines Protons), eines hingegen in den radioaktiven Stickstoff N ' 3 unter Einfangung eines Deutons u n d Abgabe eines Neutrons. 11 FERMI und seine Mitarbeiter gründeten ihre V e r m u t u n g vor allem auf die Tatsache, daß das Radioelement von der Halbwertszeit von 13 min stets mit Mangan und R h e n i u m ausfällt, v. GROSSE zeigte, d a ß dies aber auch f ü r das 91. Element, P r o t a c t i n i u m zutrifft, und v e r m u t e t daher in dem Element von der genannten Halbwertszeit ein Isotop der Ordnungszahl 91.

Übersicht über die wichtigste Literatur. I. V o r t r a g . E. G. STEINKE, Die kosmische Ultrastrahlung in „Ergebnissen der exakten Naturwissenschaften", 13, 1934, Verlag Springer, Berlin C. D . A N D E R S O N , R . A . M I L L I K A N , S. N E D D E R M E Y E R , W . P I C K E R I N G ,

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tronen, Positronen in „Ergebnissen der exakten Naturwissenschaften", 13, 1934, Verlag Springer, Berlin L. M E I T N E R u n d K- P H I L I P P , N a t u r w i s s . 21, 1933, 268, 4 6 8

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1034

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und

Lord RUTHERFORD, Nature

1934, 413; Proc. Roy. Soc. London (A) 144, 1934, 692

133,

113

Übersicht über die wichtigste Literatur.

III. Vortrag. J . D . C O C K C R O F T u n d Ε . T . S. W A L T O N , P r o c . R o y . S o c . L o n d o n 1 3 6 , 1932, 619; 1 3 7 , 1932, 229; 1 4 4 , 1934, 704

(A)

Lord RUTHERFORD und M. L. OLIPHANT, Proc. Roy. Soc. London (A) 141, 1933, 259 Ε . O. L A W R E N C E u n d M . S. L I V I N G S T O N , P h y s . R e v . 40, 1932, 19;

45,

1934, 220, 608 Η . B E C K E R u n d W . B O T H E , Z e i t s c h r . f. P h y s .

66, 1930, 2 8 9 ; 76,

1932,

421 1. CURIE und F. JOLIOT, Compt. rend. Acad. Sei. Paris 194, 1932, 273, 708, 876

J . CHADWICK, Proc. Roy. Soc. London (A) 136, 1932, 692 N. FEATHER, Proc. Roy. Soc. London (A) 136, 1932, 709; 141, 1933, 194; 1 4 2 , 1933, 689 W.

D.

HARKINS,

D.

M.

GANS

und

H. W.

NEWSON,

P h y s . R e v . 43,

1933, 208, 362, 584, 1055; 44, 1933, 236, 529, 945 T h . SEXL, Bericht über die Fragen der Kernphysik, Physik. Zeitschr. 35, 1934, 119 E . G U T H u n d T h . S E X L , P h y s . Z e i t s c h r . 32, 1 9 3 1 , 9 4 1

N. F. MOTT, Wellenmechanik und Kernphysik in H a n d b u c h der Physik, herausgegeben von GEIGER-SCHEEL, Bd. 24, 2. Aufl., 1933, 785

IV. Vortrag. Κ- K- DARROW, Contemporary Advances in Physics, The Nucleus, in Bell System Technical J o u r n a l Bde. 12—14 P. I. DEE und Ε. Τ. S. WALTON, Proc. Roy. Soc. London (A) 141, 1933, 733 F. KIRCHNER, Physik. Zeitschr. 33, 1932, 777 Μ . C. H E N D E R S O N , P h y s . R e v . 4 3 , 1 9 3 3 , 9 8 M . L . O L I P H A N T , E . S. S H I R E u n d Β . Μ .

CROWTHER,

Proc.

Roy.

Soc. London 146, 1934, 922 W.

B L E A K N E Y , G. P . H A R N W E L L , W . W . LOZIER, P . T . SMITH u n d Η . D . S M Y T H , P h y s . R e v . 4 6 , 1 9 3 4 , 81 G . P . H A R N W E L L , Η . D . SMYTH u n d W . D . U R R Y , P h y s . R e v . 46, 1934,

437 J . CHADWICK u n d Μ. G O L D H A B E R , N a t u r e 134, 1934, 2 3 7

H . P O S E , Physik. Zeitschr. 35, 1934, 633 E. KARA-MICHAILOVA,

W i e n . B e r . 143, 1934, 1

V. Vortrag. I. CURIE und F. JOLIOT, Compt. rend. Acad. Sei. Paris 198, 1934, 254 E . D . E L L I S u n d W . J . H E N D E R S O N , N a t u r e 133, 1 9 3 4 , 5 3 0 Ο . R . F R I S C H , N a t u r e 133, 1934, 721 HAAS, Die Umwandlungen der chemischen Elemente.

8

114

Übersicht über die wichtigste L i t e r a t u r .

L . M E I T N E R und K . P H I L I P P , Z e i t s c h r . f. P h y s . 22, 1934, 4 2 0 M . Z Y W , N a t u r e 134, 1934, 6 4 Ε . D . E L L I S und W . J . H E N D E R S O N , N a t u r e 133, 1 9 3 4 , 5 3 0 I. D . COCKCROFT, C. W . G I L B E R T u n d E . T . S . W A L T O N , N a t u r e 133, 1 9 3 4 , 328 Η . R . CRANE und C. C. L A U R I T S E N , P h y s . R e v . 4 5 , 1 9 3 4 , 4 9 7 Μ . C. H E N D E R S O N , Μ. S . LIVINGSTON und Ε . Ο. LAWRENCE, P h y s . R e v . 45, 1934, 428 Ε . F E R M I , Ε . AMALDI, Ο. D'AGOSTINO, F . R A S E T T I , Ε . SEGRÖ, R i c e r c a scientifica 5 (1), 1934, 4 5 2 R . FLEISCHMANN, Naturwiss. 22, 1 9 3 4 , 4 3 4 I. C U R I E , F . J O L I O T u n d P . P R E I S W E R K , C o m p t . rend. A c a d . Sei. P a r i s 198, 1934, 2 0 8 9 A . V . G R O S S E , und M. A G R U S S , P h y s . R e v . 4 6 , 1 9 3 4 , 2 4 1 .

Namenverzeichnis. D'AGOSTINO 97 A M A L D I 97 ANDERSON 10 ff., 16, 18, 97, 106 A S T O N 27, 29, 35, 43, 108 B A I N B R I D G E 28—30, 35, 39, 107, 108 B A R K L A 107 BECKER 58, 87, 88 B I R G E 37, 38 B L A C K E T T 11—13, 50, 85, 109 B L E A K N E Y 39, 80, 107 BOHR 65 BOTHE 58, 87, 88 B R I C K W E D D E 38 DE BROGLIE L . 108 BRÖNSTED 108 CHADWICK 41, 59, 60, 77, 82, 85, 86, 108—110 COCKCROFT 53, 67—70, 96 CONSTABLE 110 CRANE 58, 96 CROWTHER 72 C U R I E I., 16, 17, 59—61, 90—94, 98,

110 DEE 78 DEMPSTER 107 D I R A C 14 ff., 109 DÖPEL 70 D U N N I N G 64 EINSTEIN 4 E L L I S 93, 96

FAJANS 90 F A R A D A Y 44 F E A T H E R 61 FERMI 62, 97 ff. FLEISCHMANN 98 FRISCH 94 GAMOW 53 GANS 62 GEHRCKE 107 GEHRTSEN 109 G I A U Q U E 37 G I L B E R T 96 GOLDHABER 82 GOLDSTEIN 107 GOUDSMIT 65, 66 G R A Y 20 G R I N B E R G 16 GROSSE 103 H A F S T A D 111 H A R K I N S 61, 108 HARMSEN 33 H A R N W E L L 81 H A R T E C K 39, 78 HENDERSON 70, 93, 96 H E R T Z G. 33 HESS 106 H E V E S Y 108 JOHNSTON 37 JOLIOT 16, 17, 20, 59—61, 90 98, 110 K A R A - M I C H A I L O V A 87, 110 K I N G 37 8*

Namenverzeichnis.

116 K I R C H N E R 68, 69, 7 4 KIRSCH 8 4 — 8 6 , 110 K O L H Ö R S T E R 106

RAMSAY 2 2 RASETTI 97 R E I C H E N H E I M 107 RICHARDSON 108 ROWLAND 106 ROYDS 4 8 RUTHERFORD 22, 39, 40, 48, 54, 70, 78, 8 4 — 8 6

L A D E N B U R G 81 LANTSBERRY 84 L A U E 107 LAURITSEN 58, 96 LAWRENCE 55, 81, 96 LENARD 105 LEWIS 39, 71, 8 3 LIVINGSTON 71, 8 3 , 9 6 LOSCHMIDT 4 4 LOZIER 39, 8 0 LUKANOW 3 6 , 3 7

SAMSON 81 SCHÜTZE 3 6 , 3 7 S E G R £ 97 S E X L 109 SIEGBAHN 2 3 SHIRE 72 S K O B E L Z Y N 12 SMITH 3 9 , 8 0 SMYTH 8 0 , 81 SMYTH Ε 28, 3 3 SODDY 2 2 , 26, 9 0 SOLTAN 5 8

MARSDEN 5 0 , 8 4 MATTAUCH 2 8 , 3 5 M E I T N E R 16, 18, 9 4 , 9 5 MENDELEJEFF 24 MENZEL 3 8 M E Y E R L. 2 4 MILLIKAN 1 0 6 M O S E L E Y 2 2 ff., 107 ΜΟΤΤ 6 6 MURPHY 38 N E D D E R M E Y E R 13, 16, 18, 9 7 NEWSON 6 2 OCCHIALINI 1 1 — 1 3 OLIPHANT 3 3 , 39, 5 4 , 7 0 ,

78

Ι

TARRANT T A T E 107 THIBAUD THOMSON THOMSON T U V E 111

20 2 0 , 21 G. Ρ . 107 J . J . 27

UHLENBECK 65, U R E Y 38, 3 9 U R R Y 81

66

VAN DEN B R O E K 41 PANETΗ 8 0 P A U L I 15, 2 4 , 6 5 PETTERSSON 8 4 — 8 6 , P H I L I P P 16, 18, 9 5 PLANCK 4, 106 POSE 86 P R E I S W E R K 98 PROUT 2 6 .

110

WALTON 5 3 , 6 7 — 7 1 , WASHBURN 39 WIEN 54 WILSON C. T . R . 6 ZEEMAN ZYW 94

107

96

50,

Sachverzeichnis. Actiniumreihe 93 Alphastrahlen 47 ff. —, künstliche 58 Alphateilchen 47 ff. Aluminium, A k t i v i e r u n g 91—95 •—, Z e r t r ü m m e r u n g 86 Anodenstrahlen 27 A n t i n e u t r i n o 109 A t o m k e r n e 40 B a n d e n s p e k t r e n 37 Berylliumstrahlung 5, 17, 77 Bor, Z e r t r ü m m e r u n g 74—77 COMPTON-Effekt 19 Curie ( E i n h e i t ) 107 Dematerialisation 20 D e u t e r i u m 43 D e u t o n e n s t r a h l e n 91 Deutonen, Zerfall 83 Eigenenergie 2, 70 Eisenstrahlung 98 Elektrizität, E r h a l t u n g 7 Elektron, Masse 43 —, negatives 3 —, positives 6 ff. Elektron-Volt 3 E m a n a t i o n 22 Energieerhaltung 65 E r g 3, 105 Gamma-Strahlen 5 Gas-Ionen 7

G a u ß ( E i n h e i t ) 106 Grundstoffreihe 23 ff. Halbwertzeit 90 H - S t r a h l e n 50 Helium, Bildung 22 Helium-Nebenisotop 72, 73, 80 ff. Heliumkerne 47—49 Impuls, E r h a l t u n g 19 Isobarie 30, 33 Isotopen 26 ff., 31, 32, 33 Kalorie 105 K a n a l s t r a h l e n 27 K e r n - G a m m a s t r a h l u n g 87 Kernisomerie 43 K e r n l a d u n g s z a h l 41 Kernresonanz 87 Kohlenstoff, Isotopie 37 Kondensationskerne 7 K o n v e k t i o n s s t r o m 106 Kosmische S t r a h l u n g 10 ff., 106 Lichtgeschwindigkeit 105 L i c h t q u a n t e n 4, 105 L i t h i u m , Isotope 33 —, Z e r t r ü m m e r u n g 64—74 LoscHMiDTsche Zahl 44 Masse, Veränderlichkeit 19 Massenspektrograph 29 Massenspektroskopie 27 ff. Materialisation 17 ff. Millicurie 21

118 Neon-Isotope 27, 3 3 — 3 5 Neutrino 64, 65, 108, 109 Neutronen 5 8 ff. — , Gewicht 8 2 Neutronenquelle 97 Ordnungszahlen 22 Packungsanteil 108 Periodisches S y s t e m 24 Photonen 4, 108, 109 Polonium 106 Poloniumstrahlung 5 Positron 11 ff. Positronenquelle 2 0 P r o t o n 10 ff. — , negatives 6 5 Protonenstrahlen 5 0 ff., 96 Quantenmechanik 15 R a d i o a k t i v i t ä t 8 9 ff. Radiophosphor 9 4 Radiostickstoff 9 4

Sachverzeichnis. | Reichweite 8 ! Resonanzeffekt (Aluminium) 87 Röntgenspektroskopie 22, 107 Sauerstoff, Isotope 37 Schauer 12 ff. Seltene Erden 26, 4 2 Spin 6 6 Stickstoff, Isotopie 37 j — , Zertrümmerung 8 4 1 Stoßionisation 63 Szintillationen 4 7 Thoriumreihe 9 0 Transuran 103 Umwandlungsreihen i Uranreihe 9 0

90—93

]

Ι Wasserstoffkerne 5 0 ff. ' Wasserstoff, schwerer 37 ff., I WiLSON-Kammer 9 ! Wirkungsquantum 4

78—

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