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Title: Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen - von Marie Curie, übersetzt und mit Litteratur-Ergänzungen - versehen von W. Kaufmann
Author: Curie, Marie
Language: German
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Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen
Marie Curie
(übersetzt von W. Kaufmann)
Dritte unveränderte Auflage
1904
Braunschweig
Friedrich Vieweg und Sohn
Einleitung.
-----------
Die vorliegende Arbeit bezweckt, eine Übersicht über die Untersuchungen
an radioaktiven Substanzen zu geben, die ich seit mehr als vier Jahren
ausführe. Der Ausgangspunkt war eine Untersuchung der von Herrn
Becquerel entdeckten Uranstrahlen. Die Resultate, zu welchen diese
Arbeit mich führte, schienen eine so interessante Perspektive zu
eröffnen, daß Herr Curie, unter Aufgabe seiner eigenen Arbeiten, sich
mit mir vereinigte und wir gemeinsam auf das Ziel hinarbeiteten, die
neuen radioaktiven Substanzen zu extrahiren und näher zu erforschen.
Von Anfang unserer Untersuchungen an hielten wir uns für verpflichtet,
Proben der von uns entdeckten und hergestellten Substanzen an einige
Physiker zu verleihen, vor allen Dingen an Herrn Becquerel, den
Entdecker der Uranstrahlen. So haben wir selbst die Untersuchungen
andrer über die radioaktiven Substanzen erleichtert. Bald nach unsren
ersten Veröffentlichungen befaßte sich auch Herr Giesel in Deutschland
mit der Herstellung dieser Substanzen und verlieh ebenfalls Proben davon
an mehrere deutsche Physiker. Später wurden die Substanzen in
Deutschland und Frankreich in den Handel gebracht und die immer mehr
zunehmende Wichtigkeit des Gegenstandes wurde die Veranlassung zu einer
wissenschaftlichen Bewegung, so daß zahlreiche Arbeiten über die
radioaktiven Körper erschienen sind und noch fortwährend erscheinen, vor
allem im Ausland. Die verschiedenen französischen und ausländischen
Arbeiten führen natürlich zum Teil zu gleichen Resultaten, wie bei jedem
neuen und in Bildung begriffenen Wissenszweig. Das Aussehen der Frage
ändert sich sozusagen von Tag zu Tag.
Vom chemischen Standpunkt aus ist jedoch ein Punkt definitiv gesichert:
Die Existenz eines neuen stark radioaktiven Elements, des Radiums. Die
Herstellung des reinen Radiumchlorids und die Bestimmung des
Atomgewichts des Radiums bilden den wichtigsten Teil meiner persönlichen
Mitarbeit. Diese Arbeit fügt nicht nur den bisher bekannten einfachen
Körpern mit Sicherheit einen neuen von sehr merkwürdigen Eigenschaften
hinzu, sondern enthält auch die Darlegung und Rechtfertigung einer neuen
Methode chemischer Untersuchungen. Diese auf der Radioaktivität, als
einer dem Atom anhaftenden Eigenschaft, beruhende Methode ist es, die
uns, Herrn Curie und mir, die Entdeckung des Radiums ermöglichte.
Während vom chemischen Standpunkte aus die ursprünglich gestellte Frage
als gelöst betrachtet werden kann, ist die Untersuchung der
physikalischen Eigenschaften der radioaktiven Substanzen in voller
Entwicklung begriffen. Gewisse wichtige Punkte stehen zwar bereits fest,
aber eine große Anzahl von Schlüssen ist noch provisorischer Natur. Dies
ist durchaus erklärlich, wenn man die Komplicirtheit der mit der
Radioaktivität zusammenhängenden Phänomene und die Unterschiede zwischen
den verschiedenen radioaktiven Substanzen bedenkt. Die Untersuchungen
verschiedener Physiker, die sich mit diesen Substanzen beschäftigen,
begegnen und durchkreuzen sich fortwährend. Wenn ich auch versuchen
werde, mich auf das eigentliche Ziel meiner Arbeit zu beschränken und
vor allem meine eigenen Untersuchungen darzulegen, so muß ich doch
gleichzeitig die Resultate andrer Arbeiten mitteilen, deren Kenntniß
unerläßlich ist.
Außerdem hatte ich den Wunsch, diese Arbeit zu einer Übersicht des
gegenwärtigen Standes der Frage zu gestalten.
Die Ausführung dieser Untersuchungen geschah in dem Laboratorium der
»École de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris«, mit
Erlaubniß von Herrn Schützenberger, dem leider verstorbenen Direktor
dieser Schule, und von Herrn Lauth, dem gegenwärtigen Direktor. Für die
wohlwollende Gastfreundschaft, die ich an dieser Anstalt genossen habe,
spreche ich hierdurch meinen besten Dank aus.
Historische Übersicht.
----------------------
Die Entdeckung der Erscheinung der Radioaktivität steht in engem
Zusammenhang mit den an die Entdeckung der Röntgenstrahlen sich
anschließenden Untersuchungen über die photographischen Wirkungen der
phosphorescirenden und fluorescirenden Substanzen.
Die ersten Röntgenröhren besaßen keine metallische Antikathode; die
Quelle der Röntgenstrahlen befand sich auf der von den Kathodenstrahlen
getroffenen Glaswand; gleichzeitig geriet diese Glaswand in den Zustand
lebhafter Fluorescenz. Man konnte sich damals fragen, ob die Emission
der Röntgenstrahlen nicht eine notwendige Begleiterscheinung der
Fluorescenz wäre, unabhängig von der Ursache der letzteren. Diese Idee
ist zuerst von Herrn H. Poincaré[1] ausgesprochen worden. Kurze Zeit
darauf kündigte Herr Henry[2] an, daß er mit phosphorescirendem
Zinksulfid photographische Wirkungen durch schwarzes Papier hindurch
erhalten habe. Herr Niewenglowski[3] erhielt dieselbe Erscheinung mit
belichtetem Calciumsulfid. Endlich erhielt Herr Troost[4] kräftige
photographische Wirkungen mit künstlich hergestellter,
phosphorescirender, hexagonaler Blende und zwar durch schwarzes Papier
und dicken Carton hindurch.
Die soeben citirten Experimente konnten trotz zahlreicher darauf
gerichteter Bemühungen nicht wiederholt werden. Man kann also durchaus
noch nicht als ausgemacht ansehen, daß das Zinksulfid und Calciumsulfid
die Eigenschaft haben, unter der Einwirkung des Lichts unsichtbare
Strahlen auszusenden, die schwarzes Papier durchdringen und auf die
photographische Platte wirken.
Herr Becquerel[5-10] machte ähnliche Versuche mit Uransalzen, von denen
einige fluorescirend sind. Er erhielt starke photographische Wirkungen
mit Urankaliumsulfat durch schwarzes Papier hindurch.
Becquerel glaubte zuerst, daß das fluorescirende Salz sich ähnlich
verhalte wie das Zink- und Calciumsulfid in den Versuchen von Henry,
Niewenglowski und Troost. Aber die weiteren Versuche zeigten, daß das
beobachtete Phänomen mit der Fluorescenz nichts zu tun hatte. Das Salz
braucht durchaus nicht belichtet zu sein; ferner wirken das Uran und
alle seine Verbindungen, ob fluorescirend oder nicht, in gleicher Weise,
und das metallische Uran am allerstärksten. Becquerel fand sodann, daß
die Uranverbindungen, auch wenn man sie in vollkommener Dunkelheit
aufbewahrt, jahrelang fortfahren, auf die photographische Platte durch
schwarzes Papier hindurch zu wirken. Er nahm an, daß das Uran und seine
Verbindungen besondere Strahlen aussenden: Die Uranstrahlen. Er stellte
fest, daß diese Strahlen durch dünne Metallschirme hindurchgehen und
elektrisirte Körper entladen. Er machte ferner Versuche, aus denen er
schloß, daß die Uranstrahlen reflektirt, gebrochen und polarisirt werden
können.
Die Arbeiten anderer Physiker (Elster und Geitel, Lord Kelvin, Schmidt,
Rutherford, Beattie und Smoluchowski) haben die Resultate Becquerels
bestätigt und erweitert, abgesehen von der Reflexion, der Brechung und
Polarisation der Uranstrahlen, die sich in dieser Beziehung wie die
Röntgenstrahlen verhalten; eine Tatsache, die zuerst von Rutherford und
später von Becquerel selbst erkannt wurde.
Erstes Kapitel. Radioaktivität des Uraniums und Thoriums. Radioaktive
Mineralien.
=================================================================================
a) Becquerelstrahlen.
---------------------
Die von Herrn Becquerel entdeckten Uranstrahlen wirken auf gegen Licht
geschützte photographische Platten; sie können alle festen, flüssigen
und gasförmigen Körper durchdringen, vorausgesetzt, daß ihre Dicke
genügend gering ist; die durchstrahlten Gase machen sie zu schwachen
Leitern der Elektrizität[5-10].
Diese Eigenschaften der Uranverbindungen entspringen keiner bekannten
erregenden Ursache. Die Strahlung scheint selbsttätig zu sein, ihre
Intensität nimmt durchaus nicht ab, wenn man die Uranverbindungen
jahrelang in völliger Dunkelheit aufbewahrt; es handelt sich also nicht
etwa um eine besondere vom Licht verursachte Phosphorescenz. Die
Selbständigkeit und Konstanz der Uranstrahlen stellen eine ganz
außergewöhnliche physikalische Erscheinung dar. Herr Becquerel[11] hat
jahrelang ein Stück Uran in der Dunkelheit aufbewahrt und festgestellt,
daß die Wirkung auf die photographische Platte am Schlusse dieser Zeit
nicht merklich verändert war. Die Herren Elster und Geitel[12] haben
einen ähnlichen Versuch gemacht und in gleicher Weise die Konstanz der
Wirkung gefunden.
Ich habe die Intensität der Uranstrahlen mittels der Leitfähigkeit der
Luft gemessen. Die Methode der Messungen wird weiter unten auseinander
gesetzt werden. Die erhaltenen Zahlen beweisen die Konstanz der
Strahlung innerhalb der Genauigkeitsgrenzen der Versuche, d. h. auf 2
bis 3 Proz.[13]
Zu diesen Messungen wurde eine Metallplatte benutzt, die mit einer
Schicht von Uranpulver bedeckt war. Die Platte wurde nicht in der
Dunkelheit aufbewahrt, da dies nach den oben angeführten Beobachtungen
ohne Einfluß ist. Die Zahl der mit dieser Platte ausgeführten
Beobachtungen ist sehr groß und erstreckt sich gegenwärtig auf einen
Zeitraum von fünf Jahren.
Ferner untersuchte ich, ob auch irgend welche andre Substanzen sich
ebenso wie die Uranverbindungen verhalten. Herr Schmidt[14]
veröffentlichte zuerst, daß das Thor und seine Verbindungen die gleiche
Eigenschaft haben; eine analoge und gleichzeitige Arbeit von mir ergab
dasselbe Resultat. Ich[15] habe diese Arbeit publicirt, noch bevor ich
Kenntniß von der Schmidtschen Veröffentlichung hatte.
Das Uran, das Thor und ihre Verbindungen emittiren also
Becquerelstrahlen. Ich habe die Substanzen, die eine derartige Strahlung
aussenden, radioaktiv genannt[16], ein Name, der seitdem allgemein
angenommen worden ist.
Durch ihre photographischen und elektrischen Wirkungen sind die
Becquerelstrahlen den Röntgenstrahlen verwandt; sie haben auch, wie die
letzteren, die Fähigkeit, alle Körper zu durchdringen, aber ihr
Durchdringungsvermögen ist außerordentlich verschieden; die Uran- und
Thorstrahlen werden von Millimetern eines festen Körpers aufgehalten und
können sich in Luft nicht weiter als auf einige Centimeter fortpflanzen;
wenigstens gilt dies für den größten Teil der Strahlung.
Die Arbeiten verschiedener Physiker, vor allem diejenigen von Herrn
Rutherford[17], haben gezeigt, daß die Becquerelstrahlen einer regulären
Reflexion, Brechung oder Polarisation nicht fähig sind.
Das schwache Durchdringungsvermögen der Uran- und Thorstrahlen konnte
dazu führen, sie eher mit den sekundären Röntgenstrahlen, die von
Sagnac[18-21] näher untersucht sind, als mit den Röntgenstrahlen selbst
zu vergleichen. Andrerseits kann man versuchen, die Becquerelstrahlen
den in Luft sich fortpflanzenden Kathodenstrahlen (Lenardstrahlen) zur
Seite zu stellen. Man weiß heute, daß diese verschiedenen Vergleiche
alle ihre Berechtigung haben.
b) Messung der Strahlungsintensität.
------------------------------------
[Fig. 1]
Die benutzte Methode besteht in der Messung der Leitfähigkeit der Luft
unter der Einwirkung der radioaktiven Substanzen. Diese Methode hat den
Vorteil, schnell zu sein und vergleichbare Zahlen zu liefern. Der
benutzte Apparat besteht im wesentlichen aus einem Plattenkondensator AB
(Fig. 1). Die fein pulverisirte aktive Substanz ist auf der Platte B
ausgebreitet und macht die Luft zwischen den Platten leitend. Um diese
Leitfähigkeit zu messen, bringt man die Platte B auf ein hohes
Potential, indem man sie mit dem einen Pol einer kleinen
Akkumulatorenbatterie P verbindet, deren andrer Pol an Erde liegt. Da
die Platte A durch den Draht GD an Erde gelegt ist, so entsteht ein
elektrischer Strom zwischen den Platten. Das Potential der Platte A wird
durch ein Elektrometer E gemessen. Unterbricht man in C die Verbindung
mit der Erde, so ladet sich die Platte A und die Ladung bewirkt eine
Ablenkung des Elektrometers. Die Geschwindigkeit der Ablenkung ist
proportional der Stromintensität und kann zu ihrer Messung dienen.
Es ist jedoch vorzuziehen, bei Ausführung der Messung die Ladung der
Platte A zu kompensiren, so daß man das Elektrometer auf Null erhält.
Die hier in Frage kommenden Ladungen sind außerordentlich schwach, sie
können mit Hülfe eines piezoelektrischen Quarzes Q kompensirt werden,
dessen eine Belegung mit A, die andre mit der Erde verbunden ist. Man
unterwirft die Quarzplatte einer Zugkraft von bekannter
Größe durch Aufsetzen von Gewichten auf eine Schale H: diese Zugkraft
wird allmählich hervorgebracht und bewirkt eine allmähliche Entwicklung
einer bekannten Elektrizitätsmenge während der Dauer der Messung. Der
Vorgang kann derart regulirt werden, daß in jedem Augenblick eine
Kompensation stattfindet zwischen der den Kondensator durchfließenden
und der entgegengesetzten vom Quarz herrührenden Elektrizitätsmenge.[^1]
Man kann so in absolutem Maße die während einer gegebenen Zeit den
Kondensator durchfließende Elektrizitätsmenge, d. h. die
Stromintensität, messen. Die Messung ist unabhängig von der
Empfindlichkeit des Elektrometers.
Wenn man eine gewisse Anzahl derartiger Messungen ausführt, so sieht
man, daß die Radioaktivität ein ziemlich genau meßbares Phänomen ist.
Sie variirt wenig mit der Temperatur und wird kaum von den Schwankungen
der Zimmertemperatur beeinflußt; auch eine Belichtung der aktiven
Substanz ist ohne Einfluß. Die Stromintensität zwischen den
Kondensatorplatten wächst mit deren Oberfläche; für einen gegebenen
Kondensator und gegebene Substanz wächst der Strom mit der
Potentialdifferenz zwischen den Platten, mit dem Druck des Gases, das
den Kondensator erfüllt, und mit dem Abstand der Platten (vorausgesetzt,
daß dieser Abstand nicht gar zu groß im Verhältniß zum Durchmesser ist).
Jedoch strebt der Strom für sehr hohe Potentialdifferenz einem praktisch
konstanten Grenzwert zu. Dies ist der Sättigungs- oder Grenzstrom.
Ferner variirt von einem gewissen ziemlich großen Abstand der Platten ab
der Strom kaum mehr mit dem Abstand. Der unter diesen Bedingungen
erhaltene Strom ist es, der bei meinen Untersuchungen als Maß der
Radioaktivität genommen wurde, wenn sich der Kondensator in Luft von
Atmosphärendruck befand.
Ich gebe als Beispiel einige Kurven, die die Stromstärke als Funktion
des mittleren Feldes zwischen den Platten für zwei verschiedene
Plattenabstände darstellen. Platte B war mit einer sehr dünnen Schicht
pulverisirten Uranmetalls bedeckt; die mit dem Elektrometer verbundene
Platte A war mit einem Schutzring versehen.
[Fig. 2]
Fig. 2 zeigt, daß die Stromintensität für starke Potentialdifferenzen
zwischen den Platten konstant wird. Fig. 3 stellt dieselbe Kurve in
einem anderen Maßstabe dar und enthält bloß die Resultate für schwache
Potentialdifferenzen; der Quotient aus Stromstärke und
Potentialdifferenz ist für schwache Spannungen konstant und stellt die
Initialleitfähigkeit zwischen den Platten dar. Man kann also zwei
wichtige charakteristische Konstanten dieses Phänomens unterscheiden: 1.
Die Initialleitfähigkeit für schwache Potentialdifferenzen, 2. den
Grenzstrom für starke Potentialdifferenzen. Dieser Grenzstrom ist es,
der als Maß für die Radioaktivität angenommen wurde.
Außer der zwischen den Platten besonders hergestellten
Potentialdifferenz existirt zwischen ihnen noch eine Kontaktkraft, und
die Wirkungen dieser beiden Stromursachen addiren sich; infolgedessen
ändert sich der Absolutwert des Stromes mit dem Vorzeichen der äußeren
Potentialdifferenz. Jedoch ist für hohe Spannungen der Einfluß der
Kontaktkraft zu vernachlässigen und die Stromstärke unabhängig von dem
Vorzeichen des Feldes zwischen den Platten.
[Fig. 3]
Die Leitfähigkeit der Luft und andrer Gase unter der Einwirkung der
Becquerelstrahlen ist von mehreren Physikern studirt worden.[22-24] Eine
sehr vollständige Untersuchung des Gegenstandes veröffentlichte Herr
Rutherford.[17] Die Gesetze der in Gasen durch Becquerelstrahlen
hervorgerufenen Leitfähigkeit sind dieselben wie die bei
Röntgenstrahlung gefundenen. Der Mechanismus der Erscheinung scheint in
beiden Fällen derselbe zu sein. Die Theorie der Ionisation der Gase
unter der Wirkung der Röntgen- oder Becquerelstrahlung giebt sehr guten
Aufschluß über die beobachteten Tatsachen. Diese Theorie soll hier nicht
weiter erörtert werden; ich erinnere nur an die Resultate, zu denen sie
führt:
1. Die Zahl der pro Sekunde im Gase producirten Ionen wird proportional
gesetzt der im Gase absorbirten Strahlungsenergie.
2. Um den einer bestimmten Strahlung entsprechenden Grenzstrom zu
erhalten, muß man einerseits diese Strahlung vom Gase vollständig
absorbiren lassen, indem man einen genügend große absorbirende Masse
benutzt; andrerseits muß man zur Hervorbringung des Stromes alle
erzeugten Ionen benutzen, indem man ein so starkes Feld herstellt,
daß die Zahl der sich wieder vereinigenden Ionen nur einen
unwesentlichen Bruchteil der in derselben Zeit erzeugten Gesamtzahl
von Ionen beträgt, und diese fast vollständig von dem Strom zu den
Elektroden geführt werden. Das hierzu nötige elektrische Feld ist um
so höher, je stärker die Ionisation.
Nach neueren Untersuchungen von Herrn Townsend[25] ist das Phänomen bei
schwachem Gasdruck komplicirter. Der Strom scheint zuerst bei wachsender
Potentialdifferenz einem konstanten Grenzwert zuzustreben, aber von
einer gewissen Potentialdifferenz an beginnt der Strom wieder mit dem
Felde zu wachsen und zwar äußerst schnell. Herr Townsend nimmt an, daß
dieses Anwachsen von einer neuen Ionisation herrührt, die von den Ionen
selbst erzeugt wird, wenn sie unter der Einwirkung des elektrischen
Feldes eine genügend große Geschwindigkeit annehmen, damit ein
Gasmolekül, wenn es von diesen Geschossen getroffen wird, zerbrochen und
in die Ionen, aus denen es besteht, zerteilt wird. Ein starkes
elektrisches Feld und schwacher Druck begünstigen diese Ionisation durch
die schon vorhandenen Ionen, und sobald dies eintritt, wächst die
Stromstärke dauernd mit dem mittleren Felde zwischen den Platten. Der
Grenzstrom kann also nur erhalten werden, wenn die ionisirende Ursache
einen gewissen Wert nicht überschreitet, so daß die Sättigung bereits
bei Feldern erreicht wird, bei denen die Ionisation durch Ionenstoß noch
nicht stattgefunden hat. Diese Bedingung ist bei meinen Versuchen
erfüllt.
Die Größenordnung des Sättigungsstromes, den man mit Uranverbindungen
erhält, beträgt etwa 10^{-11} Ampère für einen Kondensator, dessen
Platten 8 cm Durchmesser und 3 cm Abstand haben. Die Thoriumverbindungen
geben Ströme von derselben Größenordnung und die Aktivitäten der Oxyde
von Uran und Thor sind ganz analog.
c) Radioaktivität der Uran- und Thorverbindungen.
-------------------------------------------------
Es folgen zunächst einige Zahlen, die ich mit verschiedenen
Uranverbindungen erhalten habe; i bedeutet die Stromstärke in Ampère:
i⋅ 10^11
------------------------------------------ --------------
Metallisches Uran (etwas kohlehaltig) 2,3
Schwarzes Uranoxyd, U_2O_5 2,6
Grünes Uranoxyd, U_2O_4 1,8
Uransäurehydrat 0,6
Natriumuranat 1,2
Kaliumuranat 1,2
Ammoniumuranat 1,3
Uranosulfat 0,7
Urankaliumsulfat 0,7
Uranylnitrat 0,7
Urankupferphosphat 0,9
Uranylsulfat 1,2
Die Dicke der angewandten Schicht von Uranverbindungen hat wenig
Einfluß, vorausgesetzt, daß die Schicht zusammenhängend ist. Einige
Versuche hierüber ergaben:
Schichtdicke (mm) i⋅10^11
---------------- ------------------- -------------
Uranoxyd 0,5 2,7
„ 3,0 3,0
Ammoniumuranat 0,5 1,3
„ 3,0 3,0
Man kann hieraus schließen, daß die Absorption der Uranstrahlen durch
die emittirende Substanz sehr stark ist, da die aus tieferen Schichten
kommenden Strahlen keinen merklichen Effekt
hervorbringen.
Aus den Zahlen, die ich[15] mit Thorverbindungen erhalten habe, ergab
sich folgendes:
1. Die Dicke der angewandten Schicht ist von beträchtlichem Einfluß,
besonders beim Oxyd.
2. Das Phänomen ist nur dann regelmäßig, wenn man eine sehr dünne
aktive Schicht benutzt (z. B. 0,25 mm). Wenn man dagegen eine dicke
Schicht (6 mm) benutzt, so erhält man zwischen weiten Grenzen
schwankende Zahlen, besonders im Falle des Oxyds:
Schichtdicke (mm) i⋅10^11
------------ ------------------- ---------------
Thoroxyd 0,25 2,2
„ 0,5 2,5
„ 2,5 4,7
„ 3,0 5,5 im Mittel
„ 6,0 5,5 „ „
Thorsulfat 0,25 0,8
Es ist hier also eine Ursache zu Unregelmäßigkeiten vorhanden, die bei
den Uranverbindungen nicht existirt. Die mit einer Oxydschicht von 6 mm
erhaltenen Zahlen variiren zwischen 3,7 und 7,3.
Die Untersuchungen, die ich über die Absorption der Uran- und
Thorstrahlen angestellt habe, ergaben, daß die Thorstrahlen ein größeres
Durchdringungsvermögen besitzen als die Uranstrahlen, und daß die vom
Thoroxyd in dicker Schicht emittirten Strahlen durchdringender sind als
diejenigen, die es in dünner Schicht emittirt. Es wurden z. B. folgende
Zahlen für den Bruchteil der Strahlung erhalten, den ein Aluminiumblatt
von 0,01 mm Dicke hindurchläßt:
-------------------------------------------------------
Strahlende Substanz Vom Aluminium
durchgelassener Bruchteil
der Strahlung
--------------------------- ---------------------------
Uran 0,18
Uranoxyd, 0,20
U_2O_5
Ammoniumuranat 0,20
Urankupfersulfat 0,21
Thoroxyd, 0,25 mm dick 0,38
Thoroxyd, 0,5 mm dick 0,47
Thoroxyd, 3,0 mm dick 0,70
Thoroxyd, 6,0 mm dick 0,70
Thorsulfat, 0,25 mm dick 0,38
-------------------------------------------------------
Bei den Uranverbindungen ist die Absorption dieselbe, welches auch immer
die benutzte Verbindung sei, woraus der Schluß zu ziehen ist, daß die
von den verschiedenen Verbindungen emittirten Strahlen von gleicher Art
sind.
Die Eigentümlichkeiten der Thorstrahlung sind bereits Gegenstand sehr
ausführlicher Untersuchungen gewesen. Herr Owens[26] hat gezeigt, daß
man einen konstanten Strom in einem geschlossenen Apparat erst nach
ziemlich langer Zeit erhält, und daß die Stromstärke sehr stark durch
die Wirkung eines Luftstroms reducirt wird (was bei den Uranverbindungen
nicht der Fall ist). Herr Rutherford[27] hat analoge Versuche gemacht
und sie dahin interpretirt, daß das Thor und seine Verbindungen nicht
bloß Becquerelstrahlen aussenden, sondern auch eine aus außerordentlich
feinen Partikeln bestehende Emanation, die einige Zeit lang nach ihrer
Emission radioaktiv bleibt und von einem Luftstrom mit fortbewegt werden
kann.
Die Eigentümlichkeiten der Thorstrahlung, die sich auf die Schichtdicke
und die Wirkung eines Luftstromes beziehen, sind eng verbunden mit der
Erscheinung der inducirten Radioaktivität und ihrer Fortpflanzung von
Schicht zu Schicht. Diese Erscheinung ist zuerst am Radium beobachtet
worden und soll weiter unten beschrieben werden.
Die Radioaktivität der Uran- und Thorverbindungen stellt eine
Eigenschaft der Atome dar. Herr Becquerel[10] beobachtete bereits, daß
alle Verbindungen des Urans aktiv sind, und schloß daraus, daß ihre
Aktivität durch die Gegenwart des Elements Uran bedingt sei; er zeigte
ferner, daß das Uran stärker aktiv ist als seine Salze. Ich habe von
diesem Gesichtspunkt aus die Uran- und Thorverbindungen untersucht und
eine große Anzahl von Messungen ihrer Aktivität unter verschiedenen
Bedingungen ausgeführt. Es folgt aus allen diesen Messungen, daß die
Radioaktivität dieser Substanzen tatsächlich eine Eigenschaft des Atoms
ist. Sie scheint hier eng verknüpft mit der Anwesenheit der Atome der
beiden betrachteten Elemente und wird weder durch Änderung des
physikalischen Zustandes, noch durch chemische Umwandlungen zerstört.
Die chemischen Verbindungen und Mischungen, welche Uran und Thor
enthalten, sind um so aktiver, je mehr sie von diesen Metallen
enthalten, indem jede unaktive Substanz einerseits als träge Beimengung
wirkt, andrerseits einen Teil der Strahlung absorbirt.
d) Ist die Radioaktivität der Atome eine allgemeine Erscheinung?
----------------------------------------------------------------
Wie bereits oben gesagt, habe ich danach gesucht, ob andre Substanzen
außer den Uran- und Thorverbindungen aktiv wären. Ich ging bei diesen
Untersuchungen von der Idee aus, daß es sehr wenig wahrscheinlich sei,
daß die Radioaktivität als Eigenschaft der Atome betrachtet, nur einer
bestimmten Art von Materie zukomme, unter Ausschluß aller übrigen. Die
Messungen, die ich gemacht habe, erlaubten den Schluß, daß für die
augenblicklich bekannten chemischen Elemente, incl. die allerseltensten
und unsichersten, die von mir studirten Verbindungen wenigstens 100mal
weniger aktiv in meinem Apparat wären als das metallische Uran. Von den
bekannteren Elementen habe ich verschiedene Verbindungen untersucht, von
den seltenen Körpern nur diejenigen Verbindungen, die ich mir gerade
verschaffen konnte. Folgendes ist die Liste der Substanzen, die ich als
Element oder in Verbindung untersucht habe:
1. Alle Metalle und Nichtmetalle, die leicht erhältlich sind, und
einige seltenere in ziemlich reinem Zustand aus der Sammlung von
Herrn Etard an der ȃcole de physique et de chimie industrielles de
la ville de Paris«.
2. Die folgenden seltenen Körper: Gallium, Germanium, Neodym,
Praseodym, Niobium, Skandium, Gadolinium, Erbium, Samarium und
Rubidium (von Herrn Demarçay geliehen); Yttrium, Ytterbium mit
Neoerbium (von Herrn Urbain geliehen).[^2]
3. Eine große Anzahl von Gesteinen und Mineralien.
Innerhalb der Empfindlichkeitsgrenze meines Apparates habe ich außer dem
Uran und Thor keinen einfachen Körper gefunden, dessen Atome radioaktiv
sind.[^3]
Ich muß hier jedoch einige Worte bezüglich des Phosphors einfügen.
Feuchter weißer Phosphor, zwischen die Kondensatorplatten gebracht,
macht die Luft zwischen den Platten leitend.[28] Gleichwohl betrachte
ich diesen Körper nicht als radioaktiv nach Art des Urans und Thors. Der
Phosphor oxydirt sich nämlich hierbei und sendet Licht aus, während die
Uran- und Thorverbindungen radioaktiv sind, ohne eine chemische Änderung
zu erfahren, die mit den bekannten Mitteln nachweisbar wäre. Ferner ist
der Phosphor weder in seiner roten Modifikation, noch in Verbindungen
aktiv.
In einer neuen Arbeit hat Herr Bloch[29] gezeigt, daß der Phosphor, wenn
er sich an der Luft oxydirt, Ionen erzeugt, die sehr schwach beweglich
sind, die Luft leitend machen und Kondensation des Wasserdampfes
hervorrufen.
Uran und Thor sind die beiden Elemente des größten Atomgewichts (240 und
232), man findet sie häufig in denselben Mineralien.
e) Radioaktive Mineralien.
--------------------------
Ich habe in meinem Apparat verschiedene Mineralien untersucht.[^4]
Mehrere davon zeigten sich aktiv, z. B. die Pechblende, der Chalkolit,
Autunit, Monazit, Thorit, Orangit, Fergusonit, Cleveit usw. Die folgende
Tabelle enthält die Intensität i des mit metallischem Uran und mit
verschiedenen Mineralien erhaltenen Stromes in Ampere:
i⋅ 10^11
----------------------------------- ---------------------
Uran 7,3
Pechblende aus Johanngeorgenstadt 8,3
Pechblende aus Joachimsthal 7,0
Pechblende aus Pzibram 6,5
Pechblende aus Cornwallis 1,6
Cleveit 1,4
Chalcolit 5,2
Autunit 2,7
Verschiedene Thorite 0,1 0,3 0,7 1,5 1,4
Orangit 2,0
Monazit 0,5
Xenotim 0,03
Äschynit 0,7
Fergusonit (zwei Proben) 0,4 0,1
Samarskit 1,1
Niobit (zwei Proben) 0,1 0,3
Tantalit 0,02
Carnotit 6,2
Carnotit ist ein neuerdings von Friedel und Cumenge entdecktes, aus
Uranvanadat bestehendes Mineral. Der mit Orangit (einem
Thoroxyd-haltigen Mineral) erhaltene Strom variirt stark mit der
angewandten Schichtdicke; vermehrte man diese Dicke von 0,25 bis 6 mm,
so wuchs der Strom von 1,8 auf 2,7.
Alle Mineralien, die sich radioaktiv zeigen, enthalten Uran oder Thor,
ihre Aktivität ist also nicht weiter erstaunlich, doch ist die
Intensität der Erscheinung bei gewissen Materialien unerwartet groß. So
findet man Pechblenden (uranoxydhaltiges Mineral), die viermal aktiver
sind als metallisches Uran. Chalkolit (krystallisirtes
Urankupferphosphat) ist zweimal aktiver als Uran. Autunit
(Urancalciumphosphat) ist ebenso aktiv wie Uran. Diese Tatsachen waren
in Widerspruch mit den früheren Betrachtungen, nach denen kein Mineral
stärker aktiv hätte sein dürfen als Uran oder Thor.
Um diesen Punkt aufzuklären, habe ich nach dem Debrayschen([30], p. 445)
Verfahren künstlichen Chalkolit hergestellt unter Benutzung reiner
Ausgangssubstanzen. Dieses Verfahren besteht in der Mischung einer
Lösung von Urannitrat mit einer Lösung von Kupferphosphat in
Phosphorsäure und Erhitzung auf 50 bis 60 Grad. Nach einiger Zeit bilden
sich die Chalkolitkrystalle in der Flüssigkeit.
Der so erhaltene Chalkolit besitzt eine durchaus normale, seiner
Zusammensetzung entsprechende Aktivität; sie ist 2,5 mal kleiner als die
des Urans.
Es wurde hiernach sehr wahrscheinlich, daß die Pechblende, der
Chalkolit, der Autunit ihre starke Aktivität einer kleinen Quantität
beigemengter stark aktiver Substanz verdanken, die verschieden ist vom
Uran, vom Thor und den überhaupt bekannten einfachen Körpern. Wenn sich
dies wirklich so verhielte, glaubte ich, hoffen zu dürfen, diese
Substanz mittels gewöhnlicher chemisch analytischer Verfahren aus dem
Mineral extrahiren zu können.
Zweites Kapitel. Die neuen radioaktiven Substanzen.
===================================================
a) Untersuchungsmethoden.
-------------------------
Die Resultate der Untersuchungen radioaktiver Mineralien, die im vorigen
Kapitel erörtert wurden, veranlaßten Herrn Curie und mich zu dem
Versuche, aus der Pechblende eine neue radioaktive Substanz zu
extrahiren. Als Untersuchungsmethode konnten wir uns nur der
Radioaktivität selbst bedienen, da wir kein andres Merkmal der
hypothetischen Substanz kannten. In folgender Weise kann man die
Radioaktivität für eine derartige Untersuchung benutzen: Man mißt die
Aktivität eines Produkts und führt dann mit ihm eine chemische Trennung
aus; man mißt die Aktivität aller hierbei erhaltenen Produkte und stellt
fest, ob die radioaktive Substanz völlig in einem davon geblieben ist,
oder ob sie sich in irgend einem Verhältnisse zwischen ihnen geteilt
hat. Auf diese Weise hat man ein Erkennungsmittel, das in mancher
Hinsicht mit der Spektralanalyse verglichen werden kann. Um
vergleichbare Zahlen zu erhalten, muß man die Aktivität der Substanzen
im festen und gut getrockneten Zustande untersuchen.
b) Polonium, Radium, Aktinium.
------------------------------
Die Analyse der Pechblende führte uns unter Anwendung der eben
erörterten Methode zu der Feststellung der Existenz zweier chemisch
verschiedener, stark aktiver Substanzen in diesem Mineral, des
Poloniums, das wir allein, und des Radiums, das wir zusammen mit Herrn
Bémont entdeckt haben.[15,31]
Das Polonium ist eine dem Wismut in chemisch analytischer Beziehung
verwandte Substanz und begleitet dieses bei den Trennungen. Man erhält
ein immer Polonium-reicheres Wismut durch eins der folgenden
Fraktionirungsverfahren:
1. Sublimation der Sulfide im Vakuum; das aktive Sulfid ist flüchtiger
als das des Wismuts.
2. Ausfällung der salpetersauren Lösung mit Wasser; das
niedergeschlagene Subnitrat ist viel aktiver als das gelöst
zurückbleibende Salz.
3. Ausfällung einer sehr stark sauren Chloridlösung mit
Schwefelwasserstoff. Die niedergeschlagenen Sulfide sind bedeutend
aktiver als das gelöst zurückbleibende Salz.
Das Radium ist eine Substanz, die das aus der Pechblende extrahirte
Baryum begleitet; es folgt dem Baryum in seinen Reaktionen und läßt sich
von ihm durch den Löslichkeitsunterschied der Chloride in Wasser,
alkoholhaltigem Wasser oder mit Salzsäure versetztem Wasser trennen. Wir
bewirkten die Trennung der Chloride von Baryum und Radium, indem wir ihr
Gemenge einer fraktionirten Krystallisation unterwarfen, wobei das
Radiumchlorid weniger löslich war als das Baryumchlorid.
Eine dritte stark radioaktive Substanz ist von Herrn Debierne[32,33] in
der Pechblende festgestellt und von ihm als Aktinium bezeichnet worden.
Das Aktinium begleitet gewisse in der Pechblende enthaltene Körper der
Eisengruppe. Es scheint hauptsächlich dem Thorium verwandt, von dem es
noch nicht getrennt werden konnte. Die Extraktion des Aktiniums aus der
Pechblende ist eine sehr heikle Arbeit; die Trennungen sind im
allgemeinen unvollständig.
Alle drei neuen radioaktiven Substanzen finden sich in der Pechblende
nur in ganz verschwindend kleiner Menge. Um sie in konzentrirtem
Zustande zu erhalten, mußten wir die Behandlung von mehreren Tonnen
Uranmineralrückständen unternehmen. Im Groben geschieht die Behandlung
in einer Fabrik; hierauf folgt ein umständliches Reinigungs- und
Koncentrirungsverfahren. So kommen wir dazu, aus den Tausenden von
Kilogrammen von Ausgangssubstanz einige Decigramme von Endprodukten zu
gewinnen, deren Aktivität im Verhältniß zu der des Minerals, aus dem sie
stammen, ganz außerordentlich groß ist. Es ist klar, daß diese gesamte
Arbeit langwierig, heikel und kostspielig ist.[^5]
In Anschluß an unsere Arbeit wurden noch andere radioaktive Substanzen
angekündigt. Herr Giesel[34,35] einerseits, die Herren Hofmann und
Strauß[36] andrerseits teilten mit, daß wahrscheinlich noch eine dem
Blei in seinen chemischen Eigenschaften verwandte radioaktive Substanz
existire. Man weiß jedoch noch wenig über diese Substanz. Von allen
diesen neuen radioaktiven Substanzen ist bis jetzt das Radium das
einzige, das im Zustande eines reinen Salzes dargestellt wurde.
c) Spektrum des Radiums.
------------------------
Es war von hervorragender Wichtigkeit, mit allen nur möglichen Mitteln
die bei dieser Arbeit gemachte Hypothese der Existenz neuer radioaktiver
Elemente zu kontrolliren. Im Falle des Radiums ergab die Spektralanalyse
eine vollständige Bestätigung dieser Hypothese.
Herr Demarçay war gern bereit, die Prüfung der neuen radioaktiven
Substanz mittels der exakten Methode, welche er bei dem Studium
photographirter Funkenspektra anwendet, auszuführen. Die Unterstützung
durch einen so kompetenten Gelehrten war für uns eine große Wohltat. Wir
bewahren ihm eine tiefe Dankbarkeit dafür, daß er sich mit dieser Arbeit
befaßte. Die Resultate der Spektralanalyse haben uns Gewißheit
verschafft zu einer Zeit, da wir noch Zweifel über die Interpretation
unsrer Resultate hatten.[^6]
Die ersten Proben von mäßig aktivem Radium-haltigen Baryumchlorid, die
Demarçay untersuchte, zeigten ihm gleichzeitig mit den Baryumlinien eine
neue Linie von merklicher Intensität und der Wellenlänge
λ = 381,47 μμ im ultravioletten Spektrum. Mit den darauf
hergestellten stärker aktiven Produkten sah Demarçay die Linie 381,47
sich verstärken; gleichzeitig erschienen andre neue Linien und in dem
Spektrum hatten die neuen Linien und die Baryumlinien vergleichbare
Intensität. Eine weitere Koncentration lieferte ein Produkt, in dem das
neue Spektrum vorherrscht, und einzig die allein noch sichtbaren
stärksten drei Baryumlinien zeigen die Anwesenheit dieses Metalls als
bloße Verunreinigung an. Dieses Produkt kann also als fast reines
Radiumchlorid betrachtet werden. Endlich konnte ich durch eine neue
Reinigung ein außerordentlich reines Radiumchlorid herstellen, in dessen
Spektrum die Hauptlinien des Baryums kaum mehr sichtbar sind.
Folgendes sind nach Demarçay[37-39] die Hauptlinien des Radiums für den
Teil des Spektrums zwischen λ=500,0 und λ=350,0 Tausendstel
Mikron (μμ). Die Intensität jeder Linie ist durch eine Zahl
angegeben, wobei die stärkste Linie gleich 16 gesetzt ist.
Intensität
-------- ------------
483,63 10
472,69 5
469,98 3
469,21 7
468,30 14
464,19 4
453,85 9
443,61 8
434,06 13
381,47 16
364,96 12
Alle Linien sind deutlich und scharf; die drei Linien 381,47, 468,30 und
434,06 sind stark, sie erreichen gleiche Intensität mit den stärksten
bekannten Linien. Ferner bemerkt man in dem Spektrum zwei starke
verwaschene Banden; die erste symmetrische erstreckt sich von 463,10 bis
462,19 mit einem Maximum bei 462,75; die zweite stärkere ist nach dem
Ultraviolett hin abgeschattet, sie beginnt plötzlich bei 446,37,
erreicht ein Maximum bei 445,52, das sich bis 445,34 erstreckt und dann
folgt eine verwaschene Bande, die, allmählich schwächer werdend, bis 439
reicht.
In dem weniger brechbaren, nicht photographirten Teil des
Funkenspektrums liegt die einzige bemerkbare Linie bei (ungefähr) 566,5;
sie ist jedoch viel schwächer als 482,63.
Der Allgemeinanblick des Spektrums entspricht dem der Erdalkalimetalle,
deren Spektra bekanntlich aus starken Linien und verwaschenen Banden
bestehen.
Nach Demarçay kann man das Radium zu den Körpern allerempfindlichster
Spektralreaktion rechnen. Ich konnte aus meiner Koncentrirungsarbeit
schließen, daß in der ersten Probe, die die Linie 381,47 deutlich
zeigte, das Verhältniß des darin enthaltenen Radiums sehr klein sein
mußte (vielleicht 0,02 Proz). Gleichwohl bedarf es einer 50mal größeren
Aktivität als die des metallischen Urans, um die Hauptlinien des Radiums
in den photographirten Spektren deutlich zu bemerken. Mit einem
empindlichen Elektrometer kann man die Radioaktivität eines Produktes
erkennen, die nur {}^{1}/_{100} der des metallischen Urans beträgt. Man
sieht also, daß zur Erkennung der Anwesenheit des Radiums die
Radioaktivität ein mehrere 1000mal empfindlicheres Zeichen ist als die
Spektralreaktion.
Das stark aktive Wismut-Polonium und das stark aktive Thorium-Aktinium,
die von Demarçay geprüft wurden, ergaben bis jetzt nur die Linien des
Wismuts und Thors.
In einer neuen Veröffentlichung kündigt Herr Giesel,[40] der sich mit
der Darstellung des Radiums befaßt hat, an, daß das Radiumbromid die
Flamme rot färbt. Das Flammenspektrum des Radiums enthält zwei schöne
rote Banden, eine Linie im Blaugrün und zwei schwache Linien im Violett.
d) Abscheidung der neuen radioaktiven Substanzen.
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Der erste Teil des Verfahrens besteht darin, daß man aus den
Uranmineralien das Radium-haltige Baryum, das Poloniumhaltige Wismut und
die das Aktinium enthaltenden seltenen Erden absondert. Wenn man diese
drei Ausgangsprodukte erhalten hat, so sucht man aus jedem von ihnen die
neue radioaktive Substanz zu isoliren. Dieser zweite Teil der Arbeit
geschieht mittels einer Fraktionirungsmethode. Es ist bekanntlich sehr
schwierig, ein Mittel zur vollkommenen Trennung zweier sehr verwandter
Elemente zu finden. Die Fraktionirungsmethoden sind hier also
unerläßlich. Außerdem darf man, wenn ein Element einem andren nur
spurenweise beigemengt ist, eine vollkommene Trennungsmethode auf das
Gemisch überhaupt nicht anwenden, selbst wenn man eine kennen würde. Man
würde tatsächlich riskiren, die durch diese Operation abzuscheidende
Spur von Substanz gänzlich zu verlieren.
Ich habe mich speciell damit befaßt, das Radium und das Polonium zu
isoliren. Nach einer Arbeit von mehreren Jahren bin ich jedoch nur mit
dem ersten der beiden Körper zum Ziele gelangt.
Da die Pechblende ein kostbares Mineral ist, haben wir darauf
verzichtet, große Quantitäten davon zu behandeln. In Europa geschieht
die Verarbeitung dieses Minerals im Bergwerk von Joachimsthal in Böhmen.
Das zerkleinerte Mineral wird zuerst mit Soda geröstet und das Produkt
dieses Verfahrens zuerst in warmem Wasser, dann in verdünnter
Schwefelsäure ausgelaugt. Die Lösung enthält das Uran, dem die
Pechblende ihren Wert verdankt. Der unlösliche Rückstand wird
fortgeworfen. Dieser Rückstand enthält die radioaktiven Substanzen,
seine Aktivität ist 4,5 mal größer als die des metallischen Urans. Die
österreichische Regierung, der das Bergwerk gehört, hat uns
freundlicherweise eine Tonne dieses Rückstandes zu unsrer Untersuchung
zur Verfügung gestellt und das Bergwerk angewiesen, uns noch mehrere
Tonnen der Substanz zu liefern.
Es war durchaus nicht leicht, den Rückstand in der Fabrik mittels eines
laboratoriumsmäßigen Verfahrens zu behandeln. Herr Debierne übernahm es,
diese Frage zu studiren und die fabrikmäßige Behandlung zu organisiren.
Der wichtigste Punkt der von ihm angegebenen Methode besteht darin, daß
man durch Kochen der Substanz in koncentrirter Sodalösung die Sulfate in
Karbonate verwandelt. Dieser Vorgang umgeht die sonst notwendige
Schmelzung mit Soda.
Der Rückstand enthält hauptsächlich die Sulfate von Blei und Calcium,
ferner Silicium, Aluminium und Eisenoxyd. Außerdem finden sich in mehr
oder weniger großer Menge beinahe alle Metalle (Kupfer, Wismut, Zink,
Kobalt, Mangan, Nickel, Vanadium, Antimon, Thallium, die seltenen Erden,
Niobium, Tantal, Arsen, Baryum usw.) darin vor. Das Radium befindet sich
in dieser Mischung von Sulfaten als das am wenigsten lösliche. Um es
aufzulösen, muß die Schwefelsäure so weit als möglich beseitigt werden.
Dazu beginnt man die Behandlung des Rückstandes mit einer koncentrirten
kochenden Natronlauge. Die mit dem Blei, Aluminium und Calcium
verbundene Schwefelsäure geht großenteils als Natriumsulfat in Lösung,
das durch Auswaschung mit Wasser beseitigt wird. Durch das Alkali
entfernt man gleichzeitig das Blei, Silicium und Aluminium. Der
unlösliche Teil wird dann mit Wasser gewaschen und der Einwirkung
gewöhnlicher Salzsäure ausgesetzt. Diese Operation bewirkt den völligen
Aufschluß der Substanz und löst sie zum größten Teil. Aus dieser Lösung
kann man das Polonium und Aktinium ausscheiden: Ersteres wird durch
Schwefelwasserstoff niedergeschlagen, letzteres findet sich in den
Hydraten, die durch Ammoniak aus der Lösung niedergeschlagen werden,
nachdem diese von den Sulfaten getrennt und oxydirt ist. Das Radium
bleibt in dem unlöslichen Teil. Dieser Teil wird mit Wasser gewaschen,
sodann mit einer koncentrirten, kochenden Sodalösung behandelt. Wenn nur
wenige nicht angegriffene Sulfate zurückgeblieben sind, so bewirkt diese
Operation eine vollkommene Verwandlung der Baryumsulfate in Karbonate.
Man wäscht darauf die Substanz sehr gründlich mit Wasser aus und
unterwirft sie der Einwirkung von Salzsäure, die durchaus frei von
Schwefelsäure sein muß. Die Lösung, die das Radium, wie auch das
Polonium und Aktinium enthält, wird filtrirt und mit Schwefelsäure
niedergeschlagen. Man erhält so rohe Sulfate von Radium-haltigem Baryum,
die auch Calcium, Blei und Eisen enthalten und ein wenig Aktinium mit
sich gerissen haben. Die Lösung enthält noch ein wenig Aktinium und
Polonium, die in derselben Weise getrennt werden können, wie von der
ersten salzsauren Lösung.
Aus einer Tonne Rückstand erhält man so 10 bis 20 kg rohe Sulfate, deren
Aktivität 30- bis 60 mal größer ist als die des metallischen Urans. Man
schreitet nunmehr zu ihrer Reinigung. Dazu kocht man sie in Soda und
verwandelt sie in Chloride. Die Lösung wird mit Schwefelwasserstoff
behandelt, woraus eine kleine Quantität aktiver Sulfide resultirt, die
Polonium enthalten. Man filtrirt die Lösung, oxydirt sie durch die
Wirkung von Chlor und schlägt sie mit reinem Ammoniak nieder. Die
niedergeschlagenen Oxyde und Hydrate sind stark aktiv und zwar rührt die
Aktivität vom Aktinium her. Die filtrirte Lösung wird mit Soda
niedergeschlagen. Die niedergeschlagenen Karbonate der Erdalkalien
werden gewaschen und in Chloride verwandelt. Diese Chloride werden zur
Trockenheit eingedampft und mit koncentrirter reiner Salzsäure
gewaschen. Das Chlorcalcium löst sich beinahe vollständig, während das
Radium-haltige Chlorbaryum unlöslich bleibt. Man erhält so pro Tonne
Ausgangssubstanz ungefähr 8 kg Radium-haltigen Baryums, dessen Aktivität
ungefähr 60 mal größer ist als die des metallischen Urans. Dieses
Chlorid ist reif zur Fraktionirung.
e) Polonium.
------------
Wie bereits oben gesagt, schlägt man durch Einleitung von
Schwefelwasserstoff in die verschiedenen im Laufe des Verfahrens
erhaltenen salzsauren Lösungen aktive Sulfide nieder, deren Aktivität
vom Polonium herrührt. Diese Sulfide enthalten hauptsächlich Wismut, ein
wenig Kupfer und Blei. Letzteres Metall ist darin nur in geringem Maße
enthalten, da es zum großen Teil durch die Natronlauge entfernt worden
ist, und da sein Chlorid wenig löslich ist. Antimon und Arsen befinden
sich nur in minimaler Menge in den Oxyden, da ihre Oxyde durch das
Natron gelöst sind. Um hieraus stark aktive Sulfide zu erhalten,
benutzte man folgendes Verfahren. Die stark sauren Chloridlösungen
wurden durch Schwefelwasserstoff niedergeschlagen. Die hierbei
anfallenden Sulfide sind stark aktiv, man benutzt sie zur Herstellung
des Poloniums. In der Lösung bleiben die Substanzen, die bei Gegenwart
eines Überschusses von Salzsäure nur unvollkommen niedergeschlagen
werden (Wismut, Blei, Antimon). Um die Fällung zu vollenden, verdünnt
man die Lösung mit Wasser, behandelt sie von neuem mit
Schwefelwasserstoff und erhält ein zweites Quantum von Sulfiden, das
viel weniger aktiv als das erste ist und im allgemeinen fortgeworfen
wird. Zur weiteren Reinigung der Sulfide wäscht man sie mit
Schwefelammonium, wodurch die übrig bleibenden Spuren von Antimon und
Arsen beseitigt werden. Dann wäscht man sie mit Wasser, dem
Ammoniumnitrat zugesetzt ist, und behandelt sie mit verdünnter
Salpetersäure. Die Lösung ist niemals vollständig, man behält immer
einen mehr oder weniger großen unlöslichen Rückstand, den man nach
Gutdünken nochmals behandeln kann. Die Lösung wird auf ein kleines
Volumen eingedampft und entweder durch Ammoniak oder durch viel Wasser
niedergeschlagen. In beiden Fällen verbleiben Blei und Kupfer, im
zweiten Fall auch ein wenig fast unaktives Wismut in Lösung.
Der aus Oxyden oder Subnitraten bestehende Niederschlag wird in
folgender Weise fraktionirt: Man löst den Niederschlag in Salpetersäure
und fügt der Lösung Wasser zu bis zur Bildung einer genügenden Menge von
Niederschlag. Bei dieser Operation muß man berücksichtigen, daß der
Niederschlag sich zuweilen erst nach einiger Zeit bildet. Man trennt ihn
von der überstehenden Flüssigkeit und löst ihn von neuem in
Salpetersäure; beide so erhaltenen Flüssigkeitsmengen unterwirft man von
neuem einer Füllung durch Wasser und so fort. Man vereinigt die
verschiedenen Portionen nach Maßgabe ihrer Aktivität, indem man die
Koncentration so weit wie möglich zu treiben sucht. Man erhält so eine
kleine Quantität von Substanz, deren Aktivität enorm ist, die aber
nichtsdestoweniger im Spektroskop bis jetzt nur die Linien des Wismut
gegeben hat.
Leider hat man wenig Aussicht, auf diesem Wege zu einer Isolirung des
Poloniums zu gelangen. Die beschriebene Fraktionirungsmethode bietet
große Schwierigkeiten, und dasselbe gilt von andren
Fraktionirungsmethoden auf nassem Wege. Welches auch immer der
angewandte Proceß sei, es bilden sich sehr leicht Verbindungen, die in
verdünnten, wie in koncentrirten Säuren absolut unlöslich sind. Diese
Verbindungen können nur aufgelöst werden, wenn man sie vorher in den
metallischen Zustand überführt, z. B. durch Schmelzung mit Cyankalium.
Da die Zahl der auszuführenden Operationen sowieso schon beträchtlich
ist, so bietet dieser Umstand eine enorme Schwierigkeit für den
Fortschritt der Fraktionirung; dieser Übelstand ist um so
schwerwiegender, als das Polonium eine Substanz ist, die, einmal aus der
Pechblende entfernt, allmählich an Aktivität einbüßt. Dieses Nachlassen
der Aktivität ist übrigens langsam; so hat z. B. eine Probe von
Polonium-haltigem Wismutnitrat in 11 Monaten nur die Hälfte seiner
Aktivität eingebüßt.
Beim Radium bietet sich keine analoge Schwierigkeit. Die Radioaktivität
bleibt ein treuer Führer für die Koncentrirung; diese Koncentrirung
selbst bietet keinerlei Schwierigkeit, und die Fortschritte der Arbeit
konnten von Anfang an durch die Spektralanalyse kontrollirt werden.
Als die weiter unten zu besprechenden Erscheinungen der inducirten
Aktivität bekannt wurden, konnte man natürlich annehmen, daß das
Polonium, das nur die Spektrallinien des Wismuts zeigt und dessen
Aktivität mit der Zeit abnimmt, kein neues Element, sondern durch die
Nachbarschaft des Radiums in der Pechblende inducirtes Wismut sei. Ich
bin nicht davon überzeugt, daß diese Anschauung richtig sei. Im Laufe
meiner langen Arbeit über das Polonium habe ich chemische Wirkungen
konstatirt, die ich weder mit gewöhnlichem, noch mit durch Radium
aktivirtem Wismut jemals beobachtet habe. Diese chemischen Effekte
bestehen in erster Linie in der äußerst leichten Bildung unlöslicher
Verbindungen, von denen oben die Rede war (speciell Subnitrate),
zweitens in der Farbe und dem Aussehen der Niederschläge, die man durch
Wasserzusatz zur Lösung von Poloniumhaltigem Wismutnitrat erhält. Diese
Niederschläge sind manchmal weiß, aber meistens von einem mehr oder
weniger lebhaftem Gelb, das bis zum tiefen Rot geht.
Die Abwesenheit von anderen Spektrallinien als denen des Wismuts beweist
durchaus nicht mit Sicherheit, daß die Substanz nur Wismut enthält, denn
es giebt Körper, deren Spektralreaktion sehr wenig empfindlich ist.
Es wäre nötig, eine kleine Quantität Polonium-haltigen Wismuts in
möglichst großer Koncentration herzustellen und dieses chemisch zu
untersuchen, vor allem bezüglich des Atomgewichts des Metalls. Diese
Untersuchung konnte noch nicht ausgeführt werden, wegen der eben
erwähnten Schwierigkeit bei der chemischen Arbeit.
Wenn es erwiesen wäre, daß das Polonium ein neues Element ist, so wäre
es darum nicht weniger wahr, daß dieses Element nicht beliebig lange im
stark aktiven Zustande existiren kann, wenigstens sobald es von dem
Mineral getrennt ist. Man kann also die Frage auf zwei verschiedene
Weisen betrachten:
1. Entweder ist die ganze Aktivität des Poloniums bloß von den
benachbarten radioaktiven Substanzen inducirt. Das Polonium hätte
dann also die Fähigkeit, seine Atome in langdauernder Form zu
induciren, eine Fähigkeit, die nicht allen Substanzen zuzukommen
scheint;[^7]
2. oder die Aktivität ist eine dem Polonium selbst angehörige, die sich
unter gewissen Bedingungen von selbst zerstört, unter gewissen
anderen Bedingungen, die in dem Mineral realisirt sind, beständig
sein kann. Die Erscheinung der Atomaktivirung durch Kontakt ist so
wenig bekannt, daß es an jeder Grundlage mangelt, um sich eine
bestimmte Meinung in dieser Frage zu bilden.
Ganz kürzlich ist eine Arbeit von Herrn Marckwald[42] über das Polonium
erschienen. Marckwald taucht einen reinen Wismutstab in eine Lösung von
Wismutchlorid, das durch Behandlung von Pechblendenrückständen erhalten
ist. Nach einiger Zeit bedeckt sich der Stab mit einem stark aktiven
Niederschlag und die Lösung enthält nur noch inaktives Wismut. Marckwald
erhält ebenfalls einen sehr aktiven Niederschlag, wenn er Zinnchlorid
einer Lösung von radioaktivem Wismutchlorid hinzufügt. Er schließt
daraus, daß das aktive Element dem Tellur analog ist, und giebt ihm den
Namen Radiotellur. Die aktive Substanz Marckwalds scheint mit dem
Polonium identisch durch ihre Herkunft und durch die stark absorbirbaren
Strahlen, die sie aussendet. Die Wahl eines neuen Namens für diese
Substanz ist jedenfalls bei dem gegenwärtigen Stande der Frage noch
unnötig.
f) Herstellung des reinen Radiumchlorids.
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Der von mir angewandte Weg zur Aussonderung reinen Radiumchlorids aus
dem Radium-haltigen Baryumchlorid besteht darin, daß man das Gemenge der
Chloride einer fraktionirten Krystallisation unterwirft, zuerst in
reinem Wasser, dann in Wasser, dem Salzsäure zugesetzt ist. Man benutzt
also den Unterschied in der Löslichkeit der beiden Chloride, wobei das
Radiumchlorid weniger löslich ist als das Baryumchlorid.
Beim Beginn der Fraktionirung gebraucht man reines destillirtes Wasser;
man löst das Chlorid auf und kocht die Lösung bis zur Sättigung ein.
Dann läßt man durch Abkühlung in einer offenen Schale auskrystallisiren.
Es bilden sich auf dem Grunde schöne festhaftende Krystalle, von denen
die überstehende Mutterlauge leicht abgegossen werden kann. Wenn man
eine Probe dieser Lösung zur Trockenheit eindampft, so findet man, daß
das hierbei erhaltene Chlorid ungefähr fünfmal weniger aktiv ist als das
auskrystallisirte. Man hat also das Chlorid in zwei Teile A und B
geteilt, von denen A viel aktiver ist als B. Man erneuert mit jedem der
Chloride A und B die Operation und erhält mit jedem von ihnen zwei neue
Fraktionen. Wenn die Krystallisation beendet ist, vereinigt man den
weniger aktiven Teil des Chlorids A mit dem stärker aktiven des
Chlorids B, da diese merklich dieselbe Aktivität haben. Man hat jetzt
also drei Teile, die man von neuem derselben Behandlung unterwirft; man
läßt jedoch die Zahl der Portionen nicht dauernd wachsen, da sich in dem
Maße, wie die Anzahl wächst, die Aktivität der am stärksten löslichen
Portion vermindert. Wenn diese Portion eine nur noch ganz unbedeutende
Aktivität besitzt, so entfernt man sie aus dem Verfahren. Hat man die
gewünschte Anzahl von Portionen erhalten, so fraktionirt man auch die am
wenigsten lösliche (an Radium reichste) Portion nicht weiter und
entfernt sie aus dem Verfahren.
Man operirt mit einer konstanten Anzahl von Portionen. Nach jeder Reihe
von Operationen wird die Mutterlauge der einen Portion auf die Krystalle
der nachfolgenden gegossen; aber wenn man nach einer Reihe die
löslichste Portion entfernt hat, so macht man im Gegensatz dazu bei der
nächsten Reihe eine neue Portion mit der löslichsten Fraktion und
entfernt dagegen die Krystalle, die die am stärksten aktive Portion
bilden. Durch die stete Abwechslung dieser beiden Operationen erhält man
einen sehr regelmäßigen Fraktionirungsmechanismus, in dem die Zahl der
Portionen und die Aktivität jeder von ihnen konstant bleiben; jede
Portion ist hierbei ungefähr fünfmal aktiver als die folgende. An der
einen Seite (am Ende) entfernt man hier ein fast unaktives Produkt,
während man an der andren Seite (an der Spitze) ein an Radium
angereichertes Chlorid erntet. Die in den Portionen enthaltene
Substanzmenge wird natürlich immer geringer und die verschiedenen
Portionen enthalten um so weniger Substanz, um so aktiver sie sind.
Anfangs wurde mit sechs Portionen operirt und die Aktivität des am Ende
entfernten Chlorids betrug nur noch 0.1 der des Urans.
Wenn man so einen großen Teil der inaktiven Substanz eliminirt hat und
die Portionen klein geworden sind, wird es zwecklos, eine so schwache
Aktivität noch zu eliminiren; man schaltet also eine Portion am Ende der
Fraktionsreihe aus und fügt an der Spitze eine Portion hinzu, die aus
dem vorher gewonnenen aktiven Chlorid gebildet ist. Man wird jetzt also
ein an Radium reicheres Chlorid ernten als vorher. Man fährt mit der
Anwendung dieses Systems fort, bis die Krystalle an der Spitze der Reihe
aus reinem Radiumchlorid bestehen. Wenn die Ausführung der Fraktionirung
eine sehr vollkommene war, so bleiben nur sehr kleine Mengen aller
Zwischenprodukte übrig.
Wenn die Fraktionirung weit fortgeschritten und die in den einzelnen
Portionen enthaltene Substanzmenge sehr klein geworden ist, so wird die
Trennung durch Krystallisation weniger wirksam, da die Abkühlung zu
schnell erfolgt und das Volumen der abzugießenden Lösung zu klein wird.
Dann empfiehlt es sich, dem Wasser eine bestimmte Menge von Salzsäure
hinzusetzen, die um so größer werden muß, je weiter die Fraktionirung
fortschreitet.
Der Vorteil dieses Zusatzes besteht in einer Vermehrung der
Lösungsmenge, da die Chloride in verdünnter Salzsäure weniger löslich
sind als in reinem Wasser. Außerdem wird aber auch die Fraktionirung
hierdurch wirksamer; die Differenz zwischen den beiden Fraktionen eines
bestimmten Produkts wird jetzt sehr beträchtlich; bei Anwendung von
Wasser mit viel Salzsäure erhält man deshalb ausgezeichnete Trennungen
und kann mit bloß drei oder vier Portionen auskommen. Es empiehlt sich,
dieses Verfahren sogleich anzuwenden, sowie nur die Substanzmenge klein
genug geworden ist, um es ohne Schwierigkeiten zu können.
Die Krystalle, die sich aus stark saurer Lösung niederschlagen, haben
die Form sehr langer Nadeln, die für das Baryumchlorid genau so aussehen
wie für das Radiumchlorid. Beide sind doppelbrechend. Die Krystalle des
Radium-haltigen Baryums schlagen sich farblos nieder, aber wenn die
Menge des Radiums genügend groß wird, nehmen sie nach einiger Zeit eine
gelbe Farbe an, die bis zum Orange geht, manchmal auch eine schöne rosa
Färbung. Diese Färbung verschwindet beim Auflösen. Die Krystalle des
reinen Radiums färben sich nicht oder wenigstens nicht so schnell; die
Färbung scheint also an die gleichzeitige Anwesenheit von Baryum und
Radium gebunden zu sein. Das Maximum der Färbung wird mit einer
bestimmten Koncentration des Radiums erreicht, und man kann diese
Eigenschaft benutzen, um den Fortschritt der Fraktionirung zu
kontrolliren. Solange die aktivste Portion sich noch färbt, enthält sie
eine merkliche Menge von Baryum, wenn sie selbst sich nicht mehr färbt,
wohl aber die folgenden Portionen, so besteht sie im wesentlichen aus
reinem Radiumchlorid.
Ich habe manchmal die Bildung eines Krystallgemenges beobachtet, von dem
ein Teil farblos blieb, wahrend der andre sich färbte. Es scheint
möglich, die farblosen Krystalle durch Aussuchen abzutrennen, doch habe
ich es nicht versucht.
Gegen Schluß des Fraktionirungsverfahrens ist das Aktivitätsverhältniß
der aufeinander folgenden Portionen nicht mehr dasselbe wie im Anfange
und auch nicht mehr so regelmäßig; eine ernsthafte Störung im Gange des
Verfahrens tritt jedoch nicht ein.
Auch die fraktionirte Fällung einer wässrigen Lösung von Radium-haltigem
Baryumchlorid durch Alkohol führt zur Isolirung des Radiumchlorids, das
sich zuerst niederschlägt. Diese anfangs von mir angewandte Methode
wurde später zu Gunsten der eben beschriebenen aufgegeben, die mehr
Regelmäßigkeit besitzt.
Gleichwohl habe ich manchmal die Fällung durch Alkohol benutzt, um
Radiumchlorid zu reinigen, das eine kleine Spur von Baryumchlorid
enthält. Letzteres bleibt in der leicht wässrigen alkoholischen Lösung
zurück, und kann so entfernt werden.
Herr Giesel der sich seit der Publikation unserer ersten Untersuchungen
mit der Herstellung radioaktiver Körper befaßte, empfiehlt die Trennung
des Radiums vom Baryum durch fraktionierte Krystallisation eines
Gemenges der Bromide. Ich konnte feststellen, daß dieses Verfahren
tatsächlich sehr vorteilhaft ist, besonders im Beginn der
Fraktionierung.
Welches Fraktionirungsverfahren man auch anwenden mag, jedenfalls sollte
man es durch Messung der Aktivität kontrolliren. Dabei ist zu bemerken,
daß eine Radiumverbindung, wenn sie aus dem gelösten Zustande in den
festen übergeführt wird, sei es durch Fällung, sei es durch
Krystallisation, im Beginn eine um so geringere Aktivität besitzt, je
länger sie sich im Zustand der Lösung befand. Die Aktivität wächst
sodann während mehrerer Monate bis zu einer stets gleichen Grenze. Der
Endwert der Aktivität ist fünf- bis sechsmal größer als der Anfangswert.
Diese Veränderungen, auf die ich weiter unten zurückkommen werde, müssen
bei der Messung der Aktivität berücksichtigt werden. Wenn auch die
Endaktivität besser definirt ist, so ist es doch praktischer, im Laufe
eines chemischen Verfahrens die Anfangsaktivität des festen Produkts zu
messen.
Die Aktivität der stark aktiven Substanzen ist von einer ganz andren
Größenordnung als die des Minerals, aus dem sie stammen (sie ist 10^4
mal größer). Wenn man diese Radioaktivität mit der im Beginn dieser
Arbeit erläuterten Methode mißt (Fig. 1), so kann man die dem Quarz zu
erteilende Belastung nicht über eine gewisse Grenze vermehren. Diese
Belastung betrug bei unsren Versuchen im Maximum 4000 g, entsprechend
einer entwickelten Elektrizitätsmenge von 25 elektrostatischen
Einheiten. Wir können also nur im Verhältniß von 1 zu 4000 variirende
Aktivitäten mit ein und derselben Oberfläche der aktiven Substanz
messen. Um den Meßbarkeitsbereich auszudehnen, lassen wir die Oberfläche
in einem bestimmten Verhältniß sich ändern. Die aktive Substanz bedeckt
dann auf der Platte B eine kreisförmige Zone von bekanntem Radius. Da
die Aktivität unter diesen Bedingungen nicht genau der Oberfläche
proportional ist, so bestimmt man empirisch Koefficienten, die eine
Vergleichung der Aktivitäten bei ungleicher Oberfläche ermöglichen. Wenn
auch dieses Hülfsmittel versagt, muß man zu absorbirenden Schirmen und
andren entsprechenden Maßnahmen seine Zuflucht nehmen, auf die ich hier
nicht näher eingehen will. Alle diese mehr oder weniger unvollkommenen
Maßnahmen genügen jedoch, um eine Kontrolle bei den Untersuchungen zu
haben.
Wir haben auch den Strom im Kondensator gemessen, indem wir ihn in einen
Kreis mit einer Batterie kleiner Akkumulatoren und einem empfindlichen
Galvanometer schalteten. Die häufig notwendige Kontrolle der
Galvanometerempfindlichkeit ließ uns von der Anwendung dieser Methode
bei den laufenden Messungen absehen.
g) Bestimmung des Atomgewichts des Radiums.
-------------------------------------------
Im Laufe meiner Arbeit habe ich mehrmals das Atomgewicht des in den
Proben Radium-haltigen Baryumchlorids enthaltenen Metalls untersucht.
Jedesmal, wenn ich nach Abschluß einer neuen Verarbeitung einen neuen
Vorrat Radium-haltigen Baryumchlorids zu behandeln hatte, trieb ich die
Koncentrirung so weit wie möglich, derart, daß ich 0,1 bis 0,5 g einer
Substanz erhielt, in der fast die ganze Aktivität des Gemenges enthalten
war. Aus dieser kleinen Substanzmenge füllte ich durch Alkohol oder
Salzsäure einige Milligramm, die zur spektralanalytischen Untersuchung
bestimmt wurden. Dank seiner ausgezeichneten Methode bedurfte Herr
Demarçay nur dieser minimalen Substanzmenge, um eine Photographie des
Funkenspektrums aufzunehmen. Mit dem übrig bleibenden Produkt führte ich
eine Atomgewichtsbestimmung aus.
Ich benutzte die klassische Methode, die darin besteht, daß man das in
einer bestimmten Menge wasserfreien Chlorids enthaltene Chlor als
Chlorsilber bestimmt. Als Kontrollversuch bestimmte ich das Atomgewicht
des Baryums auf dieselbe Weise, unter denselben Bedingungen und mit
derselben Substanzmenge, zuerst 0,5 g dann bloß 0,1 g. Die gefundenen
Zahlen lagen stets zwischen 137 und 138. Die Methode liefert also selbst
mit einer so kleinen Substanzmenge genügend gute Resultate.
Die beiden ersten Bestimmungen wurden mit Chloriden gemacht, von denen
das eine 230mal, das andre 600mal aktiver war als Uran. Diese beiden
Versuche ergaben innerhalb der Fehlergrenze dieselbe Zahl, wie der
Versuch mit reinem Baryumchlorid.
Man konnte also die Auffindung einer Differenz nur bei Anwendung eines
viel stärker aktiven Produkts erhoffen. Der folgende Versuch, der mit
einem Chlorid, das 3500mal aktiver war als Uran, ausgeführt wurde, ließ
zum erstenmal eine zwar kleine, aber sichere Differenz bemerken; ich
fand für das mittlere Atomgewicht des in dem Chlorid enthaltenen Metalls
140, was darauf hinwies, daß das Atomgewicht des Radiums viel höher sein
mußte als das des Baryums. Als ich dann immer aktivere Produkte
anwandte, die das Radiumspektrum in immer größeren Intensität zeigten,
konstatirte ich auch, daß die erhaltenen Zahlen immer größer wurden, wie
aus der folgenden Tabelle hervorgeht (A bedeutet die Aktivität des
Chlorids, die des Urans gleich 1 gesetzt; M das gefundene Atomgewicht):
------------------------------------------------------------------
A M
---------- -------- ----------------------------------------------
3500 140 Radiumspektrum sehr schwach
4700 141
7500 145,8 Radiumspektrum stark, aber Baryumspektrum noch
weit vorherrschend.
Größen- 173,8 Beide Spektren von ungefähr gleicher Stärke.
ordnung 225 Baryum nur noch spurenweise vorhanden.
10^6
------------------------------------------------------------------
Die Zahlen der Spalte A sind nur als rohe Angaben zu betrachten. Die
Auswertung der Aktivität stark aktiver Körper ist in der Tat aus weiter
unten zu erörternden Gründen sehr schwierig.
Im Laufe des oben beschriebenen Verfahrens erhielt ich im März 1902
0,12 g eines Radiumchlorids, dessen spektralanalytische Untersuchung
Herr Demarçay freundlichst ausführte. Dieses Radiumchlorid war nach
Herrn Demarçays Meinung so gut wie rein; gleichwohl zeigte sein Spektrum
die Hauptlinien des Baryums noch mit merklicher Stärke. Ich habe mit
diesem Chlorid vier Einzelbestimmungen hintereinander ausgeführt, deren
Resultate folgende sind:
------------------------------------------------
Wasserfreies Chlorsilber (g) M
Radiumchlorid (g)
---- ----------------- --------------- ---------
I 0,115 0 0,113 0 220,7
II 0,114 8 0,111 9 223,0
III 0,111 35 0,108 8 222,8
IV 0,109 25 0,108 45 223,1
------------------------------------------------
Ich unternahm sodann eine neue Reinigung des Chlorids und gelangte zu
einer noch reineren Substanz, in deren Spektrum die beiden stärksten
Baryumlinien nur noch sehr schwach sind. Unter Berücksichtigung der
Empfindlichkeit der Spektralreaktion des Baryums meint Herr Demarçay,
daß dieses gereinigte Chlorid nur noch minimale Spuren von Baryum
enthält, die das Atomgewicht nicht mehr in angebbarem Betrage
beeinflussen können. – Mit diesem vollkommen reinen Radiumchlorid machte
ich drei Bestimmungen mit folgenden Resultaten:
------------------------------------------------
Wasserfreies Chlorsilber (g) M
Radiumchlorid (g)
---- ----------------- --------------- ---------
I 0,091 92 0,088 90 225,3
II 0,089 36 0,086 27 225,8
III 0,088 39 0,085 89 224,0
------------------------------------------------
Diese Zahlen ergeben als Mittel 225. Sie sind, ebenso wie die früheren,
unter der Annahme berechnet, daß das Radium zweiwertig sei, daß also
sein Chlorid die Formel \text{RaCl}_2 habe, und unter Zugrundelegung
folgender Zahlen für das Silber und das Chlor: Ag = 107,8; Cl = 35,4.
Aus diesen Versuchen folgt als Atomgewicht des Radiums 225.[43-45] Ich
halte diese Zahl für auf eine Einheit genau.
Die Wägungen wurden mit einer genau justirten Curieschen aperiodischen
Wage gemacht, deren Empfindlichkeit {}^{1}/_{20} mg betrug. Diese direkt
ablesbare Wage erlaubt die Ausführung sehr schneller Wägungen, was sehr
wesentlich ist bei der Wägung von wasserfreien Radium- und
Baryumchloriden, die selbst bei Anwesenheit von Trockenmitteln im
Wagekasten langsam Wasser absorbiren. Die zu wägenden Substanzen
befanden sich in einem Platintiegel, der seit langer Zeit im Gebrauch
war; ich habe mich überzeugt, daß sein Gewicht sich während einer
Operation nicht um {}^{1}/_{10} mg änderte.
Das durch Krystallisation erhaltene, Krystallwasser enthaltende Chlorid
wurde in den Tiegel gebracht und durch Erhitzung im Trockenschrank in
Anhydrid verwandelt. Der Versuch ergiebt, daß, wenn das Chlorid einige
Stunden auf 100° gehalten wurde, sein Gewicht sich nicht mehr ändert,
selbst wenn man die Temperatur auf 200° erhöht und während einiger
Stunden erhält. Das so erhaltene wasserfreie Chlorid bildet also einen
wohldefinirten Körper.
Ich teile einige Messungen hierüber mit: Das Chlorid (1 dg) wird bei 55°
im Trockenschrank getrocknet und in einem Exsikkator mit
Phosphorsäureanhydrid gestellt; es verliert dann langsam an Gewicht,
woraus hervorgeht, daß es noch etwas Wasser enthält; während 12 Stunden
betrug dieser Verlust etwa 3 mg. Man bringt das Chlorid wieder in den
Trockenschrank und steigert die Temperatur auf 100°. Während dieser
Operation verliert das Chlorid 6,3 mg. Während weiterer 3 Stunden und 15
Minuten verliert es noch 2,5 mg. Man erhält die Temperatur 45 Minuten
lang zwischen 100° und 120°, wodurch ein Gewichtsverlust von 0,1 mg
entsteht. Weitere 30 Minuten auf 125° gelassen, verliert das Chlorid
nichts. Sodann 30 Minuten auf 150° gehalten, verliert es 0,1 mg. Endlich
4 Stunden lang auf 200° erhitzt, erfahrt es einen Gewichtsverlust von
0,15 mg. Während aller dieser Operationen änderte sich das Gewicht des
Tiegels um 0,05 mg.
Nach jeder Bestimmung des Atomgewichts wurde das Radium folgendermaßen
wieder in Chlorid zurückverwandelt: Die Flüssigkeit, die nach der
Analyse Radium- und Silbernitrat im Überschuß enthielt, wurde mit reiner
Salzsäure versetzt und das Chlorsilber durch Filtration beseitigt; dann
wurde die Flüssigkeit mehrer Male mit einem Überschuß reiner Salzsäure
zur Trockne eingedampft. Der Versuch ergiebt, daß man auf diese Weise
die Salpetersäure vollständig beseitigen kann.
Das zur Analyse dienende Chlorsilber war stets radioaktiv und
selbstleuchtend. Ich überzeugte mich, daß es keine wägbare Menge von
Radium mitgerissen habe, indem ich die darin enthaltene Silbermenge
bestimmte. Zu diesem Zwecke wurde das in dem Tiegel enthaltene
geschmolzene Chlorsilber durch Wasserstoff reducirt, der aus verdünnter
Salzsäure und Zink hergestellt war; nach Auswaschung wurde der Tiegel
mit dem darin enthaltenen metallischen Silber gewogen.
Ich habe ferner durch einen Versuch konstatirt, daß das Gewicht des
regenerirten Radiumchlorids ebenso groß war wie vor der Operation. Bei
anderen Versuchen begann ich die neuen Operationen, ohne eine
vollständige Verdampfung des Waschwassers abzuwarten.
Diese Prüfungen besitzen nicht dieselbe Genauigkeit wie die direkten
Versuche; sie erlaubten gleichwohl die Feststellung, daß kein merklicher
Fehler untergelaufen war.
Nach seinen chemischen Eigenschaften gehört das Radium zur Reihe der
Erdalkalimetalle. Es bildet in dieser Reihe das höhere Homologe des
Baryums. Nach seinem Atomgewicht kommt das Radium auch in der
Mendelejeffschen Tabelle hinter das Baryum in die Kolumne der
Erdalkalien und in die Zeile, die schon das Uran und das Thor enthält.
h) Eigenschaften der Radiumsalze.
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Die Radiumsalze: Chlorid, Nitrat, Karbonat, Sulfat sehen, in festem
Zustande dargestellt, ebenso aus wie die entsprechenden Baryumsalze, sie
färben sich jedoch alle im Laufe der Zeit.
Die Radiumsalze leuchten im Dunkeln.
In ihren chemischen Eigenschaften verhalten sich Radiumsalze genau so,
wie die entsprechenden Baryumsalze. Die Löslichkeit des Radiumchlorids
ist jedoch geringer wie die des Baryumchlorids; die Löslichkeit der
Nitrate in Wasser scheint merklich dieselbe.
Die Radiumsalze sind der Sitz einer fortwährenden selbsttätigen
Wärmeentwicklung.
Reines Radiumchlorid ist paramagnetisch. Seine Magnetisirungszahl k
(Verhältniß des magnetischen Moments der Masseneinheit zur
Feldintensität) ist von den Herren Curie und Cheneveau[46] mittels eines
eigens hierzu konstruirten Apparates gemessen worden. Die Messung
geschah durch Vergleich mit der Magnetisirungszahl des Wassers unter
Anbringung der Korrektion für den Magnetismus der Luft. Man fand so:
k = 1,05 ⋅ 10^{-6}. Reines Baryumchlorid ist diamagnetisch,
seine Magnetisirungszahl beträgt: k = -0,40 ⋅ 10^{-6}. Ganz
entsprechend diesen Resu1taten findet man für ein Radium-haltiges
Baryumchlorid mit etwa 17 Proz. Radiumchlorid diamagnetisches Verhalten
und eine Magnetisirungszahl:[^8] k = -0,20 ⋅ 10^{-6}.
i) Fraktionirung gewöhnlichen Baryumchlorids.
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Wir suchten festzustellen, ob das käufliche Baryumchlorid nicht kleine
Spuren von Radiumchlorid enthielte, die zu gering waren, um mit unsrem
Meßapparat wahrgenommen zu werden. Zu diesem Zwecke unternahmen wir die
Fraktionirung einer großen Menge von käuflichem Baryumchlorid, in der
Erwartung, eine etwa vorhandene Spur von Radiumchlorid dadurch
konzentriren zu können.
50 kg käuflichen Baryumchlorids wurden mit schwefelsäurefreier Salzsäure
gefällt, wobei 20 kg gefällten Chlorids erhalten wurden. Dieses wurde in
Wasser aufgelöst und wieder teilweise durch Salzsäure gefällt, wobei man
8,5 kg Niederschlag erhielt. Dieses Chlorid wurde der beim
Radium-haltigen Baryum angewandten Fraktionirungsmethode unterworfen,
wobei man an der Spitze der Fraktionirung 10 g Chlorid geringster
Löslichkeit ausschied. Dieses Chlorid zeigte in unsrem Meßapparat
keinerlei Aktivität; es enthielt also kein Radium; dieser Körper ist
demnach in den das Baryum liefernden Mineralien nicht enthalten.
Drittes Kapitel. Strahlung der neuen radioaktiven Substanzen.
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a) Methoden zur Untersuchung der Strahlen.
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Um die von den radioaktiven Substanzen emittirte Strahlung zu
untersuchen, kann man irgend eine Eigenschaft dieser Strahlung benutzen.
Man kann also entweder die Wirkung der Strahlen auf die photographische
Platte, oder ihre Eigenschaft, die Luft zu ionisiren und leitend zu
machen, oder endlich ihre Fähigkeit, die Fluorescenz gewisser Substanzen
zu erregen, benutzen. Ich werde im Folgenden, wenn ich von einem dieser
verschiedenen Verfahren spreche, zur Abkürzung folgende Ausdrücke
gebrauchen: Radiographische, elektrische, fluoroskopische Methode.
Die beiden ersteren wurden von Anfang an zur Untersuchung der
Uranstrahlen benutzt; die fluoroskopische Methode kann nur auf die
neuen, stark aktiven Substanzen angewandt werden, denn die schwach
radioaktiven Substanzen, wie Uran und Thor, bringen keine merkliche
Fluorescenz hervor. Die elektrische Methode ist die einzige, die präcise
Intensitätsmessungen erlaubt; die beiden andren sind von diesem
Gesichtspunkte aus betrachtet hauptsächlich zur Erlangung qualitativer
Resultate gegeignet, und können nur ganz grobe Intensitätsmessungen
liefern. Die mit den drei betrachteten Methoden erhaltenen Resultate
sind, wenn überhaupt, nur ganz roh mit einander vergleichbar und
gestatten manchmal überhaupt keinen Vergleich. Die empfindliche Platte,
das sich ionisirende Gas, der Fluorescenzschirm sind ebenso viele
Empfänger, welche Strahlungsenergie absorbiren und in eine andre
Energieform transformiren sollen; nämlich in chemische Energie,
Ionenenergie oder in Lichtenergie. Jeder Empfänger absorbirt einen
Bruchteil der Strahlung, dessen Größe wesentlich von seiner Natur
abhängt. Es wird weiter unten gezeigt werden, daß die Strahlung
zusammengesetzter Natur ist; die von den verschiedenen Empfängern
absorbirten Strahlungsbruchteile können sehr quantitativ und qualitativ
verschieden sein. Endlich ist es weder sicher, noch auch nur
wahrscheinlich, daß die absorbierte Energie von dem Empfänger
vollständig in die zur Beobachtung erwünschte Form transformirt wird:
ein Teil dieser Energie kann in Wärme verwandelt werden, oder in
Emission von Sekundärstrahlen, die je nachdem zur Hervorbringung der
beobachteten Erscheinung angenommen werden oder nicht, oder in chemische
Wirkungen, die verschieden sind von der zu beobachtenden usw., es hängt
somit auch der Nutzeffekt des Empfängers bezüglich der bescheinigten
Efficienz wesentlich von der Natur des Empfängers ab.
Vergleichen wir zwei Proben radioaktiver Substanz mit einander, von
denen die eine Radium, die andere Polonium enthält, und die in dem in
Fig. 1 dargestellten Plattenapparat gleiche Activität zeigen. Bedeckt
man beide mit einem dünnen Aluminiumblatt, so wird das zweite
beträchtlich schwächer aktiv erscheinen als das erste und dasselbe wird
bei Benutzung desselben Fluorescenzschirms für beide der Fall sein, wenn
der Schirm genügend dick ist oder sich in einiger Entfernung von den
beiden radioaktiven Substanzen befindet.
b) Energie der Strahlung
------------------------
Welche Untersuchungsmethode man auch anwendet, man findet immer, daß die
Strahlungsenergie der neuen radioaktiven Substanzen beträchtlich größer
ist, als die des Urans und Thors. So wird z. B. eine photographische
Platte bei kleiner Entfernung sozusagen augenblicklich beeinflußt,
während eine Exposition von 24 Stunden nötig ist, wenn man mit Uran oder
Thor operiert. Ein Fluorescenzschirm wird bei Berührung mit den neuen
radioaktiven Substanzen lebhaft erhellt, während man mit Uran oder Thor
keine Spur von Licht wahrnehmen kann. Endlich ist auch die Wirkung auf
die Luft vielmals stärker, etwa im Verhältniß 10^6. Es ist jedoch,
streng genommen, überhaupt nicht mehr möglich, die Totalintensität der
Strahlung wie beim Uran mit der eingangs beschriebenen elektrischen
Methode (Fig. 1) zu bestimmen. In der Tat wird beim Uran die Strahlung
nahezu vollständig in der Luftschicht zwischen den Platten absorbirt,
und der Grenzstrom wird bereits bei einer Spannung von 100 Volt
erreicht. Dies ist jedoch nicht mehr bei den stark aktiven Substanzen
der Fall. Ein Teil der Radiumstrahlung besteht aus sehr durchdringenden
Strahlen, die den Kondensator und die Metallplatten durchsetzen und
überhaupt nicht zur Ionisation der Luft zwischen den Platten ausgenutzt
werden. Ferner kann der Grenzstrom durchaus nicht immer mit den
verfügbaren Spannungen erreicht werden; so ist z. B. für das stark
aktive Polonium der Strom noch zwischen 100 und 500 Volt der Spannung
proportional. Die experimentellen Bedingungen, die den Messungen eine
einfache Bedeutung geben, sind hier also nicht erfüllt, und die
erhaltenen Zahlen können somit nicht als ein Maß der Totalstrahlung
betrachtet werden; sie bieten in dieser Hinsicht nur eine grobe
Annäherung.
c) Zusammengesetzte Natur der Strahlung.
----------------------------------------
Die Arbeiten verschiedener Physiker (der Herren Becquerel, Meyer und v.
Schweidler, Giesel, Villard, Rutherford, P. und S. Curie) haben gezeigt,
daß die Strahlung der radioaktiven Substanzen sehr komplicirter Natur
ist. Man kann drei Arten von Strahlung unterscheiden, die ich nach der
von Herrn Rutherford angenommenen Bezeichnungsweise durch die Buchstaben
α, β, γ unterscheiden will.
1. Die α-Strahlen sind wenig durchdringende Strahlen, die den
Hauptteil der Strahlung auszumachen scheinen. Diese Strahlen sind
durch die Art ihrer Absorption in der Materie charakterisirt. Das
magnetische Feld wirkt sehr wenig auf sie, so daß man sie zuerst für
magnetisch unablenkbar gehalten hat. In einem sehr starken
Magnetfeld werden die α-Strahlen jedoch ein wenig abgelenkt;
die Ablenkung erfolgt in derselben Weise wie bei den
Kathodenstrahlen, aber im umgekehrten Sinne; dasselbe gilt für die
Kanalstrahlen in den Entladungsröhren.
2. Die β-Strahlen sind im Ganzen weniger absorbirbar als die
vorigen. Sie werden im Magnetfelde in gleicher Weise und im gleichen
Sinne abgelenkt wie die Kathodenstrahlen.
3. Die γ-Strahlen sind durchdringende Strahlen, die vom
Magnetfelde nicht beeinflußt werden, und den Röntgenstrahlen
vergleichbar sind.
Die Strahlen einer Gruppe können ein in sehr weiten Grenzen variables
Durchdringungsvermögen haben, wie aus den Versuchen mit β-Strahlen
hervorgeht.
[Fig. 4]
Denken wir uns folgenden Versuch: Das Radium R befindet sich in einer
kleinen Höhlung, die in einen Bleiblock P eingegraben ist (Fig. 4). Ein
geradliniges und wenig sich verbreiterndes Strahlenbündel entweicht aus
dem Troge. Nehmen wir an, daß in der Umgebung der Vertiefung ein
gleichförmiges, sehr starkes magnetisches Feld erzeugt werde, senkrecht
zur Zeichnungsebene und von vorn nach hinten gerichtet. Dann werden die
drei Strahlengruppen von einander getrennt werden.
Die wenig intensiven γ-Strahlen setzen ihren geradlinigen Weg fort,
ohne eine Spur von Ablenkung. Die β-Strahlen werden wie
Kathodenstrahlen abgelenkt und beschreiben kreisförmige Bahnen in der
Zeichnungsebene, deren Krümmungsradius in weiten Grenzen variirt. Wenn
der Trog auf eine photographische Platte AC aufgesetzt wird, so wird der
von den β-Strahlen getroffene Teil BC der Platte beeinflußt. Die
α-Strahlen endlich bilden ein sehr intensives Bündel, das nur wenig
abgelenkt und ziemlich schnell in der Luft ebsorbirt wird. Diese
Strahlen beschreiben in der Zeichnungsebene eine Bahn von sehr großem
Krümmungsradius; der Sinn der Ablenkung ist der entgegengesetzte wie bei
den β-Strahlen.
Bedeckt man die Höhlung mit einem dünnen Aluminiumschirm (0,1 m dick),
so werden die α-Strahlen großenteils absorbirt, die β-Strahlen
viel weniger, und die γ-Strahlen überhaupt nicht in merklichem
Maße.
In der soeben beschriebenen Form kann der Versuch nicht wirklich
ausgeführt werden; die Versuche, aus denen die Wirkung des Magnetfeldes
auf die verschiedenen Strahlenarten hervorgeht, sollen weiter unten
besprochen werden.
d) Wirkung des Magnetfeldes.
----------------------------
Aus dem obigen ergiebt sich, daß die von den radioaktiven Substanzen
emittirten Strahlen eine große Zahl von Eigenschaften mit den
Kathodenstrahlen und den Röntgenstrahlen gemeinsam haben. Die
Kathodenstrahlen ionisiren ebenso wie die Röntgenstrahlen die Luft,
wirken auf die photographischen Platten, erregen Fluorescenz, erfahren
keine regelmäßige Reflexion. Aber die Kathodenstrahlen unterscheiden
sich von den Röntgenstrahlen darin, daß sie durch die Einwirkung eines
Magnetfeldes aus ihrer geradlinigen Bahn abgelenkt werden, und daß sie
eine negative elektrische Ladung mit sich führen.
Die Tatsache, daß das magnetische Feld auf die Strahlung der
radioaktiven Körper wirkt, wurde fast gleichzeitig von den Herren
Giesel[48], Meyer und v. Schweidler[49-52] und Becquerel[11]
entdeckt[^9]. Diese Physiker fanden, daß die Strahlen der radioaktiven
Körper in derselben Weise und im selben Sinne abgelenkt werden wie die
Kathodenstrahlen; ihre Beobachtungen bezogen sich auf die
β-Strahlen.
Herr Curie[54] zeigte, daß die Radiumstrahlung aus zwei wohl zu
unterscheidenden Strahlengruppen besteht, von denen die eine im
Magnetfelde stark ablenkbar ist (β-Strahlen), während die andre
unempfindlich gegen die Wirkung des Feldes zu sein scheint (α- und
γ-Strahlen, die unter der gemeinsamen Bezeichnung ablenkbare
Strahlen zusammengefaßt wurden).
Bei den von uns hergestellten Poloniumpräparaten hat Herr Becquerel
keine Emission von Strahlen, die den Kathodenstrahlen entsprechen,
beobachtet. Im Gegensatz hierzu hat Herr Giesel an einem von ihm
hergestellten Poloniumpräparat zuerst die Wirkung des Magnetfeldes
beobachtet. Unter allen von uns hergestellten Poloniumpräparaten hat
keines jemals den Kathodenstrahlen analoge Strahlen gezeigt.
Das Gieselsche Polonium emittirt die kathodenstrahlartige Strahlung nur
im frisch hergestellten Zustande, es ist wahrscheinlich, daß diese
Strahlung von der Erscheinung der inducirten Radioaktivität herrührt,
von der weiter unten die Rede sein wird.
Folgende Versuche dienten zum Nachweis, daß ein Teil der
Radiumstrahlung, und zwar nur ein Teil aus leicht ablenkbaren Strahlen
besteht (β-Strahlen). Die Versuche geschahen mittels der
elektrischen Methode[54].
[Fig. 5]
Der radioaktive Körper A (Fig. 5) sendet Strahlen in der Richtung AD
zwischen die Platten P und P'. Die Platte P wird auf einem Potential von
500 Volt erhalten, die Platte P' ist mit einem Elektrometer und einem
piezoelektrischen Quarz verbunden. Man mißt die Stärke des unter dem
Einfluß der Strahlung die Luft durchfließenden Stromes. Mittels eines
Elektromagneten kann man nach Belieben innerhalb des ganzen Bereiches
EEEE ein magnetisches Feld erzeugen, das senkrecht zur Zeichnungsebene
verläuft. Wenn die Strahlen auch nur schwach abgelenkt werden, so
gelangen sie nicht mehr zwischen die Platten, und der Strom wird
unterdrückt. Die Bahn der Strahlen ist durch die Bleimassen BB'B'' sowie
durch die Polschuhe des Elektromagneten begrenzt; wenn die Strahlen
abgelenkt werden, so werden sie von den Bleimassen B und B' absorbirt.
Die erhaltenen Resultate hängen wesentlich von dem Abstand AD der
Strahlungsquelle A von dem Beginn des Kondensators bei D ab. Ist die
Entfernung AD ziemlich groß (größer als 7 cm), so wird der größte Teil
(etwa 90 Proz.) der Radiumstrahlung, die den Kondensator erreicht, von
einem Magnetfelde von 2500 Einheiten abgelenkt und unterdrückt. Diese
Strahlen sind die β-Strahlen. Ist die Entfernung AD kleiner als
65 mm, so wird ein weniger beträchtlicher Teil der Strahlen vom Felde
abgelenkt; dabei wird dieser Teil bereits vollständig in einem Felde von
2500 Einheiten abgelenkt, so daß eine Erhöhung der Feldstärke auf 7000
Einheiten keine Vermehrung des beseitigten Bruchteiles der Strahlung
hervorbringt.
Der durch das Feld nicht abgelenkte Bruchteil der Strahlung ist um so
größer, je kleiner die Entfernung zwischen der Strahlungsquelle und dem
Kondensator. Für sehr kleine Abstände bilden die ablenkbaren Strahlen
nur noch einen ganz geringen Bruchteil der Gesamtstrahlung.
Die durchdringenden Strahlen bestehen also zum großen Teil aus
ablenkbaren Strahlen von der Art der Kathodenstrahlen (β-Strahlen).
Mit der soeben beschriebenen Anordnung konnte die Wirkung des
Magnetfeldes auf die α-Strahlen bei den angewandten Feldstärken
kaum beobachtet werden. Die sehr beträchtliche, scheinbar unablenkbare
Strahlung, die man bei kleinem Abstande von der Strahlungsquelle
beobachtete, bestand aus α-Strahlen; die bei großer Entfernung
beobachtete unablenkbare Strahlung bestand aus γ-Strahlen.
Filtrirt man das Bündel durch ein Absorptionsmittel (Aluminium, oder
schwarzes Papier), so werden die hindurchgehenden Strahlen fast alle im
Magnetfelde abgelenkt, so daß durch den Absorptionsschirm und das
Magnetfeld zusammen fast die ganze Strahlung im Kondensator unterdrückt
wird; der übrig bleibende Rest besteht nur noch aus γ-Strahlen,
deren Menge gering ist. Die α-Strahlen werden von dem Schirm
absorbirt.
Ein Aluminiumblatt von 0,01 mm Dicke genügt, um fast alle schwer
ablenkbaren Strahlen zu unterdrücken, wenn die Substanz sich ziemlich
weit entfernt vom Kondensator befindet; für kleinere Abstände (34 und
51 mm) sind zwei Aluminiumblätter von 1 bis 100 mm nötig, um dasselbe
Resultat zu erreichen.
Ähnliche Messungen mit ganz analogem Resultat wurden an vier strahlenden
Substanzen (Chloriden und Karbonaten) von sehr verschiedener Aktivität
gemacht.
Man findet bei allen Präparaten, daß die magnetisch ablenkbaren
durchdringenden Strahlen (β-Strahlen) nur einen geringen Bruchteil
der Gesamtstrahlung ausmachen; sie kommen bei den Messungen nur wenig in
Betracht, wenn man die Gesamtstrahlung benutzt, um die Luft leitend zu
machen.
Auch die Poloniumstrahlung kann mittels der elektrischen Methode
beobachtet werden. Wenn man die Entfernung AD des Poloniums vom
Kondensator variirt, so bemerkt man zuerst, so lange die Entfernung
ziemlich groß ist, gar keinen Strom; nähert man das Polonium, so bemerkt
man, daß für eine gewisse Entfernung, die bei dem untersuchten Präparat
4 cm betrug, die Strahlung sich plötzlich mit großer Intensität
bemerkbar macht; der Strom wächst dann gleichmäßig, wenn man das
Polonium weiter nähert, doch bringt das Magnetfeld unter diesen
Bedingungen keinen merklichen Effekt hervor. Es sieht so aus, als ob die
Poloniumstrahlen im Raume begrenzt wären und in Luft kaum eine Art von
Scheidewand überschritten, die die Substanz im Abstande von einigen
Centimetern umgiebt.
Ich muß hier einige wichtige allgemeine Einschränkungen bezüglich der
Deutung der soeben beschriebenen Versuche machen. Wenn ich von dem durch
den Magneten abgelenkten Bruchteil der Strahlung spreche, so handelt es
sich dabei nur um diejenigen Strahlen, die im Stande sind, einen Strom
im Kondensator zu erzeugen. Wenn man als Reagenz für die
Becquerelstrahlen die Fluorescenz oder die Wirkung auf die
photographische Platte benutzte, so würde der Bruchteil wahrscheinlich
ein andrer werden; eine Intensitätsmessung hat eben im allgemeinen nur
einen Sinn für die gerade angewandte Meßmethode.
Die Poloniumstrahlen sind von der Art der α-Strahlen. Bei den
soeben beschriebenen Versuchen wurde keinerlei Einfluß des Magnetfeldes
auf diese Strahlen bemerkt, doch war die Anordnung derartig, daß eine
schwache Ablenkung unbemerkbar bleiben mußte.
Versuche mittels der radiographischen Methode bestätigten die Resultate
der obigen Versuche. Benutzt man Radium als Strahlungsquelle und fängt
die Strahlen auf einer Platte auf, die parallel zum ursprünglichen
Strahlenbündel und senkrecht zum Felde steht, so erhält man die sehr
scharfe Spur zweier durch das Feld getrennter Strahlenbündel, von denen
das eine abgelenkt ist, das andre nicht. Die β-Strahlen bilden das
abgelenkte Bündel; die nur sehr wenig abgelenkten α-Strahlen
vermischen sich fast ganz mit dem unabgelenkten Bündel der
α-Strahlen.
e) Ablenkbare β-Strahlen.
-----------------------------
Es folgte aus den Versuchen der Herren Giesel und Meyer und v.
Schweidler, daß die Strahlung der radioaktiven Körper wenigstens zum
Teil vom Magnetfeld abgelenkt wird, und daß diese Ablenkung ebenso
geschieht wie bei den Kathodenstrahlen. Herr Becquerel[55-57] hat die
Wirkung des Feldes auf die Strahlen mittels der radiographischen Methode
untersucht. Die benutzte Anordnung war die der Fig. 4. Das Radium befand
sich in einer Bleischale P, die auf der Schichtseite einer in schwarzes
Papier eingehüllten photographischen Platte AC stand. Das Ganze befand
sich zwischen den Polen eines Elektromagneten, dessen Feld senkrecht zur
Zeichnungsebene verlief.
Wenn das Feld von vorn nach hinten gerichtet ist, so wird der Teil BC
der Platte von Strahlen getroffen, die nach Zurücklegung kreisförmiger
Bahnen auf die Platte zurückgeworfen werden und sie in rechtem Winkel
schneiden. Diese Strahlen sind β-Strahlen.
Becquerel zeigte, daß das Bild aus einem breiten diffusen Bande, einem
richtigen kontinuirlichen Spektrum besteht, woraus hervorgeht, daß das
von der Quelle ausgesandte ablenkbare Strahlenbündel aus einer
unendlichen Zahl verschieden ablenkbarer Strahlen besteht. Bedeckt man
die Schicht der Platte mit verschiedenen Absorptionsmitteln (Papier,
Glas, Metalle), so wird ein Teil des Spektrums unterdrückt, und es
ergiebt sich, daß diejenigen Strahlen, die am stärksten im Magnetfelde
abgelenkt werden, oder anders ausgedrückt, diejenigen, deren Bahn den
kleinsten Krümmungsradius hat, am stärksten absorbirt werden. Für jeden
Schirm beginnt die Einwirkung auf die Platte erst bei einem gewissen
Abstand von der Strahlungsquelle, und dieser Abstand ist um so größer,
je stärker der Schirm absorbirt.
f) Ladung der ablenkbaren Strahlen.
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Die Kathodenstrahlen sind, wie Perrin[58,59] gezeigt hat, mit negativer
Elektrizität geladen. Sie vermögen ferner nach den Versuchen der Herren
Perrin und Lenard[60] ihre Ladung durch mit der Erde verbundene
Metallschirme und durch isolirende Substanzen hindurch zu transportiren.
An jeder Stelle, wo Kathodenstrahlen absorbirt werden, findet eine
kontinuirliche Entwicklung negativer Elektrizität statt. Wir stellten
fest, daß dasselbe für die ablenkbaren β-Strahlen des Radiums
stattfindet. Die ablenkbaren β-Strahlen sind mit negativer
Elektrizität geladen[61].
Die radioaktive Substanz sei auf einer der Platten eines Kondensators
ausgebreitet und die Platte zur Erde abgeleitet; die zweite mit dem
Elektrometer verbundene Platte empfängt und absorbirt die von der
Substanz emittirten Strahlen. Wenn die Strahlen geladen sind, so sollte
man einen kontinuirlichen Elektrizitätszufluß zum Elektrometer erwarten.
Als wir dieses Experiment in Luft ausführten, konnten wir keine Ladung
der Strahlen nachweisen, aber in dieser Form ist der Versuch auch nicht
empfindlich genug. Die Luft zwischen den Platten wird durch die Strahlen
leitend gemacht, das Elektrometer ist also nicht mehr isolirt und kann
nur ziemlich starke Ladungen anzeigen. Damit die α-Strahlen den
Versuch nicht stören, kann man sie durch Bedeckung der Strahlungsquelle
mit einem dünnen Metallschirm unterdrücken; das Resultat des Versuchs
wird dadurch nicht geändert.[^10]
Wir haben den Versuch in Luft ohne besseren Erfolg wiederholt, indem wir
die Strahlen in das Innere eines mit dem Elektrometer verbundenen
Faradayschen Cylinders eindringen ließen.[^11]
Man konnte sich schon nach den vorangehenden Versuchen davon
Rechenschaft geben, daß die Ladung der von dem angewandten Präparat
ausgehenden Strahlung nur schwach sein konnte.
Um eine schwache Elektrizitätsentwicklung auf einem die Strahlen
absorbirenden Leiter zu konstatiren, muß der Leiter elektrisch gut
isolirt sein; dazu muß man ihn aber vor der Einwirkung der Luft
schützen, indem man ihn entweder in ein sehr vollkommen evakuirtes Gefäß
bringt,[^12] oder ihn mit einem guten festen Dielektrikum umgiebt. Die
letztere Anordnung wurde von uns benutzt.
[Fig. 6]
Eine leitende Scheibe MM (Fig. 6) ist durch einen Metallstab t mit dem
Elektrometer verbunden; Scheibe und Stab sind vollständig von dem
Isolirmittel iiii umgeben; das ganze ist von einer Metallhülle EEEE
umgeben, die in leitender Verbindung mit der Erde steht. Auf einer Seite
der Scheibe sind Isolirschicht pp und Metallhülle sehr dünn. Diese Seite
ist der Strahlung des Radium-haltigen Baryumsalzes R ausgesetzt, das
sich frei in einem Bleitrog befindet.[^13] Die von dem Radium emittirten
Strahlen durchsetzen die Metallhülle und die isolirende Schicht pp und
werden in der Metallscheibe MM absorbirt. Diese wird dadurch der Sitz
einer kontinuirlichen und konstanten Entwicklung negativer Elektrizität,
die man am Elektrometer konstatirt und mittels des piezoelektrischen
Quarzes mißt.
Der so erzeugte Strom ist sehr schwach. Mit sehr aktivem Radium-haltigen
Baryumchlorid in einer Schicht von 2,5 cm Oberfläche und 0,2 cm Dicke
erhält man einen Strom von der Größenordnung 10^{-11} Ampere, nachdem
die benutzten Strahlen vor ihrer Absorption in der Scheibe MM eine
Aluminiumschicht von 0,01 mm und eine Hartgummischicht von 0,3 mm Dicke
durchsetzt haben.
Wir haben hintereinander Blei, Kupfer und Zink für die Scheibe MM,
Hartgummi und Paraffin als Isolirmittel benutzt; die erhaltenen
Resultate waren dieselben. Der Strom wird schwächer, wenn man die
Strahlungsquelle R entfernt, oder ein schwächer aktives Präparat
benutzt.
Dieselben Resultate erhielten wir, als wir die Scheibe MM durch einen
mit Luft gefüllten, aber von einem Isolirmittel umhüllten Faradayschen
Cylinder ersetzten. Die durch die dünne isolirende Platte pp
verschlossene Öffnung des Cylinders befand sich der Strahlungsquelle
gegenüber.
Endlich haben wir auch den umgekehrten Versuch gemacht, der darin
besteht, daß man den Bleitrog mit dem isolirenden Medium umgiebt und mit
dem Elektrometer verbindet (Fig. 7), während das Ganze mit einer
geerdeten Metallhülle umgeben ist.
[Fig. 7]
Bei dieser Anordnung beobachtet man am Elektrometer, daß das Radium eine
positive Ladung von gleicher Größe annimmt, wie die negative bei dem
ersten Versuch. Die Strahlen des Radiums durchdringen die dünne
Schicht pp und nehmen beim Verlassen des inneren Leiters negative
Elektrizität mit sich fort.
Die α-Strahlen des Radiums kommen bei diesen Versuchen nicht in
Betracht, da sie schon in sehr dünnen Schichten fester Substanz fast
vollständig absorbirt werden. Die soeben beschriebene Methode eignet
sich auch nicht für die Untersuchung der Poloniumstrahlen, da diese
ebenfalls wenig Durchdringungsvermögen besitzen. Wir bemerkten keine
Spur einer Ladung beim Polonium, das nur α-Strahlen emittirt; aus
dem eben genannten Grunde kann man jedoch aus diesem Versuch keinen
Schluß ziehen.
Es findet also bei den ablenkbaren β-Strahlen des Radiums, ebenso
wie bei den Kathodenstrahlen, ein Transport von Elektrizität statt. Nun
hat man bisher niemals die Existenz elektrischer Ladungen gekannt, die
nicht an Materie geknüpft waren. Man kam also dazu, sich für die
Untersuchung der ablenkbaren β-Strahlen des Radiums derselben
Theorie zu bedienen, die augenblicklich für die Kathodenstrahlen in
Gebrauch ist. Nach dieser ballistischen Theorie, die von Sir W. Crookes
aufgestellt, später von Herrn J. J. Thomson entwickelt und
vervollständigt ist, bestehen die Kathodenstrahlen aus äußerst feinen
Teilchen, die von der Kathode mit großer Geschwindigkeit
fortgeschleudert werden und mit negativer Elektrizität geladen sind. Man
kann also annehmen, daß das Radium negativ geladene Partikel in den Raum
hinaussendet.
Ein Radiumpräparat, das in einer dünnen, vollkommen isolirenden festen
Hülle eingeschlossen ist, muß sich von selbst auf ein sehr hohes
Potential laden. Nach der ballistischen Hypothese müßte dieses Potential
so lange anwachsen, bis die Potentialdifferenz gegen die umgebenden
Leiter genügend groß wird, um die Entfernung der emittirten
elektrisirten Teilchen zu verhindern und sie zur Strahlungsquelle
zurückzuführen.[^14]
Wir haben durch Zufall ein derartiges Experiment gemacht. Ein sehr
aktives Radiumpräparat war seit langem in einem Glasröhrchen
eingeschlossen. Um das Röhrchen zu öffnen, machten wir einen Strich mit
einem Glasmesser auf dem Glase. In diesem Moment hörten wir deutlich das
Geräusch eines Funkens, und als wir darauf das Glas mit einer Lupe
untersuchten, fanden wir, daß es an der durch den Strich geschwächten
Stelle von einem Funken durchbohrt war. Dieser Vorgang ist durchaus
vergleichbar mit der Durchbrechung des Glases einer zu stark geladenen
Leydenerflasche.
Die gleiche Erscheinung wiederholte sich mit einer andren Röhre. Ja,
Herr Curie, der die Röhre hielt, spürte sogar im Moment, als der Funke
übersprang, in seinen Fingern einen elektrischen Entladungsschlag.[^15]
Gewisse Gläser sind sehr gute Isolatoren. Wenn man das Radium in ein
zugeschmolzenes, gut isolirendes Röhrchen einschließt, kann man
erwarten, daß in einem bestimmten Moment die Röhre von selbst durchbohrt
wird. Das Radium ist das erste Beispiel eines Körpers, der sich von
selbst elektrisch ladet.
g) Wirkung des elektrischen Feldes auf die ablenkbaren β-Strahlen
des Radiums.
----------------------------------------------------------------------------------
Da die ablenkbaren β-Strahlen des Radiums den Kathodenstrahlen
vergleichbar sind, so müssen sie von einem elektrischen Felde in
derselben Weise wie diese abgelenkt werden, d. h. wie ein negativ
geladenes, träges Teilchen, das mit großer Geschwindigkeit in den Raum
hinausgeschleudert wird. Die Existenz dieser Ablenkung wurde einerseits
von Herrn Dorn,[64] andrerseits von Herrn Becquerel[57] nachgewiesen.
Betrachten wir einen Strahl, der den Raum zwischen den beiden Platten
eines Kondensators durchsetzt. Die Strahlrichtung sei parallel zu den
Platten. Wenn man zwischen diesen ein elektrisches Feld erzeugt, so ist
der Strahl der Einwirkung dieses gleichförmigen Feldes längs seines
ganzen Weges l zwischen den Kondensatorplatten unterworfen. Infolge
dieser Einwirkung wird der Strahl nach der positiven Platte hin
abgelenkt und beschreibt einen Parabelbogen; wenn er das Feld verläßt,
setzt er seinen Weg geradlinig fort in Richtung der Tangente an den
Parabelbogen im Austrittspunkt. Man kann den Strahl auf einer
photographischen Platte auffangen, die senkrecht zur ursprünglichen
Richtung steht. Man beobachtet die Wirkung auf die Platte für das Feld
Null und für eine bekannte Feldstärke, und leitet daraus den Wert δ
der Ablenkung ab, die gleich der Entfernung der beiden Punkte ist, in
denen die neue und die ursprüngliche Strahlrichtung dieselbe zur
ursprünglichen Richtung senkrechte Ebene treffen. Wenn h die Entfernung
dieser Ebene vom Kondensator, d. h. von der Grenze des Feldes ist, so
erhält man durch eine einfache Rechnung:
[delta = (e.F.l. (l/2 + h))/(m.v.v)]
wobei m die Masse des bewegten Teilchens, e seine Ladung, v seine
Geschwindigkeit und F die Feldstärke bedeutet.
Die Versuche Becquerels gestatteten ihm eine angenäherte Bestimmung
von δ.
h) Verhältniß von Ladung zur Masse eines vom Radium emittirten negativ
geladenen Teilchens.
-------------------------------------------------------------------------------------------
Ein träges Teilchen von der Masse m und der negativen Ladung e werde mit
der Geschwindigkeit v in ein gleichförmiges Magnetfeld
hineingeschleudert, das senkrecht zur ursprünglichen Geschwindigkeit
verläuft; das Teilchen beschreibt dann in einer Ebene, die durch die
Anfangsrichtung geht und senkrecht zum Felde steht, einen Kreisbogen vom
Krümmungsradius ρ, für den, wenn H die Feldstärke bedeutet, die
Beziehung gilt:
Hρ = mv/e.
Wenn man für ein und denselben Strahl die elektrische Ablenkung δ
und den Krümmungsradius ρ in einem magnetischen Felde gemessen hat,
so kann man aus den beiden Versuchen die Werte für e/m und die
Geschwindigkeit v berechnen.
Die Becquerelschen Versuche lieferten eine erste Annäherung hierfür. Sie
ergaben für e/m einen angenäherten Wert von 10^7 absoluten
elektromagnetischen Einheiten, und für v einen Wert von 1,6⋅10^{10}
cm/sek. Diese Zahlen sind von derselben Größenordnung wie bei den
Kathodenstrahlen.
Genaue Untersuchungen über denselben Gegenstand wurden von Herrn
Kaufmann[65-68] gemacht. Er unterwarf ein sehr feines Bündel von
Radiumstrahlen der gleichzeitigen Einwirkung eines elektrischen und
eines magnetischen Feldes, die beide gleichförmig und gleichgerichtet
waren, und zwar senkrecht zur ursprünglichen Richtung des Bündels. Das
Bild auf einer Platte, die senkrecht zur ursprünglichen Richtung und von
der Quelle aus gerechnet jenseits der Grenzen des Feldes aufgestellt
war, erhält die Form einer Kurve, von der jeder Punkt einem der Strahlen
des ursprünglichen heterogenen Bündels entspricht. Die am stärksten
durchdringenden und am wenigsten ablenkbaren Strahlen sind dabei
diejenigen, deren Geschwindigkeit die größte ist.
Aus den Versuchen Kaufmanns folgt, daß für die Radiumstrahlen, deren
Geschwindigkeit wesentlich größer ist als die der Kathodenstrahlen, das
Verhältniß e/m mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt.
Nach den Arbeiten von J. J. Thomson[69] und Townsend[70] müssen wir
annehmen, daß das bewegte Teilchen, aus dem der Strahl besteht, eine
Ladung besitzt, die gleich ist derjenigen, die ein Wasserstoffatom in
der Elektrolyse transportirt, daß also diese Ladung für alle Strahlen
dieselbe ist. Man muß daraus schließen, daß die Masse des Teilchens mit
zunehmender Geschwindigkeit wächst.
Nun führen aber theoretische Betrachtungen zu der Anschauung, daß die
Trägheit des Teilchens mit der Bewegung der Ladung eng zusammenhängt, da
die Geschwindigkeit einer in Bewegung befindlichen Ladung nicht ohne
Energieaufwand verändert werden kann. Anders ausgedrückt: Die Trägheit
des Teilchens ist elektromagnetischen Ursprungs und die Masse des
Teilchens ist wenigstens zum Teil eine scheinbare oder
elektromagnetische Masse. Herr Abraham[71] geht noch weiter und nimmt
an, daß die Masse des Teilchens völlig elektromagnetischen Ursprungs
ist. Wenn man nach dieser Hypothese die Masse m für eine gegebene
Geschwindigkeit v berechnet, so findet man, daß m unendlich groß wird,
wenn v sich der Lichtgeschwindigkeit nähert und daß m einen konstanten
Wert annimmt, wenn die Geschwindigkeit klein gegen die des Lichtes ist.
Die Versuche Kaufmanns sind in Übereinstimmung mit dieser Theorie, deren
Wichtigkeit groß ist, da sich die Möglichkeit voraussehen läßt, die
Grundlagen der Mechanik auf der Dynamik kleiner geladener und in
Bewegung befindlicher Centra aufzubauen.[^16]
Folgendes sind die von Herrn Kaufmann für e/m und für v erhaltenen
Zahlen[^17]:
-----------------------------------------------------------------
v⋅10^{-10} e/m⋅10^{-7} e/m⋅10^{-10} aus
beobachtet dem Wert von v
berechnet
------------------- ---------------------- ----------------------
2,90 0,692 0,722
2,82 0,835 0,861
2,74 0,972 0,953
2,60 1,07 1,08
2,48 1,16 1,18
2,36 1,24 1,25
2,24 1,29 1,32
2,12 1,33 1,38
0,53 1,865* 1,78
0,00 --- 1,80
-----------------------------------------------------------------
* (beobachtet von Simon[73] für Kathodenstrahlen.)
Herr Kaufmann schloß aus seinen Versuchen, daß der Grenzwert von e/m für
Radiumstrahlen sehr kleiner Geschwindigkeit[^18] derselbe sein würde,
wie für Kathodenstrahlen.
Seine genauesten Messungen hat Kaufmann mit einem ihm von uns zur
Verfügung gestellten kleinen Körnchen reinen Radiumchlorides gemacht.
Nach den Versuchen Kaufmanns besitzen gewisse Teile der β-Strahlung
des Radiums eine Geschwindigkeit, die der des Lichtes ganz nahe kommt.
Es ist verständlich, daß diese so schnellen Strahlen ein sehr großes
Durchdringungsvermögen der Materie gegenüber besitzen.
i) Wirkung des Magnetfeldes auf die α-Strahlen.
----------------------------------------------------
In einer neueren Arbeit kündigte Herr Rutherford[74] an, daß in einem
sehr starken elektrischen oder magnetischen Felde die α-Strahlen
des Radiums schwach abgelenkt werden, derart, wie es bei schnell
bewegten, positiv geladenen Teilchen der Fall sein würde. Rutherford
schloß aus seinen Versuchen, daß die Geschwindigkeit der α-Strahlen
von der Größenordnung 2,5⋅10^9 cm/sek und das Verhältniß e/m von der
Größenordnung 6⋅10^3 wäre, d. h. 10^4mal kleiner als die ablenkbaren
β-Strahlen. Weiter unten soll gezeigt werden, daß diese Schlüsse
Rutherfords mit den bisher bekannten Eigenschaften der α-Strahlen
in Einklang sind und zum Teil wenigstens von dem Absorptionsgesetz
dieser Strahlen Rechenschaft geben.
Die Versuche Rutherfords wurden von Herrn Becquerel[75,76] bestätigt.
Becquerel zeigte ferner, daß die Poloniumstrahlen sich im Magnetfelde
ebenso wie die α-Strahlen des Radiums verhielten und bei gleicher
Feldstärke denselben Krümmungsradius anzunehmen scheinen wie diese. Aus
den Becquerelschen Versuchen folgt ferner, daß die α-Strahlen kein
magnetisches Spektrum zu bilden scheinen, sondern sich wie eine homogene
Strahlung verhalten, bei der alle Strahlen gleich stark abgelenkt
werden.[^19]
k) Wirkung des Magnetfeldes auf die Strahlen andrer radioaktiver
Substanzen.
----------------------------------------------------------------------------
Es wurde im Vorangehenden gezeigt, daß das Radium drei Strahlenarten
emittirt, nämlich α-Strahlen, die den Kanalstrahlen,
β-Strahlen, die den Kathodenstrahlen verwandt sind, und nicht
ablenkbare durchdringende γ-Strahlen. Das Polonium emittirt nur
α-Strahlen. Von den andren radioaktiven Körpern scheint das
Aktinium sich wie das Radium zu verhalten, doch ist die Untersuchung der
Strahlung dieses Körpers noch nicht so weit fortgeschritten, wie die der
Radiumstrahlung. Von den schwach radioaktiven Körpern weiß man jetzt,
daß das Uran und das Thor sowohl α-Strahlen, als auch ablenkbare
β-Strahlen emittiren (Becquerel, Rutherford).
l) Verhältniß der ablenkbaren β-Strahlen in der Radiumstrahlung.
--------------------------------------------------------------------
Wie bereits gesagt, vermehrt sich die relative Intensität der
β-Strahlen mit zunehmender Entfernung von der Strahlungsquelle.
Dennoch treten diese Strahlen niemals allein auf, und für große
Entfernungen beobachtet man immer auch das Vorhandensein von
γ-Strahlen. Das Vorhandensein nicht ablenkbarer, sehr
durchdringender Strahlen in der Radiumstrahlung wurde zuerst von Herrn
Villard[78] beobachtet. Diese Strahlen bilden nur einen geringen Anteil
der Strahlung, wenn man sie mit der elektrischen Methode mißt, und ihr
Vorhandensein entging uns bei unsren ersten Versuchen, sodaß wir damals
mit Unrecht glaubten, daß bei großer Entfernung die Strahlung nur
ablenkbare Strahlen enthielte.
Folgendes sind die numerischen Resultate, die bei Versuchen nach der
elektrischen Methode mit einem Apparat entsprechend dem der Fig. 5
erhalten wurden. Das Radium war von dem Kondensator nur durch die
umgebende Luft getrennt. Ich bezeichne mit d den Abstand der
Strahlungsquelle vom Kondensator. Setzt man den Strom, der ohne
Magnetfeld für jede einzelne Entfernung erhalten wurde, gleich 100, so
bedeuten die Zahlen der zweiten Zeile den bei Erregung des Feldes
übrigbleibenden Strom. Diese Zahlen können als der prozentuale Anteil
der α- und γ-Strahlen betrachtet werden, da die Ablenkung der
α-Strahlen bei der benutzten Anordnung kaum bemerkbar sein konnte.
Bei großen Entfernungen hat man keine α-Strahlen mehr und die
unabgelenkte Strahlung besteht dann nur noch aus γ-Strahlen.
Versuche bei kleinem Abstand:
-------------------------------- ----- ----- ----- -----
d in cm 3,4 5,1 6,0 6,5
Unabgelenkte Strahlen in Proz. 74 56 33 11
-------------------------------- ----- ----- ----- -----
Versuche bei großem Abstand, mit einem bedeutend aktiveren Präparat als
bei der vorigen Reihe:
-------------------------------- ---- ---- ---- ---- ---- ----- -----
d in cm 14 30 53 80 98 124 157
Unabgelenkte Strahlen in Proz. 12 14 17 14 16 14 11
-------------------------------- ---- ---- ---- ---- ---- ----- -----
Man sieht, daß von einer gewissen Entfernung an der Anteil der nicht
abgelenkten Strahlen in der Strahlung annähernd konstant ist. Diese
Strahlen gehören wahrscheinlich alle zu den γ-Strahlen. Die
Unregelmäßigkeiten der Zahlen in der zweiten Zeile wollen übrigens nicht
viel bedeuten, wenn man bedenkt daß die Totalintensität des Stromes in
den beiden äußersten Versuchen im Verhältniß 660 zu 10 stand. Die
Messungen konnten bis zu einer Entfernung von 1,57 m von der
Strahlungsquelle ausgedehnt werden, und wir wären jetzt im Stande, noch
weiter zu gehen.
Bei der folgenden Versuchsreihe war das Radium in einem sehr engen
Glasröhrchen eingeschlossen, das unter dem Kondensator und parallel zu
den Platten sich befand. Die emittirten Strahlen hatten, ehe sie zu dem
Kondensator gelangten, eine gewisse Glas- und Luftschicht zu passiren:
-------------------------------- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ------ ------ ------
d in cm 2,5 3,3 4,1 5,9 7,5 9,6 11,8 13,9 17,2
Unabgelenkte Strahlen in Proz. 88 33 21 16 14 10 9 9 10
-------------------------------- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ------ ------ ------
Wie in den früheren Versuchen konvergiren die Zahlen der zweiten Zeile
gegen einen konstanten Grenzwert, wenn die Entfernung d wächst, aber die
Grenze wird praktisch schon für einen kleineren Abstand erreicht als in
den früheren Reihen, weil die α-Strahlen in dem Glase stärker
absorbirt werden, als die β- und γ-Strahlen.
Auch folgender Versuch zeigt, daß eine dünne Aluminiumschicht (von
0,01 mm Dicke) hauptsächlich die α-Strahlen absorbirt. Wenn das
Präparat 5 cm vom Kondensator entfernt war, so fand man, durch Erregung
des Magnetfeldes, daß das Verhältniß der übrigen Strahlen zu den
β-Strahlen 71 Proz. betrug. Bedeckt man das Präparat mit dem
Aluminiumblatt, so findet man, daß bei derselben Entfernung die
durcbgelassene Strahlung fast vollständig vom Magnetfeld abgelenkt wird,
weil die α-Strahlen von dem Blatt absorbirt worden sind. Dasselbe
Resultat erhält man mit Papier als Absorptionsschirm.
Der größte Teil der Radiumstrahlung besteht aus α-Strahlen, die
wahrscheinlich hauptsächlich von der Oberfläche der strahlenden Substanz
emittirt werden. Wenn man die Dicke der strahlenden Schicht variirt, so
wächst die Stromstärke mit dieser Dicke; die Vermehrung ist aber nicht
für die Gesamtheit der Strahlen der Zunahme der Dicke proportional; sie
ist für die β-Strahlen viel beträchtlicher als für die
α-Strahlen, derart, daß der relative Anteil der β-Strahlen mit
wachsender Schichtdicke zunimmt. Wenn die Strahlungsquelle sich 5 cm vom
Kondensator entfernt befindet, so findet man für eine Dicke der aktiven
Schicht von 0,4 mm, daß die Gesamtstrahlung durch die Zahl 28 gegeben
ist und der Anteil der β-Strahlen 29 Proz. beträgt. Macht man die
Schicht 2 mm dick, d. h. fünfmal dicker, so erhält man eine
Gesamtstrahlung gleich 102 und einen Anteil der β-Strahlen von
45 Proz. Die bei dieser Entfernung beobachtete Gesamtstrahlung ist also
auf das 3,6fache und die ablenkbare β-Strahlung auf das 5fache
gestiegen.
Die vorstehenden Versuche wurden mittels der elektrischen Methode
ausgeführt. Benutzt man die radiographische Methode, so scheinen gewisse
Resultate mit dem Vorstehenden in Widerspruch. Bei den Versuchen von
Herrn Villard wurde ein der Wirkung des Magnetfeldes ausgesetztes Bündel
von Radiumstrahlen auf einem Satze von photographischen Platten
aufgefangen. Das unablenkbare und durchdringende γ-Strahlenbündel
durchsetzte alle Platten und zeichnete seine Spur auf allen. Das
abgelenkte β-Bündel wirkte nur auf die erste Platte ein. Dieses
Bündel scheint also keine Strahlen von großem Durchdringungsvermögen zu
enthalten.
Im Gegensatz dazu besteht bei unsren Versuchen ein in Luft sich
fortpflanzendes Bündel bei den größten der Beobachtung zugänglichen
Entfernungen zu ungefähr {}^{9}/_{10} aus ablenkbaren β-Strahlen,
und dasselbe ist der Fall, wenn die Strahlungsquelle in eine kleine
zugeschmolzene Glasröhre eingeschlossen ist. Bei den Versuchen Villards
wirken diese ablenkbaren und durchdringenden β-Strahlen nicht mehr
auf die hinteren Platten ein, weil sie von dem ersten festen Hinderniß,
das sie treffen, nach allen Seiten diffundirt werden und dadurch
aufhören ein begrenztes Bündel zu bilden. Bei unsren Versuchen wurden
die von dem Radium emittirten und das Glas durchsetzenden Strahlen
wahrscheinlich auch von dem Glas diffundirt; da aber die Röhre sehr
klein war, so wirkte sie selbst als Strahlenquelle für die von ihrer
Oberfläche ausgehenden ablenkbaren β-Strahlen und wir konnten
dieselben bis zu großen Entfernungen von der Röhre beobachten.
Die Kathodenstrahlen der Entladungsröhren können nur sehr dünne Schirme
durchdringen (Aluminiumschirme bis zu 0,01 mm Dicke). Ein
Strahlenbündel, das senkrecht auf den Schirm trifft, wird nach allen
Seiten zerstreut; aber die Zerstreuung ist um so weniger beträchtlich,
je dünner der Schirm, und für sehr dünne Schirme existirt ein
austretendes Bündel, das merklich in die Verlängerung des einfallenden
Bündels fällt[79].
Die ablenkbaren β-Strahlen des Radiums verhalten sich ähnlich, doch
ist die Veränderung, die das Bündel bei einem Schirm von derselben Dicke
erfährt, viel weniger groß. Nach den Versuchen Becquerels werden die
stark ablenkbaren β-Strahlen des Radiums (d. h. diejenigen, deren
Geschwindigkeit klein ist) von einem Aluminiumschirm von 0,1 mm Dicke
stark zerstreut; die durchdringenderen und weniger ablenkbaren Strahlen
jedoch (kathodenstrahlartige mit großer Geschwindigkeit) durchdringen
denselben Schirm ohne merkliche Zerstreuung und ohne Deformation des
Bündels, und zwar unabhängig von der Neigung des Schirmes gegen das
Bündel. Die sehr schnellen β-Strahlen durchdringen ohne Zerstreuung
eine ziemlich dicke Schicht von Paraffin (einige Centimeter) und man
kann in dieser Schicht die Krümmung des Bündels unter der Einwirkung
eines Magnetfeldes verfolgen. Je dicker der Schirm ist und je
absorbirender seine Substanz, um so mehr wird das ursprüngliche
ablenkbare Bündel verändert, weil in dem Maße, wie die Schichtdicke
wächst, die Zerstreuung beginnt, sich an immer durchdringenderen
Strahlen bemerkbar zu machen.
Die Luft bewirkt eine Zerstreuung der β-Strahlen, die zwar für die
stark ablenkbaren Strahlen sehr bemerkbar ist, jedoch viel weniger in
Betracht kommt als die von gleichen Dicken fester Körper hervorgerufene.
Deshalb breiten sich die β-Stahlen des Radiums in Luft auf große
Entfernungen hin aus.
m) Durchdringungsvermögen der Strahlung der radioaktiven Substanzen.
--------------------------------------------------------------------
Vom Beginn der Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen an
beschäftigte man sich mit der Absorption, die verschiedene Schirme auf
die Strahlung dieser Körper ausüben. In einer ersten Notiz über diesen
Gegenstand veröffentlichte ich[15] einige Zahlen, die am Beginn dieser
Schrift mitgeteilt sind und aus denen das relative
Durchdringungsvermögen der Uran- und Thorstrahlung zu ersehen ist. Herr
Rutherford[17] untersuchte specieller die Uranstrahlung und wies ihre
Heterogenität nach. Herr Owens[26] kam zu demselben Schluß bezüglich der
Thorstrahlung. Als sodann die Entdeckung der stark aktiven Substanzen
erfolgte, wurde das Durchdringungsvermögen ihrer Strahlen sogleich von
mehreren Physikern untersucht (Becquerel[80], Meyer und
v. Schweidler[81], Curie, Rutherford). Die ersten Beobachtungen zeigten
unzweifelhaft die Heterogenität der Strahlung, die ein allgemeines
Phänomen zu sein und allen radioaktiven Stoffen zuzukommen scheint. Man
befindet sich da Strahlungsquellen gegenüber, die eine Gesamtheit von
Strahlen emittiren, deren jeder sein eigenes Durchdringungsvermögen hat.
Die Frage komplicirt sich noch dadurch, daß man untersuchen muß, in
welchem Maße die Natur der Strahlung beim Hindurchgang durch materielle
Körper modificirt werden kann, und daß infolgedessen jede Messungsreihe
eine präcise Bedeutung nur für die gerade angewandte Versuchsordnung
hat.
Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen kann man versuchen, die
verschiedenen Versuche miteinander zu vergleichen und die Gesamtheit der
Resultate darzustellen.
Die radioaktiven Körper emittiren eine Strahlung, die sich in Luft und
im Vakuum fortpflanzt; die Fortpflanzung ist geradlinig; diese Tatsache
wird durch die Schärfe und die Form der Schatten bewiesen, die man
erhält, wenn man für die Strahlung undurchsichtige Körper zwischen die
Quelle und die photographische Platte oder den als Empfänger dienenden
Fluorescenzschirm stellt, wobei die Quelle klein sein muß gegen die
Entfernung vom Empfänger. Verschiedene Versuche, die die geradlinige
Ausbreitung der Strahlung des Urans, des Radiums und des Poloniums
beweisen, sind von Herrn Becquerel[82,83] ausgeführt worden.
Es ist interessant, die Entfernung von der Quelle zu bestimmen, bis zu
der die Strahlen sich in Luft fortpflanzen können, Wir stellten fest,
daß das Radium Strahlen aussendet, die in mehreren Metern Abstand in
Luft beobachtet werden konnten. Bei einigen unsrer elektrischen
Messungen fand eine Einwirkung der Strahlungsquelle auf die Luft im
Kondensator noch bei einer Entfernung von 2 bis 3 m statt. Ebenso haben
wir Fluorescenzwirkungen und photographische Wirkungen noch bei
Entfernungen von derselben Größenordnung erhalten.
Diese Versuche können nur mit sehr intensiven Strahlungsquellen
ausgeführt werden, da, abgesehen von der Absorption der Luft, die
Wirkung auf den Empfänger im umgekehrten Verhältniß des
Entfernungsquadrats variirt, wenn die Quelle von kleinen Dimensionen
ist. Diese sich in große Entfernung vom Radium ausbreitende Strahlung
enthält ebensowohl kathodenstrahlartige wie nicht ablenkbare Strahlen;
die ablenkbaren Strahlen sind jedoch in der Mehrzahl, gemäß den oben
angeführten Versuchen. Der größte Teil der Strahlen dagegen (die
α-Strahlen) ist in Luft auf einen Abstand von etwa 7 cm von der
Quelle begrenzt.
Ich machte einige Versuche mit Radium, das in einem kleinen Glasgefäß
eingeschlossen war. Die aus diesem Gefäß hervorkommenden Strahlen
durchmaßen einen gewissen Luftraum und wurden in einem Kondensator
aufgefangen, der in gewöhnlicher Weise zur Messung ihres
Ionisationsvermögens mittels der elektrischen Methode diente. Man
veränderte die Entfernung d der Quelle vom Kondensator und maß den im
Kondensator erhaltenen Sättigungsstrom. Folgendes sind die Resultate
einer Messungsreihe:
d cm i i⋅ d^2⋅ 10^{-3}
------ ------- -------------------------
10 127,0 13
20 38,0 15
30 17,4 16
40 10,5 17
50 6,9 17
60 4,7 17
70 3,8 19
100 1,65 17
Von einem gewissen Abstand an ändert sich die Intensität der Strahlung
merklich wie das Quadrat der Entfernung vom Kondensator.
Die Poloniumstrahlung breitet sich in Luft nur bis zu einer Entfernung
von einigen Centimetern (4 bis 6 cm) von der Strahlungsquelle aus.
Betrachtet man die Absorption der Strahlung durch feste Körper, so
findet man auch dabei einen fundamentalen Unterschied zwischen dem
Radium und dem Polonium. Das Radium emittirt Strahlen, die eine dicke
Schicht fester Körper zu durchdringen vermögen, z. B. einige Centimeter
Blei oder Glas. Die Strahlen, die eine große Schichtdicke eines festen
Körpers durchsetzt haben, sind außerordentlich durchdringend, und man
kann sie praktisch überhaupt nicht vollständig durch irgend einen Körper
absorbiren lassen. Aber diese Strahlen bilden nur einen geringen
Bruchteil der Totalstrahlung, die im Gegensatz hierzu zum größten Teil
bereits durch eine dünne Schicht fester Substanz absorbirt wird.
Das Polonium dagegen emittirt äußerst absorbirbare Strahlen, die nur
sehr dünne Schichten fester Körper durchdringen können. Ich gebe als
Beispiel einige Zahlen über die Absorption, die ein Aluminiumblatt von
0,01 mm Dicke hervorbringt. Dieses Blatt wurde über die Substanz gedeckt
und war beinahe mit ihr in Berührung. Die direkte und die von dem Blatt
durchgelassene Strahlung wurden mittels der elektrischen Methode
(Fig. 1) gemessen; der Sättigungsstrom wurde in allen Fällen merklich
erreicht. Ich bezeichne mit a die Aktivität der strahlenden Substanz,
die des Urans gleich 1 gesetzt.
---------------------------------------------------------------
a Von dem Blatt
durchgelassener
Bruchteil der
Strahlung
------------------------------------ -------- -----------------
Radium-haltiges Baryumchlorid 57 0,32
Radium-haltiges Baryumbromid 43 0,30
Radium-haltiges Baryumchlorid 1200 0,30
Radium-haltiges Baryumsulfat 5000 0,29
Radium-haltiges Baryumsulfat 10000 0,32
Metallisches Wismut-Polonium —— 0,22
Uranverbindungen —— 0,20
Thorverbindungen in dünner Schicht —— 0,38
---------------------------------------------------------------
Man sieht hieraus, daß Radium-haltige Verbindungen von ganz
verschiedener Aktivität ganz analoge Resultate geben, wie ich es bereits
im Anfang dieser Arbeit für die Uran- und Thorverbindungen gezeigt habe.
Man sieht auch, wenn man die Gesamtstrahlung ins Auge faßt, daß dann für
die betrachtete absorbirende Schicht die verschiedenen strahlenden
Substanzen sich nach abnehmendem Durchdringungsvermögen ihrer Strahlen
in folgender Reihenfolge ordnen: Thor, Radium, Polonium, Uran.
Diese Resultate sind in Übereinstimmung mit denen, die Herr
Rutherford[84] in einer Arbeit über diesen Gegenstand veröffentlichte.
Rutherford findet übrigens, daß die Reihenfolge dieselbe ist, wenn Luft
die absorbirende Substanz bildet. Es ist jedoch wahrscheinlich, daß
diese Reihenfolge keine absolute Bedeutung hat und nicht unabhängig von
der Natur und der Dicke des betrachteten Schirms besteht. Der Versuch
zeigt ja tatsächlich, daß das Absorptionsgesetz für Polonium und Radium
sehr verschieden ist, und daß man bei letzterem die Absorption jeder der
drei Strahlenarten für sich betrachten muß.
Das Polonium ist besonders zur Untersuchung der α-Strahlen
geeignet, da die in unsrem Besitz befindlichen Präparate keinerlei andre
Strahlen emittiren. Ich machte eine erste Versuchsreihe mit frisch
hergestellten und sehr stark aktiven Poloniumpräparaten.
Ich[44] fand, daß die Poloniumstrahlen um so absorbirbarer sind, je
dicker die schon durchstrahlte Schicht von Materie ist. Dieses
merkwürdige Absorptionsgesetz steht im Widerspruch mit dem für die
andren Strahlungen bekannten.
Ich benutzte für diese Untersuchung unsren elektrischen Meßapparat in
folgender Anordnung:
[Fig. 8]
Die beiden Platten eines Kondensators PP und P'P' (Fig. 8) stehen
horizontal und sind durch einen mit der Erde verbundenen Metallkasten
BBBB geschirmt. Der aktive Körper A befindet sich in einer dicken
Metallbüchse CCCC, die an der Platte P'P’ befestigt ist, und wirkt auf
die Luft im Kondensator durch ein Metallnetz T hindurch; nur die das
Metallgewebe durchsetzenden Strahlen werden zur Stromerzeugung benutzt,
da das Feld an dem Gewebe endigt, Die Entfernung AT des aktiven Körpers
von dem Gewebe ist veränderlich. Das Feld zwischen den Platten wird
durch eine Batterie erzeugt; der Strom wird mittels eines Elektrometers
und einen piezoelektrischen Quarzes gemessen. Indem man in A auf den
aktiven Körper verschiedene Schirme aufsetzt und die Entfernung AT
variirt, kann man die Absorption von Strahlen messen, die in Luft mehr
oder weniger große Wege zurückgelegt haben.
Folgendes sind die mit Polonium erhaltenen Resultate:
Für einen gewissen Wert der Entfernung AT (4 cm und darüber) erhält man
keinen Strom; die Strahlen dringen nicht in den Kondensator ein.
Vermindert man den Abstand AT, so macht sich das Auftreten der Strahlen
im Kondensator ziemlich plötzlich bemerkbar, derart, daß man durch eine
sehr kleine Verringerung der Entfernung von einem sehr schwachen zu
einem sehr merklichen Strome übergeht; von da ab wächst der Strom
regelmäßig, wenn man den strahlenden Körper dem Gewebe T weiter
annähert.
Wenn man die strahlende Substanz mit einem Alumiumblatt von 0,01 mm
Dicke bedeckt, so ist die dadurch hervorgerufene Absorption um so
größer, je größer die Entfernung AT.
Legt man auf das erste Aluminiumblatt ein gleiches zweites, so absorbirt
jedes Blatt einen Bruchteil der auffallenden Strahlung; dieser Bruchteil
ist für das zweite Blatt größer als für das erste, so daß das zweite
stärker absorbirend erscheint.
Die folgende Tabelle enthält: In der ersten Zeile die Abstände zwischen
dem Polonium und dem Gewebe T in Centimetern; in der zweiten Zeile den
Anteil der von einem Aluminiumblatt durchgelassenen Strahlung in
Prozenten; in der dritten Zeile den von zwei gleichen Aluminiumblättern
durchgelassenen Anteil in Prozenten:
------------------------------------ ---- ---- ---- ----- -----
Entfernung AT 3,5 2,5 1,9 1,45 0,5
Von einem Blatt durchgelassene 0,0 0,0 5,0 10,0 25,0
Strahlung in Prozenten
Von zwei Blättern durchgelassene 0,0 0,0 0,0 0,0 0,7
Strahlung in Prozenten
------------------------------------ ---- ---- ---- ----- -----
Bei diesen Versuchen war der Abstand zwischen den Platten P und P' 3 cm.
Man sieht, daß die Zwischenschaltung des Aluminiumblattes in größerer
Entfernung die Strahlung in höherem Maße schwächt als in kleinerer
Entfernung.
Dieser Effekt ist noch ausgesprochener, als aus den obigen Zahlen
hervorzugehen scheint. So bedeutet z. B. die Durchdringung von 25 Proz.
für den Abstand 0,5 den Mittelwert des Durchdringungsvermögens für alle
Strahlen, die diese Entfernung überschreiten, wobei dasjenige für die
äußersten Strahlen sehr schwach ist. Wenn man nur die Strahlen zwischen
0,5 und 1 cm auffinge, so würde man eine noch größere Durchdringung
erhalten. Und in der Tat, wenn man die Platten P und P' einander auf
0,5 cm nähert, so beträgt der von einem Aluminiumblatt durchgelassene
Bruchteil der ursprünglichen Strahlung (für AT: 0,5 cm) 47 Proz. und bei
zwei Blättern 5 Proz.
Ich machte kürzlich eine neue Versuchsreihe mit denselben
Poloniumpräparaten, deren Aktivität unterdessen beträchtlich abgenommen
hatte, da zwischen beiden Versuchsreihen ein Zeitraum von drei Jahren
lag.
Bei den alten Versuchen war das Polonium als Subnitrat verwandt; bei den
neuen bestand es aus metallischen Körnern, die durch Schmelzung des
Subnitrats mit Cyankalium erhalten waren. Ich stellte fest, daß die
Poloniumstrahlung ihre wesentlichsten Charaktere behalten hatte, und
fand auch einige neue Resultate. Folgende Bruchteile der Strahlung
wurden für verschiedene Entfernungen AT von einem aus vier dünnen
Schichten von Blattaluminium gebildeten Schirm durchgelassen:
------------------------------------ ---- ---- ----
Entfernung AT in Centimetern 0 1,5 2,6
Vom Schirm durchgelassene Proz. der 76 66 39
Strahlung
------------------------------------ ---- ---- ----
Ich konstatirte ferner, daß die von einem bestimmten Schirm absorbirte
Strahlung mit der Dicke der schon vorher von der Strahlung durchlaufenen
festen Schicht wächst, doch gilt dies nur von einer bestimmten
Entfernung AT ab. Wenn diese Entfernung Null ist (das Polonium also
dicht an dem Netz, außerhalb oder innerhalb des Kondensators), so
beobachtet man, daß von mehreren aufeinander gelegten gleichen Schirmen
jeder denselben Bruchteil der auffallenden Strahlung absorbirt, oder
anders ausgedrückt, daß die Intensität der Strahlung als Funktion der
durchstrahlten Schichtdicke nach einem Exponentialgesetz abfällt, wie es
für eine homogene und von der Schicht in ihrer Natur nicht veränderte
Strahlung der Fall ist.
Ich teile einige Zahlenwerte über diese Versuche mit:
Bei einem Abstand AT = 1,5 cm läßt ein dünnes Aluminiumblatt 0,51 der
auftretenden Strahlung durch, wenn es allein vorhanden ist, und bloß
0,34, wenn ein zweites gleiches Blatt darunter liegt.
Dagegen läßt dasselbe Blatt bei einer Entfernung AT = 0 in beiden Fällen
denselben Bruchteil der auffallenden Strahlung hindurch; und zwar
beträgt der Bruchteil 0,71, ist also viel größer als im ersten Falle.
Die folgenden Zahlen wurden für einen Abstand AT = 0 und eine Schicht
von aufeinander liegenden sehr dünnen Blättern als Größe des von jedem
Blatt hindurchgelasaenen Bruchteils der auf ihn fallenden Strahlung
erhalten:
------------------------------------------------------------
Neun aufeinander liegende Sieben aufeinander liegende
dünne Kupferblätter dünne Aluminiumblätter
---------------------------- -------------------------------
0,72 0,69
0,78 0,94
0,75 0,95
0,77 0,91
0,70 0,92
0,77 0,93
0,69 0,91
0,79
0,68
------------------------------------------------------------
Unter Berücksichtigung der Schwierigkeiten bei der Verwendung sehr
dünner Absorptionsschirme und ihrer genauen Übereinanderschichtung
können die Zahlen in jeder Spalte als konstant angesehen werden; nur die
erste Zahl in der Reihe für Aluminium zeigt eine stärkere Absorption an
als die folgenden Zahlen.
Die α-Strahlen des Radiums verhalten sich wie die Poloniumstrahlen.
Man kann diese Strahlen beinahe rein beobachten, wenn man die viel
ablenkbareren β-Strah1en durch ein Magnetfeld zur Seite wirft; die
γ-Strahlen kommen praktisch neben den α-Strahlen kaum in
Betracht. Man kann jedoch nur von einem gewissen Abstand von der Quelle
an so verfahren. Bei einem Versuch dieser Art wurden die folgenden
Resultate erhalten. Es wurde der von einem Aluminiumblatt von 0,01 mm
Dicke hindurchgelassene Bruchteil der Strahlung gemessen; dieses Blatt
befand sich immer an derselben Stelle, dicht über der Strahlungsquelle.
Man beobachtete mit dem in Fig. 5 dargestellten Apparat den Strom im
Kondensator für verschiedene Werte des Abstandes AD, einmal mit, das
andre Mal ohne den Schirm.
------------------------------------ ---- ---- ----
Abstand AD 6,0 5,1 3,4
Vom Aluminium durchgelassene 3 7 24
Prozente der Strahlung
------------------------------------ ---- ---- ----
Auch hier werden also die Strahlen, die am weitesten durch Luft gegangen
sind, vom Aluminium am stärksten absorbirt. Es besteht somit eine
weitgehende Analogie zwischen den absorbirbaren α-Strahlen des
Radiums und den Poloniumstrahlen.
Die ablenkbaren β-Strahlen und die nicht ablenkbaren γ-Strahlen
sind dagegen ganz andrer Natur. Die Versuche mehrerer Physiker, vor
allem der Herren Meyer und v. Schweidler[81] ergeben deutlich, daß, wenn
man die Gesamtstrahlung des Radiums betrachtet, das
Durchdringungsvermögen mit der bereits durchstrahlten Sohichtdicke
wächst, wie es auch für die Röntgenstrahlen der Fall ist. Bei diesen
Versuchen kommen die α-Strahlen kaum in Betracht, weil diese
Strahlen praktisch schon durch sehr dünne Schirme beseitigt werden. Was
hindurchgeht, das sind einerseits die mehr oder weniger diffundirten
β-Strahlen, anderseits die wahrscheinlich den Röntgenstrahlen
analogen γ-Strahlen.
Ich teile einige Resultate meiner diesbezüglichen Versuche mit:
Das Radium ist in einem Glasgefäß eingeschlossen. Die austretenden
Strahlen durchlaufen eine Luftschicht von 30 cm und werden in einer
Reihe von Glasplatten von je 1,3 mm Dicke aufgefangen; die erste Platte
läßt 49 Proz. der auffallenden Strahlung hindurch, die zweite 84 Proz.
und die dritte 85 Proz.
Bei einer andren Versuchsreihe befand sich das Radium in einem Glasgefäß
in 10 cm Abstand von dem auffangenden Kondensator. Auf das Gefäß wurden
eine Reihe von Bleiplatten gelegt, die jede eine Dicke von 0,115 mm
hatten. Das Verhaltniß der hindurchgelassenen zur auffallenden Strahlung
für jede der aufeinander folgenden Platten ist durch folgende
Zahlenreihe gegeben:
0,40 0,60 0,72 0,79 0,89 0,92 0,94 0,94 0,97
Für eine Reihe von vier Bleischirmen von je 1,5 mm Dicke wird das
Verhaltniß der durchgelassenen zur auffallenden Strahlung durch folgende
Zahlen gegeben:
0,09 0,78 0,84 0,82.
Aus diesen Versuchen geht hervor, daß bei einem Anwachsen der
Schichtdicke von 0,1 mm bis zu 6 mm das Durchdringungsvermögen der
Strahlung dauernd zunimmt. Ich fand unter gleichen Versuchsbedingungen,
daß ein Bleischirm von 1,8 cm Dicke 2 Proz. der auf ihn fallenden
Strahlung hindurchläßt; ein Bleischirm von 5,3 cm Dicke läßt noch
0,4 Proz. der auffallenden Strahlung hindurch. Ich konstatirte ferner,
daß die von einem Bleischirm von 1,5 mm Dicke hindurchgelassene
Strahlung zum großen Teil aus ablenkbaren (kathodenstrahlartigen)
Strahlen bestand. Letztere sind also nicht nur im stande, große
Entfernungen in Luft zu durchlaufen, sondern auch beträchtliche
Schichtdicken von so stark absorbirenden festen Körpern wie Blei.
Wenn man mit dem in Fig. 2 dargestellten Apparat die Absorption der
Gesamtstrahlung des Radiums durch ein Aluminiumblatt von 0,01 mm Dicke
beobachtet, wobei das Blatt sich immer in derselben Entfernung von der
strahlenden Substanz befindet, während die Entfernung AD des
Kondensators verändert wird, so bilden die erhaltenen Resultate die
Übereinanderlagerung der von den drei Strahlengruppen herrührenden
Ergebnisse. Beobachtet man bei großem Abstand, so überwiegen die
durchdringenden Strahlen und die Absorption ist schwach; beobachtet man
bei kleinem Abstand, so überwiegen die α-Strahlen und die
Absorption ist um so schwächer, je mehr man sich der Substanz nähert;
für eine mittlere Entfernung hat die Absorption ein Maximum und das
Durchdringungsvermögen ein Minimum.
------------------------------------ ---- ---- ---- ---- ----
Abstand AD 7,1 6,5 6,0 5,1 3,4
Vom Aluminium durchgelassene 91 82 58 41 48
Prozente der Strahlung
------------------------------------ ---- ---- ---- ---- ----
Gleichwohl zeigen gewisse Absorptionsversuche doch eine gewisse Analogie
zwischen den α-Strahlen und den ablenkbaren β-Strahlen.
So fand z. B. Herr Becquerel, daß die absorbirende Wirkung eines festen
Schirmes auf die β-Strahlen zunimmt, wenn man die Entfernung des
Schirmes von der Quelle vergrößert; wenn man also die Strahlen der
Einwirkung eines Magnetfeldes unterwirft, wie in Fig. 4, so läßt ein
unmittelbar auf die Strahlungsquelle gelegter Schirm einen größeren Teil
des magnetischen Spektrums bestehen als ein auf die photographische
Platte gelegter Schirm. Diese Veränderung der Absorptionswirkung des
Schirmes mit der Entfernung desselben von der Quelle ist ganz analog
dem, was für die α-Strahlen gefunden; sie wurde von den Herren
Meyer und v. Schweidler bestätigt, die sich der fluoroskopischen Methode
bedienten; Herr Curie und ich beobachteten dieselbe Tatsache mit der
elektrischen Methode. Die Entstehungsbedingungen dieses Phänomens sind
noch nicht näher untersucht. Wenn man jedoch das Radium in ein
Glasröhrchen einschließt und in ziemlich große Entfernung vom
Kondensator bringt, der von einer dünnen Aluminiumhülle umgeben ist, so
ist es gleichgültig, ob man den Schirm bei der Quelle oder beim
Kondensator aufstellt; der erhaltene Strom ist in beiden Fällen
derselbe.
Die Untersuchung der α-Strahlen hatte mich[44] zu der Ansicht
geführt, daß diese Strahlen sich wie Projektile verhalten, die mit einer
gewissen Geschwindigkeit fortgeschleudert werden und beim Passiren von
Hindernissen an Geschwindigkeit verlieren. Gleichwohl besitzen diese
Strahlen geradlinige Fortpflanzung, wie Herr Becquerel durch folgenden
Versuch nachwies. Das die Strahlen emittirende Polonium befand sich in
einer sehr feinen geradlinigen Vertiefung, die in ein Kartonblatt
eingeschnitten war. Man hatte also eine lineare Strahlungsquelle. Ein
Kupferdraht von 1,5 mm Durchmesser befand sich parallel zur Quelle in
einem Abstand von 4,9 mm. Eine photographische Platte war parallel
hierzu in einem Abstand von 8,65 mm aufgestellt. Nach einer Exposition
von 10 Minuten erschien der geometrische Schatten des Drahtes in
durchaus vollkommener Form, in den vorausberechneten Dimensionen und mit
einem sehr feinen Halbschatten auf jeder Seite, der durchaus der Breite
der Quelle entsprach. Der Versuch gelang ebenso, wenn man auf den Draht
ein doppeltes Aluminiumblatt legte, das die Strahlen durchdringen
mußten.
Es handelt sich also um Strahlen, die scharfe geometrische Schatten
geben können. Der Versuch mit dem Aluminium zeigt, daß die Strahlen
durch das Blatt nicht diffundirt werden und daß dieses auch nicht in
nennenswerter Menge Sekundärstrahlen analog den sekundären
Röntgenstrahlen emittirt.
Die Versuche Rutherfords zeigen, daß die Projektile, aus denen die
α-Strahlen bestehen, im Magnetfeld abgelenkt werden, als seien sie
positiv geladen. Die Ablenkung im Magnetfeld ist um so schwächer, je
größer der Ausdruck mv/e ist, wobei m die Masse, v die Geschwindigkeit
und e die Ladung des Teilchens bedeutet. Die Kathodenstrahlen des
Radiums werden schwach abgelenkt, weil ihre Geschwindigkeit enorm ist;
sie haben ferner ein großes Durchdringungsvermögen, weil die Teilchen
gleichzeitig große Geschwindigkeit und sehr kleine Masse haben. Teilchen
dagegen, die bei gleicher Ladung und kleinerer Geschwindigkeit eine viel
größere Masse haben, werden zwar ebenso schwach ablenkbar im Magnetfelde
sein, anderseits aber notwendig sehr absorbirbare Strahlen ergeben. Aus
den Versuchen von Rutherford scheint hervorzugehen, daß dies für die
α-Strahlen der Fall ist.
Um eine Wirkung der α-Strahlen handelt es sich wahrscheinlich bei
dem schönen Versuch mit dem Crookesschen Spinthariskop[85]. Dieser
Apparat besteht im wesentlichen aus einem Körnchen Radiumsalz, das am
Ende eines Metalldrahtes vor einem Schirm aus phosphorescirendem
Zinksulfid befestigt ist.
Die Entfernung des Kornes vom Schirm ist sehr klein (etwa ⅓ mm) und man
beobachtet mit einer Lupe die dem Radium zugewandte Seite des Schirmes.
Das Auge bemerkt dann auf dem Schirme einen wahrhaften Regen von
Lichtpunkten, die fortwährend erscheinen und wieder verschwinden. Der
Schirm sieht aus wie der gestirnte Himmel. In den dem Radium
benachbarten Punkten befinden die Lichtpunkte sich näher aneinander, und
in unmittelbarer Nähe des Radiums erscheint das Leuchten kontinuirlich.
Durch einen Luftstrom scheint das Phänomen nicht beeinflußt zu werden;
es tritt auch im Vakuum auf; ein noch so dünner Schirm zwischen dem
Radium und dem Leuchtschirm unterdrückt es; die Erscheinung scheint also
von den absorbirbarsten α-Strahlen des Radiums herzurühren.
Man kann sich vorstellen, daß das Erscheinen eines solchen Lichtpunktes
auf dem phosphorescirenden Schirm von dem Stoße eines einzelnen
Projektils herrühre. Von diesem Gesichtspunkte aus hätte man es hier
also zum erstenmal mit einer Erscheinung zu tun, bei der man die
Einzelwirkung eines Teilchens beobachten kann, dessen Dimensionen von
der Größenordnung derjenigen eines Atome sind.[^20]
Der Anblick der Lichtpunkte entspricht etwa dem von Sternen oder stark
erleuchteten ultramikroskopischen Teilchen[87], die auf der Netzhaut
keine scharfen Bilder erzeugen, sondern nur Beugungsscheibchen; dies ist
in guter Übereinstimmung mit der Anschauung, daß jeder winzige
Lichtpunkt von dem Stoß eines einzelnen Atoms herrührt.
Die nicht ablenkbaren durchdringenden γ-Strahlen scheinen ganz
andrer Natur und mehr den Röntgenstrahlen analog zu sein. Es ist jedoch
durch nichts bewiesen, daß nicht auch wenig durchdringende Strahlen
gleicher Art in der Radiumstrahlung enthalten sein können, denn sie
könnten durch die übrige Strahlung verdeckt sein.
Man sieht hieraus, ein wie komplicirtes Phänomen die Strahlung der
radioaktiven Körper ist. Die Schwierigkeiten vermehren sich noch
dadurch, daß man untersuchen muß, ob die Strahlen durch die Materie bloß
selektiv absorbirt, oder ob sie auch mehr oder weniger weitgehend
umgewandelt werden.
Man weiß erst sehr wenig über diese Frage. Wenn man jedoch annimmt, daß
die Radiumstrahlung Strahlen von der Art der Röntgen- und der
Kathodenstrahlen enthält, so kann man erwarten, daß diese Strahlung beim
Durchschreiten von Schirmen transformirt wird. Es ist in der Tat
bekannt:
1. Daß Kathodenstrahlen, die durch ein Aluminiumfenster aus der
Entladungsröhre heraustreten (Lenardscher Versuch) im Aluminium
stark diffundirt werden und gleichzeitig einen
Geschwindigkeitsverlust erfahren[88]; so verlieren z. B.
Kathodenstrahlen von einer Geschwindigkeit v = 1,4 ⋅ 10^{10}
cm/sec 10 Proz. ihrer Geschwindigkeit beim Hindurchgang durch
0,01 mm dickes Aluminium[79].
2. Daß Kathodenstrahlen beim Auftreffen auf ein Hinderniß
Röntgenstrahlen erzeugen.
3. Daß Röntgenstrahlen beim Auftreffen auf ein festes Hinderniß
Sekundärstrahlen erzeugen, die zum Teil aus Kathodenstrahlen
bestehen[89-91].
Man kann also nach Analogie die Existenz all dieser soeben beschriebenen
Erscheinungen bei der Strahlung der radioaktiven Körper voraussetzen.
Bei der Untersuchung des Hindurchganges der Poloniumstrahlen durch einen
Aluminiumschirm beobachtete Herr Becquerel[80] weder die Produktion von
Sekundärstrahlen, noch eine Umwandlung in kathodenstrahlartige Strahlen.
Ich versuchte, eine Transformation der Poloniumstrahlen mittels der
Methode der Vertauschung der Schirme nachzuweisen. Wenn zwei
übereinander gelegte Schirme E_1 und E_2, von den Strahlen durchdrungen
werden, so muß die Reihenfolge, in der sie durchlaufen werden,
gleichgültig sein, falls die Strahlen hierbei nicht umgewandelt werden;
wenn dagegen jeder Schirm die hindurchgelassenen Strahlen transformirt,
so ist die Reihenfolge der Schirme nicht gleichgültig. Wenn z. B. die
Strahlen beim Hindurchgang durch Blei in absorbirbarere verwandelt
werden, das Aluminium dagegen diese Wirkung nicht in gleichem Maße
besitzt, dann muß das System Blei-Aluminium undurchsichtiger erscheinen
als das System Aluminium-Blei; bei Röntgenstrahlen ist dies tatsächlich
der Fall.
Meine Versuche ergeben das Auftreten dieser Erscheinung bei den
Poloniumstrahlen. Der benutzte Apparat war der in Fig. 8 dargestellte.
Das Polonium befand sich in der Büchse CCCC und die natürlich sehr
dünnen Schirme wurden auf das Metallnetz T gelegt.
Benutzte Schirme Dicke Beobachtete Stromstärke
------------------ ------- -------------------------
Aluminium 0,01 +
Messing 0,005 17,9
Messing 0,005 +
Aluminium 0,01 6,7
Aluminium 0,01 +
Zinn 0,005 150,0
Zinn 0,005 +
Aluminium 0,01 125,0
Zinn 0,005 +
Messing 0,005 13,9
Messing 0,005 +
Zinn 0,005 4,4
Die Resultate beweisen also, daß die Strahlung durch feste Schirme
umgewandelt wird. Dieser Schluß ist in Übereinstimmung mit den
Versuchen, nach denen von zwei identischen Metallblättern, die
übereinander gelegt sind, das erste weniger absorbirend erscheint als
das zweite. Es ist hiernach wahrscheinlich, daß die transformirende
Wirkung eines Schirmes um so größer ist, je weiter sich der Schirm von
der Quelle entfernt befindet. Dieser Punkt ist jedoch noch nicht
sichergestellt, und die Natur der Umwandlung noch nicht im einzelnen
untersucht.
Ich wiederholte dieselben Versuche mit einem sehr aktiven Radiumsalz.
Das Ergebniß war negativ. Ich beobachtete nur ganz unwesentliche
Änderungen in der Intensität der Strahlung bei der Umkehrung der
Schirme. Folgende Schirmsysteme wurden untersucht:
----------------------------------------
Dicke Dicke
mm mm
------------ ------ -------------- -----
Aluminium 0,55 und Platin 0,01
" 0,55 und Blei 0,1
" 0,55 und Zinn 0,005
" 1,07 und Kupfer 0,05
" 0,55 und Messing 0,005
" 1,07 und " 0,005
" 0,15 und Platin 0,01
" 0,15 und Zink 0,05
" 0,15 und Blei 0,1
----------------------------------------
Das System Blei-Aluminium zeigte sich ein wenig undurchsichtiger als das
System Aluminium-Blei, doch war der Unterschied nicht groß.
Ich konnte also auf diese Weise eine merkliche Umwandlung der
Radiumstrahlen nicht nachweisen. Gleichwohl beobachtete Herr Becquerel
bei verschiedenen radiographischen Versuchen sehr kräftige Wirkungen,
die von zerstreuten oder sekundären Strahlen herrührten, welch letztere
von den die Radiumstrahlen auffangenden Schirmen emittirt wurden. Die
wirksamste Substanz für die Emission von Sekundärstrahlen scheint das
Blei zu sein.
n) Ionisirende Wirkung der Radiumstrahlen auf isolirende Flüssigkeiten.
-----------------------------------------------------------------------
Herr Curie[92] hat gezeigt, daß die Radium- und die Röntgenstrahlen auf
flüssige Dielektrika wie auf Luft wirken, indem sie ihnen eine gewisse
elektrische Leitfähigkeit erteilen. Die Versuchsanordnung war folgende
(Fig. 9):
[Fig. 9]
Die zu untersuchende Flüssigkeit befand sich in einem metallischen
Gefäß CDEF, in das ein dünnes Kupferrohr AB eintauchte; diese beiden
Metallteile dienen als Elektroden. Das Gefäß wird mittels einer Batterie
kleiner Akkumulatoren, deren einer Pol an Erde liegt, auf einem
bekannten Potential erhalten. Die Röhre AB ist mit dem Elektrometer
verbunden. Wenn ein Strom die Flüssigkeit durchfließt, so erhält man das
Elektrometer mit Hülfe des pi"e{}zoelektrischen Quarzes auf Null und
mißt dadurch den Strom. Das Kupferrohr MNM'N' ist mit der Erde verbunden
und dient als Schutzmantel, um einen Strom durch die Luft hindurch
abzufangen. Ein Gefäß mit Radium-haltigem Baryumsalz kann in die
Röhre AB eingesenkt werden; die Strahlen wirken auf die Flüssigkeit,
nachdem sie das Glas des Gefäßes und die Metallwände der Röhre
durchsetzt haben. Man kann das Radium auch wirken lassen, indem man das
Glasgefäß unter den Boden DE legt.
Wenn man mit Röntgenstrahlen operirt, so läßt man sie durch den Boden DE
eindringen.
Die Zunahme der Leitfähigkeit unter der Einwirkung der Radium- oder
Röntgenstrahlen scheint für alle Dielektrika stattzufinden; um jedoch
den Effekt nachweisen zu können, muß die eigene Leitfähigkeit der
Flüssigkeit genügend schwach sein, um nicht die Wirkung der Strahlen zu
verdecken.
Für Radium- und für Röntgenstrahlen hat Herr Curie Effekte von gleicher
Größenordnung erhalten.
Wenn man mit derselben Anordnung die Leitfähigkeit der Luft oder eines
andren Gases unter der Einwirkung der Becquerelstrahlen untersucht, so
findet man, daß die Stromstärke nur so lange der Potentialdifferenz der
Elektroden proportional ist, als diese nicht einige Volt überschreitet;
bei höheren Spannungen dagegen wächst der Strom immer weniger schnell
und der Sättigungsstrom wird praktisch bei einer Spannung von 100 Volt
erreicht.
Die mit demselben Apparat und demselben sehr aktiven Präparat
untersuchten Flüssigkeiten verhalten sich anders; die Stromstärke ist
der Spannung proportional, wenn diese von 0 bis 450 Volt variirt, selbst
wenn die Entfernung der Elektroden nicht größer ist als 6 mm. Man kann
also die von einem Radiumsalz in verschiedenen Flüssigkeiten unter
gleichen Bedingungen erzeugte Leitfähigkeit vergleichen. Die Zahlen der
folgenden Tabelle geben die Leitfähigkeiten in reciproken Ohms pro
Kubikcentimeter:
--------------------- -------------------
Schwefelkohlenstoff 20,0⋅10^{-14}
Petroläther 15,0⋅10^{-14}
Amylen 14,0⋅10^{-14}
Chlorkohlenstoff 8,0⋅10^{-14}
Benzin 4,0⋅10^{-14}
Flüssige Luft 1,3⋅10^{-14}
Vaselinöl 1,6⋅10^{-14}
--------------------- -------------------
Man kann jedoch annehmen, daß die Flüssigkeiten und die Gase ein
ähnliches Verhalten zeigen, und daß für die Flüssigkeiten die
Proportionalitat zwischen Spannung und Strom nur bis zu höheren
Spannungen reicht als für die Gase. Man könnte demnach in Analogie mit
den Erscheinungen bei Gasen versuchen, diese Grenze herabzudrücken,
indem man eine viel schwächere Strahlung anwendet. Der Versuch
bestätigte diese Annahme; benutzte man ein 150mal weniger aktives
strahlendes Präparat als das zu den ersten Versuchen dienende, so
ergaben sich für Spannungen von 50, 100, 200 und 400 Volt die relativen
Stromstärken 109, 185, 255, 335. Die Proportionalität besteht nicht
mehr, aber der Strom wächst noch stark, wenn man die Spannungsdifferenz
verdoppelt.
Manche von den untersuchten Flüssigkeiten sind fast vollkommene
Isolatoren, wenn sie auf konstanter Temperatur erhalten und vor der
Einwirkung der Strahlen geschützt werden. Hierzu gehören: Flüssige Luft,
Petroläther, Vaselinöl, Amylen. Es ist hier also sehr leicht, den Effekt
der Strahlen zu untersuchen. Vaselinöl ist viel weniger empfindlich
gegen die Strahlen als Petroläther. Vielleicht kann man diese Tatsache
mit der verschiedenen Flüchtigkeit der beiden Kohlenwasserstoffe in
Verbindung bringen. Flüssige Luft, die in dem Versuchsgefäß eine Zeit
lang gekocht hat, ist empfindlicher als frisch eingegossene; die von den
Strahlen erzeugte Leitfähigkeit ist im ersten Falle um ein Viertel
größer. Herr Curie untersuchte die Wirkung der Strahlen auf Amylen und
Petroläther bei +10° und −17°. Die von der Strahlung herrührende
Leitfähigkeit vermindert sich bloß um ein Zehntel, wenn man von 10°
und −17° übergeht.
Bei Versuchen mit veränderlicher Temperatur der Flüssigkeit kann man
entweder das Radium auf der Temperatur der Umgebung halten oder es auf
dieselbe Temperatur bringen wie die Flüssigkeit; man erhält in beiden
Fällen dasselbe Resultat. Dies bedeutet, daß die Radiumstrahlung sich
nicht mit der Temperatur verändert und selbst bei der Temperatur der
flüssigen Luft noch ihren Wert behält. Diese Tatsache wurde durch
direkte Messungen bestätigt.[^21]
o) Verschiedene Wirkungen, und Anwendungen der ionisirenden Wirkung der
Strahlung radioaktiver Körper.
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Die Strahlen der neuen radioaktiven Körper bewirken eine starke
Ionisirung der Luft. Man kann durch die Wirkung des Radiums leicht die
Kondensation des übersättigten Wasserdampfes hervorrufen, genau so, wie
sie unter der Einwirkung von Röntgen- und Kathodenstrahlen stattfindet.
Unter dem Einfluß der von den neuen radioaktiven Substanzen emittirten
Strahlen wird die Funkenlänge zwischen zwei metallischen Leitern für
eine gegebene Potentialdifferenz vergrößert; oder anders ausgedrückt,
der Funkenübergang wird durch die Strahlen erleichtert.
Diese Erscheinung rührt von den durchdringendsten Strahlen her. Wenn man
nämlich das Radium mit einem Bleischirm von 2 cm Dicke umgiebt, so wird
seine Wirkung auf den Funken nicht merklich geschwächt, obgleich die
durch das Blei hindurchgehende Strahlung nur ein kleiner Bruchteil der
Gesamtstrahlung ist.
Macht man durch die Einwirkung radioaktiver Substanzen die Luft in der
Umgebung zweier metallischer Leiter, von denen der eine mit der Erde,
der andre mit einem gut isolirten Elektrometer verbunden ist, leitend,
so nimmt das Elektrometer eine dauernde Ablenkung an, an der man die
elektromotorische Kraft der galvanischen Kette messen kann, die durch
die Luft und die zwei Metalle gebildet wird (kontakt-elektromotorische
Kraft der beiden Metalle, wenn sie durch Luft getrennt sind). Diese
Methode wurde von Lord Kelvin[95] angewandt, wobei Uran die strahlende
Substanz war; eine ähnliche Methode war früher von Perrin[96,97]
angewandt worden, der die ionisirende Wirkung der Röntgenstrahlen
benutzte.
Man kann die radioaktiven Substanzen zum Studium der atmosphärischen
Elektrizität benutzen. Die aktive Substanz befindet sich in einer
kleinen dünnen Aluminiumbüchse am Ende eines Metallstabes, der mit dem
Elektrometer verbunden ist. Die Luft wird in der Umgebung des Stabendes
leitend und der Stab nimmt das Potential der umgebenden Luft an. Das
Radium ersetzt so vorteilhaft die Flammen oder die Kelvinschen
Tropfapparate, die bis dahin allgemein zur Untersuchung der
atmosphärischen Elektrizität benutzt wurden[98,99].
p) Fluorescenz- und Lichtwirkungen.
-----------------------------------
Die von den neuen radioaktiven Substanzen emittirten Strahlen erregen
die Fluorescenz gewisser Körper. Herr Curie und ich haben diese
Erscheinung zuerst entdeckt, indem wir das Polonium durch ein dünnes
Aluminiumblatt hindurch auf eine Schicht von Baryumplatincyanür wirken
ließen. Derselbe Versuch gelingt noch leichter mit genügend aktivem
Radium-haltigen Baryum. Wenn die Substanz stark radioaktiv ist, so ist
die erzeugte Fluorescenz sehr schön.
Die Zahl der Körper, die unter der Einwirkung der Becquerelstrahlen
phosphorescirend oder fluorescirend werden können, ist sehr groß. Herr
Becquerel untersuchte die Wirkung auf Uransalze, Diamant, Blende usw.
Herr Bary[100] zeigte, daß die Salze der Alkalien und der alkalischen
Erden, die unter der Wirkung des Lichtes und der Röntgenstrahlen
fluoresciren, es auch unter der Wirkung der Radiumstrahlen tun. Man kann
ferner die Fluorescenz von Papier, Baumwolle, Glas usw. in der Nähe des
Radiums beobachten. Von verschiedenen Glassorten ist das Thüringerglas
besonders helleuchtend. Metalle scheinen nicht leuchtend zu werden.
Das Baryumplatincyanür ist am geeignetsten zur Untersuchung der
Strahlung der radioaktiven Körper mittels der fluoroskopischen Methode.
Man kann die Wirkung der Radiumstrahlen auf Entfernungen bis über 2 m
verfolgen. Phosphorescirendes Zinksulfid wird außerordentlich hell, doch
hat dieser Körper die Unbequemlichkeit, seine Leuchtkraft einige Zeit
nach dem Aufhören der Einwirkung der Strahlen zu bewahren.
Die Fluorescenzwirkung auf dem Schirme kann auch beobachtet werden, wenn
das Radium vom Schirme durch absorbirende Körper getrennt ist. Wir
beobachteten das Leuchten eines Baryumplatincyanür-Schirmes durch den
menschlichen Körper hindurch. Die Wirkung ist jedoch unvergleichlich
viel stärker, wenn der Schirm unmittelbar auf dem Radium liegt und durch
keinen festen Körper von ihm getrennt ist. Alle Strahlengruppen scheinen
im stande zu sein, die Fluorescenz hervorzubringen.
Um die Wirkung des Poloniums zu beobachten, muß man die Substanz dicht
an den fluorescirenden Schirm heranbringen, ohne Zwischenschaltung eines
festen Schirmes oder wenigstens nur eines äußerst dünnen.
Das Leuchten der den radioaktiven Substanzen ausgesetzten
fluorescirenden Körper nimmt mit der Zeit ab. Gleichzeitig erleidet die
fluorescirende Substanz eine Veränderung. Ich gebe einige Beispiele:
Die Radiumstrahlen verwandeln das Baryumplatincyanür in eine braune
weniger hell leuchtende Modifikation. (Eine analoge Wirkung der
Röntgenstrahlen wurde von Herrn Villard beschrieben.) Sie verändern
ferner das Urankaliumsulfat, indem sie es gelb färben. Das verwandelte
Baryumplatincyanür wird durch die Wirkung des Lichtes teilweise
regenerirt. Man lege das Radium unter eine Schicht von
Baryumplatincyanür, das auf Papier ausgebreitet ist, dann wird das
Baryumplatincyanür leuchtend; wenn man das System in der Dunkelheit
aufbewahrt, so verändert sich das Baryumplatincyanür und die Leuchtkraft
sinkt beträchtlich. Setzt man dagegen das Ganze dem Licht aus, so wird
das Platinsalz teilweise regenerirt, und wenn man sich in die Dunkelheit
zurückbegiebt, so erscheint das Leuchten wieder ziemlich stark. Man hat
also durch Kombination eines radioaktiven mit einem fluorescirenden
Körper ein System hergestellt, das sich wie ein phosphorescirender
Körper von langer Phosphorescenzdauer verhält.
Glas, das unter der Wirkung des Radiums fluorescirt, färbt sich braun
bis violett. Gleichzeitig vermindert sich seine Fluorescenz. Erhitzt man
das so veränderte Glas, so entfärbt es sich, und in dem Maße, wie die
Entfärbung fortschreitet, emittirt das Glas Licht. Nachher hat das Glas
seine Fähigkeit zu fluoresciren im gleichen Maße wie vor der Veränderung
wiedergewonnen.
Zinksulfid, das der Wirkung der Radiumstrahlen genügend lange ausgesetzt
war, erschöpft sich allmählich und verliert seine Fähigkeit unter der
Wirkung des Radiums oder des Lichtes zu phosphoresciren.
Diamant phosphorescirt unter der Wirkung des Radiums und kann dadurch
von den Imitationen in Straß unterschieden werden, die nur schwach
leuchten.
Alle Radium-haltigen Baryumverbindungen werden selbstleuchtend[101,102].
Die wasserfreien und trocknen Haloidsalze emittiren ein besonders
starkes Licht. Dieses Leuchten ist bei hellem Tageslicht nicht zu sehen,
doch bemerkt man es leicht im Halbdunkel oder in einem mit Gas
erleuchteten Zimmer. Das Licht kann ziemlich stark sein, so daß man beim
Lichte einer geringen Substanzmenge im Dunkeln lesen kann. Das Licht
geht von der ganzen Masse des Präparates aus, während bei einem
gewöhnlichen phosphorescirenden Körper das Licht nur von der
vorbelichteten Oberfläche ausgeht. Bei feuchter Luft verlieren die
Radium-haltigen Präparate einen großen Teil ihrer Leuchtkraft, gewinnen
sie jedoch durch Trocknen wieder (Giesel). Das Leuchtvermögen scheint
dauernd zu sein. Nach mehreren Jahren scheint in dem Leuchten schwach
aktiver Präparate, die in verschlossenen Röhren in der Dunkelheit
aufbewahrt waren, keine Veränderung eingetreten zu sein. Bei sehr
aktivem Radium-haltigen Baryumchlorid verändert sich im Laufe einiger
Monate die Farbe des Lichtes; sie wird mehr violett und nimmt
beträchtlich ab; gleichzeitig erfährt das Präparat einige Veränderungen;
löst man das Salz in Wasser auf und trocknet es wieder, so erhält man
wieder das ursprüngliche Leuchtvermögen.
Die Lösungen Radium-haltiger Baryumverbindungen, die einen starken
Anteil Radium enthalten, leuchten ebenfalls; man kann dies beobachten,
wenn man die Lösung in eine Kapsel aus Platin bringt, die, weil selbst
nichtleuchtend, das schwache Licht der Lösung beobachten läßt.
Wenn eine Lösung Radium-haltigen Baryums ausgeschiedene Krystalle
enthält, so leuchten diese in der Lösung, und zwar viel stärker als die
Lösung selbst, so daß es aussieht, als leuchteten sie allein.
Herr Giesel[102] hat Radium-haltiges Baryumplatincyanür hergestellt.
Wenn das Salz auskrystallisirt, so sieht es aus wie gewöhnliches
Baryumplatincyanür und leuchtet sehr stark. Aber allmählich färbt sich
das Salz von selbst und nimmt eine braune Farbe an, wobei gleichzeitig
die Krystalle dichroitisch werden. In diesem Zustands ist das Salz viel
weniger leuchtend, obgleich seine Aktivität zugenommen hat. Das von
Giesel hergestellte Radiumplatincyanür verändert sich noch viel
schneller.
Die Radiumverbindungen sind die ersten Beispiele von Substanzen, die von
selbst leuchten.
q) Entwicklung von Wärme durch Radiumsalze.
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Ganz neuerdings haben die Herren Curie und Laborde[103] gefunden, daß
die Radiumsalze der Sitz einer fortwährenden selbsttätigen
Wärmeentwicklung sind. Diese Wärmeentwicklung hat zur Folge, daß die
Radiumsalze sich dauernd auf einer höheren Temperatur befinden als die
Umgebung; der Temperaturüberschuß hängt natürlich von der thermischen
Isolation der Substanz ab. Der Temperaturüberschuß kann durch einen ganz
rohen Versuch mit zwei gewöhnlichen Quecksilberthermometern nachgewiesen
werden. Man benutzt zwei gleich große Dewar-sche Vakuumgefäße (wie sie
zum Aufbewahren von flüssiger Luft gebraucht werden.
Anm. d. Übersetzers). In eines der beiden Gefäße bringt man ein
Glasröhrchen mit 7 dg reinen Radiumbromids; in das andre bringt man ein
ähnliches Röhrchen mit irgend einer inaktiven Substanz, etwa
Baryumchlorid. Die Temperatur jedes der beiden Gefäße wird von dem
Thermometer angezeigt, das man in unmittelbare Nähe der Röhrchen bringt.
Die Öffnung der Gefäße wird mit Watte verschlossen. Wenn sich das
Temperaturgleichgewicht hergestellt hat, so zeigt das Thermometer, das
sich in der Nähe des Radiums befindet, dauernd eine höhere Temperatur an
als das andre; der beobachtete Unterschied betrug 3°.
Man kann die vom Radium entwickelte Wärmemenge mit dem Bunsenschen
Eiskalorimeter messen. Bringt man ein Röhrchen mit Radiumsalz in das
Kalorimeter, so beobachtet man eine fortwährende Wärmezufuhr, die sofort
aufhört, wenn man das Radium entfernt. Die Messung mit einem bereits vor
längerer Zeit hergestellten Radiumsalz ergab, daß jedes Gramm Radium pro
Stunde etwa 80 kleine Kalorien entwickelt. Das Radium entwickelt also
während einer Stunde genügend viel Wärme, um eine gleich schwere
Eismenge zu schmelzen, und ein Atomgramm (225 g) Radium würde in einer
Stunde 18 000 Kalorien entwickeln, d. i. eine Wärmemenge, die
vergleichbar ist mit der von einem Atomgramm (1 g) Wasserstoff bei
seiner Verbrennung entwickelten. Eine derartige Wärmeentwicklung läßt
sich durch keine gewöhnliche chemische Reaktion erklären, um so mehr,
als der Zustand des Radiums jahrelang derselbe zu bleiben scheint. Man
könnte annehmen, daß die Wärmeentwicklung von einer Umwandlung des
Radiumatoms selbst herrührt, eine Umwandlung, die natürlich sehr langsam
vor sich gehen muß. Wenn dem so
ist, so müßte man annehmen, daß die bei der Bildung und Umwandlung von
Atomen auftretenden Wärmemengen sehr groß sind und alles bis dahin
bekannte übertreffen.
Man kann die vom Radium entwickelte Wärmemenge auch bestimmen, indem man
sie dazu benutzt, ein verflüssigtes Gas zum Sieden zu bringen, und die
sich entwickelnde Gasmenge mißt. Man kann den Versuch mit Methylchlorid
ausführen (bei −21°). Die Herren Dewar und Curie führten den Versuch mit
flüssigem Sauerstoff (bei −180°) und mit flüssigem Wasserstoff (bei
−252°) aus. Der Wasserstoff eignet sich besonders gut zu dem Versuch.
Ein mit einem Vakuummantel umgebenes Reagenzgläschen enthält den
flüssigen Wasserstoff H (Fig. 10) und ist mit einem Rohr t versehen,
mittels dessen das Gas über Wasser in einem geteilten Rohr E aufgefangen
werden kann. A taucht mit seinem Mantel in ein Bad von flüssigem
Wasserstoff H'. Unter diesen Umständen findet in A keine Gasentwicklung
statt. Führt man dagegen in den im Reagenzgläschen enthaltenen flüssigen
Wasserstoff ein Röhrchen mit etwa 7 dg Radiumbromid ein, so entsteht
eine fortwährende Gasentwicklung, so daß man pro Minute 73 ccm Gas
auffängt.
[Fig. 10]
Ein frisch hergestelltes festes Radiumsalz entwickelt nur relativ wenig
Wärme; die Wärmeentwicklung wächst jedoch fortwährend und strebt einer
Grenze zu, die jedoch nach einem Monat noch nicht völlig erreicht ist.
Wenn man ein Radiumsalz auflöst, und die Lösung in ein verschlossenes
Röhrchen bringt, so ist die von der Lösung entwickelte Wärmemenge zuerst
schwach; sie vermehrt sich sodann und wird nach Verlauf eines Monats
ziemlich konstant; die Wärmeentwicklung ist dann dieselbe, wie die des
festen Salzes.
Wenn sich das Radiumsalz, dessen Wärmeentwicklung man im Bunsenschen
Eiskalorimeter mißt, in einem Glasröhrchen befindet, so durchdringen
gewisse, sehr wenig absorbirbare Strahlen das Röhrchen und das
Kalorimeter, ohne darin absorbirt zu werden. Um zu untersuchen, ob diese
Strahlen eine merkliche Energiemenge mit sich führen, kann man die
Messung wiederholen, nachdem man das Röhrchen mit einer 2 mm dicken
Bleischicht umgeben hat; man findet, daß unter diesen Bedingungen die
Wärmeentwicklung des Salzes um etwa 4 Proz. zugenommen hat; die vom
Radium in Form sehr durchdringender Strahlen emittirte Energie ist also
durchaus nicht zu vernachlässigen.
r) Chemische Wirkungen der neuen radioaktiven Substanzen. Färbungen.
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Die von stark aktiven Körpern emittirten Strahlen sind im Stande,
gewisse Umänderungen und chemische Reaktionen hervorzurufen. Die
Strahlen der Radium-haltigen Präparate wirken färbend auf Glas und
Porzellan[104]. Die meist braune oder violette Färbung des Glases ist
sehr intensiv; sie entsteht in der Masse des Glases selbst und bleibt
nach Entfernung des Radiums bestehen. Alle Gläser färben sich in mehr
oder weniger langer Zeit und die Anwesenheit von Blei ist hierzu nicht
nötig. Man kann diese Tatsache mit der neuerdings gemachten Beobachtung
in Verbindung bringen, daß die Glaswände von lange in Gebrauch
befindlichen Röntgenröhren sich färben.
Herr Giesel zeigte, daß die krystallisirten Haloidsalze der Alkalien
(Steinsalz, Sylvin) sich unter dem Einfluß des Radiums ebenso färben,
wie unter der Wirkung der Kathodenstrahlen. Gleichartige Färbungen
erhält man nach Giesel[105], wenn man die Salze in Natriumdampf erhitzt.
Ich untersuchte die Färbung einer Reihe von Gläsern von bekannter
Zusammensetzung, die mir hierfür von Herrn Le Chatelier freundlichst
überlassen wurden. Ich beobachtete keine großen Unterschiede in der
Färbung. Sie ist im allgemeinen violett, gelb, braun oder grau. Sie
scheint an die Anwesenheit von Alkalimetallen geknüpft. Mit reinen
krystallisirten Alkalisalzen erhält man lebhaftere und mehr
veränderliche Farben; das ursprünglich weiße Salz wird blau, grün,
gelbbraun usw.
Herr Becquerel zeigte, daß weißer Phosphor durch die Wirkung des Radiums
in die rote Modifikation verwandelt wird.
Papier wird durch die Radiumwirkung verändert und gefärbt. Es wird
zerbrechlich, zerfällt und gleicht schließlich einem vielmaschigen
Siebe.
Unter gewissen Umständen findet in der Nähe stark aktiver Verbindungen
Ozonentwicklung statt. Strahlen, die von einem verschlossenen Röhrchen
mit Radium ausgehen, entwickeln in der durchstrahlten Luft kein Ozon.
Dagegen tritt ein sehr starker Ozongeruch auf, wenn man das Röhrchen
öffnet. Im allgemeinen entwickelt sich Ozon in der Luft, wenn diese in
direkter Verbindung mit dem Radium steht. Die Verbindung selbst durch
einen sehr engen Kanal ist ausreichend; es scheint, als ob die
Ozonentwicklung mit der Fortpflanzung der inducirten Radioaktivität
verknüpft sei, von der später die Rede sein wird.
Die Radium-haltigen Verbindungen scheinen sich im Laufe der Zeit zu
verändern, wahrscheinlich unter der Einwirkung ihrer eigenen Strahlung.
Oben war gezeigt worden, daß die Krystalle von Radium-haltigem Baryum im
Moment des Ausfallens farblos sind und allmählich sich gelb bis orange,
manchmal auch rosa färben; diese Färbung verschwindet beim Auflösen.
Radium-haltiges Baryumchlorid entwickelt Oxydationsstufen des Chlors;
das Bromid entwickelt Brom. Diese langsamen Umänderungen machen sich im
allgemeinen erst einige Zeit nach der Herstellung des festen Produktes
bemerkbar, das gleichzeitig sein Aussehen und seine Farbe ändert und
gelb bis violett wird. Auch das emittirte Licht wird mehr violett.
Die reinen Radiumsalze scheinen dieselben Umwandlungen zu erfahren wie
die Baryum-haltigen. Doch färben sich die aus saurer Lösung
niedergeschlagenen reinen Chloridkrystalle noch nicht merklich in einer
Zeit, die ausreicht, um den Baryum-haltigen Chloridkrystallen eine
intensive Färbung zu erteilen.
s) Gasentwicklung in Gegenwart von Radiumsalzen.
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Eine Lösung von Radiumbromid entwickelt fortwährend Gase[106]. Diese
Gase bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Sauerstoff in einem
Mengenverhältniß, das nahezu der Zusammensetzung des Wassers entspricht;
man kann deshalb annehmen, daß in Gegenwart der Radiumsalze sich das
Wasser zersetzt. Die festen Radiumsalze (Chlorid und Bromid) geben
ebenfalls zu einer fortwährenden Gasentwicklung Anlaß. Diese Gase werden
in dem festen Salze okkludirt und entwickeln sich ziemlich reichlich,
wenn man das Salz auflöst. Man findet in dem Gasgemenge Wasserstoff,
Sauerstoff, Kohlensäure, Helium. Im Spektrum der Gase bemerkt man noch
einige unbekannte Linien[107-109].
Den Gasentwicklungen kann man auch zwei Unfälle zuschreiben, die sich
bei den Versuchen des Herrn Curie ereigneten. Ein sehr dünnes
zugeschmolzenes Glasröhrchen, das beinahe vollständig mit festem
trocknen Radiumbromid gefüllt war, explodirte zwei Monate nach der
Verschließung unter der Einwirkung einer leichten Erhitzung. Die
Explosion rührte wahrscheinlich von dem Drucke der eingeschlossenen Gase
her. Bei einem andren Versuche kommunicirte eine Röhre mit ziemlich
altem Radiumchlorid mit einem größeren Reservoir, das sehr weit evakuirt
war. Als das Röhrchen rasch auf etwa 300° erhitzt wurde, explodirte das
Salz; das Röhrchen wurde zerbrochen und das Salz weit umhergeschleudert.
Im Augenblick der Explosion konnte in der Röhre gar kein merklicher
Druck herrschen. Der Apparat war übrigens vorher einer versuchsweisen
Erhitzung unter gleichen Versuchsbedingungen, aber ohne Radium,
unterworfen gewesen, ohne daß ein derartiger Unfall eingetreten wäre.
Diese Versuche zeigen, daß es gefährlich ist, altes Radiumsalz zu
erhitzen, und daß es ferner gefährlich ist, das Radium lange Zeit
hindurch in einer geschlossenen Röhre aufzubewahren.
t) Entstehung von Thermoluminescenz
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Gewisse Körper wie z. B. Flußspat werden leuchtend, wenn man sie
erwärmt: sie sind thermoluminescirend; ihre Leuchtfähigkeit erschöpft
sich nach einiger Zeit; sie erlangen jedoch ihre Fähigkeit, durch
Erwärmung zu leuchten, wieder durch die Einwirkung eines Funkens oder
des Radiums. Das Radium vermag also die thermoluminescirenden
Eigenschaften dieser Körper wieder herzustellen[80]. Bei der Erhitzung
erfährt der Flußspat eine Umwandlung, die von einer Lichtemission
begleitet ist. Wenn der Flußspat sodann der Wirkung des Radiums
ausgesetzt wird, so findet eine Umwandlung im entgegengesetzten Sinne
statt, die ebenfalls von einer Lichtemission begleitet ist.
Ein durchaus analoges Phänomen findet statt, wenn man das Glas der
Radiumwirkung aussetzt. Auch dort entsteht eine Unformung des Glases,
während es unter der Wirkung der Radiumstrahlen leuchtet: diese
Umformung wird ganz sicher bewiesen durch die dabei auftretende und sich
stetig vermehrende Färbung. Erhitzt man sodann das veränderte Glas, so
findet die umgekehrte Umwandlung statt, das Glas entfärbt sich und
hierbei findet eine Lichtentwicklung statt. Es ist wohl sehr
wahrscheinlich, daß man es hierbei mit einer chemischen Modifikation zu
tun hat und daß die Lichtentwicklung an diese Modifikation geknüpft ist.
Diese Erscheinung könnte allgemeiner Natur sein. Es könnte sein, daß die
Fluorescenz unter der Einwirkung des Radiums und das Leuchten der
Radium-haltigen Substanzen notwendig mit einer chemischen oder
physikalischen Umwandlung der das Licht emittirenden Substanz verknüpft
sind.
u) Radiographieen
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Die radiographische Wirkung der neuen radioaktiven Substanzen ist sehr
intensiv. Gleichwohl muß das anzuwendende Verfahren beim Polonium ein
ganz anderes sein als beim Radium. Das Polunium wirkt nur auf sehr
kleine Entfernungen und wird durch feste Schirme sehr geschwächt; die
Wirkung läßt sich praktisch leicht durch einen dünnen Schirm
unterdrücken. (1 mm Glas). Das Radium wirkt auf viel größere
Entfernungen. Die radiographische Wirkung der Radiumstrahlen läßt sich
in Luft noch auf Entfernungen von über 2 m beobachten, selbst wenn das
strahlende Präparat in einem Glasröhrchen eingeschlossen ist. Die unter
diesen Bedingungen wirkenden Strahlen gehören zur β- und
γ-Gruppe. Dank den Unterschieden in der Durchlässigkeit
verschiedener Körper für die Strahlen kann man, wie bei den
Röntgenstrahlen mit verschiedenen Objekten, Radiographieen erhalten. Die
Metalle sind im allgemeinen undurchsichtig, nur Aluminium ist sehr
durchlässig. Zwischen Fleisch und Knochen besteht kein merklicher
Unterschied in der Durchlässigkeit. Man kann mit großer Entfernung und
sehr kleinen Strahlungsquellen arbeiten und erhält dann sehr scharfe
Radiographieen. Es ist für die Schönheit der Bilder sehr vorteilhaft,
die β-Strahlen durch ein Magnetfeld zur Seite zu werfen und nur die
γ-Strahlen zu benutzen. Die β-Strahlen werden nämlich beim
Durchstrahlen des abzubildenden Objektes einigermaßen diffundiert und
rufen einen gewissen Schleier hervor. Wenn man sie unterdrückt, so muß
man längere Zeit exponieren, erhält aber dafür schönere Besultate. Zur
Radiographie eines Portemonais gebraucht man einen Tag mit einigen
Centigrammen Radiumsalz als Strahlungsquelle, die in einer Glasröhre in
1 m Abstand von der empfindlichen Platte sich befinden, während das
Objekt sich vor der Platte befindet. Befindet ich die Quelle in 20 cm
Abstand von der Platte, so erhält man dasselbe Resultat in einer Stunde.
In unmittelbarer Nachbarschaft der Strahlungsquelle wird die Platte
augenblicklich beeinflußt.
[Fig. 11]
v) Physiologische Wirkungen.
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Die Radiumstrahlen üben eine Wirkung auf die Epidermis aus. Diese
Wirkung wurde von Herrn Walkhoff[110] beobachtet und von Herrn
Giesel[34] bestätigt, später auch von den Herren Becquerel und
Curie[111].
Wenn man auf die Haut eine Celluloid- oder eine sehr dünne Gummikapsel
legt, die sehr aktives Radiumsalz enthält, und einige Zeit darauf liegen
läßt, so entsteht eine Rötung der Haut, entweder sofort oder nach
Verlauf einer um so längeren Zeit, je schwächer und je kürzer dauernd
die Einwirkung war; dieser rote Fleck erscheint an der Stelle, die der
Wirkung ausgesetzt war; die lokale Veränderung der Haut ähnelt in
Aussehen und Entwicklung einer Verbrennung. In manchen Fällen bildet
sich eine Blase. Wenn die Exposition sehr lange gedauert hat, so bildet
sich ein sehr schwer heilendes Geschwür. Bei einem Versuch ließ Herr
Curie ein relativ wenig aktives Präparat 10 Stunden lang wirken. Die
Rötung zeigte sich sofort und später entstand eine Wunde, die vier
Monate zur Heilung erforderte. Die Epidermis war lokal zerstört und
konnte sich nur sehr langsam und schwierig unter Entstehung einer sehr
deutlichen Narbe neu bilden. Eine Radiumverbrennung nach halbstündiger
Expositionsdauer erschien nach zwei Wochen, bildete eine Blase und
heilte nach weiteren zwei Wochen. Eine andre Verbrennung, durch eine
Exposition von nur acht Minuten hervorgerufen, verursachte einen roten
Fleck, der nach zwei Monaten erschien und nur unbedeutende Wirkung
hatte.
Die Wirkung des Radiums auf die Haut kann durch Metalle hindurch
stattfinden; doch wird sie hierdurch geschwächt. Um sich vor der Wirkung
zu schützen, soll man es vermeiden, das Radium lange bei sich
herumzutragen, außer wenn man es in eine Bleihülle einschließt.
Die Wirkung des Radiums auf die Haut wurde von Herrn Dr. Danlos am
Hospital Saint-Louis darauf hin untersucht, ob es zur Behandlung
gewisser Hautkrankheiten geeignet sei, eine Methode, die der Behandlung
mit Röntgenstrahlen oder mit ultraviolettem Lichte analog ist. Das
Radium giebt in dieser Hinsicht ermutigende Resultate; die durch die
Radiumwirkung stellenweise zerstörte Epidermis stellt sich in gesundem
Zustande wieder her. Die Wirkung des Radiums ist tiefergehend als die
des Lichtes, und seine Anwendung ist leichter als die des Lichtes und
der Röntgenstrahlen. Die Untersuchung der Anwendungsbedingungen ist
natürlich etwas langwierig, weil man den Effekt der Anwendung nicht
unmittelbar beurteilen kann.
Herr Giesel bemerkte die Wirkung des Radiums auf Pflanzenblätter. Die
der Wirkung unterworfenen Blätter werden gelb und zerfallen.
Herr Giesel entdeckte ferner die Wirkung der Strahlen auf das Auge. Wenn
man in der Dunkelheit ein strahlendes Präparat in die Nähe des
geschlossenen Augenlides oder der Schläfe bringt, so hat man die
Empfindung einer das Auge erfüllenden Helligkeit. Die Erscheinung ist
von den Herren Himstedt und Nagel[112] näher untersucht worden. Diese
Physiker zeigten, daß alle Medien des Auges unter der Wirkung des
Radiums fluorescirend werden, wodurch sich die beobachtete
Lichtempfindung erklärt. Blinde, deren Netzhaut intakt ist, sind gegen
die Einwirkung des Radiums empfindlich, während solche mit kranker
Netzhaut keine von den Strahlen herrührende Lichtempfindung verspüren.
Die Radiumstrahlen verhindern oder hemmen die Entwicklung von
Bakterienkulturen, doch ist diese Wirkung nicht sehr stark[113].
Neuerdings zeigte Herr Danysz[114], daß die Radiumstrahlen energisch auf
Rückenmark und Gehirn wirken. Nach einer Einwirkung von einer Stunde
entstehen Lähmungen bei den Versuchstieren, die meistens nach einigen
Tagen sterben.
w) Wirkung der Temperatur auf die Strahlung.
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Man weiß noch wenig darüber, in welcher Weise die Emission der
radioaktiven Substanzen sich mit der Temperatur ändert. Doch ist
bekannt, daß die Emission bei tiefen Temperaturen bestehen bleibt. Herr
Curie[115] senkte ein Gefäß mit Radiumhaltigem Baryumchlorid in flüssige
Luft. Das Leuchten des strahlenden Präparates bleibt hierbei bestehen.
Im Moment, wo man die Röhre aus dem Kältebade herauszieht, scheint sie
sogar stärker zu leuchten als vorher. Bei der Temperatur der flüssigen
Luft fährt das Radium fort, die Fluorescenz des Urankaliumsulfats zu
erregen. Herr Curie stellte durch elektrische Messungen, die in einiger
Entfernung von der Strahlungsquelle ausgeführt wurden, fest, daß die
Strahlung dieselbe Intensität besitzt, wenn das Radium sich auf der
Temperatur der Umgebung befindet, wie wenn es sich in dem Gefäß mit
flüssiger Luft befindet. Bei diesen Versuchen befand sich das Radium auf
dem Boden einer einseitig geschlossenen Röhre. Die Strahlen traten durch
das offene Ende der Röhre aus, passirten einen gewissen Luftraum und
wurden in einem Kondensator aufgefangen. Man maß die Wirkung der
Strahlen auf die Luft des Kondensators, indem man die Röhre entweder in
freier Luft ließ oder sie bis zu einer gewissen Höhe mit flüssiger Luft
umgab. Das erhaltene Resultat war in beiden Fällen dasselbe.
Wenn man das Radium auf eine hohe Temperatur erhitzt, so bleibt die
Radioaktivität bestehen. Frisch gesehmolzenes (bei etwa 800°)
Radium-Baryumchlorid ist radioaktiv und leuchtend. Längere Erhitzung auf
hohe Temperatur hat jedoch eine zeitweise Abnahme der Radioaktivität des
Präparates zur Folge. Diese Abnahme ist sehr bedeutend, sie kann 75
Proz. der Gesamtstrahlung betragen. Die relative Abnahme ist weniger
bedeutend für die absorbirbaren als für die durchdringenden Strahlen,
die durch die Erhitzung fast unterdrückt werden. Mit der Zeit nimmt die
Strahlung des Präparates wieder die frühere Stärke und Zusammensetzung
an; dieser Zustand wird etwa nach Verlauf von zwei Monaten nach der
Erhitzung erreicht.
Viertes Kapitel. Inducirte Radioaktivität.
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a) Mitteilung der Radioaktivität an ursprünglich inaktive Substanzen.
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Im Laufe unserer Untersuchungen über die radioaktiven Körper bemerkten
wir, Herr Curie und ich[116], daß jede Substanz, die sich einige Zeit in
der Nachbarschaft eines Radium-haltigen Salzes befindet, selbst
radioaktiv wird. Bei unserer ersten hierauf bezüglichen Publikation
befaßten wir uns mit dem Nachweis, daß die so von ursprünglich inaktiven
Substanzen erworbene Radioaktivität nicht etwa von einem Transport
radioaktiven Staubes herrührt, der sich an der Oberfläche dieser
Substanzen niedergeschlagen hätte. Diese jetzt ganz gesicherte Tatsache
wird klar bewiesen durch die im Folgenden beschriebenen Versuche, und
vor allen Dingen durch die Gesetze, nach denen die in ursprünglich
inaktiven Stoffen hervorgerufene Radioaktivität verschwindet, wenn man
sie der Einwirkung des Radiums entzieht.
Wir haben der so entdeckten neuen Erscheinung den Namen inducirte
Radioaktivität gegeben.
In derselben Arbeit haben wir die Hauptmerkmale der inducirten
Radioaktivität angegeben. Wir haben Platten von verschiedenen Substanzen
aktivirt, indem wir sie in die Nachbarschaft fester Radium-haltiger
Salze brachten und haben die Radioaktivität dieser Platten mittels der
elektrischen Methode untersucht. Dabei beobachteten wir folgende
Tatsachen:
1. Die Aktivität einer der Wirkung des Radiums ausgesetzten Platte
wächst mit der Expositionsdauer und nähert sich asymptotisch einem
gewissen Grenzwert.
2. Die Aktivität einer Platte, die vom Radium aktivirt und dann dieser
Einwirkung entzogen wird, verschwindet nach einigen Tagen. Der
Abfall der inducirten Aktivität gegen Null erfolgt nach einem
asymptotischen Gesetz.
3. Bei sonst gleichen Bedingungen ist die von einem bestimmten
Radium-haltigen Präparat auf verschiedenen Platten inducirte
Radioaktivität unabhängig von der Natur der Platten. Glas, Papier,
Metalle aktivirten sich in gleicher Stärke.
4. Die auf einer bestimmten Platte von verschiedenen Radium-haltigen
Präparaten inducirte Radioaktivität hat einen um so höheren
Grenzwert, je aktiver das Präparat ist.
Kurze Zeit darauf veröffentlichte Herr Rutherford[27,117] eine Arbeit,
aus der folgt, daß die Thorverbindungen die Erscheinung der inducirten
Radioaktivität hervorrufen können. Rutherford fand für diese Erscheinung
dieselben Gesetze, wie die oben genannten, und entdeckte ferner die
wichtige Tatsache, daß Körper, die negativ elektrisch geladen sind, sich
stärker aktiviren als andere. Rutherford beobachtete ferner, daß Luft,
die über Thorium-Oxyd gestrichen war, 10 Minuten lang eine merkliche
Leitfähigkeit bewahrte. Die Luft teilt in diesem Zustande inducirte
Radioaktivität an inaktive Substanzen mit, vor allem an solche, die
negativ geladen sind. Rutherford interpretirte seine Versuche durch die
Annahme, daß die Thorverbindungen, und vor allem das Oxyd, eine
besondere radioaktive Emanation aussenden, die von Luftströmen mit
fortgerissen wird und positiv geladen ist. Diese Emanation soll die
Ursache der inducirten Radioaktivität sein. Herr Dorn[64] hat die
Versuche, die Rutherford mit Thoroxyd gemacht hatte, mit Radium-haltigen
Baryumsalzen wiederholt.
Herr Debierne[33,118] zeigte, daß das Aktinium in äußerst starkem Maße
induzirte Aktivität in benachbarten Körpern hervorruft. Ebenso wie bei
dem Thorium findet eine starke Mitnahme der Aktivität durch Luftströme
statt.
Die inducirte Aktivität zeigt sehr veränderliches Aussehen und wenn man
die Aktivirung einer Substanz in der Nähe von Radium in freier Luft
bewirkt, so erhält man sehr unregelmäßige Resultate. Die Herren Curie
und Debierne[119] bemerkten, daß die Erscheinung im Gegensatz hierzu
sehr regelmäßig ist, wenn man mit einem geschlossenen Gefäß arbeitet.
Sie haben deshalb die Aktivirung im geschlossenen Gefäß untersucht.
b) Aktivirung in geschlossenem Gefäß.
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Die inducirte Radioaktivität ist sowohl stärker, wie auch regelmäßiger,
wenn man in einem geschlossenen Gefäß arbeitet. Die aktive Substanz
befindet sich in einem kleinen Glaßgefäß a (Fig. 12) mit einer Offnung
bei o in der Mitte einer geschlossenen Umhüllung. Verschiedene Platten
A, B, C, D, E, die sich in der Umhüllung befinden, werden nach einer
eintägigen Exposition radioaktiv. Bei gleichen Dimensionen ist die
Radioaktivität dieselbe, unabhängig von der Natur der Platten (Blei,
Kupfer, Aluminium, Glas, Hartgummi, Wachs, Pappdeckel, Paraffin). Die
Aktivität einer Fläche einer dieser Platten ist um so größer, je größer
der freie Raum vor dieser Fläche ist.
[Fig. 12]
Wiederholt man den vorigen Versuch mit völlig geschlossenem Gefäß a, so
erhält man keine inducirte Aktivität.
Die Strahlung des Radiums kommt bei der Hervorrufung der inducirten
Radioaktivität nicht direkt in Betracht, so wird z. B. bei dem vorigen
Versuch die durch den dicken Bleischirm PP geschützte Platte D ebenso
aktiv wie B und E.
Die Radioaktivität überträgt sich in der Luft von Punkt zu Punkt von der
strahlenden Substanz bis zum zu aktivirenden Körper. Sie kann sich
selbst durch sehr enge Kapillarröhren weithin fortpflanzen.
Die inducirte Aktivität ist gleichzeitig intensiver und regelmäßiger,
wenn man das feste Radium-haltige Salz durch eine wässrige Lösung
ersetzt.
Flüssigkeiten können inducirte Radioaktivität annehmen. Man kann z. B.
reines Wasser radioaktiv machen, wenn man es in das Innere einer
geschlossenen Hülle stellt, die außerdem eine Lösung Radium-haltigen
Salzes enthält.
Manche Körper werden leuchtend, wenn man sie in ein Aktivirungsgefäß
bringt (phosphorescirende und fluorescirende Körper (Glas, Papier,
Baumwolle, Wasser, Salzlösungen). Phosphorescirendes Zinksulfid leuchtet
unter diesen Bedingungen besonders stark. Die Radioaktivität dieser
leuchtenden Körper ist jedoch dieselbe, wie die eines Metallstücks oder
eines andren Körpers, der sich unter gleichen Bedingungen aktivirt, ohne
leuchtend zu werden.
Welches auch immer die im geschlossenen Gefäß zu aktivirende Substanz
ist, sie nimmt eine mit der Zeit wachsende Aktivität an, und erreicht
schließlich einen Grenzwert, der immer derselbe ist, wenn man mit
derselben aktivirenden Substanz und derselben Versuchsanordnung
arbeitet.
Der Grenzwert der inducirten Radioaktivität ist unabhängig von der Natur
des Gases, das sich in dem Aktivirungsgefäß befindet (Luft, Wasserstoff,
Kohlensäure).
Der Grenzwert der inducirten Aktivität in einem bestimmten Gefäß hängt
bloß von der darin in Lösung befindlichen Radiummenge ab, und scheint
ihr proportional zu sein.
c) Rolle der Gase bei den Erscheinungen der inducirten Radioaktivität.
Emanation.
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Die Gase in einem Aktivirungsgefäß, das Radium in fester Form oder in
Lösung enthält, sind radioaktiv. Diese Aktivität bleibt bestehen, wenn
man das Gas durch eine Röhre absaugt und in einem Probiergläschen
auffängt. Die Wände des letzteren werden dann selbst radioaktiv und
leuchten im Dunklen. Aktivität und Lichtemission des Gläschens
verschwinden nachher vollständig, aber sehr langsam, und man kann die
Radioaktivität noch nach einem Monat konstatiren.
Vom Beginn unsrer Untersuchungen an haben wir, Herr Curie und ich[120],
aus der Pechblende durch Erhitzung ein stark radioaktives Gas extrahirt,
die Aktivität ist jedoch ebenso wie bei dem vorigen Versuch schließlich
vollständig verschwunden. Im Spektrum dieses Gases haben wir keine neue
Linie bemerkt.[^22]
Die inducirte Radioaktivität breitet sich also beim Radium, Thorium und
Aktinium von Punkt zu Punkt durch das Gas hindurch aus, vom aktiven
Körper bis zu den Wänden des Aktivirungsgefäßes, und die aktivirende
Eigenschaft wird mit dem Gase selbst fortgeführt, wenn man dieses aus
den Gefäßen heraussaugt.
Wenn man die Radioaktivität Radium-haltiger Stoffe mit der elektrischen
Methode mißt (mit dem in Fig. 1 dargestellten Apparat), so wird auch die
Luft zwischen den Platten radioaktiv; gleichwohl bemerkt man beim
Hindurchschicken eines Luftstromes zwischen den Platten keine merkliche
Verminderung des Stromes, woraus hervorgeht, daß die im Raume zwischen
den Platten ausgebreitete Radioaktivität wenig gegen die des festen
Radiums selbst in Betracht kommt.
Ganz anders verhält es sich beim Thor. Die Unregelmäßigkeiten, die ich
bei der Messung der Radioaktivität der Thorverbindungen bemerkte, kamen
daher, daß ich damals mit einem offenen Luftkondensator arbeitete; der
geringste Luftstrom bringt hier aber eine beträchtliche Änderung in der
Stromintensität hervor, weil die in der Nachbarschaft des Thors
verbreitete Aktivität wesentlich gegen die der Substanz selbst in
Betracht kommt.
Noch ausgesprochener ist dieser Effekt beim Aktinium. Ein stark aktives
Aktiniumpräparat erscheint viel weniger aktiv, wenn man einen Luftstrom
über die Substanz schickt.
Die radioaktive Energie ist also im Gase in einer besonderen Form
enthalten. Herr Rutherford nimmt an, daß gewisse radioaktive Körper
fortwährend ein materielles radioaktives Gas entwickeln, das er mit dem
Namen "Emanation" bezeichnet. Dieses Gas hätte die Eigenschaft, die
Körper in dem Raume, in dem es verbreitet ist, radioaktiv zu machen. Die
eine Emanation aussendenden Körper sind: Radium, Thorium, Aktinium.
d) Entaktivirung fester aktivirter Körper in freier Luft.
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Ein fester Körper, der in einem Aktivirungsgefäß durch Radium während
genügend langer Zeit aktivirt worden ist, und dann aus dem Gefäß
herausgenommen wird, entaktivirt sich an freier Luft nach einem
Exponentialgesetz, das für alle Körper dasselbe und durch folgende
Formel darstellbar ist[121]:
[I = I0.[a.e^(-t/theta1) - (a-1).e^(-t/theta2)]]
Hierbei ist I_0 die Anfangsintensität der Strahlung im Moment, wo man
die Platte aus dem Gefäß herausnimmt, I die Intensität zur Zeit t; a ist
ein Zahlenkoeffizient a = 4,20; θ_1 und θ_2 sind
Zeitkonstanten und zwar: θ_1 = 2420 Sekunden, θ_2 =
1860 Sekunden. Nach Verlauf von zwei bis drei Stunden verwandelt sich
dieses Gesetz merklich in ein einfaches Exponentialgesetz, da der
Einfluß des zweiten Exponentialgliedes dann unmerklich geworden ist. Das
Entaktivirungsgesetz ist demnach derart, daß die Strahlungsintensität in
28 Minuten auf die Hälfte ihres Wertes sinkt. Dieses Gesetz kann als
charakteristisch für die Entaktivirung fester Körper gelten, die durch
Radium aktivirt sind.
Durch Aktinium aktivirte feste Körper entaktiviren sich nach einem
ähnlichen Gesetz wie das vorige, doch ist die Entaktivirung etwas
langsamer[122].
Durch Thorium aktivirte feste Körper entaktiviren sich viel langsamer;
die Strahlungsintensität sinkt in 11 Stunden auf die Hälfte[117].
e) Entaktivirung in geschlossenem Gefäß. Zerstörungsgeschwindigkeit der
Emanation.
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Ein vom Radium aktivirtes und dann der Einwirkung entzogenes
geschlossenes Gefäß entaktivirt sich nach einem viel langsamer
verlaufenden Gesetz, als der Entaktivirung in freier Luft
entspricht.[123] Man kann z. B. den Versuch so machen, daß man eine
Glasröhre im Innern aktivirt, indem man sie während einer gewissen Zeit
mit einer Lösung eines Radiumsalzes kommuniciren läßt. Man schmilzt dann
die Röhre an der Lampe zu und mißt die Intensität der die Wände
durchdringenden Strahlung während der Dauer der Entaktivirung.
Die Entaktivirung erfolgt nach einem Exponentialgesetz, das sehr genau
durch die Formel
I = I_0 ⋅ e^{-t/θ}
dargestellt wird. Hierbei bedeutet:
-------- ------------------------------------------------------------
I_0 die Anfangsintensität der Strahlung;
I die Intensität der Strahlung zur Zeit I;
θ eine Zeitkonstante, und zwar θ = 4,97 ⋅ 10^3 Sek.
-------- ------------------------------------------------------------
Die Intensität der Strahlung sinkt in vier Tagen auf die Hälfte.
Dieses Entaktivirungsgesetz ist völlig unveränderlich und gänzlich
unabhängig von den Versuchsbedingungen (Größe des Gefäßes, Natur seiner
Wände, Gasfüllung, Aktivirungsdauer usw.). Das Entaktivirungsgesetz
bleibt dasselbe in einem Temperaturbereich von −180° bis +450°. Dieses
Entaktivirungsgesetz ist also ganz charakteristisch und kann zur
Definition einer völlig unabhängigen Zeiteinheit dienen.
Bei diesen Versuchen ist es die in dem Gase angehäufte radioaktive
Energie, die die Aktivität der Wände unterhält. In der Tat konstatirt
man, wenn man das Gas durch Auspumpen des Gefäßes entfernt, daß sich die
Wände von diesem Augenblick an nach dem schnelleren Gesetz entaktiviren,
so daß die Intensität der Strahlung in 28 Minuten auf die Hälfte sinkt.
Dasselbe Resultat erhält man, wenn man die aktivirte Luft im Gefäß durch
gewöhnliche Luft ersetzt.
Das Entaktivirungsgesetz mit dem Abfall auf die Hälfte in vier Tagen ist
also charakteristisch für das Verschwinden der im Gase angehäuften
radioaktiven Energie. Wenn man sich der Rutherfordschen Ausdrucksweise
bedient, kann man sagen, daß die Emanation des Radiums mit der Zeit von
selbst verschwindet und nach vier Tagen nur noch die Hälfte beträgt.
Die Thoriumemanation ist andrer Natur und verschwindet viel rascher. Das
Aktivirungsvermögen sinkt in ungefähr 70 Sekunden auf die Hälfte.
Die Emanation des Aktiniums verschwindet noch schneller; ihr Betrag
sinkt in wenigen Sekunden auf die Hälfte.
f) Natur der Emanationen.
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Nach Herrn Rutherford ist die Emanation ein materielles radioaktives
Gas, das aus den radioaktiven Körpern entweicht. In der Tat verhält sich
die Radiumemanation in vielen Beziehungen wie ein gewöhnliches Gas.
Wenn man zwei Glasbehälter miteinander verbindet, von denen der eine
Emanation enthält, der andre dagegen nicht, so teilt sich die Emanation
zwischen beiden Behältern wie ein gewöhnliches Gas: Wenn beide Behälter
auf gleicher Temperatur sind, so teilt sich die Emanation zwischen ihnen
im Verhältniß der Volumina; wenn sie auf verschiedenen Temperaturen
sind, so teilt sie sich wie ein Gas, das dem Mariotte-Gay-Lussacschen
Gesetze gehorcht. Bei diesen Versuchen wurde die Menge der in einem
Gefäß enthaltenen Emanation durch die Strahlung seiner Wände bestimmt,
unter Berücksichtigung der zeitlichen Abnahme der Strahlungsintensität
der Emanation[124].
Die Emanation diffundirt längs enger Röhren nach den Gesetzen für die
Diffusion gewöhnlicher Gase; der Diffusionskoeffizient ist nahe gleich
dem der Kohlensäure[124].
Bei der Temperatur der flüssigen Luft kondensirt sich die
Radiumemanation[125]. Wenn man von zwei Emanation enthaltenden
kommunicirenden Gefäßen das eine in flüssige Luft taucht, so kondensirt
sich die ganze in beiden vorhandene Emanation in dem kalten Gefäß.
Die Emanation des Radiums unterscheidet sich von einem gewöhnlichen Gase
dadurch, daß sie sich von selbst zerstört, wenn man sie in einem
geschlossenen Rohre aufbewahrt; wenigstens beobachtet man unter diesen
Umständen das Verschwinden der radioaktiven Eigenschaften. Diese
Eigenschaft der Radioaktivität ist übrigens bis jetzt die einzige, durch
die die Emanation sich für uns bemerkbar macht, denn man hat bisher mit
Sicherheit weder ein charakteristisches Spektrum der Emanation noch
einen Gasdruck derselben nachweisen können.
Ganz neuerdings haben jedoch die Herren Ramsay und Soddy[107] in dem
Spektrum der vom Radium entwickelten Gase neue Linien gefunden, die
ihrer Ansicht nach der Emanation angehören könnten. Sie haben ferner
konstatirt, daß die vom Radium gewonnenen Gase Helium enthalten, und daß
dieses Gas in der Emanation des Radiums von selbst sich bildet. Wenn
diese äußerst wichtigen Resultate sich bestätigen sollten, so würde man
die Emanation als ein instabiles Gas zu betrachten haben, und das Helium
wäre vielleicht eines der Produkte der freiwilligen Zersetzung des
Gases.
Die Emanationen des Radiums und des Thoriums scheinen von einer Reihe
sehr energischer chemischer Agentien nicht beeinflußt zu werden; die
Herren Rutherford und Soddy[126,127] teilen sie deshalb der Argongruppe
zu.
g) Änderung der Aktivität aktivirter Flüssigkeiten und Radium-haltiger
Lösungen.
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Eine beliebige Flüssigkeit wird radioaktiv, wenn man ein mit ihr
gefülltes Gefäß in einen Aktivirungsraum hineinstellt. Wenn man die
Flüssigkeit wieder herausnimmt und an freier Luft stehen läßt, so
entaktivirt sie sich schnell und überträgt dabei ihre Radioaktivität an
die umgebenden Gase und festen Körper. Schließt man eine aktivirte
Flüssigkeit in ein geschlossenes Gefäß ein, so entaktivirt sie sich viel
langsamer und die Aktivität sinkt dann in vier Tagen auf die Hälfte,
genau wie es für ein Gas in geschlossenem Gefäß der Fall sein würde. Man
kann diese Tatsache erklären, indem man annimmt, daß die radioaktive
Energie in der Flüssigkeit in derselben Form angehäuft ist wie im Gase
(als Emanation).
Eine Lösung Radium—haltigen Salzes verhält sich zum Teil ähnlich. Vor
allem ist es bemerkenswert, daß eine Lösung von Radiumsalz, die sich
seit einiger Zeit in einem geschlossenen Raume befindet, nicht stärker
aktiv ist als reines Wasser, das sich in einem Gefäß innerhalb desselben
Raumes befindet, sobald sich das Strahlungsgleichgewicht hergestellt
hat. Wenn man die Radiumlösung aus dem Raume entfernt und an freier Luft
in weit offenem Gefäß stehen läßt, so verbreitet sich die Aktivität im
Raume aus, und die Lösung wird beinahe inaktiv, obgleich sie noch immer
das Radium enthält. Wenn man dann diese entaktivirte Lösung in eine
geschlossene Flasche bringt, so gewinnt sie allmählich, in etwa zwei
Wochen, wieder einen Grenzwert der Aktivität, der beträchtlich sein
kann. Dagegen gewinnt eine aktivirt gewesene und an der Luft
entaktivirte Flüssigkeit, die kein Radium enthält, ihre Aktivität in
einem geschlossenen Gefäß nicht wieder.
h) Theorie der Radioaktivität.
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Die Herren Curie und Debierne[128] stellten folgende sehr allgemeine
Theorie auf, die es gestattet, die Versuchsresultate über die inducirte
Radioaktivität in Zusammenhang zu bringen; die Resultate selbst, die
soeben besprochen sind, stellen reine Tatsachen dar, die von jeder
Hypothese unabhängig sind.
Man kann annehmen, daß jedes Radiumatom als eine konstante und
kontinuirliche Energiequelle wirkt, ohne daß man sich hierbei vorläufig
Rechenschaft zu geben braucht, woher die Energie stammt. Die radioaktive
Energie, die sich im Radium anhäuft, hat das Bestreben, sich auf zwei
verschiedene Weisen zu zerstreuen:
1. Durch Strahlung (elektrisch geladene und ungeladene Strahlen).
2. Durch Leitung, d. h. durch direkte Übertragung von Punkt zu Punkt an
die umgebenden Körper, wobei Gase und Flüssigkeiten als
Zwischenträger dienen können (Entwicklung von Emanation und
Umwandlung in inducirte Radioaktivität).
Der Verlust an radioaktiver Energie sowohl durch Strahlung wie durch
Leitung wächst mit der in dem radioaktiven Körper angesammelten
Energiemenge. Es muß sich notwendig ein Gleichgewicht herstellen, wenn
dieser soeben genannte zweifache Verlust den vom Radium herrührenden
kontinuirlichen Zufluß kompensirt. Diese Anschauungsweise entspricht der
bei den Wärmeerscheinungen üblichen. Wenn im Innern eines Körpers aus
irgend einem Grunde eine kontinuirliche und konstante Wärmeentwicklung
stattfindet, so häuft sich die Wärme in dem Körper an und die Temperatur
steigt, bis der Wärmeverlust durch Strahlung und Leitung mit dem
fortwährenden Zufluß im Gleichgewicht ist.
Im allgemeinen findet, abgesehen von einigen besonderen Fällen, keine
Übertragung der Radioaktivität durch feste Körper hindurch statt. Wenn
man eine Lösung in geschlossenem Gefäß aufbewahrt, so bleibt bloß der
Verlust durch Strahlung übrig und die Radioaktivität nimmt einen
erhöhten Wert an.
Wenn dagegen die Lösung sich in einem offenen Gefäß befindet, so wird
der Verlust an Aktivität durch Leitung von Punkt zu Punkt beträchtlich,
und wenn der Gleichgewichtszustand erreicht ist, so ist die
Strahlungsenergie der Lösung nur noch sehr schwach.
Die Strahlungsenergie eines festen Radium-haltigen Salzes vermindert
sich an der Luft nicht merklich, weil eine Fortpflanzung der
Radioaktivität in festen Körpern nicht stattfindet, und deshalb nur eine
sehr dünne Oberflächenschicht an der Erzeugung der inducirten
Radioaktivität teilnimmt. In der Tat konstatirt man, daß eine Lösung
desselben radioaktiven Präparates viel intensivere inducirte
Radioaktivität hervorbringt. Bei einem festen Salze sammelt sich die
Energie der Radioaktivität in dem Salze an und zerstreut sich
hauptsächlich durch Strahlung. Wenn dagegen das Salz seit einigen Tagen
in Wasser aufgelöst ist, so hat sich die radioaktive Energie zwischen
dem Wasser und dem Salze geteilt; wenn man sie dann durch Destillation
trennt, so nimmt das Wasser einen großen Teil der Aktivität mit, und das
feste Salz ist viel (10- bis 15 mal) weniger aktiv als vor der
Auflösung. Nachher gewinnt das feste Salz allmählich seine ursprüngliche
Aktivität wieder.
Man kann versuchen, die vorstehende Theorie noch weiter zu präzisiren,
indem man sich vorstellt, daß die Radioaktivität des Radiums selbst auf
dem Umwege über die in Form der Emanation emittirte Energie entsteht.
Man kann annehmen, daß jedes Radiumatom eine kontinuirliche und
konstante Quelle von Emanation ist. Gleichzeitig mit ihrer Erzeugung
erfährt diese Energieform eine fortschreitende Umwandlung in die
radioaktive Energie der Becquerelstrahlung; die Geschwindigkeit dieser
Umformung ist proportional der angehäuften Menge von Emanation.
Wenn eine Radium-haltige Lösung in ein Gefäß eingeschlossen ist, so kann
die Emanation sich innerhalb des Gefäßes und auf den Wänden ausbreiten.
An dieser Stelle wird sie also in Strahlung verwandelt, während die
Lösung nur wenig Becquerelstrahlen emittirt, – die Strahlung ist in
gewissem Sinne exteriorisirt. Beim festen Salz dagegen häuft sich die
Emanation, da sie nicht entweichen kann, an und wird auf derselben
Stelle, wo sie entstanden ist, in Becquerelstrahlen verwandelt; diese
Strahlung erreicht dadurch einen höheren Betrag[129].
Wenn diese Theorie der Radioaktivität allgemein sein sollte, so müßte
man annehmen, daß alle radioaktiven Körper Emanation aussenden. Dies ist
für Radium, Thorium und Aktinium konstatirt worden; der letztgenannte
Körper besitzt diese Fähigkeit in enormem Maße selbst in festem
Zustande. Uran und Polonium scheinen keine Emanation zu entwickeln,
obgleich sie Becquerelstrahlen emittiren. Diese Körper erzeugen auch
keine inducirte Radioaktivität in geschlossenen Gefäßen, wie die
vorgenannten. Diese Tatsache ist mit der obigen Theorie nicht in
absolutem Widerspruch. Wenn nämlich das Uran und das Polonium
Emanationen emittirten, die sich sehr schnell zerstörten, so würde es
sehr schwer sein, die Fortführung dieser Emanationen durch Luft und die
Erzeugung inducirter Radioaktivität auf benachbarten Körpern zu
beobachten. Eine derartige Hypothese hat durchaus nichts
unwahrscheinliches an sich, da die Zeiten, während denen die Emanationen
des Radiums und Thoriums auf die Hälfte sinken, sich zu einander wie
5000 zu 1 verhalten. Es wird übrigens noch gezeigt werden, daß unter
gewissen Umständen das Uran inducirte Radioaktivität erzeugen kann.
i) Andre Form der inducirten Radioaktivität.
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Nach dem Entaktivirungsgesetz aktivirter fester Körper in freier Luft
ist die Strahlungsenergie nach Verlauf eines Tages beinahe unmerklich.
Gewisse Körper machen jedoch eine Ausnahme hiervon; dazu gehören
Celluloid, Paraffin, Kautschuk usw. Wenn diese Körper längere Zeit
aktivirt worden sind, so entaktiviren sie sich viel langsamer als das
Gesetz verlangt, und es bedarf manchmal einer Zeit von 15 bis 20 Tagen,
bis die Aktivität unmerklich wird. Es scheint, als ob diese Körper die
Fähigkeit hätten, sich mit radioaktiver Energie in Gestalt von Emanation
zu imprägniren; sie verlieren sie dann allmählich, indem sie inducirte
Radioaktivität in ihrer Umgebung erzeugen.
k) Langsam entstehende inducirte Radioaktivität.
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Man beobachtet noch eine ganz andre Form inducirter Radioaktivität, die
auf allen Körpern zu entstehen scheint, wenn sie Monate lang in einem
Aktivirungsgefäß gelegen haben. Wenn diese Körper aus dem Gefäß
herausgenommen werden, so sinkt die Aktivität zuerst nach dem
gewöhnlichen Gesetz (auf die Hälfte in einer halben Stunde); wenn aber
die Aktivität auf etwa {}^{1}/_{20 000} des Anfangswertes gesunken ist,
so vermindert sie sich nicht mehr, oder wenigstens nur noch äußerst
langsam, manchmal tritt sogar eine Vermehrung ein. Wir besitzen Platten
aus Kupfer, Glas, Aluminium, die eine derartige Restaktivität seit über
sechs Monaten bewahren.
Diese Erscheinungen der inducirten Aktivität scheinen ganz andrer Natur
als die gewöhnlichen zu sein und zeigen eine viel langsamere
Entwicklung.
Sowohl für die Entwicklung wie für das Verschwinden dieser Form der
inducirten Radioaktivität ist eine beträchtliche Zeit nötig.
l) Inducirte Radioaktivität auf mit Radium zusammen gelösten Substanzen.
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Wenn man ein radioaktives Mineral, das Radium enthält, behufs Extraktion
dieses Körpers behandelt, so erhält man, solange das Verfahren noch
nicht weit vorgeschritten ist, chemische Trennungen, bei denen die
Radioaktivität sich vollständig in einem der Reaktionsprodukte befindet,
während das andre Produkt vollständig inaktiv ist. Man trennt so auf der
einen Seite die strahlenden Produkte, die mehrere 100mal aktiver sein
können als das Uran, auf der andren Seite Kupfer, Arsenik, Antimon usw.,
die absolut inaktiv eind. Gewisse andre Körper dagegen (Eisen, Blei)
ließen sich niemals in völlig inaktivem Zustande trennen. Wenn die
Konzentration der strahlenden Körper zunimmt, wird das Verhalten ein
andres; keine Trennung liefert dann völlig inaktive Produkte mehr; alle
von einer Trennung herrührenden Portionen sind immer in verschiedenem
Grade aktiv.
Nach der Entdeckung der inducirten Radioaktivität versuchte Herr
Giesel[130] zuerst gewöhnliches inaktives Wismut zu aktiviren, indem er
es mit sehr aktivem Radium zusammen in Lösung hielt. Er erhielt so
radioaktiven Wismut und schloß daraus, daß das aus der Pechblende
gewonnene Polonium wahrscheinlich Wismut sei, das durch die
Nachbarschaft des in der Pechblende enthaltenen Radiums aktivirt sei.
Ich habe ebenfalls aktivirtes Wismut hergestellt, indem ich Wismut mit
sehr aktivem Radiumsalz in Lösung hielt.
Die Schwierigkeiten dieses Versuches bestehen in der außerordentlichen
Sorgfalt, die man anwenden muß, um das Radium aus der Lösung zu
entfernen. Wenn man bedenkt, welche unmeßbar kleine Menge von Radium
genügt, um in einem Gramm Materie eine sehr merkliche Radioaktivität
hervorzubringen, so glaubt man, das aktivirte Produkt niemals genug
gewaschen und gereinigt zu haben. Jede Reinigung aber zieht eine
Verminderung der Aktivität des aktivirten Produktes nach sich, sei es,
daß man wirklich Spuren von Radium entfernt, sei es, daß die unter
diesen Bedingungen inducirte Radioaktivität den chemischen Umwandlungen
nicht widersteht.
Die Resultate, die ich erhalte, scheinen jedoch mit Sicherheit zu
ergeben, daß eine Aktivirung stattfindet und nach der Abtrennung des
Radiums bestehen bleibt. So finde ich nach sorgfältiger Reinigung des
aktivirten Wismutnitrates, daß bei einer fraktionirten Fällung der
Nitratlösung mit Wasser es sich fraktionirt wie Polonium, indem seine
aktiveren Bestandteile zuerst ausfallen.
Wenn die Reinigung ungenügend ist, so findet das Gegenteil statt, was
darauf hinweist, daß sich in dem aktivirten Wismut noch Spuren von
Radium befinden. Ich erhielt so aktivirtes Wismut, bei dem der Sinn der
Fraktionirung eine große Reinheit anzeigte, und das 2000mal aktiver war
als Uran. Dieses Wismut verminderte seine Aktivität mit der Zeit. Ein
andrer Teil desselben Präparate dagegen, der mit denselben
Vorsichtsmaßregeln hergestellt war und sich im gleichen Sinne
fraktionirte, bewahrte seine Aktivität ohne merkliche Verminderung seit
einer Zeit, die gegenwärtig ungefähr drei Jahre beträgt.
Diese Aktivität ist 150mal grösser als die Urans. Ich aktivirte in
gleicher Weise Blei und Silber, indem ich sie mit Radium in Lösung
hielt. Meistens sinkt die so erhaltene inducirte Radioaktivität kaum mit
der Zeit, dagegen widersteht sie im allgemeinen nicht aufeinander
folgenden chemischen Umwandlungen des aktivirten Körpers. Herr
Debierne[131] hat Baryum aktivirt, indem er es mit Aktinium zusammen in
Lösung hielt. Dieses Baryum bleibt nach verschiedenen chemischen
Umwandlungen aktiv, seine Aktivität ist also eine ziemlich stabile des
Atoms. Das aktivirte Baryumchlorid fraktionirt sich wie Radium-haltiges
Baryumchlorid; die aktivsten Teile sind in Wasser und in verdünnter
Salzsäure am wenigsten löslich. Das getrocknete Chlorid ist
selbstleuchtend; seine Becquerelstrahlung ist analog der des
Radium-haltigen Baryums. Herr Debierne erhielt aktivirtes Baryumchlorid,
das 1000mal aktiver war als Uran. Gleichwohl hatte dieses Baryum nicht
alle Eigenschaften des Radiums angenommen, denn es zeigte im Spektroskop
keine der stärksten Radiumlinien. Ausserdem verminderte sich seine
Aktivität mit der Zeit und nach drei Wochen war es dreimal schwächer als
im Anfang.
Über die Aktivirung der Körper in Lösung mit radioaktiven Substanzen
müssen noch ausgedehnte Untersuchungen gemacht werden. Es scheint, als
ob man je nach den Versuchsbedingungen mehr oder weniger stabile Formen
von dem Atom anhaftender inducirter Radioaktivität erhalten könne. Die
unter diesen Bedingungen erhaltene inducirte Radioaktivität ist sogar
vielleicht dieselbe, wie die sich langsam entwickelnde Form, die man
durch lange dauernde Aktivirung aus der Ferne im Aktivirungsgefäß
erhält. Man muß sich auch fragen, bis zu welchem Grade die dem Atom
anhaltende inducirte Radioaktivität die chemische Natur des Atomes
afficirt, und ob sie die chemischen Eigenschaften desselben
vorübergehend oder dauernd modificiren kann.
Die chemische Untersuchung der aus der Ferne aktivirten Körper ist
dadurch erschwert, daß die Aktivirung auf eine sehr dünne
Oberflächenschicht beschränkt ist, und daß deshalb die von der
Umwandlung etwa betroffene Substanzmenge äußerst gering ist.
Inducirte Radioaktivität kann auch erhalten werden, wenn man gewisse
Substanzen mit Uran zusammen gelöst erhält. Der Versuch gelingt mit
Baryum. Wenn man, wie es Debierne machte, der Uran und Baryum
enthaltenden Lösung Schwefelsäure zusetzt, so reißt das
niedergeschlagene Baryumsulfat die Aktivität mit sich; gleichzeitig
verliert das Uran seine Aktivität zum Teil. Herr Becquerel fand, daß man
bei mehrmaliger Wiederholung dieses Verfahrens fast inaktives Uran
erhält. Man könnte danach glauben, daß man durch dieses Verfallen einen
vom Uran verschiedenen Körper abgetrennt hat, dessen Anwesenheit die
Aktivität des Urans hervorbrachte. Dem ist Jedoch nicht so, denn nach
einigen Monaten gewinnt das Uran seine anfängliche Aktivität wieder; das
niedergeschlagene Baryumsulfat dagegen verliert die seinige.
Ein ähnliches Phänomen findet beim Thorium statt. Herr Rutherford
schlägt eine Lösung von Thoriumsalz durch Ammoniak nieder; er trennt die
Lösung ab und dampft zur Trockenheit ein. Er erhält so einen sehr
aktiven Rückstand, während das niedergeschlagene Thorium sich weniger
aktiv zeigt als vorher. Dieser aktive Rückstand, dem Rutherford den
Namen Thorium-X giebt, verliert seine Aktivität mit der Zeit, während
das Thor seine ursprüngliche Aktivität wiedergewinnt.[132]
Es scheint, daß bezüglich der inducirten Radioaktivität in Lösungen die
verschiedenen Körper sich nicht alle gleich verhalten, und daß einige
unter ihnen viel empfänglicher für die Aktivirung sind als andre.
m) Zerstreuung radioaktiven Staubes und inducirte Aktivität des
Laboratoriums.
------------------------------------------------------------------------------
Bei den Untersuchungen stark radioaktiver Substanzen muß man besondere
Vorsichtsmaßregeln anwenden, wenn man dauernd feine Messungen ausführen
will. Die verschiedenen im chemischen Laboratorium gebrauchten
Gegenstände, ebenso wie die zu den physikalischen Versuchen dienenden,
werden bald alle radioaktiv und wirken auf die photographische Platte
durch schwarzes Papier hindurch. Der Staub, die Zimmerluft, die Kleider
sind radioaktiv. In dem Laboratorium, in dem wir arbeiten, ist das Übel
dermaßen akut geworden, daß wir keinen Apparat mehr in gut isolirendem
Zustande halten können.
Es ist also gut, wenn man besondere Vorsichtsmaßregeln anwendet, um so
viel als möglich die Zerstreuung radioaktiven Staubes und das Auftreten
inducirter Radioaktivität zu vermeiden.
Die chemischen Gerätschaften dürfen niemals in den physikalischen
Arbeitsraum gebracht werden, und man muß soviel als möglich vermeiden,
aktive Substanzen in diesem Raume liegen zu lassen. Vor Beginn dieser
Untersuchungen hatten wir die Gewohnheit, bei elektrostatischen
Versuchen die verschiedenen Apparate durch Drähte zu verbinden, die
durch an Erde gelegte Metallröhren gegen jede äußere elektrische Störung
geschirmt waren. Bei Untersuchungen über radioaktive Körper ist diese
Anordnung durchaus fehlerhaft; die Luft wird leitend, die Isolation
zwischen Draht und Schutzrohr wird schlecht, und die unvermeidliche
elektromotorische Kontaktkraft zwischen Draht und Röhre sucht einen
Strom durch die Luft hindurch hervorzubringen und das Elektrometer
abzulenken. Wir verlegen jetzt die Drähte unter völligem Ausschluß der
Luft, indem wir sie z. B. in die Mitte von mit Paraffin oder einem
andren Isolirmittel gefüllten Röhren legen. Es wäre auch vorteilhaft,
bei diesen Versuchen vollständig geschlossene Elektrometer zu verwenden.
n) Aktivirung ohne Mitwirkung radioaktiver Substanzen
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Verschiedene Versuche wurden gemacht, um eine Aktivirung ohne
Zuhilfenahme radioaktiver Substanzen hervorzurufen.
Herr Villard[133] unterwarf ein Stück Wismut als Antikathode einer
Entladungsröhre der Einwirkung von Kathodenstrahlen; das Wismut wurde
dadurch radioaktiv, jedoch in äußerst schwachem Grade, denn es bedurfte
einer Exposition von acht Tagen, um eine photographische Wirkung zu
erzielen.
Herr Mc.Lennan[134] exponirt verschiedene Salze der Wirkung von
Kathodenstrahlen und erhitzt sie sodann leicht. Diese Salze erwerben
dadurch die Fähigkeit, positiv geladene Körper zu entladen.
Untersuchungen dieser Art bieten ein großes Interesse. Wenn es möglich
wäre, durch Anwendung bekannter physikalischer Agentien ursprünglich
inaktiven Körpern eine merkliche Radioaktivität zu erteilen, so könnten
wir hoffen, dadurch die Ursache der spontanen Radioaktivität gewisser
Körper aufzufinden.
o) Änderung der Aktivität radioaktiver Körper; Wirkung der Auflösung.
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Das Polonium vermindert, wie bereits gesagt, seine Aktivität mit der
Zeit. Diese Abnahme ist langsam und scheint nicht für alle Proben gleich
schnell vor sich zu gehen. Eine Probe von Wismut-Poloniumnitrat verlor
die Hälfte ihrer Aktivität in 11 Monaten und 95 Proz. in 33 Monaten.
Andre Proben verhielten sich ähnlich. Eine Probe von metallischem
Wismut-Polonium wurde aus einem Subnitrat hergestellt, das nach seiner
Herstellung 100 000 mal aktiver war als Uran. Dieses Metall ist jetzt
nur noch ein mäßig aktiver Körper (2000 mal aktiver als Uran). Seine
Aktivität wird von Zeit zu Zeit gemessen. Während sechs Monaten hat es
67 Proz. seiner Aktivität verloren.
Der Aktivitätsverlust scheint durch chemische Reaktionen nicht
beschleunigt zu werden. Bei schnellen chemischen Operationen konstatirt
man im allgemeinen keinen beträchtlichen Verlust an Aktivität.
Im Gegensatz zu dem Verhalten des Poloniums scheinen die Radium-haltigen
Salze eine permanente Radioaktivität zu besitzen, die im Verlauf einiger
Jahre keine nennenswerte Einbuße erleidet.
Wenn man ein festes Radiumsalz frisch hergestellt hat, so besitzt es
anfangs noch keine konstante Radioaktivität. Seine Aktivität wächst vom
Augenblick der Herstellung an und erreicht einen merklich
unveränderlichen Grenzwert nach etwa einem Monat. Das Gegenteil findet
für die Lösung statt. Wenn man sie frisch hergestellt hat, so ist sie
zuerst sehr aktiv, aber an freier Luft stehen gelassen entaktivirt sie
sich schnell und nimmt schließlich einen Grenzwert an, der bedeutend
schwächer sein kann als der Anfangswert. Diese Änderungen der Aktivität
wurden zuerst von Giesel[102] beobachtet. Sie lassen sich vom Standpunkt
der Emanationstheorie leicht erklären. Die Aktivitätsverminderung der
Lösung entspricht dem Verlust an Emanation, die sich im Raume zerstreut;
diese Verminderung wird stark verlangsamt, wenn man die Lösung im
geschlossenen Gefäß aufbewahrt. Eine an freier Luft entaktivirte Lösung
nimmt eine viel größere Aktivität wieder an, wenn man sie in ein
zugeschmolzenes Gefäß einschließt. Die Zeit, die das Wachstum der
Aktivität eines nach vorheriger Auflösung in festen Zustand
übergeführten Salzes gebraucht, ist nötig zur Aufspeicherung der im
festen Salz neu entstehenden Emanation.
Ich teile einige Versuche hierüber mit:
Eine Lösung von Radium-Baryumchlorid stand zwei Tage lang an der Luft
und wurde dabei 300 mal weniger aktiv. Eine Lösung befindet sich im
geschlossenen Gefäß; man öffnet das Gefäß und gießt die Lösung in eine
Schale; eine Messung der Radioaktivität ergiebt:
--------------------------------- ------
Aktivität sofort nach Ausgießen 67
Aktivität nach zwei Stunden 20
Aktivität nach zwei Tagen 0,25
--------------------------------- ------
Eine Lösung von Radium-Baryumchlorid, die an freier Luft gestanden hat,
wird in ein Glasröhrchen eingeschlossen. Eine Messung der Strahlung der
Röhre ergab:
------------------------- -----
Aktivität unmittelbar 27
Aktivität nach 2 Tagen 61
Aktivität nach 3 Tagen 70
Aktivität nach 4 Tagen 81
Aktivität nach 7 Tagen 100
Aktivität nach 11 Tagen 100
------------------------- -----
Die Anfangsaktivität eines festen Salzes nach seiner Herstellung ist um
so schwächer, je länger es in Lösung befindlich war. Um so größer ist
die an das Lösungsmittel übertragene Aktivität. Die folgenden Zahlen
stellen die Anfangsaktivitäten eines Chlorides dar, dessen Endaktivität
gleich 800 ist, und das während einer gegebenen Zeit in Lösung gehalten
wurde; man trocknete dann das Salz und maß seine Aktivität unmittelbar
darauf:
----------------------------------------------------------------- -----
Endaktivität 800
Anfangsaktivität nach Auflösung und sofortiger Trocknung 440
Anfangsaktivität nach 5tägiger Lösung und sofortiger Trocknung 120
Anfangsaktivität nach 18tägiger Lösung und sofortiger Trocknung 130
Anfangsaktivität nach 32tägiger Lösung und sofortiger Trocknung 114
----------------------------------------------------------------- -----
Bei diesem Versuch befand sich die Lösung in einem bloß mit einem
Uhrglas bedeckten Gefäß.
Aus demselben Salz stellte ich zwei Lösungen her, die ich in fest
verschlossenem Gefäß 13 Monate lang aufbewahrte; die eine dieser
Lösungen war 8 mal konzentrirter als die andre.
Anfangsaktivität des Salzes unmittelbar nach der Trocknung:
------------------------------ -----
aus der konzentrirten Lösung 200
aus der verdünnten Lösung 100
------------------------------ -----
Die Entaktivirung des Salzes ist also um so größer, je größer die Menge
des Lösungsmittels, da die an die Flüssigkeit übertragene radioaktive
Energie ein größeres Flüssigkeitsvolumen zu sättigen und einen größeren
Raum zu erfüllen hat. Die beiden Proben desselben Salzes, die eine so
verschiedene Anfangsaktivität hatten, vermehrten übrigens ihre Aktivität
mit sehr verschiedener Anfangsgeschwindigkeit; nach einem Tage hatten
sie dieselbe Aktivität, und das weitere Anwachsen hatte für beide bis
zum Grenzwert genau gleichen Verlauf.
Wenn die Lösung sehr verdünnt ist, so erfolgt die Entaktivirung sehr
schnell, wie die folgenden Versuche zeigen: Drei gleiche Portionen
desselben Salzes werden in gleichen Wassermengen aufgelöst. Die erste
Lösung a wird eine Stunde lang an freier Luft gelassen, dann getrocknet.
Die zweite Lösung b wird eine Stunde lang mit einem Luftstrome
durchspült, dann getrocknet. Die dritte Lösung c wird 13 Tage lang an
freier Luft gelassen, dann getrocknet. Die Anfangsaktivitäten der drei
Salze sind:
---------------- -------
Für den Teil a 145,2
Für den Teil b 141,6
Für den Teil c 102,6
---------------- -------
Die Endaktivität des Salzes beträgt ungefähr 470. Man sieht also, daß
der größte Teil des Effektes schon nach einer Stunde erreicht ist. Die
relative Salzmenge in der Lösung betrug ungefähr 0,5 zu 100.
Die radioaktive Energie breitet sich in Emanationsform schwer vom festen
Radium in die Luft aus; denselben Widerstand erfährt sie auch beim
Übergang vom festen Radium in eine Flüssigkeit. Wenn man Radiumsulfat
während eines ganzen Tages mit Wasser schüttelt, so ist seine Aktivität
nach dieser Operation merklich dieselbe, wie die einer Portion desselben
Sulfats, das sich an freier Luft befunden hat.
Erzeugt man ein Vakuum über Radium-haltigem Salz, so entfernt man
dadurch alle disponible Emanation. Gleichwohl wurde die Aktivität eines
Radium-haltigen Chlorides, das wir sechs Tage lang im Vakuum erhielten,
hierdurch nicht merklich geschwächt. Dieser Versuch zeigt, daß die
Radioaktivität des Salzes hauptsächlich von im Innern der Körner
aufgespeicherter radioaktiver Energie besteht, die durch Erzeugung eines
Vakuums nicht entfernt werden kann.
Der Aktivitätsverlust, den das Radium bei der Auflösung erfährt, ist
relativ größer für die durchdringenden als für die absorbirbaren
Strahlen, wie aus folgenden Beispielen hervorgeht:
Ein Radium-haltiges Chlorid, das seine Endaktivität 470 erreicht hat,
wird aufgelöst und bleibt eine Stunde lang in Lösung; dann wird es
getrocknet und die Anfangsaktivität mit der elektrischen Methode
gemessen. Man findet, daß die totale Anfangsstrahlung 0,3 der totalen
Endstrahlung beträgt. Macht man die Intensitätsmessung nach Bedeckung
der Substanz mit einem Aluminiumschirm von 0,01 mm Dicke, so findet man,
daß die den Schirm durchdringende Anfangsstrahlung 0,17 der denselben
Schirm durchdringenden Endstrahlung beträgt.
Wenn das Salz 13 Tage lang in Lösung war, so findet man für die totale
Anfangsstrahlung 0,22 der totalen Endstrahlung, und für die eine 0,01 mm
dicke Aluminiumschicht durchdringende Anfangsstrahlung 0,13 der
Endstrahlung.
In beiden Fällen ist das Verhältniß der Anfangsintensität nach der
Auflösung zur Endintensität für die Gesamtstrahlung 1,7 mal größer als
für die 0,01 mm Aluminium durchdringende Strahlung.
Hierzu ist jedoch zu vermerken, daß man es nicht vermeiden kann, daß
während der Zeitdauer der Trocknung das Präparat sich in einem schlecht
definirtem Zustande sich befindet, in dem es weder fest noch völlig
flüssig ist. Ebenso wenig läßt sich eine Erhitzung des Präparates behufs
schnellerer Entfernung des Wassers vermeiden.
Aus diesen beiden Gründen ist es kaum möglich, dem wahren Anfangszustand
des aus dem gelösten in den festen Zustand übergehenden Präparates zu
bestimmen. Bei den eben beschriebenen Versuchen waren gleiche Mengen
strahlender Substanz in gleichen Wassermengen aufgelöst; die Lösungen
wurden dann unter möglichst gleichen Bedingungen zur Trockne eingedampft
und ohne die Erhitzung über 120° bis 130° zu treiben.
[Fig. 13]
Ich untersuchte das Gesetz, nach dem die Aktivität eines festen
Radium-haltigen Salzes zunimmt, vom Augenblick der völligen Trocknung an
bis zu der Zeit, wo es seinen Grenzwert erreicht hat. Die folgenden
Tabellen enthalten die Intensität I der Strahlung als Funktion der Zeit;
dabei wird die Endstrahlung gleich 100 gesetzt und die Zeit vom
Augenblick der völligen Trocknung an gerechnet. Die Tabelle I (Fig. 13,
Kurve I) bezieht sich auf die Gesamtstrahlung. Die Tabelle II (Fig. 13,
Kurve II) bezieht sich nur auf die durchdringenden Strahlen (die 3 cm
Luft und 0,01 mm Aluminium durchsetzt haben).
Tabelle I
Zeit I
--------- -----
0 Tage 21
1 Tag 25
3 Tage 44
5 Tage 60
10 Tage 78
19 Tage 93
33 Tage 100
67 Tage 100
Tabelle II
Zeit I
--------- -----
0 Tage 1,3
1 Tag 19
3 Tage 43
6 Tage 60
15 Tage 70
23 Tage 88
46 Tage 94
Ich machte mehrere andre Messungsreihen derselben Art, die jedoch nicht
in völliger Übereinstimmung sind, wenn auch der allgemeine Verlauf der
Erscheinung derselbe ist. Es ist schwierig, sehr regelmäßige Resultate
zu erhalten. Man kann jedoch sagen, daß die Neubildung der Aktivität
etwa einen Monat gebraucht und daß die durchdringenden Strahlen von der
Auflösung am meisten betroffen werden.
Die Anfangsintensität der Strahlung, die 3 :cm Luft und 0,01 mm
Aluminium durchdringt, beträgt nur 1 Proz. der Endstrahlung, während die
Anfangsintensität der Gesamtstrahlung 21 Proz. des Endwertes beträgt.
Ein frisch getrocknetes Radium-haltiges Salz besitzt dieselbe Fähigkeit,
inducirte Radioaktivität hervorzurufen (läßt also dieselbe
Emanationsmenge nach außen entweichen), wie eine Probe desselben Salzes,
das nach Herstellung im festen Zustande lange genug gelegen hat, um die
Endaktivität zu erreichen. Die Strahlungsaktivität beider Präparate kann
dabei sehr verschieden sein; das erste ist z. B. fünfmal weniger aktiv
als das zweite.
p) Änderung der Aktivität der radioaktiven Körper; Wirkung der
Erhitzung.
-------------------------------------------------------------------------
Wenn man eine Radium-haltige Verbindung erhitzt, so entwickelt sich
Emanation und der Körper verliert an Aktivität. Der Verlust ist um so
größer, je stärker und gleichzeitig länger dauernd die Erhitzung war.
Wenn man z. B. ein Radium-haltiges Salz eine Stunde lang auf 130°
erhitzt, so entzieht man ihm dadurch 10 Proz. seiner Gesamtstrahlung;
dagegen bringt eine 10 Minuten lange Erhitzung auf 400° keinen
merklichen Effekt hervor. Eine Erhitzung auf Rotglut während einiger
Stunden zerstört 77 Froz. der Totalstrahlung.
Der Aktivitätsverlust durch Erhitzung ist größer für die durchdringenden
als für die absorbirbaren Strahlen. So zerstört eine Erhitzung von
einigen Stunden Dauer etwa 77 Proz. der Gesamtstrahlung; dieselbe
Erhitzung zerstört aber fast vollständig (zu 99 Proz.) die Strahlung,
die 3 cm Luft und 0,1 mm Aluminium zu durchdringen vermag. Wenn man das
Radium-Baryumchlorid einige Stunden lang geschmolzen erhält (bei 800°),
so zerstört man 98 Proz. der durch 0,3 mm Aluminium hindurchgehenden
Strahlung. Man kann sagen, daß die durchdringenden Strahlen nach einer
starken und lang dauernden Erhitzung praktisch nicht mehr existiren.
Dieser Aktivitätsverlust eines Radium-haltigen Salzes durch Erhitzen ist
nicht von Dauer; die Aktivität des Salzes erneuert sich von selbst bei
gewöhnlicher Temperatur und strebt einem Grenzwert zu. Ich beobachtete
die merkwürdige Tatsache, daß diese Grenze höher ist als die
Endaktivität vor der Erhitzung, wenigstens verhält es sich so mit dem
Chlorid. Ich teile einige Beispiele mit: Ein Präparat von
Radium-Baryumchlorid, das nach seiner Herstellung in festem Zustande
längst seine Endaktivität erreicht hatte, besitzt eine Totalstrahlung,
die durch die Zahl 470 ausgedrückt ist, und eine Strahlung, die 0,01 mm
dickes Aluminium durchdringt, gleich 157. Dieses Präparat wird einige
Stunden lang auf Rotglut erhitzt. Zwei Monate nach der Erhitzung
erreicht es eine Endaktivität, die für die Gesamtstrahlung 690 und für
die durch 0,01 mm Aluminium hindurchgehende 227 beträgt. Die
Totalstrahlung und die durch 0,01 mm Aluminium hindurchgehende haben
sich also im Verhältniß 690:470 bezw. 227:156 vermehrt. Beide Brüche
sind merklich einander gleich und zwar gleich 1,45.
Ein Präparat von Radium-Baryumchlorid, das nach Herstellung in festem
Zustande eine Endaktivität gleich 62 erreicht hat, wird einige Stunden
lang im geschmolzenen Zustande erhalten; dann wird das geschmolzene
Präparat pulverisirt. Dieses Präparat erreicht eine Endaktivität gleich
140, d. h. über zweimal mehr, als es ohne die starke Erhitzung erreicht
haben würde.
[Fig. 14]
Ich untersuchte das Gesetz, nach dem die Aktivitätszunahme der Radium
Verbindungen nach der Erhitzung vor sich geht. Ich gebe als Beispiel die
Resultate zweier Messungsreihen. Die Zahlen der Tabellen I und II
bedeuten die Intensität I der Strahlung als Funktion der Zeit; die
Endintensität der Strahlung ist gleich 100 gesetzt, und die Zeit vom
Aufhören der Erhitzung an gerechnet. Tabelle I (Fig. 14, Kurve I)
bezieht sich auf die Gesamtstrahlung eines Radium-Baryumchlorids.
Tabelle II (Fig. 14, Kurve II) bezieht sich auf die durchdringende
Strahlung eines Radium-Baryumsulfates, bei dem man die Intensität der
durch 3 cm Luft und 0,01 mm Aluminium hindurchgegangenen Strahlung maß.
Beide Präparate waren 7 Stunden lang auf Kirschrotglut erhitzt.
Tabelle I
Zeit I
--------- ------
0 Tage 16,2
0,6 " 25,4
1 Tag 27,4
2 Tage 38
3 Tage 46,3
4 Tage 54
6 Tage 67,5
10 Tage 84
24 Tage 95
57 Tage 100
Tabelle II
Zeit I
--------- ------
0 Tage 0,8
0,7 " 13
1 Tag 18
1,9 " 26,4
6 Tage 46,2
10 Tage 55,5
14 Tage 64
18 Tage 71,8
27 Tage 81
36 Tage 91
50 Tage 95,5
57 Tage 99
84 Tage 100
Ich habe noch verschiedene andre Bestimmungen gemacht, aber ebenso wie
für die Wiederentstehung der Aktivität nach der Auflösung stimmen die
Resultate der verschiedenen Reihen nicht gut überein.
Die Wirkung der Erhitzung bleibt nicht bestehen, wenn man das erhitzt
gewesene Salz auflöst. Von zwei Proben derselben Radium-haltigen
Substanz von der Aktivität 1800 wurde die eine stark erhitzt und ihre
Aktivität dadurch auf 670 reducirt. In diesem Moment wurden beide Proben
aufgelöst und 20 Stunden in Lösung gelassen; ihre nachherige
Anfangsaktivität in festem Zustande betrug für das nicht erhitzte 460
und für das erhitzte 420; es bestand somit kein großer Unterschied in
der Aktivität beider Präparate.
Wenn dagegen die beiden Präparate nicht genügend lange in Lösung
bleiben, wenn man sie z. B. unmittelbar nach der Auflösung wieder
trocknet, so ist das nicht erhitzte Präparat viel aktiver als das
erhitzte; eine gewisse Zeit ist also nötig, damit die Auflösung die
Wirkung der Erhitzung zum Verschwinden bringt. Ein Präparat von der
Aktivität 3200 wurde erhitzt und hatte nach der Erhitzung nur noch die
Aktivität 1030. Dieses Präparat wurde gleichzeitig mit einer nicht
erhitzten Probe derselben Substanz aufgelöst und sofort wieder
getrocknet. Die Anfangsaktivität betrug 1450 für das nicht erhitzte und
760 für das erhitzte.
Bei den festen Radium-haltigen Salzen wird die Fähigkeit, die inducirte
Radioaktivität zu erregen, durch die Erhitzung stark beeinflußt. Während
der Erhitzung entwickeln die Radium-haltigen Verbindungen mehr Emanation
als bei gewöhnlicher Temperatur; wenn man sie dann aber wieder auf
Zimmertemperatur abkühlt, so ist nicht nur ihre Aktivität viel geringer
als vorher, sondern auch ihr Aktivirungsvermögen hat sich beträchtlich
verringert. Während der auf die Erhitzung folgenden Zeit nimmt die
Radioaktivität des Körpers zu und kann sogar den ursprünglichen Wert
überschreiten. Auch das Aktivirungsvermögen stellt sich zum Teil wieder
her; nach längerer Erhitzung auf Rotglut jedoch ist das
Aktivirungsvermögen fast völlig beseitigt und vermag sich nicht wieder
von selbst im Laufe der Zeit herzustellen. Man kann aber einem
Radium-haltigen Salz sein ursprüngliches Aktivirungsvermögen wieder
geben, wenn man es in Wasser auflöst und im Heizbad bei einer Temperatur
von 120° trocknet. Es scheint also, als ob die Calcinirung die Wirkung
habe, das Salz in einen besonderen physikalischen Zustand zu versetzen,
in dem es die Emanation viel schwerer abgiebt als dasselbe nicht auf
hohe Temperatur erhitzte feste Präparat; daraus folgt ganz natürlich,
daß das Salz eine höhere Endaktivität erreicht, als es vor der Erhitzung
besaß[^23]. Um das Salz in den früheren Zustand zurückzuversetzen,
genügt es, es aufzulösen und wieder zu trocknen, ohne dabei über 150° zu
erhitzen.
Ich teile einige Beispiele mit:
Ich bezeichne mit a den Endwert der inducirten Aktivität, die in einem
geschlossenen Gefäß auf einer Kupferplatte erzeugt wird, und zwar von
einem Baryum-Radiumkarbonat von der Aktivität 1600. Für das nicht
erhitzte Präparat werde a = 100 gesetzt. Man findet:
---------------------------- ---------
1 Tag nach der Erhitzung a = 3,3
4 Tag nach der Erhitzung a = 7,1
10 Tage nach der Erhitzung a = 15
20 Tage nach der Erhitzung a = 15
27 Tage nach der Erhitzung a = 15
---------------------------- ---------
Die Radioaktivität des Präparates hatte sich durch die Erhitzung um 90
Proz. vermindert, hatte aber nach einem Monat ihren alten Wert schon
wieder gewonnen.
Der folgende gleichartige Versuch wurde mit einem Radium-Baryumchlorid
von der Aktivität 3000 gemacht. Das Aktivirungsvermögen wurde ebenso wie
bei dem vorhergehenden Versuch bestimmt.
Aktivirungsvermögen des nicht erhitzten Präparates a = 100.
Aktivirungsvermögen des Präparates nach einer dreistündigen Erhitzung
auf Rotglut:
---------------------------- ---------
2 Tag nach der Erhitzung a = 2,3
5 Tag nach der Erhitzung a = 7,0
11 Tage nach der Erhitzung a = 8,2
18 Tage nach der Erhitzung a = 8,2
---------------------------- ---------
Aktivirungsvermögen des nicht erhitzten Präparates nach Auflösung und
Wiedertrocknung bei 150° a = 92.
Aktivirungsvermögen des erhitzten Präparates nach Auflösung und
Wiedertrocknung bei 150° a = 105.
q) Theoretische Deutung der Aktivitätsänderungen der Radiumsalze nach
Auflösung oder Erhitzung.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Die soeben beschriebenen Tatsachen können zum Teil wenigstens erklärt
werden, wenn man sich der Theorie bedient, nach der das Radium Energie
in Form von Emanation producirt, die sich dann ihrerseits in
Strahlungsenergie verwandelt. Wenn man ein Radiumsalz auflöst, so
verbreitet sich die von ihm erzeugte Emanation außerhalb der Lösung aus
und erzeugt Radioaktivität außerhalb der Quelle, von der sie stammt;
wenn man die Lösung verdampft, so ist das erhaltene feste Salz wenig
aktiv, denn es enthält nur wenig Emanation. Allmählich häuft sich die
Emanation in dem Salze an, dessen Aktivität bis zu einem Grenzwert
wächst, der dann erreicht ist, wenn die Erzeugung von Emanation durch
das Radium den Verlust durch Abgabe nach außen und durch Umwandlung in
Becquerelstrahlen kompensirt.
Wenn man ein Radiumsalz erhitzt, so wird seine Abgabe von Emanation nach
außen sehr verstärkt und die Erscheinungen der inducirten Radioaktivität
sind intensiver, als wenn das Salz sich auf Zimmertemperatur befindet.
Wenn aber das Salz auf die gewöhnliche Temperatur zurückgebracht wird,
so ist es erschöpft wie in dem Fall der Auflösung, es enthält nur wenig
Emanation mehr und seine Aktivität ist gering. Allmählich sammelt sich
die Emanation von neuem im festen Salze an, und die Strahlung nimmt zu.
Man kann annehmen, daß die Emanationserzeugung des Radiums zeitlich
konstant ist, und daß ein Teil nach außen entweicht, während der übrige
Teil im Radium selbst in Becquerelstrahlung transformirt wird. Wenn das
Radium zur Rotglut erhitzt war, so verliert es einen großen Teil seines
Aktivirungsvermögens; anders ausgedrückt: es wird die Abgabe von
Emanation nach außen hin vermindert. Infolgedessen muß der im Radium
selbst ausgenutzte Bruchteil der Emanation stärker sein, und das
Präparat eine höhere Aktivität erreichen.
Man kann versuchen, das theoretische Gesetz der Aktivitätszunahme eines
gelöst oder erhitzt gewesenen Salzes aufzustellen. Wir nehmen an, daß
die Intensität der Strahlung des Radiums in jedem Augenblick der im
Radium vorhandenen Emanationsmenge q proportional ist. Man weiß, daß die
Emanation sich von selbst zerstört nach einem derartigen Gesetze, das
man in jedem Augenblick hat:
1) q=q_0 ⋅ e^{-t/δ},
wo q_0 die zur Zeit t = 0 vorhandene Emanationsmenge, und die
Zeitkonstante δ = 4,97 ⋅ 10^5 Sek.
Sei andrerseits Δ die von dem Radium in jedem Augenblick gelieferte
Emanationsmenge, eine Größe, die ich als konstant annehmen will. Wir
wollen untersuchen, was passiren würde, wenn keine Emanation nach außen
entwiche. Die erzeugte Emanation würde dann völlig verbraucht, um im
Radium Strahlung zu erzeugen. Man hat aber nach Gleichung 1):
dq/dt=-q_0/δ ⋅ e^{-t/δ},
somit würde im Gleichgewichtszustande das Radium eine gewisse Menge von
Emanation Q enthalten, die gegeben wäre durch:
2) Δ = Q/δ oder Q=Δ⋅δ;
und die Strahlung des Radiums wäre dann proportional mit Q.
Nehmen wir an, man brächte das Radium in Bedingungen, unter denen es
Emanation nach außen verliert; das erreicht man, indem man es auflöst
oder erhitzt. Das Gleichgewicht wird gestört sein und die Aktivität wird
sich vermindern. Sobald man aber die Ursache für den Emanationsverlust
beseitigt (den Körper in den festen Zustand zurückführt oder die
Erhitzung unterbricht), so häuft sich die Emanation von neuem im Radium
an und wir haben eine Periode, während der die Erzeugungsgeschwindigkeit
Δ größer ist als die Zerstörungsgeschwindigkeit q/Δ. Man hat
dann:
dq/dt = Δ - q/δ = (Q-q)/δ ,
oder
d/dt (Q-q) = -(Q-q)/δ
und
3) Q-q = (Q-q_0)⋅ e^{-t/δ},
wobei q_0 die zur Zeit t im Radium vorhandene Emanation.
Nach Formel 3) wächst der Überschuß (Q — q) an Emanation, den das Radium
im Gleichgewichtszustande über den zu einem gegebenen Zeitpunkt
vorhandenen Betrag enthält, nach einem Exponentialgesetz, das identisch
ist mit dem für das spontane Verschwinden der Emanation geltenden. Da
aber die Strahlung des Radiums proportional der Emanationsmenge ist, so
muß der Überschuß der Endintensität über die momentane Intensität der
Strahlung nach demselben Gesetz abnehmen; der Überschuß muß also in etwa
vier Tagen auf die Hälfte sinken.
Die vorliegende Theorie ist unvollständig, da der Emanationsverlust
durch Abgabe nach außen vernachlässigt ist. Es ist jedoch schwer zu
sagen, wie man die Abhängigkeit dieses Vorgangs von der Zeit anzusetzen
hat. Vergleicht man die Resultate der Versuche mit denen der
unvollständigen Theorie, so findet man keine befriedigende
Übereinstimmung; man gewinnt jedoch die Überzeugung, daß die fragliche
Theorie wenigstens einen Teil der Wahrheit enthält. Das Gesetz, nach dem
der Überschuß der Endaktivität über die gerade vorhandene in 4 Tagen auf
die Hälfte abnehmen soll, stellt die Reaktivirung nach vorausgegangener
Erhitzung für etwa 10 Tage mit ziemlicher Annäherung dar. Im Falle der
Reaktivirung nach vorheriger Auflösung scheint dasselbe Gesetz annähernd
zu passen für einen gewissen Zeitraum, der 2 bis 3 Tage nach der
Trocknung des Präparates beginnt und 10 bis 15 Tage dauert. Die
Erscheinungen sind übrigens komplicirt; das beschriebene Gesetz sagt
nichts darüber, warum die durchdringenden Strahlen in stärkerem
Verhaltniß geschwächt werden als die absorbirbaren.
Fünftes Kapitel. Natur und Ursache der Erscheinungen der Radioaktivität
=======================================================================
Von Beginn der Untersuchungen über die radioaktiven Körper an, als die
Eigenschaften dieser Körper noch kaum bekannt waren, stellte die
Selbsttätigkeit ihrer Strahlung ein Problem von größtem Interesse für
die Physiker dar. Heutzutage haben wir in der Kenntniß der radioaktiven
Körper große Fortschritte gemacht und können einen radioaktiven Körper
von großer Intensität, das Radium, isoliren. Die Ausnutzung der
merkwürdigen Eigenschaften des Radiums erlaubte eine tiefgehende
Untersuchung der von den radioaktiven Körpern ausgehenden Strahlung; die
verschiedenen bisher untersuchten Strahlengruppen bieten Analogien mit
den in Entladungsröhren vorkommenden Strahlen, Kathoden-, Röntgen- und
Kanalstrahlen. Dieselben Strahlengruppen findet man auch in den von
Röntgenstrahlen erzeugten Sekundärstrahlen wieder[89,90], sowie in der
Strahlung der inducirt aktiven Körper.
Wenn aber auch die Natur der Strahlung gegenwärtig besser bekannt ist,
so bleibt doch die Ursache der selbsttätigen Strahlung geheimnißvoll,
und die Erscheinung ist für uns noch immer ein Rätsel und ein Gegenstand
tiefsten Erstaunens.
Die selbsttätig radioaktiven Körper und vor allem das Radium stellen
Energiequellen dar. Ihre Energieproduktion wird uns bemerkbar durch die
Becquerelstrahlung, durch die chemischen und optischen Effekte und die
fortwährende Wärmeentwicklung.
Man hat sich oft gefragt, ob die Energie in den radioaktiven Körpern
selbst erzeugt wird, oder ob diese Körper sie von äußeren Quellen
entlehnen. Keine von den zahlreichen Hypothesen, die aus diesen beiden
Gesichtspunkten entsprungen sind, hat bis jetzt eine experimentelle
Bestätigung erfahren.
Man kann annehmen, daß die radioaktive Energie früher einmal angehäuft
worden ist und sich allmählich erschöpft wie eine Phosphorescenz von
langer Dauer. Man kann sich vorstellen, daß die Entwicklung radioaktiver
Energie mit einer Umwandlung des strahlenden Atoms selbst, das sich in
einem Entwicklungszustande befindet, verbunden ist; die Tatsache, daß
das Radium kontinuirlich Wärme entwickelt, spricht zu Gunsten dieser
Anschauung. Man kann annehmen, daß die Umwandlung von einem
Gewichtsverlust begleitet ist und von einer Emission materieller
Teilchen, aus denen die Strahlung besteht. Die Energiequelle kann ferner
in der Gravitationsenergie gesucht werden. Endlich kann man sich
vorstellen, daß der Raum fortwährend von einer noch unbekannten
Strahlung durchsetzt werde, die bei ihrem Durchgang durch radioaktive
Körper aufgehalten und in die radioaktive Energie umgewandelt wird.
Man kann für und wider jede dieser Anschauungsweisen viele Gründe
vorbringen, und meistens haben die Versuche, die Konsequenzen dieser
Hypothesen experimentell zu verificiren, negative Resultate gegeben. Die
radioaktive Energie des Radiums und des Urans scheint sich bis jetzt
nicht zu erschöpfen und überhaupt keine merkliche Veränderung mit der
Zeit zu erfahren. Demarçay hat eine Probe reinen Radiumchlorids in einem
Intervall von fünf Monaten spektroskopisch untersucht; er beobachtete am
Ende der fünf Monate keine Veränderung des Spektrums. Die Hauptlinie des
Baryums, die im Spektrum sichtbar war und die spurenweise Anwesenheit
von Baryum anzeigte, hatte sich in dem betrachteten Zeitraum nicht
verstärkt; das Radium hatte sich also nicht in merklicher Weise in
Baryum verwandelt.
Die von Herrn Heydweiller[135] angekündigten Gewichtsänderungen der
Radiumverbindungen können noch nicht als gesicherte Tatsache betrachtet
werden.
Die Herren Elster und Geitel[136] fanden, daß die Radioaktivität des
Urans sich auf dem Grunde eines 850 m tiefen Schachtes nicht ändert;
eine Erdschicht von dieser Dicke brächte also keine Änderung in der
hypothetischen Primärstrahlung, die die Radioaktivität des Urans
verursachen sollte, hervor.
Wir haben die Radioaktivität des Urans zur Mittags- und zur
Mitternachtszeit untersucht, von dem Gedanken ausgehend, daß die
hypothetische Primärstrahlung ihre Quelle in der Sonne habe und beim
Durchgang durch die Erde teilweise absorbirt werde. Der Versuch ergab
keinen Unterschied beider Messungen.
Die neuesten Untersuchungen sprechen zu Gunsten der Hypothese einer
Umwandlung des Radiumatoms; diese Hypothese ist bereits im Beginn der
Untersuchungen über die Radioaktivität ausgesprochen worden[13]; sie
wurde von Herrn Rutherford frei übernommen, der annahm, daß die
Emanation des Radiums ein materielles Gas sei, das eines der
Spaltungsprodukte des Radiums darstelle[125].
Die neuen Versuche der Herren Ramsay und Soddy laufen auf den Beweis
hinaus, daß die Emanation ein instabiles Gas ist, das sich von selbst
unter Bildung von Helium zerstört. Andrerseits ließe sich die
fortwährende Wärmeentwicklung des Radiums nicht durch eine gewöhnliche
chemische Reaktion erklären, während sie sehr wohl ihren Ursprung in
einer Umwandlung des Atoms haben könnte.
Bedenken wir endlich noch, daß die neuen radioaktiven Substanzen sich
immer in den Uranmineralien vorfinden, und daß wir vergeblich in dem
käuflichen Baryum nach Radium gesucht haben (s. S. 38), daß also das
Vorkommen des Radiums an das des Urans gebunden zu sein scheint. Die
Uranmineralien enthalten ferner Argon und Helium und dieses
Zusammentreffen ist wohl kaum einem Zufall zuzuschreiben. Das
gleichzeitige Vorkommen dieser verschiedenen Körper in denselben
Mineralien führt zu der Annahme, daß die Gegenwart der einen für die
Bildung der andren notwendig ist.
* * * * *
Literarische Ergänzungen
========================
(bis Oktober 1903).[^24]
A. Originalarbeiten.
--------------------
Adam, E. P. "Water Radioactivity." Phil. Mag. (6) 6, 568 (1903). -- IV
Akroyd, W. "A new case of phosphoreseence induced by radiumbromide."
Nature 68, 269 (1903).
Allan, S. J. "Radioactivity of freshly fallen snow." Phys. Rev. 16,
237(1903). -- IV
Armstrong, H. E. "The assumed Radioactivity of ordinary materials."
Nature 67, 414 (1903). -- Id u. IIb
v. Aubel, E. "Action des corps radioactifs sur la conductibilité
électrique da sélènium." Compt. rend. 136, 929 (1903). -- IVm
Barker, G. F. "Radioactivity of thorium minerals." Sill. Journ. 16,
161(1903) -- I u. IV
Baur, E. "Die Bedeutung der Becquerelstrahlen für die Chemie." Naturw.
Rdsch. 16, 338 u. 355 (1901). -- IIb
Becker, A. "Über die Leitfähigkeit fester Isolatoren unter dem Einfluß
von Radiumstrahlen." Ann. d. Phys. (4) 12, 124 (1903). -- IIIn
Becquerel, H. "Strahlung des Poloniums und Radiums." Compt. rend. 136,
431 (1903). Ref.: Naturw. Rdsch. 18, 225 (1903). -- IIIc u. d
— "Sur le rayonnement du polonium et sur le rayonnement secondaire qu'il
produit." Compt. rend. 136, 977 (1903). -- III
— "Conductibilité et ionisation résiduelle de la paraffine solide sous
l'influence du rayonnement du radium." Compt. rend. 136, 1173 (1903). --
IIIn
— "Sur une propriété des rayons α du radium." Compt. rend. 136, 1517
(1908). -- IIIi
— "Sur la phosphorescence oscillante que présentent certaines substances
sous l'action du radium." Compt. rend. 137, 629 (1903). -- IIIm
Bleckrode, L. "Über einige Versuche mit flüssiger Luft; Radioaktivität
des Poloniums." Ann. d. Phys. (4) 12, 218 (1903). -- IIIw
Bumstead, H. A. und Wheeler, L. P. "Note on a radioactive gas in surface
water." Sill. Journ. (4) 16, 328 (1903). -- IV
Cooke, H. L. "Penetrating radiation from the earth's surface." Science
(N. S.) 17, 183 (1903). Phil. Mag. (6) 6, 403 (1903). -- IV, Id
Cook Gates, F. "Effect of heat on exited Radioactivity." Phys. Rev. 16,
300 (1903). -- IVp
des Coudres, Th. "Zur elektrostatischen Ablenkbarkeit der
Rutherfordstrahlen." Phys. Zeitschr. 4, 483 (1903). -- IIIi
Crookes, W. "Certain properties of the emanation of Radium". Chem. News
87, 241 (1903). -- IV
— "The mystery of radium." Chem. news 87, 158 (1903). -- V
— "The emanations of radium." Nature 67, 522 (1903). Electrician 50, 986
(1903). Proc. Roy. Soc. 71, 405 (1903). -- IV
— "Modern views of matter; the realization of a dream." Congreß f.
angew. Chem., Berlin 1903. Science (N. S.) 17, 993 (1903).
— und Dewar, J. "Note on the effect of extreme cold on the emanations of
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Curie, P. "Production de la phosphorescence d'un grand nombre de corps
par l'émanation du radium." Soc. franc. de phys., No. 200, 3 (1903). --
IV
Curie, S. "Über den radioaktiven Stoff Polonium." Phys. Zeitschr. 4, 234
(1903). -- IIb
— "Über das Atomgewicht des Radiums." Phys. Zeitschr. 4, 456 (1903). --
IIg
Curie, P. u. S. "Sur les corps radioactifs." Compt. rend. 134, 85
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Darwin, G. H. "Radioactivity and the age of the sun." Nature 68, 496
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Debierne, A. "Sur la production de la radioactivité induite par
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Dorn, E. "Versuch über die zeitliche Gewichtsänderung von Radium." Phys.
Zeitschr. 4, 530 (1903). -- V
Durack, J. J. E. "Specifische Ionisation durch Radiumelektronen." Phil.
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Ebert, H. "Über die Möglichkeit, radioaktive Emanationen in flüssiger
Luft anzureichern." Münchener Sitz.-Ber. 33, 133 (1903). -- IVf
— u. Ewers, P. "Über die dem Erdboden entstammende radioaktive
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Elster, J. u. Geitel, H. "Über eine fernere Analogie in dem elektrischen
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gemachten Luft." Phys. Zeitschr. 2, 590 (1901). -- IV
— "Über die durch atmosphärische Luft inducirte Radioaktivität." Phys.
Zeitschr. 3, 76 (1901). -- IIb
— "Über die radioaktive Emanation in der atmosphärischen Luft." Phys.
Zeitschr. 4, 522 (1903). -- IV
Everett, J.D. "Analogue to the action of radium." Nature 67, 535 (1903).
Exner, S. "Einige Beobachtungen über die vom Radium in tierischen
Geweben erzeugte Phosphorescenz." Chem. Centralbl. 2, 276 (1903).
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Tafel, J. "Über die Wirkungen von Kanalstrahlen auf Zinkoxyd." Ann. d.
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-- V
B. Zusammenfassende Darstellungen.
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Becquerel, H. "Die Radioaktivität der Materie." Rev. génér. des sciences
13, 603 (1902). Nature 63, 396 (1901).
— "Recherches sur une propriété de la matière (activité radiante
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Elster, J. "Über die Fortschritte auf dem Gebiet der Becquerelstrahlen."
Eders Jahrbuch der Photographie, 193 (1901).
Einzelnachweise und Fußnoten
============================
[1] H. Poincaré, “Les rayons cathodiques et les rayons Röntgen.” In:
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[2] C. Henry, “Augmentation du rendement photographique des rayons
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[3] G.-H. Niewenglowski, “Sur la propriétés qu’ont les radiations émises
par les corps phosphorescents, de traverser certains corps opaques à la
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[4] Troost, “Sur l’emploi de la blende hexagonale artificelle pour
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[5] H. Becquerel, “Sur les radiations émises par phosphorescence.” In:
Comptes rendus 1896, 122, 420-421 −
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[6] H. Becquerel, “Sur les radiations invisibles émises par les corps
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[7] H. Becquerel, “Sur quelques propriétés nouvelles des radiations
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1896, 122, 559-564 −
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[8] H. Becquerel, “Sur les radiations invisibles émises par les sels
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[9] H. Becquerel, “Sur les propriétés différents des radiations
invisibles émises par les sels d’uranium, et du rayonnement de la paroi
anticathodique d’un tube de Crookes.” In: Comptes rendus 1896, 122,
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[10] H. Becquerel, “Émission de radiations nouvelles par l’uranium
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[11] H. Becquerel, “Note sur quelques propriétés du rayonnement de
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− http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k30841.image.f771.
[12] J. Elster, H. Geitel, “Versuche über Hyperphosphorescenz.” In:
Beiblätter zu den Annalen der Physik und Chemie 1897, 21, 455.
[13] M. Skłodowska-Curie, “Les rayons de Becquerel et le Polonium.” In:
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[14] G. C. Schmidt, “Ueber die von den Thorverbindungen und einigen
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[16] P. Curie, M. Skłodowska-Curie, “Sur une substance nouvelle
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[17] E. Rutherford, “Uranium radiation and the electrical conduction
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[18] G. Sagnac, “Sur la transformation des rayons X par les métaux” In:
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[19] G. Sagnac, “Émission de rayons secondaires par l’air sous
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[20] G. Sagnac, “Émission de différents rayons inégalement absorbables,
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[21] G. Sagnac, “Sur la transformation des rayons X par les différents
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[22] H. Becquerel, “Sur la loi de la décharge dans l’air de l’uranium
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[23] Kelvin, Beattie, Smoluchowski, “On the Conductive Effect Produced
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[24] Beattie, Smoluchowski, “Conductance produced in Gases by Röntgen
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[25] J. S. Townsend, “The conductivity produced in gases by the motion
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[26] R. B. Owens, “Thorium radiation” In: Philosophical Magazine 1899,
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[27] E. Rutherford, “A radio-active substance emitted from thorium
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[28] J. und G. H. Elster, “Ueber Ozonbildung an glühenden Platinflächen
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[29] E. Bloch, “L’ionisation par le phosphore et par les actions
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[30] H. Debray, “Mémoire sur la production d’un certain nombre de
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[31] P. Curie, M. Skłodowska-Curie, G. Bémont, “Sur une nouvelle
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[32] A.-L. Debierne, “Sur une nouvelle matière radio-active” In: Comptes
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[33] A.-L. Debierne, “Sur un nouvel élément radio-actif: l’actinium” In:
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[35] F. Giesel, “Über radioactive Stoffe” In: Berichte der deutschen
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[36] H. und Strauss, “Radioactives Blei und radioactive seltene Erden”
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[37] E.-A. Demarçay, “Sur le spectre d’une substance radio-active” In:
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[38] E.-A. Demarçay, “Sur le spectre du Radium” In: Comptes rendus 1899,
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[39] E.-A. Demarçay, “Sur le spectre du radium” In: Comptes rendus 1900,
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[40] F. Giesel, “Über Radiumbromid und sein Flammenspektrum” In:
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[41] F. Giesel, “Ueber Polonium und die inducirende Eigenschaft des
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[42] W. Marckwald, “Ueber das radioactive Wismuth (Polonium)” In:
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[43] M. Skłodowska-Curie, “Sur le poids atomique du métal dans le
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[44] M. Skłodowska-Curie, “Sur la pénétration des rayons de Becquerel
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[45] M. Curie, “Sur le poids atomique du radium” In: Comptes rendus
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[46] P. Curie, Chenevau, In: Bulletin des séances de la Société
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[47] S. Meyer, “Magnetisirungszahlen anorganischer Verbindungen” In:
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[48] F. Giesel, “Ueber die Ablenkbarkeit der Becquerelstrahlen im
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− http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15310h.image.f882.
[49] S. Meyer, E. Schweidler, “Über das Verhalten von Radium und
Polonium im magnetischen Felde” In: Anzeiger der kaiserl. Akad. d. Wiss.
Wien, mathem.-naturw. Kl. 1899, 22, 1-4.
[50] S. Meyer, E. Schweidler, “Weitere Notizen über das Verhalten von
Radium im magnetischen Felde” In: Anzeiger der kaiserl. Akad. d. Wiss.
Wien, mathem.-naturw. Kl. 1899, 23, 1-2.
[51] S. Meyer, E. Schweidler, “Über das Verhalten von Radium und
Polonium im magnetischen Felde (I. Mitteilung)” In: Physikalische
Zeitschrift 1899, 1, 90-91.
[52] S. Meyer, E. Schweidler, “Über das Verhalten von Radium und
Polonium im magnetischen Felde (II. Mitteilung)” In: Physikalische
Zeitschrift 1899, 1, 113-114.
[53] J. Elster, H. Geitel, “Über den Einfluß eines magnetischen Feldes
auf die durch die Becquerelstrahlen bewirkte Leitfähigkeit der Luft” In:
Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1899, 1,
136-138.
[54] P. Curie, “Action du champ magnétique sur les rayons de Becquerel.
Rayons déviés et non déviés” In: Comptes rendus 1900, 130, 73-75 −
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[55] H. Becquerel, “Contribution à l’étude du rayonnement du radium” In:
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champ magnétique” In: Comptes rendus 1900, 130, 372-376 −
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[57] H. Becquerel, “Déviation du rayonnement du radium dans un champ
électrique” In: Comptes rendus 1900, 130, 809-815 −
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[58] J. Perrin, “Nouvelles propriétés des rayons cathodiques” In:
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[60] P. Lenard, “Ueber die electrostatischen Eigenschaften der
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[61] P. Curie, M. Curie, “Sur la charge électrique des rayons déviables
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[62] W. Wien, In: Physikalische Zeitschrift 1903, 4, 624.
[63] E. Dorn, “Eine merkwürdige Beobachtung mit Radium.” In:
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[64] E. Dorn, In: Abh. d. naturf. Ges. zu Halle 1900, 22, 44.
[65] W. Kaufmann, “Die magnetische und elektrische Ablenkbarkeit der
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[101] Curie, In: Bulletin des séances de la Société Française de
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[102] F. Giesel, “Einiges über das Verhalten des radioactiven Baryts und
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[105] F. Giesel, “Über künstliche Färbung von Krystallen der Haloïdsalze
der Alkalimetalle durch Einwirkung von Kalium- und Natriumdampf” In:
Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 1897, 30, 156-158 −
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[107] W. Ramsay, F. Soddy, “Versuche über Radioaktivität und die
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[108] W. Ramsay, F. Soddy, “Experiments in radio-activity, and the
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[109] W. Ramsay, F. Soddy, “Experiments in Radioactivity, and the
Production of Helium from Radium” In: Proc R Soc Lond 1903, 72, 204-207
− http://dx.doi.org/10.1098/rspl.1903.0040.
[110] O. Walkhoff, “Unsichtbare, photographisch wirksame Strahlen” In:
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http://de.wikisource.org/wiki/Unsichtbare,_photographisch_wirksame_Strahlen.
[111] H. Becquerel, “Sur quelques effets chimiques produits par le
rayonnement du radium” In: Comptes rendus 1901, 132, 709-712 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3089k.image.langFR.f709.
[112] F. Himstedt, W. A. Nagel, “Ueber die Einwirkung der Becquerel- und
der Röntgenstrahlen auf das Auge” In: Ann. d. Phys. (4) 1901, 4, 537-552
− http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15314w.image.f619.
[113] E. Aschkinass, W. Caspari, “Ueber die Wirkung der
Becquerelstrahlen auf Bacterien” In: Ann. d. Phys. (4) 1901, 6, 570-574
− http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15316k.image.f583.
[114] M. J. Danysz, “De l’action pathogène des rayons et des émanations
émis par le radium sur différents tissus et différents organismes” In:
Comptes rendus 1903, 136, 461-464 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3091c.image.f461.
[115] P. Curie, In: Bulletin des séances de la Société Française de
physique 1900.
[116] P. Curie, M. Curie, “Sur la radio-activité provoquée par les
rayons de Becquerel” In: Comptes rendus 1899, 129, 714-716 −
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[117] E. Rutherford, “Radioactivity produced in Substances by the action
of Thorium Compounds” In: Philosophical Magazine 1900, 49, 161-192.
[118] A.-L. Debierne, “Sur la radioactivité induite provoquée par les
sels d’actinium” In: Comptes rendus 1903, 136, 446-449 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3091c.image.f446.
[119] P. Curie, A.-L. Debierne, “Sur la radio-activité induite provoquée
par les sels de radium” In: Comptes rendus 1901, 132, 548-551 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k30888.image.f584.
[120] P. Curie, M. Curie, in Rapports Présentés Au Congrès International
De Physique, 1900, pp. 79-114.
[121] P. Curie, J. Danne, “Sur la disparition de la radioactivité
induite par le radium sur les corps solides” In: Comptes rendus 1903,
136, 364-366 − http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3091c.image.f364.
[122] A.-L. Debierne, “Sur la production de la radioactivité induite par
l’actinium” In: Comptes rendus 1903, 136, 671-673 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3091c.image.f671.
[123] P. Curie, In: Comptes rendus 1902, 135, 857.
[124] P. Curie, J. Danne, “Sur l’émanation du radium et son coefficient
de diffusion dans l’air” In: Comptes rendus 1903, 136, 1314-1316 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3091c.image.f1314.
[125] E. Rutherford, F. Soddy, “Condensation of the radioactive
emanations” In: Philosophical Magazine (6) 1903, 5, 561-576 −
http://dx.doi.org/10.1080/14786440309462959.
[126] E. Rutherford, F. Soddy, “The cause and nature of radioactivity.
Part II” In: Philosophical Magazine (6) 1902, 4, 569-585 −
http://dx.doi.org/10.1080/14786440209462881.
[127] E. Rutherford, F. Soddy, “A comparative study of the radioactivity
of radium and thorium” In: Philosophical Magazine (6) 1903, 5, 445-457 −
http://dx.doi.org/10.1080/14786440309462943.
[128] P. Curie, A.-L. Debierne, “Sur la radio-activité des sels de
radium” In: Comptes rendus 1901, 133, 276-279 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3089k.image.f276.
[129] P. Curie, “Sur la radioactivité induite et sur l’émanation du
radium” In: Comptes rendus 1903, 136, 223-226 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3091c.image.f223.
[130] F. Giesel, “Einiges über Radium-Baryum-Salze und deren Strahlen”
In: Verhandlungen der deutschen physikalischen Gesellschaft 1900, 2,
9-10.
[131] A.-L. Debierne, “Sur du baryum radio-actif artificiel” In: Comptes
rendus 1900, 131, 333-335 −
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3087z.image.f333.
[132] E. Rutherford, F. Soddy, “Die Ursache und Natur der Radioactivität
I” In: Zeitschrift für physikalische Chemie 1902, 42, 81-109.
[133] P. Villard, In: Bulletin des séances de la Société Française de
physique 1900.
[134] J. C. McLennan, “On a kind of radioactivity imparted to certain
salts by cathode rays” In: Philosophical Magazine (6) 1902, 3, 195-203 −
http://dx.doi.org/10.1080/14786440209462754.
[135] A. Heydweiller, “Zeitliche Gewichtsänderungen radioaktiver
Substanz” In: Physikalische Zeitschrift (4) 1902, 2, 81.
[136] J. und G. H. Elster, “Versuche an Becquerelstrahlen” In: Annalen
der Physik und Chemie 1898, 302, 735-740 −
http://dx.doi.org/10.1002/andp.18983021209.
[^1]: Man erreicht dieses Resultat leicht, indem man das Gewicht in der
Hand hält, und es nur ganz allmählich auf die Platte H niedersinken
läßt, so daß man den Lichtzeiger des Elektrometers auf Null erhält.
Mit ein wenig Übung erlangt man leicht den hierzu nötigen Handgriff.
Diese Methode zur Messung schwacher Ströme ist von Herrn J. Curie in
seiner Doktorarbeit beschrieben worden.
[^2]: Ich bin den genannten Forschern, denen ich die bei meinen
Untersuchungen benutzten Proben verdanke, zu großem Danke
verpflichtet. Ich danke auch Herrn Moissan, der mir das für meine
Versuche nötige metallische Uran gab.
[^3]: Neuere Versuche (siehe litterarische Ergänzungen) haben ergeben,
daß die Radioaktivität doch allgemein verbreitet zu sein scheint.
Die in Frage kommenden Aktivitäten sind jedoch mehrere 1000mal
schwächer als die des Urans. (Anmerk. d. Übers.)
[^4]: Mehrere Mineralproben sind mir aus der Museumssammlung durch Herrn
Lacroix freundlichst zur Verfügung gestellt worden.
[^5]: Wir haben zahlreiche Verpflichtungen gegen alle, die uns bei
dieser Arbeit zu Hülfe gekommen sind. Wir danken herzlich den Herren
Mascart und Michel Lévy für ihre wohlwollende Unterstützung. Dank
der freundlicher Vermittlung des Herrn Prof. Sueß hat die
österreichische Verwaltung in liebenwürdigster Weise die erste Tonne
vorbehandelter Rückstände zu unsrer Verfügung gestellt (aus der
Staatswerkstatt Joachimsthal in Böhmen). Die Akademie der
Wissenschaften zu Paris, die »Société d‘Encouragement pour
l'industrie nationale« und ein anonymer Geber haben uns die Mittel
zur Behandlung einer gewissen Quantität von Substanz gegeben. Unser
freund, Herr Debierne, hat die Behandlung des Minerals geleitet, die
in der Fabrik der »Société centrale de produits chimiques«
ausgeführt wurde. Diese Gesellschaft hatte sich bereit erklärt, die
Behandlung ohne Nutzen für sich auszuführen. Allen diesen sprechen
wir unsren aufrichtigsten Dank aus.
Ganz neuerdings hat das »Institut de France« 20 000 Frcs. zur
Extraktion radioaktiver Substanzen zu unsrer Verfügung gestellt.
Dank dieser Summe konnten wir die Behandlung von fünf Tonnen Mineral
unternehmen.
[^6]: Wir hatten kürzlich den Schmerz, diesen ausgezeichneten Gelehrten
zu verlieren, mitten in seinen schönen Untersuchungen über die
seltenen Erden und die Spektroskopie, deren Methoden man wegen ihrer
Vollendung und Präcision nicht genug bewundern kann. Wir bewahren
der vollendeten Liebenswürdigkeit, mit der er an unsrer Arbeit
teilgenommen hat, ein inniges Andenken.
[^7]: Siehe auch neuere Versuche von F. Giesel.[41] (Anm. d. Übers.)
[^8]: Im Jahre 1899 teilte Herr St. Meyer[47] mit, daß radiumhaltiges
Baryumkarbonat paramagnetisch sei. Herr Meyer hatte jedoch mit einem
sehr wenig Radium enthaltenden Präparat gearbeitet, dessen Gehalt an
Radium wahrscheinlich höchstens ein Tausendstel betrug. Das Präparat
hätte sich demnach diamagnetisch zeigen müssen. Wahrscheinlich
enthielt der Körper eine kleine eisenhaltige Verunreinigung.
[^9]: Siehe auch Elster und Geitel.[53]
[^10]: Genau gesagt, bemerkt man bei diesen Versuchen immer eine
Ablenkung am Elektrometer, doch kann man leicht feststellen, daß
diese Ablenkung die Wirkung der elektromotorischen Kontaktkraft ist,
die zwischen der mit dem Elektrometer verbundenen Platte und den
benachbarten Leitern besteht; infolge der Leitfähigkeit der von den
Radiumstrahlen durchstrahlten Luft bringt diese Kraft eine Ablenkung
des Elektrometers hervor.
[^11]: Die Anbringung des Faradayschen Cylinders ist nicht notwendig,
sie könnte jedoch gewisse Vorteile bieten, falls die Strahlung von
den getroffenen Wänden eine starke diffuse Zersetzung erführe. Man
könnte dann hoffen, die etwa vorhandenen diffus zerstreuten Strahlen
aufzufangen und auszunutzen.
[^12]: Versuche im Vakuum hat neuerdings Herr W. Wien ausgeführt[62].
(Anm. d. Übers.)
[^13]: Die isolirende Schicht muß völlig kontinuirlich sein. Jede
luftgefüllte Spalte, die von dem inneren Leiter bis zur metallischen
Hülle reicht, giebt zu einem Stroms Veranlassung, der von den
Kontaktelektromotorischen Kräften herrührt und die durch das Radium
leitend gemachte Luft durchfließt.
[^14]: In Wirklichkeit wird wegen der stets unvollkommenen Isolation
schon bei schwächeren Ladungen ein stationärer Zustand erreicht.
(Anm. d. Übers.)
[^15]: Siehe auch [63].
[^16]: Einige Ausführungen über diesen Gegenstand sowie eine sehr
vollständige Untersuchung über die geladenen Centra (Eiektronen oder
Korpuskeln) nebst Citaten der zugehörigen Arbeiten befindet sich in
der Dissertation von Herrn Langevin[72].
[^17]: Berechnet nach [68], Tab. III.
[^18]: wenn solche beobachtet wären. (Anm. des Übersetzers)
[^19]: S. a. des Coudres[77] (Anm. d. Übers.)
[^20]: Über die Deutung dieser Erscheinung s. a. eine neuere Arbeit von
H. Becquerel[86], der das blitzartige Aufleuchten durch
Umwandlungsvorgänge in den bestrahlten Krystallen und dadurch
verursachte elektrische Entladungen erklärt. (Anm. d. Übers.)
[^21]: Versuche über Leitfähigkeit fester Isolatoren bei Bestrahlung mit
Radiumstrahlen sind von H. Becquerel[93] und A. Becker[94]
ausgeführt worden. (Anm. d. Übers.)
[^22]: Über die Spektra der aktiven Gase (`Emanationen'') sind
neuerdings Untersuchungen von Ramsay und Soddy ausgeführt worden.
Siehe S. 101. (Anm. d. Übers.)
[^23]: Siehe auch weiter unten S. 120. Anm. d. Übers.
[^24]: Die beigeschriebenen römischen Zahlen und Buchstaben beziehen
sich auf die entsprechenden Kapitel und Abschnitte des Buches. Wo
keine Zahl angegeben, ist der Inhalt allgemeinerer Natur oder eine
Ermittelung nicht möglich gewesen. Die hier, sowie im Text des
Buches benutzten Abkürzungen für die Namen der Zeitschriften
entsprechen den in den "Fortschritten der Physik" gebräuchlichen.
Anmerkungen zur Transkription
-----------------------------
Die Transkription fußt größtenteils auf einem Exemplar des Buchs, das
von den University of Michigan Libraries zum Scan bereitgestellt wurde.
Dessen Scan besorgte Google Books. Aufgrund der suboptimalen Qualität
weniger Seiten wurde das vom Hathi Trust eingescannte Exemplar
zusätzlich herangezogen. Wir verwendeten Tesseract und ABBYY Mac für
die OCR. Pandoc konvertierte nach plain text und HTML.
Die Rechtschreibung wurde belassen, kleinere Fehler ausgebessert. Das
Tabellenformat musste an markdown angepasst werden. Die Einzelnachweise
wurden nachrecherchiert und, wo vorhanden, mit URL versehen und als
bibtex-Datenbank verarbeitet.
Der markdown-Quelltext, die bibtex-Datenbank und alle anderen
Hilfsdateien einschließlich der ursprünglichen Seitenbilder befinden
sich auf github.com/rwst/book-curie-radio-de. Dort können Fehler
gemeldet und gepatcht werden. R.S.
*** End of this LibraryBlog Digital Book "Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen - von Marie Curie, übersetzt und mit Litteratur-Ergänzungen - versehen von W. Kaufmann" ***
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