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Über die gammastrahlung des UX
U B E R DIE GAMMASTRAHLUNG DES U X yon E. S T A H E L und D. J. COUMOU Laboratoire de Physique de l'Ecole Polyteehnique de 1' Universit~ I.ibre de Bruxelles R@sum@ ' N o u s a v o n s @tudi@ les r a y o n s g a m m a durs, @mis p a r I ' U X , p a r des m e s u r e s ionom@triques ( c h a m b r e d ' i o n i s a t i o n k 17,8 a t m o s p h e r e s de CO~) etkl'aidedecompteurs Geiger-Miiller. Nousavonstrouv6: 1°) q u e la c o m p o s a n t e d u r e a un c o e f f i c i e n t d ' a b s o r p t i o n de 0,83 c m -1 d a n s le p l o m b , et de 0,47 c m -1 d a n s le f e r ; 2 °) q u e la l o n g u e u r d ' o n d e , calcul~e k p a r t i r de ces c o e f f i c i e n t s d ' a b s o r p t i o n est de 13.10 -11 cm, c o r r e s p o n d a n t k une ~nergie de 950 000 e.V.; 3 °) q u e l'intensit@ a b s o l u e de ce r a y o n n e m e n t c o r r e s p o n d ~ l ' 6 m i s s i o n de 1,4 q u a n t a p a r I00 a t o m e s d6compos6s.
Bei einigen radioaktiven KSrpern (UX, RaE) ist eine schwache y-Strahlung nachgewiesen worden, fiber deren Ursprung man sich noch nicht im klaren ist. Es ist nicht ausgeschlossen, dass s/imtliche ~-Strahler eine schwache y-Strahlung dieser Art aussenden, nur wird sie meist von den starken monochromatischen Kem-y-Strahlen verdeckt. Da UX und RaE keine starke Kern-y-Strahlung besitzen, so sind diese beiden Radioelemente besonders geeignet, diese schwache y-Strahlung genauer zu untersuchen. Verschiedene Autoren haben sich mit der Bestimmung der Hiirte dieser Strahlung befasst und auch die absolute Intensitiit der y-Strahlung yon RaE wurde von B r a m s o n 1) ermittelt. Solche IntensitAtsmessungen sind ffir das Versttkndnis des Ursprungs dieser Strahlen von Bedeutung und darum haben wir tthnliche Untersuchungen ffir das UX angestellt. Die ausftihrlichsten und sichersten Messungen fiber die Qualitlit dieser y-Strahlen stammen yon H a h n und M e i t n e r 2). Nach diesen Untersuchungen ist die y-Strahlung komplex, kann abet I) S. B r a m s o n , Zs. f. Phys. {;8, 721, 1931. 2) O. H a h n undL. M e i t n e r , Zs. f. Phys. 17, 157, 1923. -
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durch Analyse der Absorptionskurve in drei deutlich verschiedene Komponenten unterteilt werden, deren Absorptionskoeffizienten in Blei 0.72, 2.3 und 19.2 cm -1 betragen. Die beiden h/irtesten Komponenten werden vom UX 2 ausgesandt, die weichste Strahlung wird als die im Atom selbst ausgel6ste K-Strahlung des UX~ gedeutet. In der vorliegenden Untersuchung wird die weiche Komponente nicht weiter untersucht, und das Augenmerk wird ausschliesslich auf die harten Komponenten gerichtet. Da diese T-Strahlung sehr schwach ist u n d e s schwer f/illt, starke UX Pr/iparate zu bekommen (das UX aus 6 kg Uranylnitrat entspricht nut etwa 1 mgr Ra-/iquivalent), mtissen empfindliche Messanordnungen bentitzt werden. Wir haben erstens eine Hochdruckionisationskammer (17,8 Atm. C02) und zweitens G e i g e r- M ti 11 e r-Z/ihlrohre verwendet. E s zeigte sich, dass diese Instrumente geniigend empfindlich waren, dass, bei Verwendung yon UX-PrAparaten aus drei Kilogramm Uranylnitrat, die Pr/~parate nicht in unmittelbarer N/ihe der Messinstrumente, sondern in einiger Entfernung davon, zur Messung aufgestellt werden konnten. Auf diese Weise war es m6glich, die Bedingungen fiir eine richtige Bestimmung der Absorptionskoeffizienten (Ausschaltung der Streustrahlung, parallele Strahlenbtindel) einigermassen realisieren zu k6nnen. Messanordnungen. a) I o n i s a t i o n s k a m m e r . Es wurde die bereits frfiher beschriebene Hochdruckionisationskammer bentitzt ~). Das UX-Pr~parat befand sich in 30 cm Entfernung in einem Bleikanal (Figur 1) ; die Absorptionsfilter wurden vor den Bleikanal gestellt, sodass die Streustrahlung derselben nur zu einem kleinen Tell mitgemessen wurde. Die Kapazit/it der Elektrometeranordnung betrug 16,2 4- 0,3 cm. b) Z/i h 1 r o h r e. Es wurden gew6hnliche Z/ihler von 8 cm L/inge und 1,5 cm Durchmesser verwendet. Das Pr/iparat befand sich in 25 cm Entfernung, wiederum in einem Bleikanal. Die Z/ihlerentladungen wurden durch ein mechanisches Z~ihlwerk summiert. Die Absorptionsmessungen wurden in beiden F/illen so weit geftihrt, dass die y-Intensit/it des letzten Punktes ungef/ihr ein Viertel der Spontanaktivitlit (Restgang) betrug.
1)
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undH. K e t e l a a r ,
Journ. dePhys. 4,469,1933
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:ii-tLi: ..........1 6" Fig. 1. A n o r d n u n g der I o n i s a t i o n s m e s s u n g e n . I.K : Ionisationska.mmer. G : G i t t e r , dass das w i r k s a m e I o n i s a t i o n s v o l u m e n begrenzt. F : A b s o r p t i o n s f i l t e r a u s Blei oder Eisen. UX : Strahlenquelle. Pb : Bleischutz.
"o,
20
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Fig. 2. Messergebnisse. L o g a r i t h m u s der I n t e n s i t A t der S t r a h l u n g in F u n k t i o n der F i l t e r d i c k e , a u s g e d r f i c k t in G r a m m pro cm*. K u r v e 1 : Z A h l r o h r m e s s u n g e n , A b s o r p t i o n in Blei. K u r v e 2: I o n i s a t i o n s m e s s u n g e n , A b s o r p t i o n in Blei. K u r v e 3 : Ionisationsmessungen, Absorption i n Eisen.
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Resultate. 1 °) B e s t i m m u n g der Absorptionskoelfizienten und der Wellenli~nge der y-Strahlung. a) Zdhlrohrmessungen: Es wurden mehrere Absorptionskurven aufgenommen, deren Mittelwerte in Figur 2 in logarithmischer Darstellung graphisch aufgetragen shad. Jeder P u n k t ist mit 5--10'000 EinzelstSssen belegt (der letzte n u t mit 3000), im ganzen wurden fiber 100'000 Teflchen geziihlt. Die aus der Ubereinstimmung der einzelnen Messserien bestimmten mittleren Fehler sind in der Figur durch die vertikalen Geraden abgegrenzt. b) Ionisationsmessungen: In verschiedenen. Messreihen wurden die Absorptionskurven in Blei und in Eisen bestimmt; die Resultate sind ebenfalls in der Figur 2 dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Strahlung den 1 cm dicken Boden der Ionisationskammer aus Stahl durchsetzen muss, bevor sie zur Messung gelangt; dadurch werden die weichen Komponenten vSllig absorbiert. c) Diskussion: Sowohl ffir die Zithler- wie auch ftir die Ionisationsmessungen liegen die Messpunkte bei logarithmischer Darstellung auf Geraden. Das bedeutet, dass bei unsern Messungen nur eine einzige Komponente zur Wirkung kam und class, wie erwartet, die weicheren Strahlenanteile in der Apparaturwandungen absorbiert wurden. Aus den graphischen Darstellungen ergeben sich ffir die Absorptionskoeffizienten folgende Werte
(~L)
0,0716cm~/gr° aus den Ionisationsmessungen
resp. (~-)pb = 0'0699 cm2/gr" aus den Z~ihlermessungen 0,0574 cm2/gr, aus den Ionisationsmessungen. Die Ubereinstimmung der nach den beiden verschiedenen Methoden gefundenen Werte fiir (~-/P)pb ist befriedigend. Da die Ionisationsmessungen etwas sicherer zu sein scheinen, wird im weiteren (Ex/P)pb = 0,071 cm2/gr, angenommen. Die so bestimmten Schw~ichungskoeffizienten sind aber noch etwas zu klein, weil, trotz der relativ gfinstigen Versuchsanordnung, ein, wenn auch nur geringer Bruchteil der Streustrahlung mitgemessen wird. Eine einfache graphische Ausw~rtung der K I e i n-N i s h in a Formel zeigt, dass fiir die Wellenl~nge 13 X.E. innerhalb eines
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Kegels mit einem halben 0ffnungswinkel yon 14° (was unserer Versuchsanordnung entspricht), noch 10,9% der Streustrahlung mitgemessen wird. Da der Streustrahlenkoeffizient a, fitr Blei 41,6%, ~fir Eisen 57,8% vom gesamten Schw~chungskoeffizienten ausmacht, (~ ~ 13 X.E.) so betr~gt die an den gemessenen Werten anzubringende Korrektur ffir Pb 4,5% resp. 6,3% ffir Fe. Eine andere kleine Korrektur von 1,5%, bedingt durch den etwas schiefen Durchgang der Strahlen durch die Absorptionsfilter, wirkt in der enfgegengesetzten Richtung, sodass schliesslich die Korrektur ffir Blei 3,0%, ffir Eisen 4,8% ausmacht. Die korrigierten Massenschw~chungskoeffizienten betragen somit:
Wenn man die Dichten yon Blei und Eisen zu 11,35 resp. 7,80 gr/cm a annimmt, ergeben sich die Schw~chungskoeffizienten ~-~,b = 0,83 cm -1 und ~.~, = 0,47.cm - I Wenn man diese Resultate mit den Angaben yon H a h n und M e i t n e r (1.c.) vergleicht, so zeigt sich Iolgendes: Die h~irteste Komponente hat nach H a h n und M e i t n e r einen Absorptionskoeffizienten in Blei yon 0,72 cm -1, w~ihrend wir 0,83 cm -1 geIunden haben. Wir haben es also sichtlich mit derselben Strahlung zu tun. Die Differenz yon etwa 10% l~sst sich zwangl0s aus der Verschiedenheit der experimentellen Anordnung erkl~.ren: H a h n und M e i t n e r haben das Pr~parat in unmittelbarer NNae der Ionisationskammer angebracht, wobei bekanntlich eine etwas zu kleine Absorption gefunden wird, weil die Streustrahlung fast ganz mitgemessen wird. In unserer Anordnung war die Strahlenquelle in 30 cm Entfernung, wodurch diese Unsicherheit bedeutend verringert wurde. Zur Kontrolle haben wir auch noch eine Messreihe gemacht, bei der das Pr/iparat in nur 5 cm Entfernung war und in der Tat einen kleineren Absorptionskoeffizienten (0,75 cm -~) gefunden, in guter Ubereinstimmung mit H a h n und M e i t n e r. Dagegen konnten wir die zweite, yon diesen Autoren angegebene Komponente yon ix~b = 2,3 cm -1 nicht finden 1). 1) Weitere Versuche h a b e n ergeben, dass diese K o m p o n e n t e wahrscheinlich sekund~irea U r s p r u n g s ist und m i t der Absarption der ~-Strahlea ia den Bleifiltern z u s a m m e n hangt. Eine ausftihrhche Arbeit da~'iiber ist in Vorbereitung.
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Aus den so gefundenen Absorptionskoeffizienten kann die WeUenlAnge der y-Strahlung berechnet we~den, wenn man die Beziehung zwischen ~ und ~ kennt. Ffir die Absorption in Blei kann die bekannte empirische Formel yon G r a y 1) benfitzt werden, die, wie in letzter Zeit gezeigt wurde 3), auch mit der theoretischen berechneten Kurve sehr gut fibereinstimmt. Aus ihr ergibt sich ~ = 13,3 X.E. Bei der Absorption in Eisen darf man in diesem Gebiet annehmen, dass aUein die C o m p t o n-Absorption eine Rolle spielt, und dass somit die K 1 e i n-N i s h i n a-Formeln angewendet werden kSnnen. Nach diesen ergibt sich X ~ 12,8 X.E. Die Ubereinstimmung der beiden Resultate ist befriedigend; wir werden irn weitern eine WellenlAnge yon 13,0 X.E. = 13,0. l0 -11 crn annehmen. Es sei aber doch betont, dass die Angabe einer bestimrnten Wellen1Ange nicht ohne weiteres besagen will, dass wires wirklich mit einer streng monochromatischen ~,-Strahlung zu tun haben, denn es ist bekannt,-dass die Absorptionsmessungen relativ unempfindlich sind auf nicht zu grosse Inhomogenit~ten der y-Strahlen. Imrnerhin kann in unserern Falle die Inhomogenitgt nicht sehr gross sein, da das Messinterval sich auf fiber vier Mal die Halbwertsschicht erstreckt, und frotzdem keine systematische Krtimmung in der graphischen Darstellung sich zeigt. 2 °. B e s t i m r n u n g der Zahl der ausgesandten Gammastrahl-Quanten. Der eine yon uns hat bereits frtflierzusarnmenmit G. J. S i z o o 3 ) u n d m i t W. J o h n e r 4 ) aus Ionisafionsmessungen die Intensit~t der y-Strahlungen yon RaD und yon Ra bestimmt. Es sei auf diese Arbeiten verwiesen und hier n u r kurz das wesentlichste wiederholt. Es bedeute: n, die Zahl der pro Sekunde zerfallenden UX-Atome, x, die Zahl der pro ZerfaU ausgesandten T-Quanten yon der Wellenliinge 13,0 X.E. hv, die Energie eines solchen y-Quantes, I) 2) F ow 3) 4)
I.. H. G r a y, Proc. Cambridge Phil. Soc. ,°7, 103, 1931. H. R. H u l m e , J. M c D o u g a l l , R. A. B u c k i n g h a m I e r, Proc. Roy. Soc. London 14~}, 131, 1935. E. S t a h e l und G. J, S i z o o , Z s . f . Phys.@{~, 741, 1930. E. S t a h e l undW. Johner, Journ. d e P h y s . 5 , 9 7 , 1934.
and R. H
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e, die Elementarladung, co, der ausgenfitzte Raumwinkel, a, der Faktor, welcher angibt, welcher Bruchteil der die Ionisationskammer durchsetzenden T-Strahlung in derselben in Ionisierungsenergie umgewandelt wird, b, der Faktor, welcher die Absorption der Strahlung in der Wandung berficksichtigt, ], die zur Bildung eines Ionenpaares nStige Energie, i, der gemessene Ionisationsstrom bei vSlliger Skttigung, k, ein Korrekturfaktor, der SekundAreffekte berficksichtigt, vor aUem die in den Wandungen der Ionisationskammer ausgel6ste Sekundiirstrahlung. Dann gilt die Beziehung
co hv
i ---- n.x. 4.~
j
. e.a.k.b.
(1)
Da alle Gr6ssen dieser Formel, ausser x, bestimmt werden k6nnen, 1Asst sich x, d.h. die Zahl der T-Quanten, aus dieser Beziehung berechnen. Im Folgenden sei angegeben, wie diese verschiedenen Gr6ssen bestimmt wurden. a) Z a h l der zer]allenden A t o m e : Es muss die ,,StArke" der U X PrAparate bekannt sein, z.B. durch Angabe der ihnen ~quivalenten Menge Uran. Zu diesem Zwecke wurden die bentitzten UX-PrAparate mit ,,Standard-UX-PrAparaten" verglichen, die aus genau bekannten Mengen Uran durch sorgf~ltige quantitative Trennung (dutch Cerfluoridf~Uung) hergestellt worden waren. Es wurden zwei solche Etalons hergestellt, der eine aus 23,0 gr. UaOa, also 19,5 gr. Uran enthaltend, der andere aus Uranylnitrat, 34,7 gr. Uran enthaltend. Diese beiden Eichpr~parate wurden am Tage ihrer HersteUung (11. Miirz) unter sich und mit den beiden UX-Priiparaten, die ftir die Absorptionsmessungen gedient batten, dutch Messung ihrer T-Strahlung verglichen. Es ergab sich experimentell ein Verh~ltnis der beiden Eichpriiparate yon 1 : 1,76, w~hrend theoretisch 1 : 34,7/19,5 oder 1 : 1,78 zu erwarten gewesen w~re. Diese gute Obereinstimmung zeigt, dass die UX-Auszfige wirklich einwandfrei erfolgt sind. Verglichen mit diesen beiden Eichpriiparaten war die Stiirke der UX-Pritparate am 11. Miirz: No. 1. I00,0 gr. Uran iiquivalent, No. 2. 148,5 . . . . . .
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Daraus berechnet sich aus der b e k a n n t e n ZerfaUskonstanten des
UX, dass das fiir die erste'Messreihe benfitzte Pr~parat No. 1 am 13. Dezember 1206 gr., die ffir die zweite Messreihe verwendeten Pritparate 1 u n d 2 zusammen, am 17. J a n u a r , 1115 gr. Uran itquivalent waren. Daraus b e s t i m m t sich die Zahl der pro Sekunde zerfaUenden At0me, unter Zugrundelegung einer ZerfaLlskonstanten y o n 5 , 0 . 10 - 1 8 s e c - 1 fiir das Uran, zu nl ----- 1,53. 10~ sec -1 n 2 -~- 1,42. l0 T ,, b) Energie des y-Quants. Dieselbe berechnet sich aus der Wellenl~inge y o n 13,0. 10-11 cm. zu h~ :
950.000 eV.
c) Raumwinkel. Die Mitte des niitzlichen Ionisationsvolumens befindet sich in einer Distanz von 43,5 cm v o n d e r Strahlenquelle; der Durchmesser des zylindrischen Volumens betr~igt 16 cm. Daraus berechnet sich (D
--= 4r~
0,00846
d) Ionisierungsenergie J. Die H a u p t m e s s u n g e n wurden in CO2 ausgefiihrt. Da aber die Ionisierungsenergie ftir C02 weniger gut bek a n n t ist als ftir L u f t wurden die Messungen auf L u f t umgerechnet m i t Hilfe einer Serie von Vergleichsmessungen in L u f t u n d C02 (siehe unter (f)) ; in der Formel 1 ist also fiir J der b e k a n n t e W e r t ftir L u f t einzusetzen: .f = 32,2 eV.
e) Berechnung der Absorption in der Ionisationskammer, Faktor a. W i t berechnen die Absorption ffir 17,8 atm. L u f t bei 20 °. Der Weg der y-Strahlen in der Ionisationskammer betrligt 18 cm. Auf diesem Weg befinden sich pro cm 2 Querschnitt 1,16. 10 +23 Elektronen. Der ,,wahre" Absorptionskoeffizient pro Elektron/cm 2 (~ra) ist nach der K 1 e i n-N i s h i n a Formel 0,9. 10-2z, das heisst der Absorptionsfaktor betr~igt 0,9. 10 - ~ . 1',16. 10 +23 = 0,0104, d.h. a = 0,0104 f) Bestimmung des Ionisationsstromes i. Aus der b e k a n n t e n Kapazitiit u n d der b e k a n n t e n Voltempfiladlichkeit des Elektrometers k a n n leicht, aus der Aufiadegeschwindigkeit, der Ionisations~tr0m in
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absoluten Einheiten berechnet werden : So ergab sich z.B. ffir Priiparat 1 Aufladegeschwindigkeit in Teilstrichen]Sek Datum
13. 14. 14. 15.
XII. XII. XII. XII.
vorm. vorm. nachm. vorm.
gemessen
umgerechnet auf 13. X I I .
0,184 0,193 0,189 0,183 Mittel ...
0,184 0,197 0,195 0,194 O, 192
Die statische Empfindlichkeit des Elektrometers war genau 50 Teilstr./Volt = 15000 Teilstr./el. stat. Einh. ; seine Kapazit~t betr~gt 16,2 cm. Der gemessene Ionisationsstrom betrug somit 0,192/15000. 16,2 = 0,000207 star. Einheiten. Auf gleiche Weise wurde der Ionisationsstrom ffir die zweite Messserie am 17. J a n u a r zu 0,000200 stat. Einh. berechnet. Es ist nun aber zu beachten, dass das der in C02 gemessene Ionisationsstrom ist, w~hhrend wir denjenigen in Lu/t kennen wollen. Um diese Umrechnung vornehmen zu kSnnen, wurde eine Serie yon Vergleichsmessungen in Luft und C02 durchgeffihrt und dabei gefunden, dass bei 17,8 atm. die C02-Messungen 1,28 mal mehr ergeben als die Luftmessungen ; u m die Messungen auf Luft urnzurechnen, sind also die Stromwerte durch 1,28 zu dividieren. Weitei ist aber noch zu berficksichtigen, dass die gemessenen Werte noch nicht die wahren S~ttigungsstromst~rken sind. Es ist in der Tat bekannt, dass bei Hochdruckionisationskammern infolge der sogenannten Initial-Rekombination ein SAttigungsverlust auftritt, der in den gewShnlichen S~ttigungskurven nicht in Erscheinung tritt. Zur Bestimmung dieser "Korrektur haben wir Messungen bei verschiedenen Drucken vorgenommen und auf fibliche Weise bestimmt wie gross das Defizit bei 17,8 atm. war: es ergab sich, dass die gemessenen Werte mit 1,37 zu.multiplizieren sind, um vollstAndige Ausnfitzung zu erhalten. Diese Zahl steht mit den in der Literatur angegebenenWertenvon H o f f m a n , Lindholm, Braxon u.a. in guter Ubereinstimmung. Um also die in C02 gemessenen Ionisationsstr6me auf Luft bei vollstAndiger Ausnfitzung umzurechnen sind die gefundenen Zahlen
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mit 1,37/1,28 = 1,07 zu multiplizieren. Die korrigierten Ionisationsstr6me sind somit il = 0,000222 stat. Einh. i 2 = 0,000214 . . . . Es sei hier noch eine prinzipielle Bemerkung eingeschoben: Wir haben uns bis jetzt nicht darum gekfimmert, dass die die Ionisation erzeugenden Sekundiirelektronen nicht am Orte ihrer Erzeugung absorbiert werden, sondern dass sie eine endliche Reichweite haben. Bei der von uns benfitzten Druckionisationskammer sind aber die Reichweiten der meisten Sekund~relektronen kleiner als die Kammerdimensionen, sodass die meisten im Innern des nfitzlichen Ionisationsvolumens erzeugten sekunditren Elektronen auch darin absorbiert werden. Am Rande des Volumes tritt aUerdings durch Austritt der Elektronen ein Defizit auf, das aber durch den Eintritt der im Aussern erzeugten Elektronen kompensiert wird. Wenn man die Dimensionen der Ionisationskammer und diej enigen des Gitters, dass das nfitzliche Ionisationsvolumen abgrenzt, vergleicht, so sieht man, dass kein merklicher Fehler auftreten kann. g) Bestimmung der Korrektur der gestreuten y-Strahlen. Dieser Korrekturfaktor sou die, durch die in den Kammerwandungen gestreuten y-Strahlen hervorgebrachte Ionisation berficksichtigen (die im Ionisationsvolumen im Gaz erzeugte y-Streuung ist ganz zu vernachl~ssigen). Wir haben durch ziemlich langwierige graphische und rechnerische Auswertungen bestimmt, wie gross der Einfluss dieser Streustrahlung ist, indem wir ihre Winkelverteilung, ihre H/irte, ihre Absorption in der Wandung selbst und ihr Ionisierungsverm6gen beriicksichtigt haben. Alle diese Gr/fssen k6nnen recht genau berechnet werden, weil, dank der K 1 e i n-N i s h i n a Formeln, die Verh/tltnisse ganz genau vorauszusehen sind. Wir geben die Details der Rechnung nicht an, um so mehr, als die so errechnete Korrektur gar nicht sehr gross ist. Es ergibt sich niimlich, dass die Streustrahlung der Vorderwand einen Ionisationszusatz von . . . . . . . diejenige der Seitenw~nde einen solchen von . . . . . . . und die der Rfickwand . . . . . . . . . . . . . . . . ergibt, im ganzen also . . . . . . . . . . . . . . . . Es ist also k
=
1,363
28,9% 6,5% 0,9% 36,3%
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h) Absorption der Primdrstrahlung in der Wandung der Ionisationskammer. Aus dem im ersten Abschnitt bestimmten Absorptionskoeffizienten ftir Eisen ergibt sich, dass die Prim~rstrahlung beim Durchgang durch die I cm dicke Vorderwand der Ionisationskammer auf das 0,640 fache geschw~cht wird. Es ist also b ---- 0,640 i) Berechnung von x, der Zahl der pro Zer]all ausgesandten'y-Quanten. Dutch Einsetzen der verschiedenen Gr6ssen der Gleichung ! erhalten wir die gesuchte Gr~sse x. Wir ftihren die Rechnung ftir die beiden Messreihen vom 13. X l I und vom 17. I getrennt durch. Wir finden so: 950.000 0,000222 = 1,53. lO7 . x. 0,00846. - - . 4,77. lO-l° . 0,0104. 1,363.0,640
32,2
oder x = 0,0134 Ftir die zweite Messreihe ergibt sich analog x = 0,0140 oder im Mittel x = o,oz37; das heisst au] Ioo zer/allende Atome werden 1,37 y-Quanten ausgesandt. Wenn man die Genauigkeit des Resultates diskutiert, so sieht man sofort, class die gemessenen Gr~ssen genauer sind, als die berechneten Korrekturfaktoren ; die maximale Unsicherheit wird also durch diese bedingt. Bei vorsichtiger Sch~tzung kommt man zum Schluss, dass das angegebene Resultat auf mindestens 25~/o genau sein sollte.
Diskussion. Die im Vorangehenden besProchene IntensitAtsbestimmung zeigt, dass die y-Strahlung des UX sehr schwach ist, da auf 100 zerfallende Atome nut ungef~.hr ein y-Quant ausgesandt wird. Diese IntensitAt ist von derselben Gr~ssenordnung wie diejenige der y-Strahlung des RaE, denn dieser K~rper sendet nach B r a m s o n (1.c.) 0,5 y-Quanten pro 100 zerfallenden Atomen aus. Auch die Hiirte der beiden Strahlungen ist yon derselben Gr~ssenordnung, sodass man auf einen ahnlichen Ursprung schliessen darf. Wie schon mehrfach ausgesprochen, k0nnte diese y-Strahlung mit einer Bremsstrahlung der primaren ~-Strahlen im eigenen Atom zusammenhangen. Um qualitative Zusammenh~nge bestimmen zu k~nnen, miisste man das ~-Strahlspektrum des UX genauer kennen ;
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UX
ebenso w~ren theoretische Berechnungen fiber d'iese ,,innere Bremg~iig" der ~-Strahlen von grossem Interesse. Der eine von uns (D. J. C.) dankt der Technische Commissie, bedoeld in Artikel 2 van het Verdrag betreffende Intellectueele Toenadering tusschen Nederland en Belgie, die ihn ftir ein Stipendium vorgeschlagen hat, das ibm erm6glichte diese Arbeit in Briissel auszuffihren. Eingegangen 17Mai1935.
Bei einigen radioaktiven KSrpern (UX, RaE) ist eine schwache y-Strahlung nachgewiesen worden, fiber deren Ursprung man sich noch nicht im klaren ist. Es ist nicht ausgeschlossen, dass s/imtliche ~-Strahler eine schwache y-Strahlung dieser Art aussenden, nur wird sie meist von den starken monochromatischen Kem-y-Strahlen verdeckt. Da UX und RaE keine starke Kern-y-Strahlung besitzen, so sind diese beiden Radioelemente besonders geeignet, diese schwache y-Strahlung genauer zu untersuchen. Verschiedene Autoren haben sich mit der Bestimmung der Hiirte dieser Strahlung befasst und auch die absolute Intensitiit der y-Strahlung yon RaE wurde von B r a m s o n 1) ermittelt. Solche IntensitAtsmessungen sind ffir das Versttkndnis des Ursprungs dieser Strahlen von Bedeutung und darum haben wir tthnliche Untersuchungen ffir das UX angestellt. Die ausftihrlichsten und sichersten Messungen fiber die Qualitlit dieser y-Strahlen stammen yon H a h n und M e i t n e r 2). Nach diesen Untersuchungen ist die y-Strahlung komplex, kann abet I) S. B r a m s o n , Zs. f. Phys. {;8, 721, 1931. 2) O. H a h n undL. M e i t n e r , Zs. f. Phys. 17, 157, 1923. -
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durch Analyse der Absorptionskurve in drei deutlich verschiedene Komponenten unterteilt werden, deren Absorptionskoeffizienten in Blei 0.72, 2.3 und 19.2 cm -1 betragen. Die beiden h/irtesten Komponenten werden vom UX 2 ausgesandt, die weichste Strahlung wird als die im Atom selbst ausgel6ste K-Strahlung des UX~ gedeutet. In der vorliegenden Untersuchung wird die weiche Komponente nicht weiter untersucht, und das Augenmerk wird ausschliesslich auf die harten Komponenten gerichtet. Da diese T-Strahlung sehr schwach ist u n d e s schwer f/illt, starke UX Pr/iparate zu bekommen (das UX aus 6 kg Uranylnitrat entspricht nut etwa 1 mgr Ra-/iquivalent), mtissen empfindliche Messanordnungen bentitzt werden. Wir haben erstens eine Hochdruckionisationskammer (17,8 Atm. C02) und zweitens G e i g e r- M ti 11 e r-Z/ihlrohre verwendet. E s zeigte sich, dass diese Instrumente geniigend empfindlich waren, dass, bei Verwendung yon UX-PrAparaten aus drei Kilogramm Uranylnitrat, die Pr/~parate nicht in unmittelbarer N/ihe der Messinstrumente, sondern in einiger Entfernung davon, zur Messung aufgestellt werden konnten. Auf diese Weise war es m6glich, die Bedingungen fiir eine richtige Bestimmung der Absorptionskoeffizienten (Ausschaltung der Streustrahlung, parallele Strahlenbtindel) einigermassen realisieren zu k6nnen. Messanordnungen. a) I o n i s a t i o n s k a m m e r . Es wurde die bereits frfiher beschriebene Hochdruckionisationskammer bentitzt ~). Das UX-Pr~parat befand sich in 30 cm Entfernung in einem Bleikanal (Figur 1) ; die Absorptionsfilter wurden vor den Bleikanal gestellt, sodass die Streustrahlung derselben nur zu einem kleinen Tell mitgemessen wurde. Die Kapazit/it der Elektrometeranordnung betrug 16,2 4- 0,3 cm. b) Z/i h 1 r o h r e. Es wurden gew6hnliche Z/ihler von 8 cm L/inge und 1,5 cm Durchmesser verwendet. Das Pr/iparat befand sich in 25 cm Entfernung, wiederum in einem Bleikanal. Die Z/ihlerentladungen wurden durch ein mechanisches Z~ihlwerk summiert. Die Absorptionsmessungen wurden in beiden F/illen so weit geftihrt, dass die y-Intensit/it des letzten Punktes ungef/ihr ein Viertel der Spontanaktivitlit (Restgang) betrug.
1)
E. S t a h e ]
undH. K e t e l a a r ,
Journ. dePhys. 4,469,1933
UBER DIE GAMMASTRAHLUNG DES U X
709
:ii-tLi: ..........1 6" Fig. 1. A n o r d n u n g der I o n i s a t i o n s m e s s u n g e n . I.K : Ionisationska.mmer. G : G i t t e r , dass das w i r k s a m e I o n i s a t i o n s v o l u m e n begrenzt. F : A b s o r p t i o n s f i l t e r a u s Blei oder Eisen. UX : Strahlenquelle. Pb : Bleischutz.
"o,
20
o
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30
4-o8~'¢m ~
Fig. 2. Messergebnisse. L o g a r i t h m u s der I n t e n s i t A t der S t r a h l u n g in F u n k t i o n der F i l t e r d i c k e , a u s g e d r f i c k t in G r a m m pro cm*. K u r v e 1 : Z A h l r o h r m e s s u n g e n , A b s o r p t i o n in Blei. K u r v e 2: I o n i s a t i o n s m e s s u n g e n , A b s o r p t i o n in Blei. K u r v e 3 : Ionisationsmessungen, Absorption i n Eisen.
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E. S T A t t E L U N D D. J. C O U M O U
Resultate. 1 °) B e s t i m m u n g der Absorptionskoelfizienten und der Wellenli~nge der y-Strahlung. a) Zdhlrohrmessungen: Es wurden mehrere Absorptionskurven aufgenommen, deren Mittelwerte in Figur 2 in logarithmischer Darstellung graphisch aufgetragen shad. Jeder P u n k t ist mit 5--10'000 EinzelstSssen belegt (der letzte n u t mit 3000), im ganzen wurden fiber 100'000 Teflchen geziihlt. Die aus der Ubereinstimmung der einzelnen Messserien bestimmten mittleren Fehler sind in der Figur durch die vertikalen Geraden abgegrenzt. b) Ionisationsmessungen: In verschiedenen. Messreihen wurden die Absorptionskurven in Blei und in Eisen bestimmt; die Resultate sind ebenfalls in der Figur 2 dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Strahlung den 1 cm dicken Boden der Ionisationskammer aus Stahl durchsetzen muss, bevor sie zur Messung gelangt; dadurch werden die weichen Komponenten vSllig absorbiert. c) Diskussion: Sowohl ffir die Zithler- wie auch ftir die Ionisationsmessungen liegen die Messpunkte bei logarithmischer Darstellung auf Geraden. Das bedeutet, dass bei unsern Messungen nur eine einzige Komponente zur Wirkung kam und class, wie erwartet, die weicheren Strahlenanteile in der Apparaturwandungen absorbiert wurden. Aus den graphischen Darstellungen ergeben sich ffir die Absorptionskoeffizienten folgende Werte
(~L)
0,0716cm~/gr° aus den Ionisationsmessungen
resp. (~-)pb = 0'0699 cm2/gr" aus den Z~ihlermessungen 0,0574 cm2/gr, aus den Ionisationsmessungen. Die Ubereinstimmung der nach den beiden verschiedenen Methoden gefundenen Werte fiir (~-/P)pb ist befriedigend. Da die Ionisationsmessungen etwas sicherer zu sein scheinen, wird im weiteren (Ex/P)pb = 0,071 cm2/gr, angenommen. Die so bestimmten Schw~ichungskoeffizienten sind aber noch etwas zu klein, weil, trotz der relativ gfinstigen Versuchsanordnung, ein, wenn auch nur geringer Bruchteil der Streustrahlung mitgemessen wird. Eine einfache graphische Ausw~rtung der K I e i n-N i s h in a Formel zeigt, dass fiir die Wellenl~nge 13 X.E. innerhalb eines
U B E R D I E G A M M A S T R A H L U N G D E S UX
71 1
Kegels mit einem halben 0ffnungswinkel yon 14° (was unserer Versuchsanordnung entspricht), noch 10,9% der Streustrahlung mitgemessen wird. Da der Streustrahlenkoeffizient a, fitr Blei 41,6%, ~fir Eisen 57,8% vom gesamten Schw~chungskoeffizienten ausmacht, (~ ~ 13 X.E.) so betr~gt die an den gemessenen Werten anzubringende Korrektur ffir Pb 4,5% resp. 6,3% ffir Fe. Eine andere kleine Korrektur von 1,5%, bedingt durch den etwas schiefen Durchgang der Strahlen durch die Absorptionsfilter, wirkt in der enfgegengesetzten Richtung, sodass schliesslich die Korrektur ffir Blei 3,0%, ffir Eisen 4,8% ausmacht. Die korrigierten Massenschw~chungskoeffizienten betragen somit:
Wenn man die Dichten yon Blei und Eisen zu 11,35 resp. 7,80 gr/cm a annimmt, ergeben sich die Schw~chungskoeffizienten ~-~,b = 0,83 cm -1 und ~.~, = 0,47.cm - I Wenn man diese Resultate mit den Angaben yon H a h n und M e i t n e r (1.c.) vergleicht, so zeigt sich Iolgendes: Die h~irteste Komponente hat nach H a h n und M e i t n e r einen Absorptionskoeffizienten in Blei yon 0,72 cm -1, w~ihrend wir 0,83 cm -1 geIunden haben. Wir haben es also sichtlich mit derselben Strahlung zu tun. Die Differenz yon etwa 10% l~sst sich zwangl0s aus der Verschiedenheit der experimentellen Anordnung erkl~.ren: H a h n und M e i t n e r haben das Pr~parat in unmittelbarer NNae der Ionisationskammer angebracht, wobei bekanntlich eine etwas zu kleine Absorption gefunden wird, weil die Streustrahlung fast ganz mitgemessen wird. In unserer Anordnung war die Strahlenquelle in 30 cm Entfernung, wodurch diese Unsicherheit bedeutend verringert wurde. Zur Kontrolle haben wir auch noch eine Messreihe gemacht, bei der das Pr/iparat in nur 5 cm Entfernung war und in der Tat einen kleineren Absorptionskoeffizienten (0,75 cm -~) gefunden, in guter Ubereinstimmung mit H a h n und M e i t n e r. Dagegen konnten wir die zweite, yon diesen Autoren angegebene Komponente yon ix~b = 2,3 cm -1 nicht finden 1). 1) Weitere Versuche h a b e n ergeben, dass diese K o m p o n e n t e wahrscheinlich sekund~irea U r s p r u n g s ist und m i t der Absarption der ~-Strahlea ia den Bleifiltern z u s a m m e n hangt. Eine ausftihrhche Arbeit da~'iiber ist in Vorbereitung.
712
E. S T A H E L U N D D. J. C O U M O U
Aus den so gefundenen Absorptionskoeffizienten kann die WeUenlAnge der y-Strahlung berechnet we~den, wenn man die Beziehung zwischen ~ und ~ kennt. Ffir die Absorption in Blei kann die bekannte empirische Formel yon G r a y 1) benfitzt werden, die, wie in letzter Zeit gezeigt wurde 3), auch mit der theoretischen berechneten Kurve sehr gut fibereinstimmt. Aus ihr ergibt sich ~ = 13,3 X.E. Bei der Absorption in Eisen darf man in diesem Gebiet annehmen, dass aUein die C o m p t o n-Absorption eine Rolle spielt, und dass somit die K 1 e i n-N i s h i n a-Formeln angewendet werden kSnnen. Nach diesen ergibt sich X ~ 12,8 X.E. Die Ubereinstimmung der beiden Resultate ist befriedigend; wir werden irn weitern eine WellenlAnge yon 13,0 X.E. = 13,0. l0 -11 crn annehmen. Es sei aber doch betont, dass die Angabe einer bestimrnten Wellen1Ange nicht ohne weiteres besagen will, dass wires wirklich mit einer streng monochromatischen ~,-Strahlung zu tun haben, denn es ist bekannt,-dass die Absorptionsmessungen relativ unempfindlich sind auf nicht zu grosse Inhomogenit~ten der y-Strahlen. Imrnerhin kann in unserern Falle die Inhomogenitgt nicht sehr gross sein, da das Messinterval sich auf fiber vier Mal die Halbwertsschicht erstreckt, und frotzdem keine systematische Krtimmung in der graphischen Darstellung sich zeigt. 2 °. B e s t i m r n u n g der Zahl der ausgesandten Gammastrahl-Quanten. Der eine yon uns hat bereits frtflierzusarnmenmit G. J. S i z o o 3 ) u n d m i t W. J o h n e r 4 ) aus Ionisafionsmessungen die Intensit~t der y-Strahlungen yon RaD und yon Ra bestimmt. Es sei auf diese Arbeiten verwiesen und hier n u r kurz das wesentlichste wiederholt. Es bedeute: n, die Zahl der pro Sekunde zerfallenden UX-Atome, x, die Zahl der pro ZerfaU ausgesandten T-Quanten yon der Wellenliinge 13,0 X.E. hv, die Energie eines solchen y-Quantes, I) 2) F ow 3) 4)
I.. H. G r a y, Proc. Cambridge Phil. Soc. ,°7, 103, 1931. H. R. H u l m e , J. M c D o u g a l l , R. A. B u c k i n g h a m I e r, Proc. Roy. Soc. London 14~}, 131, 1935. E. S t a h e l und G. J, S i z o o , Z s . f . Phys.@{~, 741, 1930. E. S t a h e l undW. Johner, Journ. d e P h y s . 5 , 9 7 , 1934.
and R. H
0 B E R DIE GAMMASTRAHLUNG DES U X
713
e, die Elementarladung, co, der ausgenfitzte Raumwinkel, a, der Faktor, welcher angibt, welcher Bruchteil der die Ionisationskammer durchsetzenden T-Strahlung in derselben in Ionisierungsenergie umgewandelt wird, b, der Faktor, welcher die Absorption der Strahlung in der Wandung berficksichtigt, ], die zur Bildung eines Ionenpaares nStige Energie, i, der gemessene Ionisationsstrom bei vSlliger Skttigung, k, ein Korrekturfaktor, der SekundAreffekte berficksichtigt, vor aUem die in den Wandungen der Ionisationskammer ausgel6ste Sekundiirstrahlung. Dann gilt die Beziehung
co hv
i ---- n.x. 4.~
j
. e.a.k.b.
(1)
Da alle Gr6ssen dieser Formel, ausser x, bestimmt werden k6nnen, 1Asst sich x, d.h. die Zahl der T-Quanten, aus dieser Beziehung berechnen. Im Folgenden sei angegeben, wie diese verschiedenen Gr6ssen bestimmt wurden. a) Z a h l der zer]allenden A t o m e : Es muss die ,,StArke" der U X PrAparate bekannt sein, z.B. durch Angabe der ihnen ~quivalenten Menge Uran. Zu diesem Zwecke wurden die bentitzten UX-PrAparate mit ,,Standard-UX-PrAparaten" verglichen, die aus genau bekannten Mengen Uran durch sorgf~ltige quantitative Trennung (dutch Cerfluoridf~Uung) hergestellt worden waren. Es wurden zwei solche Etalons hergestellt, der eine aus 23,0 gr. UaOa, also 19,5 gr. Uran enthaltend, der andere aus Uranylnitrat, 34,7 gr. Uran enthaltend. Diese beiden Eichpr~parate wurden am Tage ihrer HersteUung (11. Miirz) unter sich und mit den beiden UX-Priiparaten, die ftir die Absorptionsmessungen gedient batten, dutch Messung ihrer T-Strahlung verglichen. Es ergab sich experimentell ein Verh~ltnis der beiden Eichpriiparate yon 1 : 1,76, w~hrend theoretisch 1 : 34,7/19,5 oder 1 : 1,78 zu erwarten gewesen w~re. Diese gute Obereinstimmung zeigt, dass die UX-Auszfige wirklich einwandfrei erfolgt sind. Verglichen mit diesen beiden Eichpriiparaten war die Stiirke der UX-Pritparate am 11. Miirz: No. 1. I00,0 gr. Uran iiquivalent, No. 2. 148,5 . . . . . .
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E. S T A H E L U N D D. J. COUMOU
Daraus berechnet sich aus der b e k a n n t e n ZerfaUskonstanten des
UX, dass das fiir die erste'Messreihe benfitzte Pr~parat No. 1 am 13. Dezember 1206 gr., die ffir die zweite Messreihe verwendeten Pritparate 1 u n d 2 zusammen, am 17. J a n u a r , 1115 gr. Uran itquivalent waren. Daraus b e s t i m m t sich die Zahl der pro Sekunde zerfaUenden At0me, unter Zugrundelegung einer ZerfaLlskonstanten y o n 5 , 0 . 10 - 1 8 s e c - 1 fiir das Uran, zu nl ----- 1,53. 10~ sec -1 n 2 -~- 1,42. l0 T ,, b) Energie des y-Quants. Dieselbe berechnet sich aus der Wellenl~inge y o n 13,0. 10-11 cm. zu h~ :
950.000 eV.
c) Raumwinkel. Die Mitte des niitzlichen Ionisationsvolumens befindet sich in einer Distanz von 43,5 cm v o n d e r Strahlenquelle; der Durchmesser des zylindrischen Volumens betr~igt 16 cm. Daraus berechnet sich (D
--= 4r~
0,00846
d) Ionisierungsenergie J. Die H a u p t m e s s u n g e n wurden in CO2 ausgefiihrt. Da aber die Ionisierungsenergie ftir C02 weniger gut bek a n n t ist als ftir L u f t wurden die Messungen auf L u f t umgerechnet m i t Hilfe einer Serie von Vergleichsmessungen in L u f t u n d C02 (siehe unter (f)) ; in der Formel 1 ist also fiir J der b e k a n n t e W e r t ftir L u f t einzusetzen: .f = 32,2 eV.
e) Berechnung der Absorption in der Ionisationskammer, Faktor a. W i t berechnen die Absorption ffir 17,8 atm. L u f t bei 20 °. Der Weg der y-Strahlen in der Ionisationskammer betrligt 18 cm. Auf diesem Weg befinden sich pro cm 2 Querschnitt 1,16. 10 +23 Elektronen. Der ,,wahre" Absorptionskoeffizient pro Elektron/cm 2 (~ra) ist nach der K 1 e i n-N i s h i n a Formel 0,9. 10-2z, das heisst der Absorptionsfaktor betr~igt 0,9. 10 - ~ . 1',16. 10 +23 = 0,0104, d.h. a = 0,0104 f) Bestimmung des Ionisationsstromes i. Aus der b e k a n n t e n Kapazitiit u n d der b e k a n n t e n Voltempfiladlichkeit des Elektrometers k a n n leicht, aus der Aufiadegeschwindigkeit, der Ionisations~tr0m in
U B E R D I E GAMMASTRAHLUNG DES UX
715
absoluten Einheiten berechnet werden : So ergab sich z.B. ffir Priiparat 1 Aufladegeschwindigkeit in Teilstrichen]Sek Datum
13. 14. 14. 15.
XII. XII. XII. XII.
vorm. vorm. nachm. vorm.
gemessen
umgerechnet auf 13. X I I .
0,184 0,193 0,189 0,183 Mittel ...
0,184 0,197 0,195 0,194 O, 192
Die statische Empfindlichkeit des Elektrometers war genau 50 Teilstr./Volt = 15000 Teilstr./el. stat. Einh. ; seine Kapazit~t betr~gt 16,2 cm. Der gemessene Ionisationsstrom betrug somit 0,192/15000. 16,2 = 0,000207 star. Einheiten. Auf gleiche Weise wurde der Ionisationsstrom ffir die zweite Messserie am 17. J a n u a r zu 0,000200 stat. Einh. berechnet. Es ist nun aber zu beachten, dass das der in C02 gemessene Ionisationsstrom ist, w~hhrend wir denjenigen in Lu/t kennen wollen. Um diese Umrechnung vornehmen zu kSnnen, wurde eine Serie yon Vergleichsmessungen in Luft und C02 durchgeffihrt und dabei gefunden, dass bei 17,8 atm. die C02-Messungen 1,28 mal mehr ergeben als die Luftmessungen ; u m die Messungen auf Luft urnzurechnen, sind also die Stromwerte durch 1,28 zu dividieren. Weitei ist aber noch zu berficksichtigen, dass die gemessenen Werte noch nicht die wahren S~ttigungsstromst~rken sind. Es ist in der Tat bekannt, dass bei Hochdruckionisationskammern infolge der sogenannten Initial-Rekombination ein SAttigungsverlust auftritt, der in den gewShnlichen S~ttigungskurven nicht in Erscheinung tritt. Zur Bestimmung dieser "Korrektur haben wir Messungen bei verschiedenen Drucken vorgenommen und auf fibliche Weise bestimmt wie gross das Defizit bei 17,8 atm. war: es ergab sich, dass die gemessenen Werte mit 1,37 zu.multiplizieren sind, um vollstAndige Ausnfitzung zu erhalten. Diese Zahl steht mit den in der Literatur angegebenenWertenvon H o f f m a n , Lindholm, Braxon u.a. in guter Ubereinstimmung. Um also die in C02 gemessenen Ionisationsstr6me auf Luft bei vollstAndiger Ausnfitzung umzurechnen sind die gefundenen Zahlen
716
E. STAHEL UND D. J. COUMOU
mit 1,37/1,28 = 1,07 zu multiplizieren. Die korrigierten Ionisationsstr6me sind somit il = 0,000222 stat. Einh. i 2 = 0,000214 . . . . Es sei hier noch eine prinzipielle Bemerkung eingeschoben: Wir haben uns bis jetzt nicht darum gekfimmert, dass die die Ionisation erzeugenden Sekundiirelektronen nicht am Orte ihrer Erzeugung absorbiert werden, sondern dass sie eine endliche Reichweite haben. Bei der von uns benfitzten Druckionisationskammer sind aber die Reichweiten der meisten Sekund~relektronen kleiner als die Kammerdimensionen, sodass die meisten im Innern des nfitzlichen Ionisationsvolumens erzeugten sekunditren Elektronen auch darin absorbiert werden. Am Rande des Volumes tritt aUerdings durch Austritt der Elektronen ein Defizit auf, das aber durch den Eintritt der im Aussern erzeugten Elektronen kompensiert wird. Wenn man die Dimensionen der Ionisationskammer und diej enigen des Gitters, dass das nfitzliche Ionisationsvolumen abgrenzt, vergleicht, so sieht man, dass kein merklicher Fehler auftreten kann. g) Bestimmung der Korrektur der gestreuten y-Strahlen. Dieser Korrekturfaktor sou die, durch die in den Kammerwandungen gestreuten y-Strahlen hervorgebrachte Ionisation berficksichtigen (die im Ionisationsvolumen im Gaz erzeugte y-Streuung ist ganz zu vernachl~ssigen). Wir haben durch ziemlich langwierige graphische und rechnerische Auswertungen bestimmt, wie gross der Einfluss dieser Streustrahlung ist, indem wir ihre Winkelverteilung, ihre H/irte, ihre Absorption in der Wandung selbst und ihr Ionisierungsverm6gen beriicksichtigt haben. Alle diese Gr/fssen k6nnen recht genau berechnet werden, weil, dank der K 1 e i n-N i s h i n a Formeln, die Verh/tltnisse ganz genau vorauszusehen sind. Wir geben die Details der Rechnung nicht an, um so mehr, als die so errechnete Korrektur gar nicht sehr gross ist. Es ergibt sich niimlich, dass die Streustrahlung der Vorderwand einen Ionisationszusatz von . . . . . . . diejenige der Seitenw~nde einen solchen von . . . . . . . und die der Rfickwand . . . . . . . . . . . . . . . . ergibt, im ganzen also . . . . . . . . . . . . . . . . Es ist also k
=
1,363
28,9% 6,5% 0,9% 36,3%
0 B E R DIE GAMMASTRAHLUNG DES UX
717
h) Absorption der Primdrstrahlung in der Wandung der Ionisationskammer. Aus dem im ersten Abschnitt bestimmten Absorptionskoeffizienten ftir Eisen ergibt sich, dass die Prim~rstrahlung beim Durchgang durch die I cm dicke Vorderwand der Ionisationskammer auf das 0,640 fache geschw~cht wird. Es ist also b ---- 0,640 i) Berechnung von x, der Zahl der pro Zer]all ausgesandten'y-Quanten. Dutch Einsetzen der verschiedenen Gr6ssen der Gleichung ! erhalten wir die gesuchte Gr~sse x. Wir ftihren die Rechnung ftir die beiden Messreihen vom 13. X l I und vom 17. I getrennt durch. Wir finden so: 950.000 0,000222 = 1,53. lO7 . x. 0,00846. - - . 4,77. lO-l° . 0,0104. 1,363.0,640
32,2
oder x = 0,0134 Ftir die zweite Messreihe ergibt sich analog x = 0,0140 oder im Mittel x = o,oz37; das heisst au] Ioo zer/allende Atome werden 1,37 y-Quanten ausgesandt. Wenn man die Genauigkeit des Resultates diskutiert, so sieht man sofort, class die gemessenen Gr~ssen genauer sind, als die berechneten Korrekturfaktoren ; die maximale Unsicherheit wird also durch diese bedingt. Bei vorsichtiger Sch~tzung kommt man zum Schluss, dass das angegebene Resultat auf mindestens 25~/o genau sein sollte.
Diskussion. Die im Vorangehenden besProchene IntensitAtsbestimmung zeigt, dass die y-Strahlung des UX sehr schwach ist, da auf 100 zerfallende Atome nut ungef~.hr ein y-Quant ausgesandt wird. Diese IntensitAt ist von derselben Gr~ssenordnung wie diejenige der y-Strahlung des RaE, denn dieser K~rper sendet nach B r a m s o n (1.c.) 0,5 y-Quanten pro 100 zerfallenden Atomen aus. Auch die Hiirte der beiden Strahlungen ist yon derselben Gr~ssenordnung, sodass man auf einen ahnlichen Ursprung schliessen darf. Wie schon mehrfach ausgesprochen, k0nnte diese y-Strahlung mit einer Bremsstrahlung der primaren ~-Strahlen im eigenen Atom zusammenhangen. Um qualitative Zusammenh~nge bestimmen zu k~nnen, miisste man das ~-Strahlspektrum des UX genauer kennen ;
718 STAHEL UND COUMOU, UBER DIE GAMMASTRAHLUNG DES
UX
ebenso w~ren theoretische Berechnungen fiber d'iese ,,innere Bremg~iig" der ~-Strahlen von grossem Interesse. Der eine von uns (D. J. C.) dankt der Technische Commissie, bedoeld in Artikel 2 van het Verdrag betreffende Intellectueele Toenadering tusschen Nederland en Belgie, die ihn ftir ein Stipendium vorgeschlagen hat, das ibm erm6glichte diese Arbeit in Briissel auszuffihren. Eingegangen 17Mai1935.