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Koinzidenzexperimente am elementarprozess der bremsstrahlungserzeugung
Volume 22, number 5
PHYSICS LETTERS
KOINZIDENZEXPERIMENTE DER BREMSSTRAH
15 September 1966
AM ELEMENTARPROZESS LUNGSERZE UGUNG
W. N A K E L Physikalisches Institut der Universitdt Tiibingen
Eingegangen am 5 August 1966
By using a coincidence method the angular distribution of bremsstrahlung is measured for a definite energy loss and a definite angle of the outgoing electron, at an incident electron energy of 300 keV.
Beim E l e m e n t a r p r o z e s s der Bremsstrahlungse r z e u g u n g e r w a r t e t man, d a s s die W i n k e l v e r t e i lung d e r Intensit~t v o n d e r A u s t r i t t s r i c h t u n g d e r g e b r e m s t e n E l e k t r o n e n abh~ngt [z.B. 1,2]. S c h e r z e r [3] hat b e r e i t s 1932 v o r g e s c h l a g e n , d i e s e A b h~ingigkeit d u r c h Koinzidenzbeobachtung z w i s c h e n B r e m s q u a n t und E l e k t r o n zu m e s s e n . Im f o l g e n den w i r d tiber die DurchfUhrung d i e s e s E x p e r i mentes berichtet. Ein E l e k t r o n e n s t r a h l w i r d m it e i n e m K a s k a d e n g e n e r a t o r auf 30G keV b e s c h l e u n i g t und t r i f f t ein 500 /~ d i c k e s G o l d t a r g e t . Die dabei e n t s t e h e n d e n B r e m s q u a n t e n gelangen d u r c h eine K u n s t s t o f f F o l i e aus d e r e v a k u i e r t e n S t r e u k a m m e r nach a u s s e n und werden in e i n e m um das T a r g e t d r e h b a r e n NaJ ( T1 )- Kr i s t a ll m i t P h o t o m u l t i p l i e r n a c h g e w i e s e n . Von den g e b r e m s t e n E l e k t r o n e n w e r d e n d i e j e n i g e n e i n e r b e s t i m m t e n E n e r g i e und Richtung m a g n e t i s c h a u s g e s o n d e r t und m i t e i n e m P l a s t i k - S z i n t i l l a t o r gez,'ihlt. Das M a g n e t s p e k t r o m e t e r befindet sich in d e r S t r e u k a m m e r und kann in d e r g l e i c h e n Ebene wie d e r Q u a n t e n z ~ h l e r um das T a r g e t geschwenkt werden. Die in den beiden Z~hlern e r z e u g t e n I m p u l s e w e r d e n in e i n e r Schne l l - L a n g s a m - K o i n z i d e n a p p a r a t u r , d e r e n ZeitauflSsung 10 ns betr~gt, u n t e r s u c h t . E s w u r den E l e k t r o n e n d er E n e r g i e 170 ± 15 keV a u s g e w~hlt, d.h. die W i n k e l v e r t e i l u n g fur B r e m s q u a n ten de r E n e r g i e 130 ± 15 keV b e s t i m m t . Die (Sffnung d es Quantenz~.hlers b e tr ~ g t in d e r M e s s ebene 2.5 O, s e n k r e c h t dazu 4.5 O, die (Sffnung d e s E l e k t r o n e n z ~ l h l e r s e n t s p r e c h e n d 6 ° x 4.5 °. In den Abbildungen i s t die g e m e s s e n e r e l a t i v e I n t e n s i t ~ t s v e r t e i l u n g [ (willktirliche Einheiten) fur die m i t t l e r e n E l e k t r o n e n a u s t r i t t s w i n k e l ~e = + 5"50 + 0"50 (Abb. I) und ~e = -0"50 e 0"250 (Abb. 2) dargestellt. Der Fehler der Winkelmessung der Quantenrichtung ist + 1°. Die Fehlerbalken geben die Reproduzierbarkeit der Messpunkte 614
+,lOo
0°
_10 o
[ O
T Etektronenstraht Abb. 1. R e l a t i v e I n t e n s i t ~ l t s v e r t e i l u n g I (willldirliche
Einheiten) fiir Bremsstrahlung der Energie 130 :E 15 keV, erzeugt von Elektronen, die das Target .unter einem mittleren Austrittswinkel 4,e = + 5.5 o ((Jffnungswinkel 6° × 4.5 °) verlassen. Prim~irenergie 300 keV. (Abb. 1 und 2 nicht im gleichen Massstab').
Volume 22, number 5
PHYSICS LETTERS
0 o
,'tO ° ~o
- I0o J
i
")o
O
T Eiektronenstrah[ Abb. 2. Relative Intensit~itsverteilungI (willk/irliche Einheiten) f~ir Bremsstrahlung der Energie 130 ± 15 keV, erzeugt von Elektronen, die das Target unter einem mittleren Austrittswinkel ~e = -0.5 (~ffnungswinkel 6° × 4.5 °) verlassen. Prim~renergy 300 keV. (Abb. 1 und 2 im gleichen Massstab' ) an. D e r V e r g l e i c h von Abb. 1 und 2 e r g i b t , d a s s die I n t e n s i t ~ t s v e r t e i l u n g s t a r k v o n d e r A u s t r i t t s r i c h t u n g d e r E t e k t r o n e n abh~algt. Abb. 1 zeigt, d a s s die g r ~ s s t e Intensit~tt nach d e r j e n i g e n Seite
15 September 1966
e m i t t i e r t w i r d , in die auch die g e b r e m s t e n E l e k t r o n e n fliegen. Abb. 2 l ~ s s t d i e s e s V e r h a l t e n auch schon f u r ~e = -0"5o e r k e n n e n . D u r ch die Offnung des E l e k t r o n e n z ~ h l e r s wird noch tiber u n t e r s c h i e d l i c h e B r e m s q u a n t e n v e r t e i lungen i n t e g r i e r t . D as ftlhrt zu r Aufftlllung des M i n i m u m s und w i r d auch die Richtung d e r M a x i m a b e e i n f l u s s e n . Die Abb. 1 und 2 sind nicht im g l e i c h e n M a s s s t a b g e z e i c h n e t , well das Verh~llth i s d e r W i r k u n g s q u e r s c h n i t t e fur v e r s c h i e d e n e ~e e r s t g e n a u e r b e s t i m m t w e r d e n soll. Die Intens i ~ t d es M a x i m u m s w ar a b e r fur ~e = + 5"5° g r S s s e r a l s f u r ~e = -0"5o" Die K o i n z i d e n z r a t e b e t r u g im M a x i m u m d e r Abb. 1 450 E r e i g n i s s e in 15 Minuten. Die M e s s u n g e i n e r Kur~e d a u e r t e etwa 15 Stunden. Die T h e o r e t i s c h e Behandlung d es E l e m e n t a r p r o z e s s e s d er B r e m s s t r a h l u n g s e r z e u g u n g ftir E l e k t r o n e n e n e r g i e n , die v e r g l e i c h b a r sind m i t d e r R u h e n e r g i e d es E l e k t r o n s , wurde von E l w e r t und M i t a r b e i t e r n [2,4,5] u n t er Ber t i ck si ch t i g u n g d e r C o u l o m b k o r r e k t u r m i t Hilfe von S o m m e r f e l d M a u e - Eigenfunktionen durchgeftihrt. N u m e r i s c h e A u s w e r t u n g e n fur die E n e r g i e vofi 300 keV e x i s t i e r e n z.Zt . noch nicht. Die M e s s u n g e n s t i m m e n q u a l i t a t i v m i t den E r g e b n i s s e n von [4,5] tiberein. H e r r n P r o f . D r . H . K r t i g e r danke ich ffir seine Untersttitzung, H e r r n P r o f . D r . G. E l w e r t ftir die A n r e g u n g d er A r b e i t . Mein Dank gilt e b e n f a l l s H e r r n D r . G. Mack fur v i e l e D i s k u s s i o n e n und H e r r n Dipl. - P h y s . G. M e r t e n s ffir Hilfe bei d er E lektronik. Die D e u t s c h e F o r s c h u n g s g e m e i n s c h a f t g e w~ihrte in d a n k e n s w e r t e r Weise f i n a n z i e l l e Hilfe. 1. W. Heitler, The Quantum Theory of Radiation (Oxford, 1945). 2. G. Elwert, W. Eissner, H.Sehneider und G. Wolf, Physikal. Verhandl. 13 (1962) 175. 3. O.Seherzer, Ann. d. Phys. 13 (1932) 137. 4. E.Haug, Dissertation, Tiibingen (1966). 5. G. Elwert und E. Haug, erseheint in Ktirze.
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KOINZIDENZEXPERIMENTE DER BREMSSTRAH
15 September 1966
AM ELEMENTARPROZESS LUNGSERZE UGUNG
W. N A K E L Physikalisches Institut der Universitdt Tiibingen
Eingegangen am 5 August 1966
By using a coincidence method the angular distribution of bremsstrahlung is measured for a definite energy loss and a definite angle of the outgoing electron, at an incident electron energy of 300 keV.
Beim E l e m e n t a r p r o z e s s der Bremsstrahlungse r z e u g u n g e r w a r t e t man, d a s s die W i n k e l v e r t e i lung d e r Intensit~t v o n d e r A u s t r i t t s r i c h t u n g d e r g e b r e m s t e n E l e k t r o n e n abh~ngt [z.B. 1,2]. S c h e r z e r [3] hat b e r e i t s 1932 v o r g e s c h l a g e n , d i e s e A b h~ingigkeit d u r c h Koinzidenzbeobachtung z w i s c h e n B r e m s q u a n t und E l e k t r o n zu m e s s e n . Im f o l g e n den w i r d tiber die DurchfUhrung d i e s e s E x p e r i mentes berichtet. Ein E l e k t r o n e n s t r a h l w i r d m it e i n e m K a s k a d e n g e n e r a t o r auf 30G keV b e s c h l e u n i g t und t r i f f t ein 500 /~ d i c k e s G o l d t a r g e t . Die dabei e n t s t e h e n d e n B r e m s q u a n t e n gelangen d u r c h eine K u n s t s t o f f F o l i e aus d e r e v a k u i e r t e n S t r e u k a m m e r nach a u s s e n und werden in e i n e m um das T a r g e t d r e h b a r e n NaJ ( T1 )- Kr i s t a ll m i t P h o t o m u l t i p l i e r n a c h g e w i e s e n . Von den g e b r e m s t e n E l e k t r o n e n w e r d e n d i e j e n i g e n e i n e r b e s t i m m t e n E n e r g i e und Richtung m a g n e t i s c h a u s g e s o n d e r t und m i t e i n e m P l a s t i k - S z i n t i l l a t o r gez,'ihlt. Das M a g n e t s p e k t r o m e t e r befindet sich in d e r S t r e u k a m m e r und kann in d e r g l e i c h e n Ebene wie d e r Q u a n t e n z ~ h l e r um das T a r g e t geschwenkt werden. Die in den beiden Z~hlern e r z e u g t e n I m p u l s e w e r d e n in e i n e r Schne l l - L a n g s a m - K o i n z i d e n a p p a r a t u r , d e r e n ZeitauflSsung 10 ns betr~gt, u n t e r s u c h t . E s w u r den E l e k t r o n e n d er E n e r g i e 170 ± 15 keV a u s g e w~hlt, d.h. die W i n k e l v e r t e i l u n g fur B r e m s q u a n ten de r E n e r g i e 130 ± 15 keV b e s t i m m t . Die (Sffnung d es Quantenz~.hlers b e tr ~ g t in d e r M e s s ebene 2.5 O, s e n k r e c h t dazu 4.5 O, die (Sffnung d e s E l e k t r o n e n z ~ l h l e r s e n t s p r e c h e n d 6 ° x 4.5 °. In den Abbildungen i s t die g e m e s s e n e r e l a t i v e I n t e n s i t ~ t s v e r t e i l u n g [ (willktirliche Einheiten) fur die m i t t l e r e n E l e k t r o n e n a u s t r i t t s w i n k e l ~e = + 5"50 + 0"50 (Abb. I) und ~e = -0"50 e 0"250 (Abb. 2) dargestellt. Der Fehler der Winkelmessung der Quantenrichtung ist + 1°. Die Fehlerbalken geben die Reproduzierbarkeit der Messpunkte 614
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T Etektronenstraht Abb. 1. R e l a t i v e I n t e n s i t ~ l t s v e r t e i l u n g I (willldirliche
Einheiten) fiir Bremsstrahlung der Energie 130 :E 15 keV, erzeugt von Elektronen, die das Target .unter einem mittleren Austrittswinkel 4,e = + 5.5 o ((Jffnungswinkel 6° × 4.5 °) verlassen. Prim~irenergie 300 keV. (Abb. 1 und 2 nicht im gleichen Massstab').
Volume 22, number 5
PHYSICS LETTERS
0 o
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T Eiektronenstrah[ Abb. 2. Relative Intensit~itsverteilungI (willk/irliche Einheiten) f~ir Bremsstrahlung der Energie 130 ± 15 keV, erzeugt von Elektronen, die das Target unter einem mittleren Austrittswinkel ~e = -0.5 (~ffnungswinkel 6° × 4.5 °) verlassen. Prim~renergy 300 keV. (Abb. 1 und 2 im gleichen Massstab' ) an. D e r V e r g l e i c h von Abb. 1 und 2 e r g i b t , d a s s die I n t e n s i t ~ t s v e r t e i l u n g s t a r k v o n d e r A u s t r i t t s r i c h t u n g d e r E t e k t r o n e n abh~algt. Abb. 1 zeigt, d a s s die g r ~ s s t e Intensit~tt nach d e r j e n i g e n Seite
15 September 1966
e m i t t i e r t w i r d , in die auch die g e b r e m s t e n E l e k t r o n e n fliegen. Abb. 2 l ~ s s t d i e s e s V e r h a l t e n auch schon f u r ~e = -0"5o e r k e n n e n . D u r ch die Offnung des E l e k t r o n e n z ~ h l e r s wird noch tiber u n t e r s c h i e d l i c h e B r e m s q u a n t e n v e r t e i lungen i n t e g r i e r t . D as ftlhrt zu r Aufftlllung des M i n i m u m s und w i r d auch die Richtung d e r M a x i m a b e e i n f l u s s e n . Die Abb. 1 und 2 sind nicht im g l e i c h e n M a s s s t a b g e z e i c h n e t , well das Verh~llth i s d e r W i r k u n g s q u e r s c h n i t t e fur v e r s c h i e d e n e ~e e r s t g e n a u e r b e s t i m m t w e r d e n soll. Die Intens i ~ t d es M a x i m u m s w ar a b e r fur ~e = + 5"5° g r S s s e r a l s f u r ~e = -0"5o" Die K o i n z i d e n z r a t e b e t r u g im M a x i m u m d e r Abb. 1 450 E r e i g n i s s e in 15 Minuten. Die M e s s u n g e i n e r Kur~e d a u e r t e etwa 15 Stunden. Die T h e o r e t i s c h e Behandlung d es E l e m e n t a r p r o z e s s e s d er B r e m s s t r a h l u n g s e r z e u g u n g ftir E l e k t r o n e n e n e r g i e n , die v e r g l e i c h b a r sind m i t d e r R u h e n e r g i e d es E l e k t r o n s , wurde von E l w e r t und M i t a r b e i t e r n [2,4,5] u n t er Ber t i ck si ch t i g u n g d e r C o u l o m b k o r r e k t u r m i t Hilfe von S o m m e r f e l d M a u e - Eigenfunktionen durchgeftihrt. N u m e r i s c h e A u s w e r t u n g e n fur die E n e r g i e vofi 300 keV e x i s t i e r e n z.Zt . noch nicht. Die M e s s u n g e n s t i m m e n q u a l i t a t i v m i t den E r g e b n i s s e n von [4,5] tiberein. H e r r n P r o f . D r . H . K r t i g e r danke ich ffir seine Untersttitzung, H e r r n P r o f . D r . G. E l w e r t ftir die A n r e g u n g d er A r b e i t . Mein Dank gilt e b e n f a l l s H e r r n D r . G. Mack fur v i e l e D i s k u s s i o n e n und H e r r n Dipl. - P h y s . G. M e r t e n s ffir Hilfe bei d er E lektronik. Die D e u t s c h e F o r s c h u n g s g e m e i n s c h a f t g e w~ihrte in d a n k e n s w e r t e r Weise f i n a n z i e l l e Hilfe. 1. W. Heitler, The Quantum Theory of Radiation (Oxford, 1945). 2. G. Elwert, W. Eissner, H.Sehneider und G. Wolf, Physikal. Verhandl. 13 (1962) 175. 3. O.Seherzer, Ann. d. Phys. 13 (1932) 137. 4. E.Haug, Dissertation, Tiibingen (1966). 5. G. Elwert und E. Haug, erseheint in Ktirze.
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