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Die Resonanz l in ien des Neons.

Von G. Hertz in Eindhoven (Holland).

Mit 3 Abbildungen. (Einffegangen am 15. Mai 1925).

i~Iit Hilfe tines Vakuumgitterspektrographen wurde das Spektrum des Neons lm kurzwelligen Ultraviolett untersueht. Es wurdeu zwei starke Linicn yon der Wellenl/mge 735,7 ~ 0,5 A.-E. bzw. 743,5 _--t- 0,5 A.-E. gefunden. I1H' Frequenz- untersehied ist 1428 --t- 3 cm -1 und stimmt mit der Differenz der Paschenschen Terme 1 s~ and 1 s4 tibercin. Die Linien sind daher als Kombinationen des Grand- terms wit diesen beiden Termen aufzufassen. Die beiden neuen Linien sind die Resonanzlinien des Neons. Die Paschenschen Terme lsz und 1 s5 entsprechen metastabilen Zust~nden des Neonatoms in 0bereinstimmung mig den Absorptions- ~ersuehen von 5{eissner. Die beiden Ionisierungsspannungen des Neons sind 21,47 bzw. 21,57 Volt in guter ~lbereinstimmang mit dem naeh der Elektronen-

stollmethode gefundenen Wer~ yon 21,5Volt.

Dank den Un~ersuchungen yon Th. L y m a n ~) im kurzwelligen Ultra-

viole~ is~ das Serienspektrum des Heliums nunmehr vollst~ndi~ .bekannt.

Vou den tibrig'en Edelgasen ist bisher das Neon das einzige, fiir welches

das op~ische Spek~rum in befriedigender Weise als Serienspek~rum darge-

stell~ worden ist. Dieses Spek~rum ist bekann~lieh yon F. P a s c h e n " )

h~ ein komplizier~es System yon Serien aufgel8s~ worden. In diesem

System fehl~e bisher noch d e r d e m Normalzustsand ent~spreehende Term,

da die zu diesem Term gehSrigen im kurzwelligen Ultraviolett zu er-

wargenden Linien noch nich~ beobachtet waren. Als mlgefghren Wer~

fiir diesen C~rund~mwn des Neonspektrnms habe ieh vor einiger Zeit auf

(~mnd yon lgessungen der Anregungs- nnd Ionisiemngsspa~mungen die

Zahl 174000 42_ 1000 em - 1 angegeben 3) Znr genaueren Bestimmunr

dieses Termwer~es, sowie vor Allem zur Bean~wortung der fiir die Atom-

gheorie wieht~igen Frage naeh der Ar~ des Terms, waren ]V[essungen din'

Wellenlgnge der ira knrzwelligen Ult~raviolet~ liegenden Neonlinien nStig.

l)erar~ige Messungen habe ieh nn~e~mmmen in ahnlieher Weise, wie es

L y m a n ftir alas Helium ge~an hat. Uber die ersten Ergebnisse dieser

Untersuchung soll im folgende/~ berichte~ werden.

Fiir die Wahl der Yersuehsanordnung waren folg'ende I~berleg'una'en

ma@ebend: Zun~chs~ mul~te mit der starken Absorption der zu un~er-

suchenden StrM~lung im unerregten Neon gereehnet werden, da s~mtliche bier in Frag'e kommenden Linien Absorptionslinien des unerreg~en Neons

~) Th. Lyman, Nature 110, 278, 1922; Astroph. Journ. 60, 1, 1924. '~) F. Paschen , Ann. d. Phys. 60, 405, 1919, und 68, 201, t920. 3) G. Hertz, ZS. f. Phys. 18, 307, 1923.

9 3 4 (1. Hertz,

seiu mtissen, t';,- wur<h, dcshalh, uach dem \'<)rhilde L y m a n s , eiu mSg- ]MM. ~r,,i.leE" I)rm.kunterschied zwischen dem Elttla.duna'sraum uml dem

Spektr,g;ral)hcnraum a ufr~'chf erhalten. Aus dcmselben Grunde mul~t,e die Lichfquelh, umnittelbar an den Spalt herm~ gebrachf werden. Als besonders ~eelguet hierfiir schien mir ein Niederspammng'sb,gen. Gin srflcher B.~cn cmi~tiert mit ~roger Intensitiit fast ausschlieNMt die Linien der ni,,dri~'slen Anreg'lmgsspammn~z, wn' Mlem (tie Resonmlzlinien. falls

~olvhe vorhallden sind. Als Folge der ,~rol.lelt lonemlichte isf im Nieder- spalmungshogeu mllJerdem eine .~ewisse \rerl~reiterun~ der Emissionslinien ~'e~eniiber den ~ehr scharl~en AbsorptiouslinieH zu erwarten. Andererseits

i.,t das ~;pektrum des Niederstlammligshogens autlerordentlich empfind- ]ich ~e/en Spuren v,m Verunreinigmlgcn mit nie,lfi~'e, rer Anrer,'ungs-

spammn~'. Es tuugh' daher fiir grSl~te lleinheit des Gases gesor~'t werden. N " , ) 1 Diese win'de dadurch gew:,ihrleistet, dat~ ftir dell X akuum 'pcktl( ~ra.ph elite

Konstrukt i .u g'ewiihlt wurde, welche vslli~'e H,. 'hvakuumdichtheit, ver- hiirgfe, und dalJ aulJerdem das Gas dauernd durch mit fliissi~em Stickst(fff

aekiihlte K,dile zirkulierte. lIas henufzte ( l i t ter war eiu gewi~hnliches kleines Koukav~zitter yon

1,O1 m Kriimmun.~sradius mid eincr ~'eteilten l:lSch(~ v . n 3( 'm X 2 cm, aetf, ilt im Natiomd Physical Laboratory, l~ .mhm') . Es erwies slob, ieden-

falls in ,h'r 1)ish,'r ausschliel.Ilich benutztell el'sten ()rdnung, auch im kurz- welligen l:ltravi~dett als sehr hrauchhar. [hn StSrtmgen (hti'ch UndMttig-

keiten mit Sicherheit auszuschlicgelb wurdr ,h'r Xauze Spel~trograph in ein (llasr,,hr eing'eschl,~ssen. Eine schematische Zeichnun~ des Spektro-

grapi.,n isf in Fig. 1 wicdcrgegeben, wiihrend Fig. 2 dcu oberen Tell in ~rSl;erem MaLMah zeig'tt). 1)as Glas r .h r .t v .u !)cm DUl'chmesser ist

in seukrechter Stcllunr an (lot Zilimu~rwmtd l,eYes~igt. Seiu ,)lleres Ende ist durrh die nlittcls wl'il,h,n Sic.~:ellacks auf~:ekitfete Messlngphdfe P ab- ~eschliissen. An dieser Platte hiinDt'f> durch drei ~cllrli.uheu einsfelllmr be- fesfi~f, das Messhigrohr (<, hi weh'hes die ,,orsc.hiedl'nen Teih, des Spektro- ~ratihen pillTelutllt sind. AIII llliteI'ell I*;,lfh ' l ic, findl'f sicl~ das (Jitter a-, woh'hes mit Hilfe din' Sehrauhen D 1 und D s in I/icht, un~' din' Rohrachse verscimhen 1)zw. mn ei ,e dazu senkrecht,, A,'hse ~edr~q~t we, rden kama.

Die beiden Schrlmben kSmien nach ()ff l lel l (lOS iilll 111111;0t'011 l~]ndo des (Has- rohrs hcfindlichen Schliffes nlittels eine> dttzu passelidcll Schliissels be-

l) Bezogen wm A. H i l g e r , London. t) Die mechanisehe Konstrukt{on des Spektrographen ist yon Herrn J, It.

A b b i n k durchgefiihrt worden, dessen Mitwirkung auch bet den Versuchen viel zn ihrem schnellen Gelingen beigetragen hat.

Die, Resonanzlinien des Neons. .9.%

dien~ werden. I)as Mail dcr Verschiebung und Drehun~r wivd dutch die

Gb~swand hindul'ch m~ mi~ Noni~vs versehenen Skah,n ah~'elcsen, l)er Spalt S v w m g mm Lih]o'c un(t 0,02 mm Breih,, ist am tmtereu I';n(le des

,_Spaltr,)hrs E 1)e~e~tigt. l)ieses ]{ohr isf (lur('h ein(, (')ffnun~z in der

Pla~e 1 ~ hindm'('h na('h ~)l)en herauszmlehm('~n, um (h'n Slmlt zu v.iM,..,en

oder seine Breite zu veriinderu. Hierhe.i ist, dafiir ,~es~)r,a't, (lal,l der Si,alt

stets wie(h'r .genau mlt/ (liesell)e Stelle k(,tuntt.. _~' ist ein Bleirin,.:,'. w,'lcher

dazu dient, die I)urchfiilmm~' (h,s Spa lit(tilts (lurch die Platte t ' ~hzu- dichfen. Er kam~ nach Wiedereinsetzen de.- Spalt.r~,hr.- ~,n ,,ben her

a.ngedriick~ wer(len. Hie, rdurch wird e, rreicht, dal,i da.~ (;ehieI ~1~.-hdheren

L~

C

A

Fig. 1.

H P

E Io

~ " : ~ ~ L ~ S~ C A

Fig,. "2.

N . . . . . . . . . -_g p

Gasdruck.~ im El~tladun~sra, um praktisch mlr ihm.h ih,ll ~pdlt hmdurch

mit dem ,~pektr,,~Valdw]Irmml k,mmmnizi,,rt. AI,~ K;~th,.h, lilr (h,ll al,~ LMlfquelh. diemmdv. Xi~,ih,rsl)amlm~.,qh,,~en l,,,l'mM sich ('Ix~i 2 mm ,d~er- Imlh d~;s ~l)alh,,~ i'im, ()x.wlk~ilh,)de. wMm'itd di~, \V;iml de~ Sl,altr.hrs als An,~de diente. .\ul" die,~e Wei,~, wurde di~., z,, ,mtvr,~m'he,.h' ~,'ah- hm~' wirk[ich umniifelhar vm' dmn ~imlt el'zmJ~'t. ~uI div ()l,'rseite der P]atte I ' i,q oiN Ideim,res (~lasr~dlr I f v,m 3ran IIurchm~,.~,~cr mil'~'eldltet. welch~,s ei,wn s,'iflicilen Allsa[z fiir die (}asziffuhr [ mM di~' eiu~'es~'l,m,d- zPnen :tr,,mzuflihrmL-.sih,iihte trii,g't. ()ben ist das Ibdu' H dur(dl ein

,931; ~. Hertz.

mittels elektrisch heizbarer Plaltsehliffe aufgekittetes Verschlut~stiiek K

versehlossen, so dal] es sieh leicht zweeks Erneuerung der Oxydka~hode oder tterausnehmen des Spaltrohrs 5ffnen l~l~t.

Unterhalb des eigentlichen Spaltes S 1 befimtet sich eta zweiter Spelt S~ yon 1 mm Breite. Der Raum zwischen den beiden Spalten ist .a'egen den Spektrographen vSllig abgesehlossen und dutch das llohr L 1 ntit ~,iner Diffusionspumpe verbunden. Voa dam eigentlichen Spek~ro- ~r~t)henraum ftihrt des welte Ilohr Z~ zu ether zweiten DiffusionspmN)e.

Beide Diffusionspumpen liefern des Gas an elne Queeksilberdaml~fstrahl- pmnpe, welehe es dureh ein ht fliissigen Stiekstoff getauehtes, mit Kohle

a'efiilltes Rohr hindureh wieder bel I in den Spektrographen zuriiekpumpt. I )ie Platte (Abmessungen 12 mm X 46 mm, gesehnitten aus Schummmplatteli

~,m I l i l g e r ) w i r d in einen kleinen Nessingrahmen eingesetzt, weleher mi: Hilfe eines mit zwei Seharnieren versehenen Stieles M dutch des dtu ch einen Sehliff zu versehiiel~ende Ansatzrohr N in den PlattenhMter 0

e ,/ef[ihrt wird. Dieser ist um eine Aehse drehbar, die mit dam Spelt S 1 zu,~ammenfgllt, l)ie Einsfellung erfolgt mit I-Iilfe einer aus dem Ansat.z- rohr herausragendea Sehraube P, der Drehungswinkel kann an ether mit Nonius versehenen Skale abg'elesen warden. Die Fader Q dlqiekt gleieh-

zeitiz die Plum, gegen den Rahmen, den Rahmen gegen den Platten- halter und dieseh ~egen (lie seinen Stand bestimmende Sehraube, so

dull die Late der Platte stets genau dieselbe ist. Der Druek im Ent- ladungsraum win'de so niedrig gew~ihlt, daft es gerade noah mgg'lich war,

h,q sehwach geheizter Gltihkathode einen Niederspannungsbozen e~was u,t,,rhalh der ionisierung'sspannang zn erhalten. Er hetrug in der Re~'el

1..ira Neon 4,5 ram, beim Helium 5,0 mm .Der Druek im Spektrog'raphen- rmml war etwa 30mal kleiner.

Sch(m (tie erstelt Aufnahmen ergaben N Neon zwei stark~, Linien. Zur Feststellung' itlrer \Vellenl~nge wurden Aufnahmen gcmacht, bei dem.n au~ diesq,[bc Platte naeheinmtder ,tie Neonlinien und (lie L yma.nseh~,

H~,liumlinie bet 58 t , t0 A.-E. aufg'enommen wurden. Fi~. 3 zei~t des I.h.g(,hnis eim'r solehen Aufnahme in etwa vierf~Leher Ver/r(il,~erung. I)ie Stromst~irke im Bogen war bet dieser Aufimhme heim Helimn 0,5 Amp., helm Nt,rm t1,2 Amp., die Spammng, deren genam'r Betrag infolge ties Spannung's- a.bfMls ant Gltihdraht und des Voltal)o%ntialuntersehieds zwisehen d~,r Oxy(h~ber~lgehe und der Anode nieht ange~eben warden ka.nn, win' il~ hei(h'n F~lleu ung'ef~hr/]eieh <t~r Ionisierun/sspmum,a'. Die Belichtua/s- zei~ bett~u/ fiir Neon und Ilellum je flint 3Iinutcn. llle Weltenliing'e der beidea Neonlinien, welehe, wie unten g'ezeigt wird, Ms die Resonmtzliuien

Die Resonanzlinien des Neons. 937

des Neons zu bezeiehnen sind, wurde zu 735,7 bzw. 743,5 A.-E. gemessen.

Die Gena.uigkei~ dleser vorlKufigen Messungen ist noeh nieht grol], es ist

mit der M5glichkeit eines Fehlers yon ! 0 , 5 / ~ . - E . zu reehnen. Der Wellenlgngennntersehied konn~e auf etwa 2 Prom. genau gemessen werden,

er ergab sich zu 7,81 A.-E., hieraus berechne~ sieh d e r Freqnenzunter- sehled zu 1428 ~ 3 c m - L

Naeh Anbringung einiger ~nderungen am Spektrographen beabsiehtige ich, eJne genanere Messung der Wellenl~nge durchzufiihren. Die bisherlge

Genauigkelt is~ jedoeh sch0n mehr a]s ausreiehend znr elndeutigen Ein- ordnung" der neuen Linien in das Seriensehema nnd znr Festlegung des Charakters des Grundterms. Die gefundene Frequenzdifferenz stimmt n~mlich innerhalb der ,Meflgenanigkeit mit der Differenz 1429,4 era-1 der Pasehensehen Terme ls~ nnd 1 s t iiberein, iedoch mit kelner anderen

in Fr~,ge kommenden Differenz yon zwei Termen. Die Lfifien sind also aufz~fassen als Kombinationen des Grundterms mlt den Tel:men 1 s~ und

1 s v Hieraus folgt, daft der Normalzustand des Neons eln 10-Zustand ist.

Fig. 3.

Auch die dem G-rundterm zuzuordnende innere Quantenzahl ergibt sich eindeutig dureh Vergleich mit den yon A. Land41) den Termen ~des

Neonspektrums zugeteilten inneren Quantenzahlen. Die beiden Terme 1 s 2 und 1 s 4 haben namllch nach Land~ die inhere Quantenzahl J ~ ]. Kombh~ationen des Grnndterms mit den Termen i sz und 1 s 5 wurden auch bei langer Belichtung mit starker Uberexposition der beiden starken Linien nicht gefunden. Der Grundterm kombiniert also nleht mi~ Termen

1 und J ~ 5 Unter Beriicksichtlgung der inneren Quantenzahl J ~--~ -~. der Auswahlregeln ffir die inneren Quantenzahlen ergibt sich hieraus fiir

1 (in der den Grundterm des Neonspektrums die inhere Quan~enzahl J ~

Sommer fe ldschen Zahlung j ~ 0). Fiir die Gr6i]e des Grundterms

1) A. Land~, ZS. f. Phys. 17, 292, 1923.

938 (~. Hertz,

ergibt sieh dot vorl~tufige Weft 173970 ! 1 0 0 e r a - l , der iedaeh dutch

genanere Wellenlgn~enm~ssungen noch genauer bestimmf werden mul3.

Wie F. P a s e h e n 1) gefunden hat, zerfallen die Terme des Neon-

spektrums in zwei Gruppen, ~'on denen die eine sieh ohne weiteres dutch eine R i t z s c h e Formel darstellen lii.gt, w~hrend dies bei der anderen

erst naeh ErhOhnn~ um einen konstanten Betrag yon 782 e m - I der Fail

ist. Wie G r o f r i a n ~) gezeigf hat, ist dies so au~zufassen, dag es fiir das

Neon zwei Zust~nde des positiven Ions ~'ibt deren Energienntersehied

dem L-Dublett des Neons entsprieht. Die beiden Ionisierungsspammngen

des Neons ergeben sich nun aua dem ~,efundenen Werte fiir den Grundf, erm

zn 21,47 bzw. 21,57 Volt in guter 1-1bereinstimmnng mit dem yon mir

naeh der Elektronensto$methode gemessenen Werte van 21,5 Volt.

Naeh den Messungen der Anregung'sspannnn~en erseheinf es ans-

gesehlossen, dog zwisehen dem Grnndterm und den 1 s-Termen noeh

weitere Terme liegen. Von den don Termen 1 s 2 und 1 s 4 entspreehenden Zusth.nden des Neonatoms ist also kein anderer ~Ibergang zum Normal-

zustand msglich, ~ls der mit der Emission tier beiden nenen Linien ver-

bnndene. Diese Linien sind daber die Resonanzlinien des unerregten

.Neonatoms. Die Terme 1 s s nnd 1 s 5 entspreehen dagegen metastabilen Zustitnden des NeoCmf~oms. In der Tat hat K. W. M e i s s n e r s) bei der

Untersuehung der Absorptio~ in .erregtem Neon fiir die zu diesen Termen

gehbrigen Linien starke Absorption gefunden und daraus den Se, hlufl ge-

zogen, dolt diese Terme langlebigen Znstgnden des Neonatoms entspreehen.

1)brigens ist der Charakter des Grundterms sowie die zugeh~rige innere

Quantenzahl bereits yon S. G o u d s m i t 4) und P. J o r d a n 5) au f 'Grund

von theoretisehen Uberlegungen unter Benutzung der Ergebnisse yon M e i s s n e r s Versuehen ric.htig vorausgesagt worden. DoS der Gnmd~erm

ein /)-Term ist, war experimen~ell bereits yon H. B. D o r g e l o ~) wahr-

seheinlieh gemaeht, der auf Vorsehlag yon G. H o i s t die Intensit~ts-

ver te ihng nnd die Liehtausbeut.e in der Neons~ule untersuehte nnd zu der Folgerung kam, dog i3berg~.nge von ~0-Znstgnden zum Normalznstand

nieht vorkommen. Z~lr Au~findung weiterer kurzwelliger Linien des Neonsl~ektrums

wurden Aufnahmen mlt niedrigerem Gasdruek und einige Volt htiherer

1) F. Pasehen, 1. e. ~) W. Grot r ian , ZS. f. Phys. 8, 116, 1921. s) K. W. Meissner, Ann. d. Phys. 76, 124, 1925. 4) S. Goudsmit, Physiea .~, 70, 1925; ZS. f. Phys. 112, 111, 1925. a) p. gordan~ ZS. f. Phys. 81, 877, 1925. ~) H. B. Dorgelo, Physica g. 90, 1925.

Die Resonanzlinien des l~eons. 939

Spannung gemacht. Es wurde jedoch bisher nur eine weitere Linie mlt

Sicherheit gefunden, die ihrer Wellenl~nge (619,2 A.-E.) nach wahrschein- lich als die Kombination des Grundterms mit dem Term 3 d 5 anzusehen ist. Es zeigte sic.h jedoch, dal] die Platte bei langeren Belichtungszeiten so stark schleierte, dat] die Auffindung schwacher Linien unm~glich wurde.

Dies ist auf die s~arke Streuung des Liehtes der Resonaazlinien zuriick-

zuf~ihren. Um sie zu vermeiden, soll in den Spektrographen anschliel3end an den Spalt ein Rohr elngebaut werden, Lanerhalb dessert die Strahlen das erste Stiick ihres Weges dutch alas Gas durchlaufen.

Auffallend ist, da$ auf allen Aufnahmen die kurzwelligere der beiden Linien gegeniiber der anderen etwas verbreitert erscheint. Ob es sieh

bier wirklich um eine Verbreiterung handelt, wird dutch Aufnahmen in hSherer Ordnung festzustellen seln. Bei der benutzten Anordnung der als Lichtquelle dienenden Entladung unmi~telbar hinter dem Spalt mul] ml ~, der MSglichkeit gerechnet werden, dal] infolge yon Diffusion yon

Elektronen oder angeregten Atomen durch den Spalt die Lichtemission nich~ streng auf das Gebiet hinter dem Spalt beschrankt ist. Hierdurch kSnnte natiirlieh elne Verbreiterung der Linien vorget~useht werden, wenn

auch vorl~ufig noch nlcht zu erklaren ware, warum nut die eine Linie verbreitert erscheint.

E i n d h o v e n (Holland), l~hys. Labor. d. Philips Gliihlampenfabr. A.-G.