Versuche mit künstlich erzeugten Positronen

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(Aus dem Forschungsinstitut der AEG.)

Versuche mit ki inst l ich erzeugten Pos i tronen.

Von E. Rupp in ]3erlin-Reinickendoff.

Mit 25 Abbildungen. (Eingegangen am 19. Oktober 1934.)

A. Erzeugung der Positronen. Vorversuche. Die l:YotonenstraMrShre. Nachweis der Positronen mit der Nebelkammer. Abh~ngigkeit der Positronenmenge yon den Versuchsbedingungen. Geschwindigkeitsverteilung. B. E~genscha#en der Posgtronen. e/m der Positronen verglichen mit Elektronen. Ladungsbestimmung an Positronen. Vergebliche Versuche zur Beugung der Positronen. Absorption. Geschwindigkeitsverluste. Erregung einer RSntgenstrahlung. Sekund~r- strahlnng dutch Positronen. Kiinstliche Radioaktivitiit. Vergebliehe Versuche

zur Elementumwandlung mit Positronen.

Bei seinen Versuchen zur Aufkl~rung der HShenstrahlung entdeckte C. A n d e r s o n 1) ein positiv geladenes Teilchen, das sich in vieler ttinsicht wie ein Elektron verhielt. ]]r nannte das Teilchen Positron. Die Ergebnisse yon A n d e r s o n warden yon B l a c k e t t and 0 e c h i a l i n i u) dutch eindrucks- volle Aufnahmen yon Positronenspuren best/~tigt. Bald fand man auch, dab harte y-Strahlen Positronen aus der Materie auszulSsen vermSgen. Zum Naehweis diente in all diesen F/illen die Wilsonsche Nebelkammer.

Die vorliegenden Untersuchungen, die im Sp~tjahr vorigen Jahres be- gonnen wurdena), besehi~ftigen sich mit der Entstehung und den Eigen- sehaften yon Positronen, wobei die Positronen mit laboratoriumsm~Bigen Mittetn erzeugt werden. Inzwischen haben aueh andere Forseher, so besonders J. Thibauda) , ~hnliche Versuehe mitgeteilt. ]]are Ergebnisse stimmen in vieter Hinsieht mit unseren iiberein, obwohl versehiedenartige Methoden Anwendung fanden. Einzelheiten hieriiber werden in den entsprechenden Abschnitten dieser Arbeit behandelt.

Unsere Versuche zerfallen in zwei Gruppen: A. Die Erzeugung der Positronen mit kiinstliehen I-Iilfsmitteln, und B. die Untersuchung der Eigen- sehaften der Positronen, wie elm, Absorption, Gesehwindigkeitsverluste, AuslSsung von RSntgenstrahlen.

1) C. D. Anderson, Science 76, 238, 1932. -- 3) p. M. B lacke t t u. G. Oc- chial ini , Proc. Roy. Soe. London (A) 139, 699, 1933. -- a) Teflergebnisse warden am 12. Februar 1934 in GSttingen und am 15. Juni 1934 in Berlin vor- getragen. -- 4) j. Thibaud, Ph:cs. Rev. 45, 781, 1934.

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A. Erzeugung der Positronen.

1. Vorversuche. Die Verfahren, mit laboratoriumsm~l]igen ttilfsmitteln Positronen zu erzeugen, sclfliel3en sich an bereits bekannte tterstellungs- verfahren an.

Zun~chst wurden Versuche unternommen, die harte ~-Strahlung des Be zur FositronenauslSsung zu benutzen. Protonenstrahlen yon etwa 300 kV wurden auf eine diinne Li=Schicbt aufgeschossen, die sieh im Innem eines halbkugelfSrmigen Fensters aus Be befand. In Li 15sen die Protonen ~-Strahlen aus und diese ~-Strahlen wiederum erzeugen in Be harte ~,-Strahlen (und Neutronen). Die y-Strahlen sehliel~lich trafen in einer Nebelkammer auf eine Cu- oder ~'b-Scbeibe auI. ttierbei werden Elektronen und Positronen erzeugt. Die Teilchen werden durch ein Magnetfeld in entgegengesetztem Drehsinn abgelenkt. Auf den Nebelspuraufnahmen wurden Trfimmerspuren yon ~Neutronen und Elektronenspuren erh~lten, in einigen F~llen aueh Positronenspuren. Doch schien das Verfabren nieht aussichtsreich und wurde bald verlassen.

2. Die ProtonenstrahlrShre. Das zweite Veffahren stiitzt sich auf die Entdeckung yon J o l i o t und Curie , dal~ g-Strahlen aus A1 Positronen auslSsen. Dieses Verfahren hat sich als brauehbar erwiesen in folgender Ausfiihrungsform:

Schnelle t?rotonen werden auf Li aufgeschossen. Hier erregen sie 0r Strahlen und diese ~r Strahlen erzeugen in A1 Positronen (und It- Strahlen).

Die erste Aufgabe war, eine KanalstrahlrShre fiir hohe Stromsti~rken und ffir hohe Spannungen herzustellen (Fig. 1). Die Kanalstrahlen werden

Fig. 1. Ers te VersuchsrShre. R1 Kanals t rahl rShre . R 2 BeschleunigangsrShre . M Abbildende Magnetspule. ~ Ncbelkammer.

An Stelle der Nebelkammer werdeu in den anderen Untersuchungen Vakuum- gefal~e angeschlossen.

dureh eine Gasentladung in Wasserstoff in der EntladungsrShre R 1 (aus Porzellan oder Hartglas) erzeugt. Die Spannung a n R 1 betragt 20 bis 40 kV zwischen der Hohlanode K aus Ni und A 1. R 1 kann durch eine

Versuche mit kfinstlich erzeugten Positronen. 487

hochspannungsisolierte Pumpe evakuiert werden. Ebenso ist das Vorrats-

gef~13 ffir Wasserstoff hoehspannungsisoliert. Durch einen Kanal, der sieh in dem 51gekiihlten MetallkSrper A 1 befindet, treten die Protonen in den Beschleunigtmgsraum R~ (aus Glas) ein. Dieser Raum wird auf Hoch- vakuum gehalten. Die Hochspannung yon 200 bis 500 kV liegt an den Elektroden E 1 und E 2, die auf etwa 8 mm einander gegen~iberstehen. E 2 und damit der MetallkSrper A s sind geerdet. A s ist wassergek~ihlt. Der Protonenstrom zwisehen E 1 und Ee betr/igt 0,5 bis 3 mA. M ist eine abbildende Magnetspule, die in den sps u verwendet wird. N ist die Nebelkammer. Sie ist i~ber ein biegsames Metallrohr ~fit der ProtonenstrahlrShre verbunden. An Stelle der Nebelkammer werden in sp/~teren u Vakuumgefi~l~e an A 2 angeschlossen.

Als trennende Wand zwisehen R~ und N befinde~ sieh in A s ein halb- kugelfSrmiges A1-Fenster yon 4 mm Durehmesser. Aui die Innenseite des Fensters wird im Vakuum eine d~nne Li-Schicht aufgedampft. Auf diese Schicht treffen die Protonen in einem breiten Biindel auf, wie in Fig. 5 schematiseh dargestellt ist. Die Aul]enseite des A1-Fensters wird dutch ein Cu-Netz gest~tzt, das gleiehzeitig die W/~rmeabfuhr yore A1-Fenster er- leichtert. Zur besseren KiLhlong sind ferner die fiberstehenden l~nder des A1-Fensters zwisehen massive Cu-Backen eingeklemmt, die wassergekiihlt sind. Trotzdem wurde das A1-Fenster sehr h/~ufig dutch den Protonenstrahl zerstSrt. Ist an die ProtonenstrahlrShre ein Untersuehungsgef/~]] mit Atmosph/~rendruek angeschlossen, wie die Nebelkammer, so wirer die Dicke des A1-Fensters zu 0,05 mm gewahlt. Wird ein evakuiertes Untersuehungs- gef~l~ verwendet, so kann eine viel diinnere Fensterfolie benutzt werden, die in manchen F/~llen nieht einmal loehfrei zu sein braueht.

Die halbkugelige Form des Al-Fensters gew~hrleistet gegenfiber einem ebenen Fenster eine bessere Ausnutzung der yon clef Li-Sehich~ naeh allen Seiten wegfliegenden ~-Teilehen.

3. Nachweis der Positronen m~t der Nebelkammer. Naeh verschiedenen Vorversuehen wurde eine Nebelkammer entwickelt, die der yon Me i tne r unct P h i l i p p benutzten /~hnlieh ist. Der Kammerdurehmesser ist 8 cm, die Tiefe 4 era. Die Kammer ist mit Luft gefiillt, sie wird dutch eine Spiegel- glasplatte luftdicht abgedeckt, wie in Fig. 1 zu sehen ist. Das Expansions- verh/~ltnis ist etwa 1,3. Zur Beleuchtung der Kammer dienen drei Kino- aufnahmelampen. Da keine Stereokamera zur Verfi~gung stand, werden die Nebelspuren in einera photographischen Apparat [: 3,5 aufgenommen. Die wahre Kri~mmung der Nebelspuren und ebenso ":hre wahre L/~nge kann nut dann richtig gefunden werden, wenn die ]3ahnen in der zur Spiegelglas-

488 E, Rupp,

platte parallelen Bildebene liegen. Die Belichtungszeit ist 1/50 Sekunde. Zur Trennung der Elektronen yon den Positronen ist fiber und unter tier

Fig. 2. Fig. 3.

Fig. 2 bis 4. Nebelspuraufnahmen der Posi t ronen aus A1,

Fig. 2. H-St rahlen und Posi t ronen. P r ima te Pro tonen 400 kV.

Fig. 3. H-Strah]en und Posi t ronen. Prim~tre Pro tonen 500 kV.

Fig. 4. Nut Posi t ronen. Glimmer- folie 0,2 ram. 500 kV.

Ferner auf allen Aufnahmen Elektronenspuren.

F ig . 4.

Kammer eine Magnetspule angebracht. Das Magnetfeld verl~uft senkreeht zur Bildebene der Fig. 2 bis 4. In der Kammermitte ist es 400 Gaul3 und nimmt naeh aui~en etwas ab.

Die Nebelspuraufnahmen haben einen doppelten Zweck. Sie sollen a) eine erste Auskunft geben fiber die relative Positronenzahl unter versehiedenen Versuchsbedingungen, und b) aus den Bahnkrfimmungen soll das Gesehwindigkeitsspektrum der Positronen qualitativ ermittelt werden.

Versuche mit kfinstlich erzeugten Positronen. 489

In den Fig. 2 bis 4 sind drei Nebelspuraufnahmen wiedergegeben. Die

Strahlquelle, das A1-Fenster, befindet sich etwa 5 mm unterhalb der Mitre des unteren Bildrandes. Von dort gehen aus 1. H-Strahlen, kenntlich an den kraftigen geraden Bahnspuren, 2. Positronen, deren Bahnen entgegen- gesetzt dem Uhrzeigersinn gekriimmt sind, 8. Elektronen, die im Uhrzeiger- sinn gekriimmt sindl).

Die Fig. 2 ist mit einem Protonenstrom yon 0,5 mA bei 400 kV ge- wonnen worden. Man erkennt deutlich zwei H-Strahlen, yon denen der mittlere in der Kammer endet, w~hrend der linke bis zum Kammerrand fliegt. ~indestens neun Spuren gehSren Positronen an, w~hrend drei Elektronenspuren yon der Strahlquelle aus nach dem rechten Bildrand laufen.

Mit einem Protonenstrom yon 3mA und 500kV war4e die Fig. 3 erhalten. Man sieht sehr viele tt-Strahlen, deren Bahnen fast alle in der Kammer enden. Ebenso ist die Zahl der Positronen sehr groin. Bemerkens- wert sind einige Elektronenbahnen, die viel starker gekriimmt sin4 als die Positronenbahnen, so die nahe kreisfSrmige Bahn links im Bild. Dutch eine Glimraerfolie yon 0,2 mm Dicke lassen sich die H-Strahlen nahezu restlos absorbieren. Eine solche Aufnahme zeigt Fig. 4. Der Protonenstrom ist 3 mA, die Spannung 500 kV. Auf dem Ori~nal kann man etwa 50 Posi- tronenspuren tmd 8 Elektronenspuren z~hlen.

4. Abhiingigkeit der Positronenmenge yon den Versuchsbedingungen.

a) Die aus dem AI-Fenster austretende Positronenmenge nimmt stark zu mit der Spannung des Protonenstrahls (bei gleicher Stromsti~rke). Bei 200 kV werden nut einzelne Positronen gefunden, wi~hrend bei 500 kV sich bis zu 80 Positronenspuren auf einer Aufnahme feststellen lasseu. Bei gleicher Spannung ist die Positronenmenge dem Protonenstrom proportional.

Die Menge der tI-Strahlen ist yon gleicher GrS.Benordnung wie die Positronenmenge. Da aber nut etwa 30 Nebelspuraufnahmen mit I-1-Strahlen und Positronen gemacht wurden, dazu noch bei verschiedenen Versuchs- bedingungen des Protonenstrahls, kann das Verh~ltnis beider Strahlenarten zueinander nicht genauer angegeben werden~).

Die Elektronenmenge dflrfte um eine GrSl~enordnung geringer sein als die Positronenmenge, wobei der Anteil an stark gekrtimmten Bahnen recht erheblich ist.

1) Auf zwei Aufnahmen wttrde je eine Trtimmerspur yon Neutronen ge- f u n d e n . - 2)L. Meitner (Naturwisser~sch. 22, 388, 1934) gibt 300 bis 400 I4-Teilchen auf 100 Positronen an.

Zeitsehrif t fiir Physik . Bd. 92. 3 3

490 E. Rupp,

b) Es wurden noeh einige qualitative Versuche gemacht mit anderen Metallen an Stelle A1 unter sonst gleiehen Bedingungen. Wird ein Mg-Fenster verwendet, so nimmt die Positronenmenge stark ab gegentiber Al. Die Elektronenmenge hingegen ist deutlich grSl~er als die Positronenmenge. Mit einem Be-Fenster wurden nur einzelne Positronen beobaehtet, die mSglicherweise von A1-Verunreinigungen herriihren. An Fenstern aus Cu, Ag und Au konnten keine Positronen gefunden werden, auch nicht bei 500 kV und 8 mA Protonenstrom. Die Aufnahmen zeigen aber Elektronen- spuren, besonders solche mit starker Kriimmung.

e) Schliel~lich wurde noch die Li-Sehicht gegen eine B-Schieht aus- gewechselt, dadureh, da~ Borax auf das A1-Fenster niedergeschlagen wurde. Die Protonenstratflen erzeugen jetzt ~-Strahlen des Bors, und diese 15sen in A1 wieder Positronen aus. 0bwoht bei 500 kV die Anzahl der ~-Teilehen aus B grSl~er ist als aus Lil), betrug die Positronenmenge nur etwa ein Zehntel. Nun ist die Reichweite der :r aus B wesentlieh geringer (bis zu 3,5 era) als die der Li-~-Strahlung (8,5 era). Die Positronenausbeute aus A1 nimmt also sehr stark mit der l~eichweite der auslSsenden ~r zu2). So sehien die Kombination Li-A1 die gi~lstigste Positronenquelle zu sein.

d) Im Laufe der weiteren Untersuchang, als bereits nieht mehr mit tier Nebelkammer gearbeitet wurde, machten wir die Beobachtung, dal~ A1-Folien, die im Stickstoffstrom erhitzt worden waren und sieh dabei mit einer dimnen Schicht A1-Nitrid i~berzogen hatten, noeh wesentlieh mehr Positronen aussandten als reines A13). Die Positronenausbeute an Stick- stoff seheint demnach grSl~er zu sein als an A1 unter sonst gleiehen Be- dingungen. Die mit Nitrid iiberzogenen A1-Folien sind jedoeh nicht mehr vakuumdicht. Man kann sie nur dann verwenden, wenn das Untersuchungs- gef~B ebenfalls hoch evakuiert ist. Wit haben diese Sehichten in den spiiter zu besehreibenden Versuehen sehr viel benutzt. Auf Grund der spiiteren Messungen mit dem Z~hlrohr and der Ionisationskammer schiitzen wir die Ausbeute an Positronen zu den auftreffenden Protonen auf 1 : 101~ bis 1014.

5. Geschwindigkeitsverteilung der Positronen. Da keine Stereokammer zur Verfiigung stand, kSnnen aus den Bahnkrtimmungen der Positronen im Magnetfeld nur qualitative Schliisse auf die Gesehwindigkeitsverteilung gezogen werden. Infolge der Projekti0n der Bahnen in die Bildebene werden die etwaigen Maxima der Geschwindigkeitsverteilung verflacht. In der

1) M. Ol iphant u. Lord Ruther ford , Proc. Roy. Soc. London (A) 141, 259, 1933. -- ~)Dasselbe Ergebnis finden auch C. D. Ellis u. M. J. Henderson , Nature 133, 530, 1934. -- 3) Auch reines A1 enth~lt stets Sticlcstoff eingelagert, der bei der starken Erhitzung des A1 dureh den Protonenstrabl austritt.

Versuche mit kiinstlich erzeugten Positronen. 491

Tabelle 1 sind die Positronenzahlen N eingetragen, die in dem angegebenen GesctT~vindigkeitsbereich durch einfache husmessung der Nebelkammer- auinahmen gefunden wurden. Die erhaltenen Werte zeigen ein Maximum der Positronengeschwindigkeiten zwischen 800 und 1000 kV.

Tabelle 1. Re la t ive Geschwind igke i t sve r t e i lung der Pos i t ronen aus A1 0,05 ram.

kV 100--300 300--500 500--700 200--900 900--1100

N 16 2 8 32 41 38

kV

N

1100--1300

29

1300--1500

26

1500--1700

28

1700--1900

16

1900--2100

13

Mit der weiter unten in Abschnitt 6 beschriebenen magnetischen Abbildungsmethode, 4ie yon den Fehtern der hier benu~zten frei ist, wurde dann tier Verlauf 4er Positronenenergieverteilungskurve an einem A1- Fenster yon 0,01 mm Dicke genauer festgelegt. Es ergab sich ein deutliches Maximum bei 800 ku un4 ein schwaches, undeutliches bei 1400 kV. Die ttSchstgrenze der Positronenenergie wird bei etwa 9.500 kV erreieht. Die Lage des Hauptmaximums f~llt zusammen mit dem yon L. iMeitner (1. c.) gefundenen, obgleich die Positronen in unseren Versuchen durch ~-Strahlen yon 8,5 cm I~eichweite, in denen yon Mei tne r durch ~-Strahlen yon 4 cm erzeugt wur4en. Die Energieverteilung der Positronen aus A1 ist demnaeh weitgehend unabh~ngig yon der Energie 4er auslSsenden ~-Strahlen.

Untersucht man die Oeschwindigkeitsverteilung dot an der A1-A1N- Schicht ausgelSsten :Positronen, so finder man eine deutliche Zunahme des langsameren Anteils zwischen 200 and 600 kV. Das tti~ufigkeitsmaximum der ~2ositronen aus Stickstoff scheint danach bei etwa 500 kV zu liegen.

Das Geschwindigkeitsspektrum der bei den u auftretenden Elektronen ist kontinuierlich. ]hre Menge sinkt zuerst rasch un4 dann langsamer mit wachsender Geschwindigkeit. Elektronen unter 100 kV sind sehr za~lreich vertreten.

Es ist kaum anzunehmen, dal~ diese Elektronen unmittelbar durch die Li ~-Strahlen aus A1- bzw. aus Stickstoffkernen ausgelSst werden. Wahr- scheinlich sin4 sie sekund~ren Ursprungs, seien es Sekund~rstrahlen durch r162 und ~)rotonenstrahlen, seien es lichtelektrische und Compton-Elektronen durch RSntgen- und ~-Strahlen, die ihrerseits bei den dutch den primi~ren Protonenstrahl ausgelSsten Kernprozessen entstehen.

492 E. Rupp,

B. Eigenschaflen der Positronen.

Die bisher beschriebenen Versuche wurden in erster Linie zu dem Zweck unternommen, eine reiche Quelle fOr Positronen zu finden. Naehdem dieses Ziel dutch die Kombination Li-A1- bzw. Li-A1N-Schieht vorl~Lffig erreieht war, konnte dazu iibergegangen werden, die Eigensehaften der Positronen und ihre Wechselwirkung mit Materie eingehend zu studieren.

6. Das Verhiiltnis yon Ladung zur Masse der Positronen. Eine e/m-Be- stimmung flit Positronen ist bereits yon Thibaud (1. e.) nach ether anderen Methode, nach der Zykloidenmethode, mitgeteilt worden. Er finder als Ergebnis einer Relativbestimmung, dab ,,das VerhMtnis Ladung zur Masse flit 1)ositronen nicht mehr als 15~/o yon dem for Elektronen abweiehen k a I l n . ' '

Um eine relative e/m-Bestimmung fiir Positronen gegentiber Elektronen durchzuffihren, haben wit eine andere Methode benutzt, die durch die Versuchsanordnung der Fig. 5 dargestellt wird. An Stelle der Nebel- kammer wird an A S (Fig. 1) eine GlasrShre angekittet, die auf I-Ioch- vakuum evakuiert wir4. Die yon dem AI-Fenster naeh allen Seiten wegfliegenden Positronen und Elektronen werden durch die abbildende Magnet-

~ ~ p spule M fokussiert. So & d A l _ f 4 ~ fliegen Positronen eines

.~._~ _ . . . . . . bestimmten Gesehwindig- - - - Z i ~ . . . . keitsbereiches dutch die

~ Blende B trod werden auf der pho~ographischen

Fig. 5. Versuchsriihre zur e/m-Bestimmung und Trennung der Positronen von den Elektronen (nicht mal~st~blich, die Platte P abgebildet.

Dicke zu grotl gegeniiber der Litnge). Positronen aul]erhalb

dieses Geschwindigkeitsbereiches mit grSl~erer oder kleinerer Energie werden dutch die Blende weitgehend abgefangen. Dasselbe gilt flit die Elektronen, wobei zuni~chst noch nich~ gesagt ist, ob die Geschwindigkeits- bereiche flit Positronen und Elektronen dieselben sind.

Nun wird an die Elektroden des Kondensators E eine elektrische Spannung angelegt. Die Positronen werden dadureh naeh einer Sei~e abgelenkt, die Elektronen nach der anderen. Der urspriingliehe Fleck auf der photographisehen Platte spaltet also in zwei Fleeke auf. Da das Magnet- feld und das elektrisehe Feld zueinander senkreeht stehen, ist die Ablenkung der Fleeke ein unmittelbares iVIag fiir e/m un4 fiir die Strahlgesehwindigkeit. Bei gleieher Ablenkung for Positronen wie far Elektronen hat e/m denselben Wert un4 die Geschwindigkeitsbereiehe sin4 for bei4e Teilehen dieselben.


Bei der technischen Ausfiihrung des Versuehes wurde eine GlasrShre

yon 20 cm Li~nge und 4 cm Durchmesser an A 2 angeschlossen. Die Magnet- spule M i s t nach Ar~ der in der Elektronenoptik iiblichen gebaut. Sie besitzt einen engen Luftspalt und is~ ftir grSi~ere Stromstarken geeignet. Die Entfernung A1-Fenster--Magnetspule ist etwa 10 cm, von dort lois zur photographischen Platte sind es 8 cm. Die Blende B ist ein rundes Loch yon 8 mm Durchmesser in einer Glimmerscheibe, die an die Elektroden E angekittet ist.

Die Belichtungszeiten der Aufnahmen betrugen 1 bis 3 Stunden. _&Is photographische Filme wurden hier und bei allen spi~teren Aufnahmen :gSntgenzahnfilme verwendet. Drei Beispiele der mit der Versuchsanordnung erhaltenen Aufnahmen zeigen die Fig. 6 bis 8.

0hne elektrisches Feld, nut mit magnetischem Feld erscheint auf dem Film ein gleiehm~3iger Sehw~irzungsfleek yon Positronen und :Elektronen (Fig. 6) Wird zuerst ohne elektrisches Feld belichtet nnd wird dann eine

Fig. 6. Fig. 7. Fig. 8.

Fig. 6 bis 8. Aufnahmen zur elm-Bestimmung mit Posl t ronen (800 kV), (nat. Gr01~e).

Fig. 6. Urspri ingl icher Fleck yon Posi t ronen und Elektronen. Fig. 7. Urspri ingl ieher Fleck 0, abgelenkter Fleck un ten Posi t ronen, abgelenkter Fleck oben

Elektronen. Ablenkende Spannung 6000 V. Fig. 8. Abgelenkte Pos i t ronen and Elektronen. Spannung an E 4500 u

Spannung yon 6000 Volt an den Kondensator angelegt, so erh~lt man die Fig. 7. Der urspriingliche Fleck hat sich in zwei Flec]te aufgespaltet. Der schwache obere Fleck auf dem Bild riihrt yon Elektronen her, der st~rkere untere Fleck yon Po~itronenl). Eine erste Betrachtung lehrt, dab die Ab- lenkung f ~ Positronen nahe dieselbe ist wie fiir Elektronen. Die Photo- metrierkurve einer solchen Aufnahme zeigt die Fig. 9.

Polen wit die Sparmung an E urn, so werden die Ablenkungen ver- tauscht und wit erhalten jetzt Bilder, die oben den starken Positronenfleck und unten den scbw~icheren :Elektronenfleck tragen.

1) St~irke und Ausdehnung des urspriinglichen Fleclcs gegentiber den abgelenkten h~ingt natiirlich yore Verh~iltnis der beiden Belichtungszeiten und yon den Schwankungen des primiiren Protoner~stromes ab.

494 E. Rupp,

Machen wir Aufnahmen mit yon vornherein angeschaltetem elektrisehen und magnetischen Feld, so erhalten wir natiirlieh nur zwei Fleeke, so oben auf der Fig. 8 wieder die Elektronen und unten die Positronen. Bei

der Aufnahme der Fig. 8 war die Spannung an E 4500 Volt. Dement-

sprechend sind die Absti~nde der abgelenkten Fleeke kleiner als in Fig 7. ~i, hnliche Aufnahmen mit Spannungen von 4000 bis 6500 Volt bei kon-

stantem magnetisehen Feld M ergaben, dal3 die Abst~nde der Flecke in erster Ann~herung proportional der Spannung an E sin&

Aus der Abstands~nderung der Fleeke bei zwei verschiedenen Span- nungen kann die Gesehwindigkeit der Positronen (bzw. Elektronen) be-

reehnet werden. So gehSren die in den Fig. 6 bis 8 photographierten Posi- tronen (Elektronen) einem Geschwindigkeitsbereieh um 800 =[= 50 kV an.

Die Ausmessungen der Aufnahmen nach Art der Fig. 7 zu einer genauen e/m-Bestimmung sind in den Tabelien 2a un4 b zusammengestellt.

~'§ 0 ~ -

Fig. 9. Photometr ie rkurve einer Aufnahme nach Art der Fig. 7. L inks Posi t ronen,

Hierin bedeuten: N die Nummer der

Aufnahme, a 1 Abstand yon 4er Mitre

des ursprtingliehen Flecks bis zur Mitte des Positronenfleck~. a 2 Ab-

stand v o n d e r Mitre des urspriing-

lichen Flecks bis Mitre Elektronen- fleck, a 1 und a~. beziehen sieh also auf die mittlere Gesehwindigkeit der

Teilchen. b I und b~ sind die entsprechenden Abst~nde yon der Mitte des urspriinglichen Flecks bis

zum Innenrand der abgelenkten Flecke. Thnen entsprechen die HSehst- geschwindigkeiten tier Teilehen.

Das Verhaltnis yon al/% bz~. bl/b 2 ist proportional zu (e/m)~,/(e/m)e. (e/m)~, gilt ffir Positronen, (e/m)e fiir Elektronen. Setzen wir (e/m)e ---- 1,00,

so erhalten ~ir ffir (e/m)~ aus Tabelle 2a und aus al/a 2 den Weft 0,95, aus

bl/b 2 0,95, aus Tabelle 2b und aus alia 2 den Wert 0,96, aus bl/b s 0,94. Der )Jittelwert aus allen Messungen ist

(e/m)~ = 0,95 (elm),

giiltig fiir Positronen yon 800 kV. Der gesamte Fehler dieser h,lessungen

~ird auf :[: 5 ~/o geschiitzt. Findet man ftir Positronen einen so wenig abweichenden Wert gegen-

fiber Elektronen, so wird man zu der Annahme neigen, dal~ elm ffir Posi- tronen und Elektronen tats~chlich dasselbe ist, und dal~ die verbliebene hbweichung z. B. einmal in geometrischen Fehlern der Versucbsanordnung


begriindet ist, zum andern aueh auf einer Verschiedenheit der ausgeblendeten

Bereiche in der Geschwindigkeitsverteilung beruht.

Tabelle 2a. A b l e n k u n g der P o s i t r o n e n und E l e k t r o n e n in mm. Geschwindigkeitsbereich urn 800 kV. Spannung an E 6000 Volt. Elektronen

nach oben ahgelenkt (Fig. 7).

N 8 10 11 14 15

(/1 a2 bl b2

4,5 4,8 3,8 4,1

A u f n a h m e n wie oben, j

4,6 4,8 3,9 4,1

4,4 4,7 3,8 4,0

4,5 4,S 3,9 4,1

Tabelle 2 b.

4,6 4,8 3,9 4,0

edoch E l e k t r o n e n nach un t en abge lenk t .

N If 16 is 19 20 21

al 4,6 4,6 4,5 4,7 4,7 a.~ 4,7 4,8 4,7 4,9 4,8 bl 3,7 3,8 3,8 3,7 3,9 b~ 4,0 4,1 4,1 4,0 4,0

Die wichtigste geometrische Bedingm~g der Versuchsanordnung ist folgende: Zieht man eine Gerade v o n d e r Mitte des A1-Fensters dureh die

Mitre tier Blende B, so mul~ diese Gerade mit der Achse des Magnetfeldes und mit der Mittellinie des Kondensators E zusammenfallen. Die Fehler,

die dutch Abweichungen yon dieser Bedingung entstehen, kSnnen jedoch

eliminiert werden durch Umpolen der Spannung an E. Bei unseren Vet-

suehen wird auch bei vertauschter Polung (Tabelle 2b) derselbe Weft gefunden. Merk-

liche Fehler geometrischen Ursprungs liegen

demnach nicht vor. Die Geschwindigkeitsverteilung im abge-

lenkten Fleck kSnnte flit Positronen und flit Elektronen etwas verschieden sein, was sich darin

zeigt, dab die Schw~rztmgsmaxima unsymmetrisch sind. Auf diese Weise kSnnten verschieden grol~e

Ablenkungen vorget~uscht werden. Nun weist die Photometerkurve der Fig. 9 in der Tat eine gewisse Unsymmetrie fiir die

Elektronen auf. Es ist mSglich, dal~ der gefundene kleinere e/m-Wert f~ Positronen damit zusammenhi~ngt.

Unsere Methode hat zur Voraussetzung, dal~ die Massenzunahme des Positrons mit der Strahlgeschwindigkeit nach demselben Gesetz erfolgt

wie fiir das Elektron.

Fig. 10. BeschielSung eines Ag-Fensters an Stclle des A1-Fensters: Unterer Fleck fehlt: Keine Positronen, nur

Elektronen.

496 E. Rupp,

Die e/m-Bestimmung fiir Positronen finder eine Erg~nzung durch folgenden Versuch: Friiher war festgestellt worden, dal~ keine Positronen, sondern nut Elektronen ausgel6st werden, wenn man die A1-Folie dutch eine Ag-l~olie ersetzt. Demnach ist nut ein Ablenkungsfleck, eben nut der Elektronenfleck, zu erwarten, wenn man die bier beschriebenen Versuche mit Ag ausfiihrt. In der Tat erh~ilt man nut einen Ablenkmlgsfleck nach der Seite der Elektronen, wie die Fig. 10 zeigt.

7. Ladungsbestimmung an Positronen. Durch die Nebelspuraufnahmen und durch die e/m-Bestimmung ist kein Zweifel an dem positiven Vorzeichen der Posi~ronenladung mehr m6glich. Trotzdem haben wir eine Reihe rech~ schwieriger Versuche unternommen, um nachzuweisen, dal~ Positronen einen Faraday-K/ifig positiv aufladen. Es kann sich dabei natiirlich nur urn eine relative 5~engenmessung handelnl). So ist nicht bekannt, ob die sehr zahl- reichen Positronen, die l~Sntgenstrahlen im Material des Kiifigs ausl6sen, einen Beitrag zur Aufladung geben. Ebenso ist die sekund~ire Elektronen- strahlung der 1)ositronen zahlenm/~i~ig unbekannt (siehe hieriiber Ab- schnitt 12).

Zur Ladungsbestimmung wird der rechte Tell des VersuchsgefiBes (Fig. 5) in der Weise umge/indert, wie es die Fig. 11 zeigt. Die Blende B wird weggenommen. An Stelle der photographischen 1)la~e wird am Ort des abgelenkten Fleckes eine Blende b angebracht. Bei angeschaltetem magnetischen und elek~rischen Feld fiiegen die Positronen dutch diese B]ende und dutch das Netz N in den Auff/ingerk/~fig K. Je nach der Stiirke sowohl des magnetischen wie des elektrischen Feldes kann man verschiedene Strahlgeschwindigkeiten durch b aussondern. Will man Vergleichsmessungen zwischen 1)ositronen und Elektronen ausffihren, so braucht man nut das elektrisehe Feld an E umzupolen und man erh/~l~ s~at~ Bositronen Elektronen des gleichen Geschwindigkeitsbereiches.

Bei der technischen Ausfiihrung hatte die Blende b einen Durchmesser yon 3 mm in einer Messingwand yon 2 mm St/irke. Der Ki~fig besteht aus einem hinten geschlossenen l~ohr yon 4 mm Innendurchmesser und 1 mm Wandstiirke. Er war in einem Teil der Versuche aus A1, im anderen Teil aus Au. Die L/tnge des K~figs betrug einmal 12 ram, das andere ~a l 50 ram. Die Wand der Blende b, das l~e~z N und das l~Ietallgef/~B G sind geerde~. G i s t hoch evakuierL

l) Eine Absolutmessung l~iB~ sich am bes~en mit einem Geiger-Mtiller- Z~hlrohr durchffihren. Will man Positronenmengen mit Elektronenmenge n ver- gleichen, so muI] noch die etwas verschiedene Absorption der Teilchen ira Z~ihlrohr beriicksichtigt werden (vgl. Abschnitt 9).

Versuche mit ktinstlich erzeugten Positronen. 497

Der Naehweis der Ladung erfolgt dutch Messung des verst~rkten Positronenstromes. Hierbei wird die Verst~rkerrShre FD 54 mit hoch- isoliertem Gitter benutzt. Die Schaltung und die Ausftihrung der Versuehe ist ganz ~hnlieh, wie von L. H a f s t a d z) beschrieben, jedoch werden die Galvanometerausschl~,ge nieht automatisch registriert, sondern subjektiv auf einer Skale abgelesen. Bei allen Versuchen werden die Positronen an einer Ai-Nitridschicht ausgelSst.

Ein Beispiel der erhaltenen Mel~kurven gibt die Fig. 12. Die Ausschl~ge eines Galvanometers yon Hartmann & Braun (Empfindlich- keit 5 - 1 0 - h A / r a m ) w e r d e n als Funktion der Zeit abgelesen. Ein

AZN o 2 0 0 E+ o o~ o o o S -

o

~ oooo o 'oo ~

o o o o

Fig. 11. Versuchsanordnung zur Ladungsbestimmung.

~ o o

I 7#m/n

Fig. 12. Ladungsstrom i eines Faradaykafigs fiir Positronen und Elektronen.

Pfeil nach unten an der Kurve zeigt an, wann das elektrische Feld an E angeschalte~ worden ist, so dal3 die Positronen (Elektronen) durch die Blende b in den Kafig gelangen kSnnen. Die Pfeil- richtung naeh oben bedeutet Ausschalten des elektrischen Feldes. Der prim~re Protonenstrom trifft dauernd auf die Schieht Li-A1N auf. Das Magnetfeld ist dauernd eingeschaltet. Der Geschwindigkeitsbereieh der Positronen (Elektronen) ist um 800 kV. Als Kiifig dient ein Rohr aus Au von 50 mm L~nge. Ohne elektrisehes Feld zeigt der Galvano- meteraussehlag einen geringen unregelm~13igen Gang. Naeh 4 Minuten wird das elektrisehe Feld angelegt, so dal~ Positronen in den Auff~nger gelangen kSnnen. ~an erkennt dann einen deutlichen Anstieg des iussehlags von 170 auf etwa 200 Skt., wie er einer positiven iufladung des K~figs entspricht. Nach 8 ~Iinuten wird das elektrische Feld ausgeschaltet. Der Ausschlag geht zuriick. Inzwisehen wird das elektrische Feld umgepolt und nach 10 ~inuten wieder angelegt, so dal~ jetzt Elektronen des gleichen Geschwin- digkeitsbereiches in den Auif~nger fliegen. Der Galvanometerausschlag geht jetzt nach der anderen Seite, er sinkt yon 170 auf etwa 160 Skt. Naeh

1) L.R. H a f s t a d , Phys. Rev. 44, 201, 1933. 33*

498 E. Rupp,

12 Minuten wird das elektrische Feld wieder ausgesehaltet. Der Ausschlag geht wieder gegen 170 Skt. zurfickl).

Damit ist qualitativ nachgewiesen, dab Positronen yon 800 kV einen Faraday-K~fig positiv aufladen, w~hrend Elektronen derselben Energie eine negative Aufladung geben. Ein Nachweis der positiven Ladung der Posi- tronen ist abet damit noeh nieht einwandfrei gehmgen. Es w~re mSglieh, dab Positronen in viel st~rkerem MaBe Sekundiirelektronen auslSsen als Elektronen gleicher Gesehwindigkeit es tun, und daB dadttrch eine Auf- ladung mit umgekehrtem Vorzeichen entsteht.

Um das zu untersuchen, wurden, wie oben bereits erw/~hnt, verschiedene K~fige benutzt. Der li~ngere Kgfig yon 50 mm gibt eine etwas grSBere Auf- ladung als der K/i, fig yon 12 ram, sowohl ftir Positronen wie f ~ Elektronen. Bei gleiehen Dimensionen gibt der K~fig aus Gold eine etwas grSBere Auf- ladung als der aus A1. Diese Ergebnisse liegen im Sinne einer st~rkeren Absorption der Strahlen im tieferen K~fig und in Gold, sic lassen aber keine Sehlilsse auf die Beteiligung yon Sekund~irstrahlen an der Atffladung zu.

DaB jedoch der positive Galvanometeraussehlag mindestens zum Tell auf einer unmittelbaren Aufladung des Faraday-K~figs dutch die Positronen beruht, zeigen die sp~teren Versuche fiber Sekundiirstrablen der Positronen (Absehnitt 12).

8. Vergebliche Versuche zur Beugung der Positronen. GemiiI3 der Gleichung 2 ~ h/my kSnnte man aus Beugungsaufnahmen eine Bestimmung der Positronenmasse durchffihren, wenn man dieselbe diimne Metallfolie einmal mit Positronen und dann mit Elektronen gleieher Gesehwindigkeit durchstrahlt.

Zur DurehfOhrung des Versuehs wurde auf die Blende b der Fig. 11 eine zweite Blende yon 0,8 mm Durchmesser und 1 mm Tiefe aufgesetz~. Auf diese Blende wurde eine diinne Folie aus Au oder A1 angepreBt. In einer Entfermmg yon 12 em befand sieh ein photograptfischer Film zur Aufnahme der Beugungsringe. Wurden Elektronen yon 800 kV dutch die Folie gesehossen, so wurden drei verh~ltnism~l~ig breite Beugungsringe

erhalten~ die den Indizes ~/3" ~/4,, ]/8" und ~/i-1- entspreehen. Die Ringe sind fttr Au-Folien intensiver als fiir A1-Folien in Ubereinstimmung mit den lJekannten Beugungsbildern schneller Elektronen. Wurden jedoch Positronen dureh die Folien hindurchgesehossen, so trat eine kontimfierliehe

1) Leider gelang es nicht, w~hrend dieser :~r den prim~iren Protonen- strom konstant zu halten. Man daft daher nicht etwa sch]iel3en, dab der Posi- tronenstrom dreimal gr6Ber als der Elektronenstrom war, ganz abgesehen yon der versehiedenen Sekundgrstrahlung.


Schw~rzung auf ohne irgendeine Andeutung yon Beugungsringen. Auch

die Photometerkurven zeigen lediglich einen kontinuierlichen Schwarzungs- abfall. Reduziert man die Seh~rzungskurven fiir Elektronen und Positronen auf gleiche Teilchenmengen derart, dal~ man die Kurvenflachen einander gleich w~hlt (Fig. 18), so ersieht man, dab die kontinuierliohe Schw~irzung mit waehsendem Streuwinkel flit Positronen langsamer abf~llt als ftir Elektronen. Es ist mSglieh, dab die Beugungsringe in diesem breiten Untergrund versehwinden, ttiitte die Ringintensit~it 5% des Unter- grundes betragen, so miil~ten die Ringe noch merklieh hervortreten, aueh wenn sie sehr verwaschen sindl).

In Analogie zur Elektronenstreuung, wo bekanntlich die Beugungs- tinge durch die elastisch gestreuten Elektronen hervorgerufen werden, w~hrenc[ der kontinuierliche Untergrund den unelastisch gestreuten Elek- tronen zugehSrt, kann man das in bezug auf die Beugung der Positronen negative Ergebnis auch so deuten: Das Verh~ttnis der elastiseh gestreuten zu den unelastiseh gestreuten Teilchen ist fiir Positronen 4eutlich kleiner (seh~tzungsweise um eine Zehnerpotenz) als ftir Elektronen gleicher Ge- sehwindigkeit.

9. Absorption der Positronen. ~ber die Absorption der Positronen liegen bisher von T h i b a u d ~) Messungen des Massenabsorptionskoeffizienten ~/~ vor. Er land fiir sehr viele Elemente yon Kohlenstoff bis Blei mit nieht monochromatischen Positronen aus Radiothor Werte fiir ~/~ zwisehen 8 und 10. Die Abweiehungen dieser Werte fiir verschiedene Elemente h~ngen zum Tell mit einem periodisehen Gang yon :r mit der Ordnungszahl Z zusammen. Der ~fassenabsorptionskoeffizient fiir Elektronen aus derselben radioaktiven Quelle wird yon T h i b a u d zu 13,7 angegeben. Die Positronen- menge wird photographiseh gemessen, naehdem T h i b a a d a) nachgewiesen hatte, dal~ das Sehw~rzungsgesetz flit Positronen dasselbe ist wie flit Elek- tronen: Die Sehwiirzung S ist proportional zur auftreffenden Positronen- menge.

Aueh bei unseren Versuchen wurden die Positronen (Elektronen) photographiseh registriert. Wit tibernehmen das Ergebnis von T h i b a u d

1) Mit einer intensiveren Positronenquelle, wobei man engere Blenden und besser monochromatisierte Positronen verwenden kann, liel~e sich die Frage nach der Beugung der Positronen entscheiden. -- Bei Positronen kann ein Tefl des Schw~rzungsuntergrundes auch durch die starke RSntgenstrahlung entstehen, die im photographischen Film ausgel5st und dort zu einem gewissen Betrag absorbiert wird. -- 3) A. a. O. Seine Positronen und Elektronen gehSren zu verschiedenen, sehr breiten Geschwindigkeitsbiindern. Vgl. auch L. Bewilogua u. K. Dixi t , Phys. ZS. 35, 699, 1934. -- 3) j. Th ibaud u. E. Dupr4 la Tour, C. R. 198, 805, 1934.

500 E. Rupp,

und setzen far die yon uns benutzten Filme die photometriseh gemessene Sehw~rzung naeh Abzug der Untergrundschwarzung der Fositronenmenge proportional. Urn Sehwankungen des primaren Protonenstromes zu eliminieren, wurde die folgende Versuehsanordnung gewghlt (Fig. 14): Dttreh das elektrisehe Feld E umgebogen, gelangen die Positronen (Elektronen) durch die Blende b (3 mm Durchmesser). Die Intensitgt der Fositronen unmittelbar hinter der Blonde b ist auf einer Kreisfl~che von etwa ~,5 mm Durchmesser sehr gut konstant. In diese Flgehe werden die zu untersuehen- den Metallfolien F hineingestellt. Damit Folien verschiedener Dicke gleiehzeitig yon den Positronenstrahlen getroffen werden, werden Folienstreifen von etwa 0,3 rnm Breite auf ein dannes Zellophanblatt aufgelegt. Hinter dem Zellophanblatt in 1/2 mm Abstand 1) wird ein photographiseher Film P angebracht. Auf dem Film erh/~lt man je nach der Absorption der Metall- folien versehiedene Sehwarzungen, die photometriseh gemessen werden.

Fig. 13. Beugung der Elektronen an Gold, wahrend die Positronen lediglich gleich- fSrmig gestreut werden r165 Die Kurven sind auf gleiche Teilchenmengen reduztert.

Fig. 14. Yersuchsanordnung zur Absorptionsmessung.

Schwankungen des prim~ren Protonenstromes bedingen proportionale Schwankungen des Positronenstromes auf der ganzen Kreisfl~che, so dal3 dadurch keine Fehler in den Absorptionsmessungen entstehen kSnnen. Sehliel~lich mul~ noch beachtet werden, dal3 die Positronen in der Blende b eine Geschwindigkeitsverteilung haben. Die schnellsten Positronen befinden sich am unteren (Fig. 14) Rand der Blende, die langsamsten am oberen Rand. Ordnet man die Folienstreifen so an, dal] ihre L~ngsseiten parallel zur Blendenwand yon oben naeh unten liegen, d~nn werden alle Streifen yon Positronen des gsnzen Geschwindigkeitsspektrums gleiehmgl3ig dureh- setzt. Die Zellophanunterlage hat nat0_rlieh f ~ alle Metallstreifen dieselbe Dieke. Sie stSrt daher die Bestimmung der Absorptionskoeffizienten nieht.

1) Durch diese Anordnung werden StSrungen der Messung durch Sekund~relektronen vermieden.

Versuche mit ktinstlich erzeugten Positronen. 501

DaB die Absorption nach einem Exponentialgeset~. er~o]g~l), zeig~ die Fig. 15 f~r Au-Folien. Die s (Elektronen-) Geschwindigkeit ist

800 kY. Fehler, die dadurch entstehen kSnnten, dab tier eine Streifen dem andern Streustrahlung zusendet, werden vermieden, wenn man auf die l~itte der Sehw/~rzung jedes Streifens einstellt.

igit dieser Anordnung wurde der Massenabsorptionskoeffizient 0t/O bestimmt, der also wahre Absorption und Streuabsorption ungaBt. Vier Streifen verschiedener Dicke D desselben Metalls werden gleichzeitig von l~ositronen (Elektronen) durchstrahlt. Dann wird aus den Schw/~rzungen S

$1 = ~ (D 2-D1). der Absorptionskoeffizient ~ berechnet nach der Gleichung In

In derselben Weise wurde noch die Absorption in A1 und Cu gemessen un4 ~ in cm -1 bestimmt. Die blassenabsorptionskoeffizienten r in cmg'/g sind in der Tabelle 8 zusammengestellt.

Tabelle 3. Massenabsorp t ionskoef f i z i en ten ~/~ fiir 800 kV.

[ AI Cu Au i

/

P o s i t r o n e n . . . 4 ,8 t 5 ,4 6~0 E l e k t r o n e n . . . 5 ,5 1 6,8 8,2

Die Fehler der Schw~rzungsmessungen werden auf =t= 5% gesch~tzt, die Fehler in ~/~ dfirften =J= 10 % betragen.

Aus dieser Zusammenstellung ersieht man: 1. Unter Berficksichtigung 4er recht abweichenden Dichten yon A1, 0u un4 Au ist die Absorption der Positronen in erster Anngherung massenproportional. Die Abweichungen der einzelnen MetMle voneinander 4firften jedoch reell seine). 2. Die Ab- sorptionskoeffizienten der Positronen sind bis 30% kleiner als die der Elektronen. Diese Abweichungen liegen auBerhalb der Versuchsfehler. Wahrscheinlich sind die Elementarvorggnge der Absorption f ~ beide Teilchen verschieden.

DaB die Absorption der Positronen massenproportional ist, wurde noch dutch den folgenden Versuch qualitativ gepr~t : Ein Gu-Streifen yon 0,2 mm Dicke und ein Au-Streifen von 0,1 mm Dicke werden gleiehzeitig yon Positronen yon 800 kV durchstrahlt. Die Schwarzung des photographischen Films hinter beiden Streifen ist nahe gleich stark, wie bei Massenproportionalitgt zu erwarten ist, da die Dichten von Au zu Cu sich ann~hernd wie 2 : 1 verhalten.

1) Abgesehen vom ersten Abfall. -- 2) Vgl. hierzu die Absorptionskurven von M. Crowther [Proc. Roy. Soc. London (A) 80, 186, 1908]. Lena rd gibt in Q. ft. K. f~r AI ~ , 5 a n .

502 E. Rupp,

Die ~/~-Werte fiir Positronen wio ftir Elektronen sind kleiner als die yon T h i b a u d gefundenen. Das liegt sowohl an den vorsehiedenen Methoden, wie aueh an den versehiedenen Gesehwindigkeitsbereiehen. Beider Thi- baudschen Zykloidenmethode treton die Teilehen unter oinom kleinen Winkel in die Metallfolien ein, w/~hrend sie bier praktiseh senkreeht auf das Metall auftreffen.

10. Geschwindigkeitsverluste der Positronen. Die Gesehwindigkeits- verluste der Positronen beim Durehgang dureh Materie sind bisher dureh Nebelspuraufnahmon der HShonstrahlung fostgestellt wordenX).

Unsero ersten Versuehe zu dieser Frage wurden ebenfalls mit der Nebel- kammermethode durchgefiihrt. Die Positronen und Eloktronen durehflogen

l/•og J

L I I F I 0 ~005 ~010 ~O'I5,e/S~O2OCT~

Fig. 15. Absorptionskurven an Gold fiir Positronen und Elektronen yon 800 ku Die Absorpt ion i s t ftir Pos i tronen ge -

r inger als fiir Elektronen. Fig. 16. Versuchsanordnung zur M e s s u n g

der Ge sch~vin d igke l t sver lus te .

zuerst die Luft der Kammer und drangen dann in 2 mm A1 ein2). Auf einer dieser Aufnahmen wurden zwei Positronenbahnen gefunden, die das A1 mi~ CJeschwindigkeitsverlusten durchsetzt hatten. Da man mit dieser Methode abet nur einzelne Spuren verfolgen kann, also sehr viele Aufnahmen machen muB, um zu Mittelwerten fiber die Geschwindigkeitsverluste zu kommen, wurde dieses Verfahren bald dureh das folgonde ersetzt:

Die Positronen eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiehes treten dutch die Blonde b 1 ein, w~hrend die Elektronen desselben Boreiehes durch bz eintreten (Fig. 16). Positronen und Elektronen werden dutch ein Magnet- fold M', dessen Kraftlinien senkrecht zur Zoichonebene do- Fig. 16 verlaufen, gekriimmt und auf dem kreisfOrmig gebogenen Film P (Durehmesser des Kreises 5 em) abgebildet. Sind die Blenden b 1 und b~ nieht bedeekt, so erh~lt man auf P die Sehw/~rzungsfleeke dor prim~ren Positronen und Elektronen. Dureh passende Wahl des Feldes in der abbildenden Magnetspule M (Fig. 5) und dos elektrisehen Feldes an E kann man, wie friiher erl~utort, verschiedene Geschwindigkeitsbereiche dutch b 1 mid bz ausblenden. Man kann also bei offenen Blenden und festgehaltenem Magnetfeld M' die Versuchs-

z) C. Anderson u. S. Neddermeyer , Phys. Roy. 43, 1034, 1933. -- 2) In 2 mm Pb werden alle Positronen absorbiert.

Versuche mit kiinst]ich erzeugten Positronen. 503

anordnung eichen, so dafg man zu jedem Schwgrzungsfleck die zugehSrige

Geschwindigkeit angeben kann. Fehler geometrischen Ursprungs lassen

sich leicbt durch Umpolen der Spannung an E erkennen mad eliminieren.

Bringt man jetzt eine ~olie F bekann~er Dicke vor die Blencten, so erleiden die Positronen uncl Elektronen Geschwindigkeitsverluste und man kann aus der Ablenkung cter Schwgrzungsflecke gegeniiber ihrer ursprang-

lichen Lage die Geschwindigkeitsverluste d V/dx in den Folien ermitteln, wenn d x die Foliendicke unc[ d V die Geschwindigkeitsabnahme der Teilchen

ist. Die Photometerkurve einer solchen Aufnahme an M yon 0,02 em Dicke zeigt die Fig. 17. Die obere Kurve bezieht sich auf Positronen, die untere

auf ]~lektronen gleicher Geschwindigkeit.

]~ei der AUswertung wird der Abstand yon der Mitre des urspranglichen Maximums 0 bis zur Mitre des neuen Maximums g gemessen. Auf Grand

?

Fig. 17. Oeschwindigkeitsverluste in 0~02 cm A1 (800 ku Fiir Posi t ronen (obere Kurve) 1st dr r Energ iever lus t (Yerschiebung des Maximums) gr~l~er als flit Eloktronen (untere Kurve).

der Eichung kann dieser Abstand unmittelbar dutch die Geschwindigkeits-

~nderung d V ausgedri~ckt werden. Ein erster u der beiden Kurven in Fig. 17 lehrt, dal~ die Geschwindigkeitsverluste der Positronen etwas grSl~er sind als die der Elektronen.

Far verschiedene Strahlgeschwindigkeiten finder man far Positronen und Elektronen an 0,09. cm A1 die folgenden Werte dV/dx, wenn V in kV

und x in cm gemessen wird (Fehler tier Messung etwa -4- 10 %).

Tabelle 4. Geschwindigkei tsver luste dV/d~ fiir A1.

Pr im~rgeschwin digkei t : 300

Positronen . . . . . . 5800 Elektronen . . . . . . 5200

~ 0

6300 5600

800 kV

7200 5800

Man crsieht aus dieser Tabelle: 1. Mit waohsender Geschwindigkeit

nimmt d V/d x zu. Far Positronen nimm~ es etwas starker zu als far Elek- tronenl). 9.. Die Werte d V/d.x far Positronen sind grSl~er als far Elektronen

1) Die Zunahme fiir Elektronen liegt innerhalb der Versuchsfehler. Lenard gibt in Q. iL K. an: ffir 300 kV 4500, fiir 800 kV 4800.

504 E. Rupp,

gleicher Energie. Die Abweichtmgen liegen auBerhalb der Fehlergrenzen. Dieses Ergebnis ist verglichen mit der Absorption sehr bemerkenswert. Bei gleicher Energie sind ffir Positronen die Absorpgonskoeffizienten kleiner, die Gesehwindigkeitsverluste grSBer als die entsprechenden Werte f~r Elek- tronen.

11. Erregung einer RSntgenstrahlung dutch Positronen. Aus der Ab- sorption bei grSBeren Schichtdicken hat T h i b a u d 1) den SehluB gezogen, dab Positronen an Pt eine R6ntgenstrahlung ausl5sen mit einem Massen- absorptionskoeffizienten tt/Q yon 0,20, was einer Energie des RSntgenquants yon 500kV entspricht. Er schlieBt welter durch Vergleich seiner Versuche mit anderen Ergebnissen, dab ein Positron zwei RSn~genquanten auslSst.

a) Unsere Versuchsanordnung Fig. 18 gestattet im Gegensatz zur Thibaudsehen einen unmittelbaren Vergleieh der von Positronen und yon Elektronen ausgelSsten RSntgenstrahlen. Die Positronen (Elektronen) fliegen wiederum dutch die Blende b und treffen au~ ein Metallbleeh T auf, das als ,,Antikathode" dient. Von den RSntgens~rahlen, die yon T naeh allen Seiten ausgehen, tritt ein bestimmter Anteil durch das attfgekittete Glasfenster G ~) and dureh die Metallwand um G herum in Luft fiber. In einer Entfernung yon etwa 2 em yon G i s t ein Geiger-Mfiller-Z~hlrohr (Argonfiillung 400 ram) aufgestellt, dessen Entladungen registrier~ werd~n. Macht man zun~chs~ einen Leerversueh bei laufendem prim~ren Protonen- strom, abet mit weggedrehter Antikathode T, und darauf einen zweiten Versuch mit Positronen (Elektronen) eines bestimmten Gesehwindigkeits- bereiches, die jetzt auf T auftreffen, so kann man aus der Differenz der Zahlrohraussehl~ige den Anteil der RSntgenstrahlen ermitteln, die yon T ausgehen und im Z~hlrohr Entladungen auslSsen. Schiebt man Metallfolien zwi~chen das Fenster G und das Z~hlrohr ein, so kann man den Absorptionskoeffizienten der RSntgenstrahlung ermitteln.

b) Die ersten Versuehe galten eben dieser Bestimmung des Massen- absorptionskoeHizienten. Als Antikathode wurde ein Goldbleeh benutzt. Als Absorptionsfilter wurden Bleibleehe zwisehen G und das Z~hlrohr geschoben. Die Absorptionskurven der RSntgenstrahlen fftr Positronen und Elektronen yon 800 kV und yon 800 kV sind in Fig. 19 wiedergegeben. Die Kurven sind bei 0,12 am Blei abgebroehen, die Messungen erstreeken sich noeh weiter bis 1,5 cm Pb.

Sehen wit zun~ehst vom ersten Abfall bei kleinen Dicken ab, so erkennt man das folgende bemerkenswerte Ergebnis: ~) Die Absorptionskurven der

1) A. a. O. -- ~) Ein Glasfenster wurde gewiihlt, um T mit dem Auge ju~tieren zu kSnnen.

Versuche mit kiinstlich erzeu~en Positronen. 505

l~Sntgenstrahlen mit Positronen und Elektronen von 800 kV laufen nahezu parallel, die Absorptionskoeffizienten sind also nahe gleieh grol3. ~) Die

Absorptionskurven der RSntgenstrahlen mit Positronen yon 300 kV zeigen ebenfalls nahezu denselben Verlauf wie die fiir 800 kV. Der Absorptions- koeffizient ist also trotz der verschiedenen auslSsenden Positronengesehwin- digkeiten nahe derselbe. ~) Anders jedoch f ~ Elektronen yon 800 kV.

Fig. 18. Yersuchsanordnung zu r Ausl~sung yon RSntgenst rahlen.

Ioo~.. ~00 kV

0 ~02 o,0~ o,06 L308 ~ I Pb o, q2c'~

log J'R Soo k V lOOr~e~-" , .

Fig. 19. Absorpt ion der du tch Pos i t ronen und Elekt ronen ~n Gold ausgelSsten RSntgenst rahlen

in Blei. Bei 800 und ~00 kV Prim~renergie .

Hier f~llt die Kurve mit wachsender Dicke deutlich starker ab als fiir Positronen derselben Geschwindigkeit und als fiir Elektronen yon 800 kV.

Der erste Abfall bei kleinen Dicken zeigt an, dal~ die Strahlung nicht homogen ist. Da fflr Elektronen dieser Abfall ausgepr~igter ist als f~r Positronen, kann auf einen grS•eren Anteil weicher RSntgenstrahl- komponenten bei der AuslSsung mit Elektronen geschlossen werden.

Ermittel~ man im geradlinigen Teil der Kurven bei Dieken yon 0,1 bis 1 em Pb die Massenabsorptionskoeffizienten #/~, so finder man

mit Positronen yon 300 und yon 800 kV #/Q ~ 0,15 emS/g mit Elektronen yon 800 ku = 0,9.9 ,, mit Elektronen yon 300 kV ~ 1,8 ,,

Die H~rte der RSntgenstrahlung, die yon Positronen ausgelSst wird, ist also innerhalb der Versuehsfehler unabh~ngig yon der Geschwindigkeit der auslSsenden Positronen. Die Positronen seheinen an Gold eine ziemlich monochromatisehe Strahlung auszulSsen, die dutch einen Massenabsorptions- koeifizienten in Pb yon 0,15 charakterisiert ist.

Die H~rte der RSntgenstrahlung, die yon Elektronen ausgelSst wird> nimmt ab mit abnehmender Elektronenenergie. Hier tritt offenbar das bekannte kontinuierliehe Bremsstrahlenspektrum (zusammen mit dem charakteristisehen Spektrum des Au) auf.

Zeitschrif t f-fir Phys ik . Bd. 92. 34

506 E. Rupp,

Die monoehromatische ROntgenstrahlung mit Positronen wird nicht nut an Au ausgelSst. Sie wurde bei 800 kV noeh an folgenden Stoffen festgestellt: Graphit, Kupfer, Silber, Steinsalz, Bleiglanz. Andere warden nieht untersueht. Als Mittelwert an allen diesen Stoffen wurde gefunden#/r ~-- 0,18 • 0,08 cm -1 Ifir Pb-Filter. Die Strahlung ist also nieht durch die stoffliehe Zusammensetzung der Antikathode bedingt, sondern sie ist ein Charak- teristikum der Positronen selber. Es ist wahrseheinlich, dal3 sie mit der yon Di rac vermuteten Vernichtungsstrahlung identisch ist, zumal aus dem Absorptionskoeffizienten der Strahlung eine Quantenenergie yon etwa 500 kV folgt, die in Ubereinstimmung mi~ der vorausgesagten GrSl~e mc ~ ist.

Unser Weft ffir #/r ist in guter Ubereinstimmung mit den Messungen yon T h i b a u d (#/g ---- 0,20 fiir Pt-Fil~er) und yon J o l i e t 1) (#/g = 0,19 bis 0,82 ffir Pb).

c) Die n/~ehsten Versuehe besehiiftigten sieh mit der Frage naeh der Anzahl der ausgel~sten R6ntgenquanten. Zum Naehweis der RSntgenstrahlen diente zun~ehst eine Ionisationskammer mit Yerst~rkerrShre (FD 54), die ganz fiJmlich gebaut war, wie sie G .Herzog ~) besehrieben hat. Die Ionisationskammer war mit Argon geffillt. Sie wurde unmittelbar gegenfiber dem Fenster G (Fig. 18) aufgestell~. Die Antikathode war wiederum ein Goldbleeh.

Ein Beispiel einer Messung zeigt die Fig. 20. Dor~ ist der Galvano- meteraussehlag der Versti~rkerrShre in Abhiingigkeit v o n d e r Zeit auf-

J 106

8&

q6

26

0

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t

A ~

o o o O O o O o o o O . . . . 0oOO ooo;OOO , t ,

Fig. 20. AuslSsung yon RSntgenstrahlen an Gold durch Posi~onen und durch Elektronen.

getragen. Die Art und Weise der Messung ist dieselbe wie frfiher bei der Ladungsbestimmung (Ab- sehnitt 7). l~ach 4,5 Minuten trifft der Positronenstrom yon 800 kV auf das Goldblech auf, es entsteht ein Ausschlag von etwa 90 Skalen- teilen. Nach 7 Minuten wird der Positronenstrom dutch Ausschal- ten des elektrisehen Feldes E weggenommen. Der Ausschlag geht in

die Ruhelage zuriiek. Iqaeh 12 Minuten treffen die Elektronen derselben Gesehwindigkeit anf das Gold auf. Die ~mderung des Aussehlages liegt jetzt, wenn ilberhaupt vorhanden, innerhalb der ige•fehler.

1) F. Jol ie t , C. R. 198, 81, 1934; vgL auch O. Klemperer , Prec. Cam- bridge Phil. Soc. 30, 347, 1934. -- 2) G. Herzog, Helv. Phys. Acta 6, 508, 1933.


Um den Yergleich zwischen Posit,ronen und Elekt,ronen durchfiihren zu kSnnen, mul3te die i~essung mit, der Ionisat,ionskammer Verlassen und wieder der Geiger-Miiller-Zi~hler benutzt, werden. Zwischen G und dem

Z~hler (Abst,and 10 cm) warde jet,zt, ein Bleifilter yon 0,1 cm eingeschoben. Auf 1000 l~Snt,genquant,en, die mit, Posit,ronen yon 800 kV an Gold

ausgelSst warden, kamen etwa 1,8 bis 2,2 RSntgenquant,enl), die von Elekt,ronen der gleichen Energie ausgelSst warden. Nun warde dutch Photographie der auf die Antikat,hode auft,reffenden Posit,ronen und ]~lekt,ronen fest,gestelltU), dal~ die Positronenmenge etwa 12 =J= lmal grSl3er war als die Elektronenmenge. Auf gleiche auslSsende Mengen bezogen, kommen also auf 1000 l~Sntgenquant,en mit Posit,ronen 20 bis 28 RSntgen- quanten mit Elektronen.

Das Ergebnis unseres Versuches ist also : Bei unserer Versuchsanordnung werden darch Posit,ronen 85- bis 50real mehr RSntgenquanten ausgel5st, als darch dieselbe Elektronenmenge gleicher Energie.

Diesem Schhl~ kommt dadurch allgemeine Bedeutung, unabh~ngig yon der benutzten Versuchsanordnung, zu, weil nach Ausweis der Ab- sorptionskurven Fig. 19a bei 800 kV die H~rte der RSntgenst,rahlen im Mittel fiir Elektronen nahe dieselbe wie fiir Positronen ist. Der Absolut- weft der Ausbeute an l~Sntgenstrahlen ist, mit, Positronen yon 800 kV also 35- bis 50real grS~er als mit Elekt,ronen. W~re diese Ausbeute ftir Elektronen bekannt, so kSnnten fiir Positronen unmittelbare Angaben fiber die Anzahl der R5ntgenquanten pro Positron gemacht werden.

T h i b a u d schliel3t dutch indirekte Betrachtungen auf eine RSn~gen- ausbeute yon 4~/o an Pt ftir Elekt,ronen yon im Mitt,el 400 kV. Da er das Verhi~ltnis 50 fiir Positronen gegeniiber Elektronen finder, kommt er zu dem Ergebnis, dal3 ffir je ein absorbiertes Positron zwei Phot,onen entst,ehen.

Wir kommen zu demselben Schlul~, weun wit die Gleichung a) fiir die ~Sntgenausbeut,e ~7 ~ 0,8.10 -6. Z- U (Z ~-- Ordnungszahl - - 79in unserem Fall, U-~ Spannung in kV) extrapolieren auf Elektronen yon 800 kV. Dann wird ~7--~ 5~/o und die Ausbeute fiir Posit,ronen 210 • 400//o.

In neueren Messungen haben wit das In~ensit,~tsverh~lt,nis Positronen : Elektronen mit, einem Geiger-Miiller-Z~hlrohr bestimm~. Unter Beriick- sichtigung der Absorption wurde gefunden 15 :J: 2 start, oben 12 • 1 mit, der photographischen Int,ensit~tsmessung. Legen wir dieses Verh~ltnis zugrunde,

1) Dieses Ergebnis ist bereits in einer Patentanmeldung der AEG vom 16. M~rz 1934 mitgeteflt. -- 2) Wir iibernehmen dabei das Resultat yon Thibaud u. Dupr~ la Tour (a. a. O.), dab die Schw~rzungen den Teflchen- mengen proportional sind. -- a) Vgl. O. Klemperer , Einfiihrung in die Elektronik. S. 263. 1933. Sie ist allerdings nur bis 100 kV gepriift.

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508 E. Rupp,

so kommen auf 1000 l~6ntgenquanten mit Positronen 23 bis 88 RSntgen- quanten mit Elektronen. Unter der Annahme yon r / : 5 % wird dann die Ausbeute mit Positronen 175-4-45%. Auch diese Messung ist innerhalb der Versuchsfehler mit dem Schlul~ : ,2 RSntgenqnanten auf ein absorbiertes Positron" vertriiglich.

d) Die folgenden Versuche befassen sich mit der Intensit~t der RSntgen- strahlung bei verschiedenen Schichtdicken der Antikathode.

Fiir Schichtdicken, die grSl~er sind als die Reichweite der Positronen wird die Intensit~t der RSntgenstrahlung unabh~ngig vom Antikathoden- material gehmden. So wurden mit Positronen yon 800 kV die folgenden RSntgenintensitiiten bei 5 mm Blechdicke der Antikathode gemessen: An Au 78 Skt., an C 67 Skt., an A1 76 Skt., an Cu 82 Skt., gemessen mit der Ionisationskammer.

FOr diinne Schichten hingegen (0,1 mm und weniger) ni~nmt die Intensitiit der Strahlung stark zu mit steigendem Atomgewicht des Antikathodenmaterials. Die Zunahme ist stiirker als proportional zur Ordnungszahl.

Die Abhi~ngigkeit der RSntgenstrahlung von der Dicke tier Antikathode wurde fiir Au genauer untersucht, sowohl fiir Positronen wie fiir Elektronen. Da die Absorption beider Teilchen nach einer e-Funktion erfolgt, erhalt man eine gerade Linie, wenn man den Logarithmns der absorbierten Teilchenmenge fiber der Schichtdicke auftri~gt. Die einfachste Annahme fiber die Entstehung der l=~Sntgenstrahlen ist nun, da~ ihre Intensit~t proportional zur absorbierten Teilchenmenge ist. Triigt man also den log der RSntgenintensit~it fiber der Schichtdicke anf, so ist ebenfalls eine gerade Linie zu erwarten, solange die Schichtdicke unterhalb der Reichweite bleibt. Sind alle Teilchen absorbiert (Schichtdicke grS~er als Reichweite), so muB die I~Sntgenintensit~t einen Grenzwert erreichen, der unabhi~ngig yon der Schichtdicke ist.

Die Ergebnisse solcher Versnche sind in den Fig. 21a und b wiedergegeben. Die Strahlgesch~_ndigkeit ist fiir Positronen und Elektronen die gleiche. Es ist nicht bekannt, ob sie 800 kV oder vielleicht grSl3er war. Fiir den folgenden Vergleich ist der Absolutwert der Geschwindigkeit ohne Belang. Die RSntgenstrahlung wird durch 0,1 cm Pb gefiltert und mit dem Z~hlrohr gemessen. Die Schichten hingen frei in einem Rahmen. Die Teilchen, die dutch die Schichten hindurchflogen, trafen erst in einem Ab- stand yon 20 cm auf die Messingwand des Vakuumgef~13es auf und konnten dutch Pb-Panzertmg vom Z~hlrohr abgehalten werden. Auf der Ordinate der Kurven sind die log der RSntgenintensit~ten i B aufgetragen in will- kiirlichen Einheiten, auf der Abszisse die Dicken d der Goldantikathode.


Betraehten wir zunachst die Kurve mit Elektronen (Fig. 21a). Ab- gesehen yon diiansten Sehiehten steigt sie geradlinig an und biegt bei einer

Dieke, die der Reichweite tier Elektronen in Gold entsprieht, gegen einen Grenzwert ein. Ffir Elek~ronen is~ also in guter Ann~herung die RSntgen- intensit~t der absorbierten Menge proportional.

Anders mit Positronen (Fig. 21b). Hier steigt die RSntgenintensi~at erst langsam mi~ der Sehiehtdicke an, um in der Nahe der Reichwei~e der

log ~'R o /o~ z'R I~oI-I~i ~ " ~ i~- ~ ~ ~~ ~i ~oo~_~ o ~§ j,~_, ~, ~ , ~ o.

Fig. 21a. Fiir Elektronen. Fig. 2lb. Fiir Positronen.

Fig. 21. Abh~nglgkeit der Riintgenstrahlung yon der Dicke der Antikatho~le.

Positronen aul~erorden~lich rasch in die HShe zu gehenl). Fiir Dicken fiber der l~eichweite ( > 0,7 turn) strebt sie ~hnlich wie bei Elektronen einem Grenzwert zu. Die grot~e Mehrzahl der Positronen 15st also erst dann

RSntgenstrahlen aus, nachdem sie dutch Geschwindigkeitsverluste den grSBten Tell ihrer kinetisehen Energie aufgebraueht ha~).

12. Sekund~rstrahlun 9 dutch Positronen. Im Hinbhck auf die Ladungs- bestimmung der Positronen sehien es wiehtig, die yon Positronen an Metall- oberfl/~chen ausgelSste Sekund~rstrahlung kennenzulernen. Dazu wurde die Versuchsanordnung der Fig. 22 benutzt. Der Positronenstrahl trifft auf Bin Goldbleeh T auf. Hier 15st er Sekund~rstrahlen aus, yon denen ein Tell dutch die 5 mm weite Blende b' in einen zweiten Raum treten kann, wo sich ein Geiger-Mfiller-Z/ihler Z befindet. Wie die Abbildung zeigt, ist der Streu- winkel in roller Ann/~herung 90 ~ Ein Magnetfeld M' senkrecht zur Zeiehen- ebene gestattet, einmal die Positronen, das andere Mal die E|ektronen in den Z/~hler umzulenken. Je nach der St~rke des ~agnetfeldes kann man die reflektierten Positronen yon den langsamen sekund~ren Teilchen trennen. Die Geschwindigkeit der auftreffenden Positronen betrug 800 kV. Die Ergebnisse sind folgende:

a) Elastisch reflektierte Positronen und Positronen mit Geschwindig- keitsverlusten im Energiebereieh zwisehen 200 bis 800 kV treten nut vet-

1) Ein Vergleich der Fig. 21b mit Fig. 15 lehrt, dal~ die Absorption der Positronen bis 0,02 nun An im wesentlichen Streuabsorption ist. Die ,,echte Absorption" der Positronen 16st offenbar die Vernichtungsstrahlung aus. -- 3) Nach der Diracschen Theorie des Positrons wird die Vernichtungs- strahlung erst dann ausget6st, wenn das Positron nahe alle kinets Energie verloren hat. Vgl. auch Thibaud u. Dupr6 la Tour 1. c.

510 E. Rupp,

einzelt auf, jedenfalls ist ihr Anteil kleiner als i : 100 der auf die Antikathode auftreffenden Positronen (bezogen auf den 0ffnungswinkel des Z~hlers).

:Fig. 22. Versuchsanordnung zum !~achweis yon Sekund~relektronen mit Positronen.

Fig. 23. Yersuchsanordnung zum ~ a c h w e i s der .kfinsflichen Radioaktivlt~t%

b) Positronen unterhalb 100 kV bis Null konnten innerhalb der Ver- suchsfehler nicht festgestellt werden. Es seheint danaeh, da$ Positronen yon 800 kV an Au keine ,,sekundi~ren" Positronen auslSsen.

c) Hingegen ist der Anteil an Elektronen unter 100 kV sehr betr~ehtlieh, besonders im Gebiet unterhalb 10 kV. Positronen vermSgen also an der Goldfliiehe sekund~re Elektronen auszulSsenl).

d) Setmelle :Elektronen fiber 100 k u treten sehr selten auf. M6glieher- weise handelt es sich dabei um lichtelektrische Elektronen, die dutch die :RSntgenstrahlung des Goldbleches T in diesem selbst oder in gegenfiber- liegenden Apparaturteilen erregt warden.

u man die Sekundi~relektronen im Gebiet unterhalb 10 kV, die einmal durch Positronen, das andere Mal dutch Elektronen gleicher Energie an Au ausgel6st wurden, so finder man, dal3 die sekund~ire Elektronen- menge in beiden FAllen yon gleieher GrSSenordnung ist.

Dieses Ergebnis sprieht daffir, dal~ die positive Aufladung des Faraday- Kitfigs in den Messungen des Abschnitts 7 mindestens zum Tell unmittelbar dutch Positronen zustande kommt und nieht dutch wegfliegende Sekund~r- elektronen.

13. K~nstliche Radioaktivitdt. Die yon J o l i o t and Curie entdeekte nachtr•gliche Emission yon Positronen bei Bestrahlung von A1 mit :eStrahlen konnte aueh hier festgestellt werden mittels der in Fig. 28 skizzierten Ver- suehsanordnung. Die yon der A1-Sehicht wegfliegenden Positronen traten dutch eine A1-Folie yon 0,05 mm Dieke in die frfiher erw~hnte Ionisations- kammer ein. Die Versuchsergebnisse zeigt die Fig. 24, wo der Galvano- meteraussehlag J als Funktion der Zeit t aufgetragen ist. Nach einer Be- strahlungszeit von 10 Minuten wird bei ,,0 Minuten" der primi~re Protonen-

1) Ein Tell dieser Elektronen dtirfte jedoch lichtelektrisch durch die starke R6ntgenstrahlung der Positronen ausgelSst sein.

Versuche mit kfinstlich erzeu~en Positronen. 511

strahl weggenommen. Der Aussehlag sinkt innerhalb einer Minute auf etwa die H/~lfte ab und f/~llt dann langsamer mit waehsender Zeit. Die Abklingungs- kurve kann dureh zwei Komponenten erkl/~rt werden. Zur genauen Be- stimmung der beiden Halbwertszeiten sind jedoeh die Niessuugen un- zureiehend.

Sehr wahrscheinlich gehSrt der erste starke Abfall der Positronen- emission des Stiekstoffs an. Stiekstoff ist stets in A1 eingelagert und wird dutch die starke Erhitzung des A1-Fensters beim Aufprallen des Protonen- strahls an die Oberfl~ehe gebracht. Die Halbwertszeit dieses Prozesses wird yon L. W e r t e n s t e i n 1) zu 1,2Minuten angegeben. Der folgende

0%~ J e- AZ

~ 1 7 6 1 7 6 1 7 6 1 7 6 1 7 6 1 7 6 1 7 6 1 7 6 Oo I I I I ~ or o l O o ~ t o 1 0 0 l 2 3 q 5m/n 0 ~162 s

Fig. 24. Die Positronenemission aus A1 Fig. 25. Die Elektronenemission aus A1 klingt nach Wegnahme der prim~ren verschw~ndet mit Wegnahme der pr im~en

Protonen erst allm~hlich ab. Protonen.

sehw/~chere Abfall deutet auf eine Halbwertszeit yon 8 bis 4 Minuten lain, ist also wahrscheinlieh dutch den yon Jo l i o t und Curie gefundenen Prozel3 an A1 (Halbwertszeit 81/4 Minuten) verursaeht.

Sehaltet man yon Positronen um auf Elektronen gleicher Energie, so erh/~lt man die Messungen der Fig. 25. Wieder nach 10 Minuten Bestrah- lungszeit wire[ bei 0 der prim/~e Protonenstrom weggenommen. Der Galvano- meteraussehlag geht jetzt sofort mit geringen Sehwankungen auf 0 zuriick. Eine naehtr~gliche Elektronenemission 1/~13t sich also nieht feststellen.

14. Vergebliche Versuche zur Elementumwandlung mit Positronen. MAt

der Nebelkammermethode wurde untersueht, ob Positronen yon 800 kV, die auf versehiedene Stoffe au/treffen, Triimmerspuren yon H- oder tte-Teilchen auslSsen. Untersucht wurden Li, Be, C, Mg, A1, Flul]spat, Steinsalz, ]31eiglanz. In jedem einzelnen Fall wurden allerdings nur 8 bis 20 Au~nahmen gemacht. Spuren yon H- oder He-Teilchen warden nicht gefunden.

Zusammen[a, ssung.

Fiir Positronen wird eine kiinstliehe Quelle entwiekelt dadureh, clal3 schnelle Protonen auf eine diinne Li-Sehieht aufgeschossen werden, die sieh in einer A1-Halbkugel befindet. Die Positronen werc[en dureh Nebelspur- aufnahmen in einem Magnetfeld oder durch Schw~rzung der photographisehen

1) L. Wer tens te in , Nature 133, 564, 1934.

512 E. Rupp.

Platte naehgewiesen. Weniger PositronenauslSsung warcte an Mg und Be festgestellt, gar keine an Gu, Hg und Au. Besonders gimstig hingegen erwies sich eine A1-N-Schicht auf A1. Die Positronen aus A1 haben ein breites Maximum bei etwa 800 kV. Die HSehstgrenze ihrer Energie wird bei etwa 2500 kV erreieht.

Mit einem neuen Verfahren wird elm f~ Positronen zu (0,95 4- 0,05) elm fiir Elektronen gefunden. - - Positronen laden einen Faraday-K/~fig positiv auf, w/~hrend Elektronen derselben Geschwindigkeit ihn negativ aufladen. - - Positronen zeigen naeh dem Durehgang dureh A1- und Au- Folien keine Beugungserscheinungen, sondern nut kontinuierliche Streuung im Gegensatz zu Elektronen derselben Energie. Dieses Ergebnis wird so gedeutet, dab das Verh/~ltnis der elastisehen zur unelastisehen Streuung flit Positronen mindestens um den Faktor 10 geringer ist als fiir Elektronen. - - Die Abs0rptionskoeffizienten flit Positronen und Elektronen (800kV) werc[en fiir A1, Cu und Au gemessen (Tabelle 8). Sie sind flit Positronen bis 30 % kleiner als fiir Elektronen. Die Absorption ist ann~hernd massenproportional. - - Die Gesehwindigkeitsverluste werden an A1 flit 300, 500 unc[ 800 kV Prim~rgeschwindigkeit gemessen (Tabelle 4). Die Werte sind fiir Positronen grSBer als f ~ Elektronen gleicher Energie. - - Dureh Posi- tronen yon 800 kV werden keine sekund/~ren Positronen (unter 100 kV) ausgelSst, wohl abet sekunc[/~re Elektronen, und zwar in /ihnlicher Menge wie durch Elektronen.

Die Positronen erregen unabh/~ugig yon ihrer Gesehwindigkeit an allen untersuchten Stoffen eine intensive RSntgenstrahlung, gekennzeichnet dutch einen Massenabsorptionskoeffizienten #/~ ~- 0,18 q- 0,08 cm~/g. Die Ausbeute an dieser Strahlung betr/~g~ naeh der einen Intensit/~tsmessung der Positronen 210 =k 40%, naeh der anderen 175 =k 45%. Ira Durehsehnitt kommen also zwei R6ntgenquanten auf ein absorbiertes Positron. Die meisten Positronen 15sen erst dann RSntgenstrahlen aus, nachdem sie dutch Gesehwindigkeitsverluste den grSBten Tell ihrer kinetischen Energie auf- gebraucht haben.

Die Positronenemission aus A1 sinkt nach Wegnahme des prim~ren Protonenstromes nieht sofort auf Null. In tier Abklingungskurve lessen sieh zwei Komponenten unterseheiden, yon denen die eine der Umwand- lung des Stickstoffs, die andere der Umwandlung des A1 zugesehrieben werden kann.

Dutch PositronenbesehieBung konnten bisher keine Elementumwand- lungen (H- oder He-Teilehen) naehgewiesen werden.

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Versuche mit künstlich erzeugten Positronen