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Kaufmann + +Author: Marie Curie + +Translator: Walter Kaufmann + +Release Date: November 6, 2011 [EBook #37945] +[Most recently updated: December 15, 2020] + +Language: German + +Character set encoding: UTF-8 + +*** START OF THIS PROJECT GUTENBERG EBOOK UNTERSUCHUNGEN UBER DIE RADIOAKTIVEN SUBSTANZEN *** + + + + +Produced by R. S. + + + + +Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen + Marie Curie + (übersetzt von W. Kaufmann) + + Dritte unveränderte Auflage + 1904 + Braunschweig + Friedrich Vieweg und Sohn + +Einleitung. +----------- + +Die vorliegende Arbeit bezweckt, eine Übersicht über die Untersuchungen +an radioaktiven Substanzen zu geben, die ich seit mehr als vier Jahren +ausführe. Der Ausgangspunkt war eine Untersuchung der von Herrn +Becquerel entdeckten Uranstrahlen. Die Resultate, zu welchen diese +Arbeit mich führte, schienen eine so interessante Perspektive zu +eröffnen, daß Herr Curie, unter Aufgabe seiner eigenen Arbeiten, sich +mit mir vereinigte und wir gemeinsam auf das Ziel hinarbeiteten, die +neuen radioaktiven Substanzen zu extrahiren und näher zu erforschen. + +Von Anfang unserer Untersuchungen an hielten wir uns für verpflichtet, +Proben der von uns entdeckten und hergestellten Substanzen an einige +Physiker zu verleihen, vor allen Dingen an Herrn Becquerel, den +Entdecker der Uranstrahlen. So haben wir selbst die Untersuchungen +andrer über die radioaktiven Substanzen erleichtert. Bald nach unsren +ersten Veröffentlichungen befaßte sich auch Herr Giesel in Deutschland +mit der Herstellung dieser Substanzen und verlieh ebenfalls Proben davon +an mehrere deutsche Physiker. Später wurden die Substanzen in +Deutschland und Frankreich in den Handel gebracht und die immer mehr +zunehmende Wichtigkeit des Gegenstandes wurde die Veranlassung zu einer +wissenschaftlichen Bewegung, so daß zahlreiche Arbeiten über die +radioaktiven Körper erschienen sind und noch fortwährend erscheinen, vor +allem im Ausland. Die verschiedenen französischen und ausländischen +Arbeiten führen natürlich zum Teil zu gleichen Resultaten, wie bei jedem +neuen und in Bildung begriffenen Wissenszweig. Das Aussehen der Frage +ändert sich sozusagen von Tag zu Tag. + +Vom chemischen Standpunkt aus ist jedoch ein Punkt definitiv gesichert: +Die Existenz eines neuen stark radioaktiven Elements, des Radiums. Die +Herstellung des reinen Radiumchlorids und die Bestimmung des +Atomgewichts des Radiums bilden den wichtigsten Teil meiner persönlichen +Mitarbeit. Diese Arbeit fügt nicht nur den bisher bekannten einfachen +Körpern mit Sicherheit einen neuen von sehr merkwürdigen Eigenschaften +hinzu, sondern enthält auch die Darlegung und Rechtfertigung einer neuen +Methode chemischer Untersuchungen. Diese auf der Radioaktivität, als +einer dem Atom anhaftenden Eigenschaft, beruhende Methode ist es, die +uns, Herrn Curie und mir, die Entdeckung des Radiums ermöglichte. + +Während vom chemischen Standpunkte aus die ursprünglich gestellte Frage +als gelöst betrachtet werden kann, ist die Untersuchung der +physikalischen Eigenschaften der radioaktiven Substanzen in voller +Entwicklung begriffen. Gewisse wichtige Punkte stehen zwar bereits fest, +aber eine große Anzahl von Schlüssen ist noch provisorischer Natur. Dies +ist durchaus erklärlich, wenn man die Komplicirtheit der mit der +Radioaktivität zusammenhängenden Phänomene und die Unterschiede zwischen +den verschiedenen radioaktiven Substanzen bedenkt. Die Untersuchungen +verschiedener Physiker, die sich mit diesen Substanzen beschäftigen, +begegnen und durchkreuzen sich fortwährend. Wenn ich auch versuchen +werde, mich auf das eigentliche Ziel meiner Arbeit zu beschränken und +vor allem meine eigenen Untersuchungen darzulegen, so muß ich doch +gleichzeitig die Resultate andrer Arbeiten mitteilen, deren Kenntniß +unerläßlich ist. + +Außerdem hatte ich den Wunsch, diese Arbeit zu einer Übersicht des +gegenwärtigen Standes der Frage zu gestalten. + +Die Ausführung dieser Untersuchungen geschah in dem Laboratorium der +»École de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris«, mit +Erlaubniß von Herrn Schützenberger, dem leider verstorbenen Direktor +dieser Schule, und von Herrn Lauth, dem gegenwärtigen Direktor. Für die +wohlwollende Gastfreundschaft, die ich an dieser Anstalt genossen habe, +spreche ich hierdurch meinen besten Dank aus. + +Historische Übersicht. +---------------------- + +Die Entdeckung der Erscheinung der Radioaktivität steht in engem +Zusammenhang mit den an die Entdeckung der Röntgenstrahlen sich +anschließenden Untersuchungen über die photographischen Wirkungen der +phosphorescirenden und fluorescirenden Substanzen. + +Die ersten Röntgenröhren besaßen keine metallische Antikathode; die +Quelle der Röntgenstrahlen befand sich auf der von den Kathodenstrahlen +getroffenen Glaswand; gleichzeitig geriet diese Glaswand in den Zustand +lebhafter Fluorescenz. Man konnte sich damals fragen, ob die Emission +der Röntgenstrahlen nicht eine notwendige Begleiterscheinung der +Fluorescenz wäre, unabhängig von der Ursache der letzteren. Diese Idee +ist zuerst von Herrn H. Poincaré[1] ausgesprochen worden. Kurze Zeit +darauf kündigte Herr Henry[2] an, daß er mit phosphorescirendem +Zinksulfid photographische Wirkungen durch schwarzes Papier hindurch +erhalten habe. Herr Niewenglowski[3] erhielt dieselbe Erscheinung mit +belichtetem Calciumsulfid. Endlich erhielt Herr Troost[4] kräftige +photographische Wirkungen mit künstlich hergestellter, +phosphorescirender, hexagonaler Blende und zwar durch schwarzes Papier +und dicken Carton hindurch. + +Die soeben citirten Experimente konnten trotz zahlreicher darauf +gerichteter Bemühungen nicht wiederholt werden. Man kann also durchaus +noch nicht als ausgemacht ansehen, daß das Zinksulfid und Calciumsulfid +die Eigenschaft haben, unter der Einwirkung des Lichts unsichtbare +Strahlen auszusenden, die schwarzes Papier durchdringen und auf die +photographische Platte wirken. + +Herr Becquerel[5-10] machte ähnliche Versuche mit Uransalzen, von denen +einige fluorescirend sind. Er erhielt starke photographische Wirkungen +mit Urankaliumsulfat durch schwarzes Papier hindurch. + +Becquerel glaubte zuerst, daß das fluorescirende Salz sich ähnlich +verhalte wie das Zink- und Calciumsulfid in den Versuchen von Henry, +Niewenglowski und Troost. Aber die weiteren Versuche zeigten, daß das +beobachtete Phänomen mit der Fluorescenz nichts zu tun hatte. Das Salz +braucht durchaus nicht belichtet zu sein; ferner wirken das Uran und +alle seine Verbindungen, ob fluorescirend oder nicht, in gleicher Weise, +und das metallische Uran am allerstärksten. Becquerel fand sodann, daß +die Uranverbindungen, auch wenn man sie in vollkommener Dunkelheit +aufbewahrt, jahrelang fortfahren, auf die photographische Platte durch +schwarzes Papier hindurch zu wirken. Er nahm an, daß das Uran und seine +Verbindungen besondere Strahlen aussenden: Die Uranstrahlen. Er stellte +fest, daß diese Strahlen durch dünne Metallschirme hindurchgehen und +elektrisirte Körper entladen. Er machte ferner Versuche, aus denen er +schloß, daß die Uranstrahlen reflektirt, gebrochen und polarisirt werden +können. + +Die Arbeiten anderer Physiker (Elster und Geitel, Lord Kelvin, Schmidt, +Rutherford, Beattie und Smoluchowski) haben die Resultate Becquerels +bestätigt und erweitert, abgesehen von der Reflexion, der Brechung und +Polarisation der Uranstrahlen, die sich in dieser Beziehung wie die +Röntgenstrahlen verhalten; eine Tatsache, die zuerst von Rutherford und +später von Becquerel selbst erkannt wurde. + +Erstes Kapitel. Radioaktivität des Uraniums und Thoriums. Radioaktive +Mineralien. +================================================================================= + +a) Becquerelstrahlen. +--------------------- + +Die von Herrn Becquerel entdeckten Uranstrahlen wirken auf gegen Licht +geschützte photographische Platten; sie können alle festen, flüssigen +und gasförmigen Körper durchdringen, vorausgesetzt, daß ihre Dicke +genügend gering ist; die durchstrahlten Gase machen sie zu schwachen +Leitern der Elektrizität[5-10]. + +Diese Eigenschaften der Uranverbindungen entspringen keiner bekannten +erregenden Ursache. Die Strahlung scheint selbsttätig zu sein, ihre +Intensität nimmt durchaus nicht ab, wenn man die Uranverbindungen +jahrelang in völliger Dunkelheit aufbewahrt; es handelt sich also nicht +etwa um eine besondere vom Licht verursachte Phosphorescenz. Die +Selbständigkeit und Konstanz der Uranstrahlen stellen eine ganz +außergewöhnliche physikalische Erscheinung dar. Herr Becquerel[11] hat +jahrelang ein Stück Uran in der Dunkelheit aufbewahrt und festgestellt, +daß die Wirkung auf die photographische Platte am Schlusse dieser Zeit +nicht merklich verändert war. Die Herren Elster und Geitel[12] haben +einen ähnlichen Versuch gemacht und in gleicher Weise die Konstanz der +Wirkung gefunden. + +Ich habe die Intensität der Uranstrahlen mittels der Leitfähigkeit der +Luft gemessen. Die Methode der Messungen wird weiter unten auseinander +gesetzt werden. Die erhaltenen Zahlen beweisen die Konstanz der +Strahlung innerhalb der Genauigkeitsgrenzen der Versuche, d. h. auf 2 +bis 3 Proz.[13] + +Zu diesen Messungen wurde eine Metallplatte benutzt, die mit einer +Schicht von Uranpulver bedeckt war. Die Platte wurde nicht in der +Dunkelheit aufbewahrt, da dies nach den oben angeführten Beobachtungen +ohne Einfluß ist. Die Zahl der mit dieser Platte ausgeführten +Beobachtungen ist sehr groß und erstreckt sich gegenwärtig auf einen +Zeitraum von fünf Jahren. + +Ferner untersuchte ich, ob auch irgend welche andre Substanzen sich +ebenso wie die Uranverbindungen verhalten. Herr Schmidt[14] +veröffentlichte zuerst, daß das Thor und seine Verbindungen die gleiche +Eigenschaft haben; eine analoge und gleichzeitige Arbeit von mir ergab +dasselbe Resultat. Ich[15] habe diese Arbeit publicirt, noch bevor ich +Kenntniß von der Schmidtschen Veröffentlichung hatte. + +Das Uran, das Thor und ihre Verbindungen emittiren also +Becquerelstrahlen. Ich habe die Substanzen, die eine derartige Strahlung +aussenden, radioaktiv genannt[16], ein Name, der seitdem allgemein +angenommen worden ist. + +Durch ihre photographischen und elektrischen Wirkungen sind die +Becquerelstrahlen den Röntgenstrahlen verwandt; sie haben auch, wie die +letzteren, die Fähigkeit, alle Körper zu durchdringen, aber ihr +Durchdringungsvermögen ist außerordentlich verschieden; die Uran- und +Thorstrahlen werden von Millimetern eines festen Körpers aufgehalten und +können sich in Luft nicht weiter als auf einige Centimeter fortpflanzen; +wenigstens gilt dies für den größten Teil der Strahlung. + +Die Arbeiten verschiedener Physiker, vor allem diejenigen von Herrn +Rutherford[17], haben gezeigt, daß die Becquerelstrahlen einer regulären +Reflexion, Brechung oder Polarisation nicht fähig sind. + +Das schwache Durchdringungsvermögen der Uran- und Thorstrahlen konnte +dazu führen, sie eher mit den sekundären Röntgenstrahlen, die von +Sagnac[18-21] näher untersucht sind, als mit den Röntgenstrahlen selbst +zu vergleichen. Andrerseits kann man versuchen, die Becquerelstrahlen +den in Luft sich fortpflanzenden Kathodenstrahlen (Lenardstrahlen) zur +Seite zu stellen. Man weiß heute, daß diese verschiedenen Vergleiche +alle ihre Berechtigung haben. + +b) Messung der Strahlungsintensität. +------------------------------------ + +[Fig. 1] + +Die benutzte Methode besteht in der Messung der Leitfähigkeit der Luft +unter der Einwirkung der radioaktiven Substanzen. Diese Methode hat den +Vorteil, schnell zu sein und vergleichbare Zahlen zu liefern. Der +benutzte Apparat besteht im wesentlichen aus einem Plattenkondensator AB +(Fig. 1). Die fein pulverisirte aktive Substanz ist auf der Platte B +ausgebreitet und macht die Luft zwischen den Platten leitend. Um diese +Leitfähigkeit zu messen, bringt man die Platte B auf ein hohes +Potential, indem man sie mit dem einen Pol einer kleinen +Akkumulatorenbatterie P verbindet, deren andrer Pol an Erde liegt. Da +die Platte A durch den Draht GD an Erde gelegt ist, so entsteht ein +elektrischer Strom zwischen den Platten. Das Potential der Platte A wird +durch ein Elektrometer E gemessen. Unterbricht man in C die Verbindung +mit der Erde, so ladet sich die Platte A und die Ladung bewirkt eine +Ablenkung des Elektrometers. Die Geschwindigkeit der Ablenkung ist +proportional der Stromintensität und kann zu ihrer Messung dienen. + +Es ist jedoch vorzuziehen, bei Ausführung der Messung die Ladung der +Platte A zu kompensiren, so daß man das Elektrometer auf Null erhält. +Die hier in Frage kommenden Ladungen sind außerordentlich schwach, sie +können mit Hülfe eines piezoelektrischen Quarzes Q kompensirt werden, +dessen eine Belegung mit A, die andre mit der Erde verbunden ist. Man +unterwirft die Quarzplatte einer Zugkraft von bekannter +Größe durch Aufsetzen von Gewichten auf eine Schale H: diese Zugkraft +wird allmählich hervorgebracht und bewirkt eine allmähliche Entwicklung +einer bekannten Elektrizitätsmenge während der Dauer der Messung. Der +Vorgang kann derart regulirt werden, daß in jedem Augenblick eine +Kompensation stattfindet zwischen der den Kondensator durchfließenden +und der entgegengesetzten vom Quarz herrührenden Elektrizitätsmenge.[^1] + +Man kann so in absolutem Maße die während einer gegebenen Zeit den +Kondensator durchfließende Elektrizitätsmenge, d. h. die +Stromintensität, messen. Die Messung ist unabhängig von der +Empfindlichkeit des Elektrometers. + +Wenn man eine gewisse Anzahl derartiger Messungen ausführt, so sieht +man, daß die Radioaktivität ein ziemlich genau meßbares Phänomen ist. +Sie variirt wenig mit der Temperatur und wird kaum von den Schwankungen +der Zimmertemperatur beeinflußt; auch eine Belichtung der aktiven +Substanz ist ohne Einfluß. Die Stromintensität zwischen den +Kondensatorplatten wächst mit deren Oberfläche; für einen gegebenen +Kondensator und gegebene Substanz wächst der Strom mit der +Potentialdifferenz zwischen den Platten, mit dem Druck des Gases, das +den Kondensator erfüllt, und mit dem Abstand der Platten (vorausgesetzt, +daß dieser Abstand nicht gar zu groß im Verhältniß zum Durchmesser ist). +Jedoch strebt der Strom für sehr hohe Potentialdifferenz einem praktisch +konstanten Grenzwert zu. Dies ist der Sättigungs- oder Grenzstrom. +Ferner variirt von einem gewissen ziemlich großen Abstand der Platten ab +der Strom kaum mehr mit dem Abstand. Der unter diesen Bedingungen +erhaltene Strom ist es, der bei meinen Untersuchungen als Maß der +Radioaktivität genommen wurde, wenn sich der Kondensator in Luft von +Atmosphärendruck befand. + +Ich gebe als Beispiel einige Kurven, die die Stromstärke als Funktion +des mittleren Feldes zwischen den Platten für zwei verschiedene +Plattenabstände darstellen. Platte B war mit einer sehr dünnen Schicht +pulverisirten Uranmetalls bedeckt; die mit dem Elektrometer verbundene +Platte A war mit einem Schutzring versehen. + +[Fig. 2] + +Fig. 2 zeigt, daß die Stromintensität für starke Potentialdifferenzen +zwischen den Platten konstant wird. Fig. 3 stellt dieselbe Kurve in +einem anderen Maßstabe dar und enthält bloß die Resultate für schwache +Potentialdifferenzen; der Quotient aus Stromstärke und +Potentialdifferenz ist für schwache Spannungen konstant und stellt die +Initialleitfähigkeit zwischen den Platten dar. Man kann also zwei +wichtige charakteristische Konstanten dieses Phänomens unterscheiden: 1. +Die Initialleitfähigkeit für schwache Potentialdifferenzen, 2. den +Grenzstrom für starke Potentialdifferenzen. Dieser Grenzstrom ist es, +der als Maß für die Radioaktivität angenommen wurde. + +Außer der zwischen den Platten besonders hergestellten +Potentialdifferenz existirt zwischen ihnen noch eine Kontaktkraft, und +die Wirkungen dieser beiden Stromursachen addiren sich; infolgedessen +ändert sich der Absolutwert des Stromes mit dem Vorzeichen der äußeren +Potentialdifferenz. Jedoch ist für hohe Spannungen der Einfluß der +Kontaktkraft zu vernachlässigen und die Stromstärke unabhängig von dem +Vorzeichen des Feldes zwischen den Platten. + +[Fig. 3] + +Die Leitfähigkeit der Luft und andrer Gase unter der Einwirkung der +Becquerelstrahlen ist von mehreren Physikern studirt worden.[22-24] Eine +sehr vollständige Untersuchung des Gegenstandes veröffentlichte Herr +Rutherford.[17] Die Gesetze der in Gasen durch Becquerelstrahlen +hervorgerufenen Leitfähigkeit sind dieselben wie die bei +Röntgenstrahlung gefundenen. Der Mechanismus der Erscheinung scheint in +beiden Fällen derselbe zu sein. Die Theorie der Ionisation der Gase +unter der Wirkung der Röntgen- oder Becquerelstrahlung giebt sehr guten +Aufschluß über die beobachteten Tatsachen. Diese Theorie soll hier nicht +weiter erörtert werden; ich erinnere nur an die Resultate, zu denen sie +führt: + +1. Die Zahl der pro Sekunde im Gase producirten Ionen wird proportional + gesetzt der im Gase absorbirten Strahlungsenergie. + +2. Um den einer bestimmten Strahlung entsprechenden Grenzstrom zu + erhalten, muß man einerseits diese Strahlung vom Gase vollständig + absorbiren lassen, indem man einen genügend große absorbirende Masse + benutzt; andrerseits muß man zur Hervorbringung des Stromes alle + erzeugten Ionen benutzen, indem man ein so starkes Feld herstellt, + daß die Zahl der sich wieder vereinigenden Ionen nur einen + unwesentlichen Bruchteil der in derselben Zeit erzeugten Gesamtzahl + von Ionen beträgt, und diese fast vollständig von dem Strom zu den + Elektroden geführt werden. Das hierzu nötige elektrische Feld ist um + so höher, je stärker die Ionisation. + +Nach neueren Untersuchungen von Herrn Townsend[25] ist das Phänomen bei +schwachem Gasdruck komplicirter. Der Strom scheint zuerst bei wachsender +Potentialdifferenz einem konstanten Grenzwert zuzustreben, aber von +einer gewissen Potentialdifferenz an beginnt der Strom wieder mit dem +Felde zu wachsen und zwar äußerst schnell. Herr Townsend nimmt an, daß +dieses Anwachsen von einer neuen Ionisation herrührt, die von den Ionen +selbst erzeugt wird, wenn sie unter der Einwirkung des elektrischen +Feldes eine genügend große Geschwindigkeit annehmen, damit ein +Gasmolekül, wenn es von diesen Geschossen getroffen wird, zerbrochen und +in die Ionen, aus denen es besteht, zerteilt wird. Ein starkes +elektrisches Feld und schwacher Druck begünstigen diese Ionisation durch +die schon vorhandenen Ionen, und sobald dies eintritt, wächst die +Stromstärke dauernd mit dem mittleren Felde zwischen den Platten. Der +Grenzstrom kann also nur erhalten werden, wenn die ionisirende Ursache +einen gewissen Wert nicht überschreitet, so daß die Sättigung bereits +bei Feldern erreicht wird, bei denen die Ionisation durch Ionenstoß noch +nicht stattgefunden hat. Diese Bedingung ist bei meinen Versuchen +erfüllt. + +Die Größenordnung des Sättigungsstromes, den man mit Uranverbindungen +erhält, beträgt etwa 10^{-11} Ampère für einen Kondensator, dessen +Platten 8 cm Durchmesser und 3 cm Abstand haben. Die Thoriumverbindungen +geben Ströme von derselben Größenordnung und die Aktivitäten der Oxyde +von Uran und Thor sind ganz analog. + +c) Radioaktivität der Uran- und Thorverbindungen. +------------------------------------------------- + +Es folgen zunächst einige Zahlen, die ich mit verschiedenen +Uranverbindungen erhalten habe; i bedeutet die Stromstärke in Ampère: + + i⋅ 10^11 + ------------------------------------------ -------------- + Metallisches Uran (etwas kohlehaltig) 2,3 + Schwarzes Uranoxyd, U_2O_5 2,6 + Grünes Uranoxyd, U_2O_4 1,8 + Uransäurehydrat 0,6 + Natriumuranat 1,2 + Kaliumuranat 1,2 + Ammoniumuranat 1,3 + Uranosulfat 0,7 + Urankaliumsulfat 0,7 + Uranylnitrat 0,7 + Urankupferphosphat 0,9 + Uranylsulfat 1,2 + +Die Dicke der angewandten Schicht von Uranverbindungen hat wenig +Einfluß, vorausgesetzt, daß die Schicht zusammenhängend ist. Einige +Versuche hierüber ergaben: + + Schichtdicke (mm) i⋅10^11 + ---------------- ------------------- ------------- + Uranoxyd 0,5 2,7 + „ 3,0 3,0 + Ammoniumuranat 0,5 1,3 + „ 3,0 3,0 + +Man kann hieraus schließen, daß die Absorption der Uranstrahlen durch +die emittirende Substanz sehr stark ist, da die aus tieferen Schichten +kommenden Strahlen keinen merklichen Effekt +hervorbringen. + +Aus den Zahlen, die ich[15] mit Thorverbindungen erhalten habe, ergab +sich folgendes: + +1. Die Dicke der angewandten Schicht ist von beträchtlichem Einfluß, + besonders beim Oxyd. + +2. Das Phänomen ist nur dann regelmäßig, wenn man eine sehr dünne + aktive Schicht benutzt (z. B. 0,25 mm). Wenn man dagegen eine dicke + Schicht (6 mm) benutzt, so erhält man zwischen weiten Grenzen + schwankende Zahlen, besonders im Falle des Oxyds: + + Schichtdicke (mm) i⋅10^11 + ------------ ------------------- --------------- + Thoroxyd 0,25 2,2 + „ 0,5 2,5 + „ 2,5 4,7 + „ 3,0 5,5 im Mittel + „ 6,0 5,5 „ „ + Thorsulfat 0,25 0,8 + +Es ist hier also eine Ursache zu Unregelmäßigkeiten vorhanden, die bei +den Uranverbindungen nicht existirt. Die mit einer Oxydschicht von 6 mm +erhaltenen Zahlen variiren zwischen 3,7 und 7,3. + +Die Untersuchungen, die ich über die Absorption der Uran- und +Thorstrahlen angestellt habe, ergaben, daß die Thorstrahlen ein größeres +Durchdringungsvermögen besitzen als die Uranstrahlen, und daß die vom +Thoroxyd in dicker Schicht emittirten Strahlen durchdringender sind als +diejenigen, die es in dünner Schicht emittirt. Es wurden z. B. folgende +Zahlen für den Bruchteil der Strahlung erhalten, den ein Aluminiumblatt +von 0,01 mm Dicke hindurchläßt: + + ------------------------------------------------------- + Strahlende Substanz Vom Aluminium + durchgelassener Bruchteil + der Strahlung + --------------------------- --------------------------- + Uran 0,18 + + Uranoxyd, 0,20 + U_2O_5 + + Ammoniumuranat 0,20 + + Urankupfersulfat 0,21 + + Thoroxyd, 0,25 mm dick 0,38 + + Thoroxyd, 0,5 mm dick 0,47 + + Thoroxyd, 3,0 mm dick 0,70 + + Thoroxyd, 6,0 mm dick 0,70 + + Thorsulfat, 0,25 mm dick 0,38 + ------------------------------------------------------- + +Bei den Uranverbindungen ist die Absorption dieselbe, welches auch immer +die benutzte Verbindung sei, woraus der Schluß zu ziehen ist, daß die +von den verschiedenen Verbindungen emittirten Strahlen von gleicher Art +sind. + +Die Eigentümlichkeiten der Thorstrahlung sind bereits Gegenstand sehr +ausführlicher Untersuchungen gewesen. Herr Owens[26] hat gezeigt, daß +man einen konstanten Strom in einem geschlossenen Apparat erst nach +ziemlich langer Zeit erhält, und daß die Stromstärke sehr stark durch +die Wirkung eines Luftstroms reducirt wird (was bei den Uranverbindungen +nicht der Fall ist). Herr Rutherford[27] hat analoge Versuche gemacht +und sie dahin interpretirt, daß das Thor und seine Verbindungen nicht +bloß Becquerelstrahlen aussenden, sondern auch eine aus außerordentlich +feinen Partikeln bestehende Emanation, die einige Zeit lang nach ihrer +Emission radioaktiv bleibt und von einem Luftstrom mit fortbewegt werden +kann. + +Die Eigentümlichkeiten der Thorstrahlung, die sich auf die Schichtdicke +und die Wirkung eines Luftstromes beziehen, sind eng verbunden mit der +Erscheinung der inducirten Radioaktivität und ihrer Fortpflanzung von +Schicht zu Schicht. Diese Erscheinung ist zuerst am Radium beobachtet +worden und soll weiter unten beschrieben werden. + +Die Radioaktivität der Uran- und Thorverbindungen stellt eine +Eigenschaft der Atome dar. Herr Becquerel[10] beobachtete bereits, daß +alle Verbindungen des Urans aktiv sind, und schloß daraus, daß ihre +Aktivität durch die Gegenwart des Elements Uran bedingt sei; er zeigte +ferner, daß das Uran stärker aktiv ist als seine Salze. Ich habe von +diesem Gesichtspunkt aus die Uran- und Thorverbindungen untersucht und +eine große Anzahl von Messungen ihrer Aktivität unter verschiedenen +Bedingungen ausgeführt. Es folgt aus allen diesen Messungen, daß die +Radioaktivität dieser Substanzen tatsächlich eine Eigenschaft des Atoms +ist. Sie scheint hier eng verknüpft mit der Anwesenheit der Atome der +beiden betrachteten Elemente und wird weder durch Änderung des +physikalischen Zustandes, noch durch chemische Umwandlungen zerstört. +Die chemischen Verbindungen und Mischungen, welche Uran und Thor +enthalten, sind um so aktiver, je mehr sie von diesen Metallen +enthalten, indem jede unaktive Substanz einerseits als träge Beimengung +wirkt, andrerseits einen Teil der Strahlung absorbirt. + +d) Ist die Radioaktivität der Atome eine allgemeine Erscheinung? +---------------------------------------------------------------- + +Wie bereits oben gesagt, habe ich danach gesucht, ob andre Substanzen +außer den Uran- und Thorverbindungen aktiv wären. Ich ging bei diesen +Untersuchungen von der Idee aus, daß es sehr wenig wahrscheinlich sei, +daß die Radioaktivität als Eigenschaft der Atome betrachtet, nur einer +bestimmten Art von Materie zukomme, unter Ausschluß aller übrigen. Die +Messungen, die ich gemacht habe, erlaubten den Schluß, daß für die +augenblicklich bekannten chemischen Elemente, incl. die allerseltensten +und unsichersten, die von mir studirten Verbindungen wenigstens 100mal +weniger aktiv in meinem Apparat wären als das metallische Uran. Von den +bekannteren Elementen habe ich verschiedene Verbindungen untersucht, von +den seltenen Körpern nur diejenigen Verbindungen, die ich mir gerade +verschaffen konnte. Folgendes ist die Liste der Substanzen, die ich als +Element oder in Verbindung untersucht habe: + +1. Alle Metalle und Nichtmetalle, die leicht erhältlich sind, und + einige seltenere in ziemlich reinem Zustand aus der Sammlung von + Herrn Etard an der »École de physique et de chimie industrielles de + la ville de Paris«. + +2. Die folgenden seltenen Körper: Gallium, Germanium, Neodym, + Praseodym, Niobium, Skandium, Gadolinium, Erbium, Samarium und + Rubidium (von Herrn Demarçay geliehen); Yttrium, Ytterbium mit + Neoerbium (von Herrn Urbain geliehen).[^2] + +3. Eine große Anzahl von Gesteinen und Mineralien. + +Innerhalb der Empfindlichkeitsgrenze meines Apparates habe ich außer dem +Uran und Thor keinen einfachen Körper gefunden, dessen Atome radioaktiv +sind.[^3] + +Ich muß hier jedoch einige Worte bezüglich des Phosphors einfügen. +Feuchter weißer Phosphor, zwischen die Kondensatorplatten gebracht, +macht die Luft zwischen den Platten leitend.[28] Gleichwohl betrachte +ich diesen Körper nicht als radioaktiv nach Art des Urans und Thors. Der +Phosphor oxydirt sich nämlich hierbei und sendet Licht aus, während die +Uran- und Thorverbindungen radioaktiv sind, ohne eine chemische Änderung +zu erfahren, die mit den bekannten Mitteln nachweisbar wäre. Ferner ist +der Phosphor weder in seiner roten Modifikation, noch in Verbindungen +aktiv. + +In einer neuen Arbeit hat Herr Bloch[29] gezeigt, daß der Phosphor, wenn +er sich an der Luft oxydirt, Ionen erzeugt, die sehr schwach beweglich +sind, die Luft leitend machen und Kondensation des Wasserdampfes +hervorrufen. + +Uran und Thor sind die beiden Elemente des größten Atomgewichts (240 und +232), man findet sie häufig in denselben Mineralien. + +e) Radioaktive Mineralien. +-------------------------- + +Ich habe in meinem Apparat verschiedene Mineralien untersucht.[^4] + +Mehrere davon zeigten sich aktiv, z. B. die Pechblende, der Chalkolit, +Autunit, Monazit, Thorit, Orangit, Fergusonit, Cleveit usw. Die folgende +Tabelle enthält die Intensität i des mit metallischem Uran und mit +verschiedenen Mineralien erhaltenen Stromes in Ampere: + + i⋅ 10^11 + ----------------------------------- --------------------- + Uran 7,3 + Pechblende aus Johanngeorgenstadt 8,3 + Pechblende aus Joachimsthal 7,0 + Pechblende aus Pzibram 6,5 + Pechblende aus Cornwallis 1,6 + Cleveit 1,4 + Chalcolit 5,2 + Autunit 2,7 + Verschiedene Thorite 0,1 0,3 0,7 1,5 1,4 + Orangit 2,0 + Monazit 0,5 + Xenotim 0,03 + Äschynit 0,7 + Fergusonit (zwei Proben) 0,4 0,1 + Samarskit 1,1 + Niobit (zwei Proben) 0,1 0,3 + Tantalit 0,02 + Carnotit 6,2 + +Carnotit ist ein neuerdings von Friedel und Cumenge entdecktes, aus +Uranvanadat bestehendes Mineral. Der mit Orangit (einem +Thoroxyd-haltigen Mineral) erhaltene Strom variirt stark mit der +angewandten Schichtdicke; vermehrte man diese Dicke von 0,25 bis 6 mm, +so wuchs der Strom von 1,8 auf 2,7. + +Alle Mineralien, die sich radioaktiv zeigen, enthalten Uran oder Thor, +ihre Aktivität ist also nicht weiter erstaunlich, doch ist die +Intensität der Erscheinung bei gewissen Materialien unerwartet groß. So +findet man Pechblenden (uranoxydhaltiges Mineral), die viermal aktiver +sind als metallisches Uran. Chalkolit (krystallisirtes +Urankupferphosphat) ist zweimal aktiver als Uran. Autunit +(Urancalciumphosphat) ist ebenso aktiv wie Uran. Diese Tatsachen waren +in Widerspruch mit den früheren Betrachtungen, nach denen kein Mineral +stärker aktiv hätte sein dürfen als Uran oder Thor. + +Um diesen Punkt aufzuklären, habe ich nach dem Debrayschen([30], p. 445) +Verfahren künstlichen Chalkolit hergestellt unter Benutzung reiner +Ausgangssubstanzen. Dieses Verfahren besteht in der Mischung einer +Lösung von Urannitrat mit einer Lösung von Kupferphosphat in +Phosphorsäure und Erhitzung auf 50 bis 60 Grad. Nach einiger Zeit bilden +sich die Chalkolitkrystalle in der Flüssigkeit. + +Der so erhaltene Chalkolit besitzt eine durchaus normale, seiner +Zusammensetzung entsprechende Aktivität; sie ist 2,5 mal kleiner als die +des Urans. + +Es wurde hiernach sehr wahrscheinlich, daß die Pechblende, der +Chalkolit, der Autunit ihre starke Aktivität einer kleinen Quantität +beigemengter stark aktiver Substanz verdanken, die verschieden ist vom +Uran, vom Thor und den überhaupt bekannten einfachen Körpern. Wenn sich +dies wirklich so verhielte, glaubte ich, hoffen zu dürfen, diese +Substanz mittels gewöhnlicher chemisch analytischer Verfahren aus dem +Mineral extrahiren zu können. + +Zweites Kapitel. Die neuen radioaktiven Substanzen. +=================================================== + +a) Untersuchungsmethoden. +------------------------- + +Die Resultate der Untersuchungen radioaktiver Mineralien, die im vorigen +Kapitel erörtert wurden, veranlaßten Herrn Curie und mich zu dem +Versuche, aus der Pechblende eine neue radioaktive Substanz zu +extrahiren. Als Untersuchungsmethode konnten wir uns nur der +Radioaktivität selbst bedienen, da wir kein andres Merkmal der +hypothetischen Substanz kannten. In folgender Weise kann man die +Radioaktivität für eine derartige Untersuchung benutzen: Man mißt die +Aktivität eines Produkts und führt dann mit ihm eine chemische Trennung +aus; man mißt die Aktivität aller hierbei erhaltenen Produkte und stellt +fest, ob die radioaktive Substanz völlig in einem davon geblieben ist, +oder ob sie sich in irgend einem Verhältnisse zwischen ihnen geteilt +hat. Auf diese Weise hat man ein Erkennungsmittel, das in mancher +Hinsicht mit der Spektralanalyse verglichen werden kann. Um +vergleichbare Zahlen zu erhalten, muß man die Aktivität der Substanzen +im festen und gut getrockneten Zustande untersuchen. + +b) Polonium, Radium, Aktinium. +------------------------------ + +Die Analyse der Pechblende führte uns unter Anwendung der eben +erörterten Methode zu der Feststellung der Existenz zweier chemisch +verschiedener, stark aktiver Substanzen in diesem Mineral, des +Poloniums, das wir allein, und des Radiums, das wir zusammen mit Herrn +Bémont entdeckt haben.[15,31] + +Das Polonium ist eine dem Wismut in chemisch analytischer Beziehung +verwandte Substanz und begleitet dieses bei den Trennungen. Man erhält +ein immer Polonium-reicheres Wismut durch eins der folgenden +Fraktionirungsverfahren: + +1. Sublimation der Sulfide im Vakuum; das aktive Sulfid ist flüchtiger + als das des Wismuts. + +2. Ausfällung der salpetersauren Lösung mit Wasser; das + niedergeschlagene Subnitrat ist viel aktiver als das gelöst + zurückbleibende Salz. + +3. Ausfällung einer sehr stark sauren Chloridlösung mit + Schwefelwasserstoff. Die niedergeschlagenen Sulfide sind bedeutend + aktiver als das gelöst zurückbleibende Salz. + +Das Radium ist eine Substanz, die das aus der Pechblende extrahirte +Baryum begleitet; es folgt dem Baryum in seinen Reaktionen und läßt sich +von ihm durch den Löslichkeitsunterschied der Chloride in Wasser, +alkoholhaltigem Wasser oder mit Salzsäure versetztem Wasser trennen. Wir +bewirkten die Trennung der Chloride von Baryum und Radium, indem wir ihr +Gemenge einer fraktionirten Krystallisation unterwarfen, wobei das +Radiumchlorid weniger löslich war als das Baryumchlorid. + +Eine dritte stark radioaktive Substanz ist von Herrn Debierne[32,33] in +der Pechblende festgestellt und von ihm als Aktinium bezeichnet worden. +Das Aktinium begleitet gewisse in der Pechblende enthaltene Körper der +Eisengruppe. Es scheint hauptsächlich dem Thorium verwandt, von dem es +noch nicht getrennt werden konnte. Die Extraktion des Aktiniums aus der +Pechblende ist eine sehr heikle Arbeit; die Trennungen sind im +allgemeinen unvollständig. + +Alle drei neuen radioaktiven Substanzen finden sich in der Pechblende +nur in ganz verschwindend kleiner Menge. Um sie in konzentrirtem +Zustande zu erhalten, mußten wir die Behandlung von mehreren Tonnen +Uranmineralrückständen unternehmen. Im Groben geschieht die Behandlung +in einer Fabrik; hierauf folgt ein umständliches Reinigungs- und +Koncentrirungsverfahren. So kommen wir dazu, aus den Tausenden von +Kilogrammen von Ausgangssubstanz einige Decigramme von Endprodukten zu +gewinnen, deren Aktivität im Verhältniß zu der des Minerals, aus dem sie +stammen, ganz außerordentlich groß ist. Es ist klar, daß diese gesamte +Arbeit langwierig, heikel und kostspielig ist.[^5] + +In Anschluß an unsere Arbeit wurden noch andere radioaktive Substanzen +angekündigt. Herr Giesel[34,35] einerseits, die Herren Hofmann und +Strauß[36] andrerseits teilten mit, daß wahrscheinlich noch eine dem +Blei in seinen chemischen Eigenschaften verwandte radioaktive Substanz +existire. Man weiß jedoch noch wenig über diese Substanz. Von allen +diesen neuen radioaktiven Substanzen ist bis jetzt das Radium das +einzige, das im Zustande eines reinen Salzes dargestellt wurde. + +c) Spektrum des Radiums. +------------------------ + +Es war von hervorragender Wichtigkeit, mit allen nur möglichen Mitteln +die bei dieser Arbeit gemachte Hypothese der Existenz neuer radioaktiver +Elemente zu kontrolliren. Im Falle des Radiums ergab die Spektralanalyse +eine vollständige Bestätigung dieser Hypothese. + +Herr Demarçay war gern bereit, die Prüfung der neuen radioaktiven +Substanz mittels der exakten Methode, welche er bei dem Studium +photographirter Funkenspektra anwendet, auszuführen. Die Unterstützung +durch einen so kompetenten Gelehrten war für uns eine große Wohltat. Wir +bewahren ihm eine tiefe Dankbarkeit dafür, daß er sich mit dieser Arbeit +befaßte. Die Resultate der Spektralanalyse haben uns Gewißheit +verschafft zu einer Zeit, da wir noch Zweifel über die Interpretation +unsrer Resultate hatten.[^6] + +Die ersten Proben von mäßig aktivem Radium-haltigen Baryumchlorid, die +Demarçay untersuchte, zeigten ihm gleichzeitig mit den Baryumlinien eine +neue Linie von merklicher Intensität und der Wellenlänge +λ = 381,47 μμ im ultravioletten Spektrum. Mit den darauf +hergestellten stärker aktiven Produkten sah Demarçay die Linie 381,47 +sich verstärken; gleichzeitig erschienen andre neue Linien und in dem +Spektrum hatten die neuen Linien und die Baryumlinien vergleichbare +Intensität. Eine weitere Koncentration lieferte ein Produkt, in dem das +neue Spektrum vorherrscht, und einzig die allein noch sichtbaren +stärksten drei Baryumlinien zeigen die Anwesenheit dieses Metalls als +bloße Verunreinigung an. Dieses Produkt kann also als fast reines +Radiumchlorid betrachtet werden. Endlich konnte ich durch eine neue +Reinigung ein außerordentlich reines Radiumchlorid herstellen, in dessen +Spektrum die Hauptlinien des Baryums kaum mehr sichtbar sind. + +Folgendes sind nach Demarçay[37-39] die Hauptlinien des Radiums für den +Teil des Spektrums zwischen λ=500,0 und λ=350,0 Tausendstel +Mikron (μμ). Die Intensität jeder Linie ist durch eine Zahl +angegeben, wobei die stärkste Linie gleich 16 gesetzt ist. + + Intensität + -------- ------------ + 483,63 10 + 472,69 5 + 469,98 3 + 469,21 7 + 468,30 14 + 464,19 4 + 453,85 9 + 443,61 8 + 434,06 13 + 381,47 16 + 364,96 12 + +Alle Linien sind deutlich und scharf; die drei Linien 381,47, 468,30 und +434,06 sind stark, sie erreichen gleiche Intensität mit den stärksten +bekannten Linien. Ferner bemerkt man in dem Spektrum zwei starke +verwaschene Banden; die erste symmetrische erstreckt sich von 463,10 bis +462,19 mit einem Maximum bei 462,75; die zweite stärkere ist nach dem +Ultraviolett hin abgeschattet, sie beginnt plötzlich bei 446,37, +erreicht ein Maximum bei 445,52, das sich bis 445,34 erstreckt und dann +folgt eine verwaschene Bande, die, allmählich schwächer werdend, bis 439 +reicht. + +In dem weniger brechbaren, nicht photographirten Teil des +Funkenspektrums liegt die einzige bemerkbare Linie bei (ungefähr) 566,5; +sie ist jedoch viel schwächer als 482,63. + +Der Allgemeinanblick des Spektrums entspricht dem der Erdalkalimetalle, +deren Spektra bekanntlich aus starken Linien und verwaschenen Banden +bestehen. + +Nach Demarçay kann man das Radium zu den Körpern allerempfindlichster +Spektralreaktion rechnen. Ich konnte aus meiner Koncentrirungsarbeit +schließen, daß in der ersten Probe, die die Linie 381,47 deutlich +zeigte, das Verhältniß des darin enthaltenen Radiums sehr klein sein +mußte (vielleicht 0,02 Proz). Gleichwohl bedarf es einer 50mal größeren +Aktivität als die des metallischen Urans, um die Hauptlinien des Radiums +in den photographirten Spektren deutlich zu bemerken. Mit einem +empindlichen Elektrometer kann man die Radioaktivität eines Produktes +erkennen, die nur {}^{1}/_{100} der des metallischen Urans beträgt. Man +sieht also, daß zur Erkennung der Anwesenheit des Radiums die +Radioaktivität ein mehrere 1000mal empfindlicheres Zeichen ist als die +Spektralreaktion. + +Das stark aktive Wismut-Polonium und das stark aktive Thorium-Aktinium, +die von Demarçay geprüft wurden, ergaben bis jetzt nur die Linien des +Wismuts und Thors. + +In einer neuen Veröffentlichung kündigt Herr Giesel,[40] der sich mit +der Darstellung des Radiums befaßt hat, an, daß das Radiumbromid die +Flamme rot färbt. Das Flammenspektrum des Radiums enthält zwei schöne +rote Banden, eine Linie im Blaugrün und zwei schwache Linien im Violett. + +d) Abscheidung der neuen radioaktiven Substanzen. +------------------------------------------------- + +Der erste Teil des Verfahrens besteht darin, daß man aus den +Uranmineralien das Radium-haltige Baryum, das Poloniumhaltige Wismut und +die das Aktinium enthaltenden seltenen Erden absondert. Wenn man diese +drei Ausgangsprodukte erhalten hat, so sucht man aus jedem von ihnen die +neue radioaktive Substanz zu isoliren. Dieser zweite Teil der Arbeit +geschieht mittels einer Fraktionirungsmethode. Es ist bekanntlich sehr +schwierig, ein Mittel zur vollkommenen Trennung zweier sehr verwandter +Elemente zu finden. Die Fraktionirungsmethoden sind hier also +unerläßlich. Außerdem darf man, wenn ein Element einem andren nur +spurenweise beigemengt ist, eine vollkommene Trennungsmethode auf das +Gemisch überhaupt nicht anwenden, selbst wenn man eine kennen würde. Man +würde tatsächlich riskiren, die durch diese Operation abzuscheidende +Spur von Substanz gänzlich zu verlieren. + +Ich habe mich speciell damit befaßt, das Radium und das Polonium zu +isoliren. Nach einer Arbeit von mehreren Jahren bin ich jedoch nur mit +dem ersten der beiden Körper zum Ziele gelangt. + +Da die Pechblende ein kostbares Mineral ist, haben wir darauf +verzichtet, große Quantitäten davon zu behandeln. In Europa geschieht +die Verarbeitung dieses Minerals im Bergwerk von Joachimsthal in Böhmen. +Das zerkleinerte Mineral wird zuerst mit Soda geröstet und das Produkt +dieses Verfahrens zuerst in warmem Wasser, dann in verdünnter +Schwefelsäure ausgelaugt. Die Lösung enthält das Uran, dem die +Pechblende ihren Wert verdankt. Der unlösliche Rückstand wird +fortgeworfen. Dieser Rückstand enthält die radioaktiven Substanzen, +seine Aktivität ist 4,5 mal größer als die des metallischen Urans. Die +österreichische Regierung, der das Bergwerk gehört, hat uns +freundlicherweise eine Tonne dieses Rückstandes zu unsrer Untersuchung +zur Verfügung gestellt und das Bergwerk angewiesen, uns noch mehrere +Tonnen der Substanz zu liefern. + +Es war durchaus nicht leicht, den Rückstand in der Fabrik mittels eines +laboratoriumsmäßigen Verfahrens zu behandeln. Herr Debierne übernahm es, +diese Frage zu studiren und die fabrikmäßige Behandlung zu organisiren. +Der wichtigste Punkt der von ihm angegebenen Methode besteht darin, daß +man durch Kochen der Substanz in koncentrirter Sodalösung die Sulfate in +Karbonate verwandelt. Dieser Vorgang umgeht die sonst notwendige +Schmelzung mit Soda. + +Der Rückstand enthält hauptsächlich die Sulfate von Blei und Calcium, +ferner Silicium, Aluminium und Eisenoxyd. Außerdem finden sich in mehr +oder weniger großer Menge beinahe alle Metalle (Kupfer, Wismut, Zink, +Kobalt, Mangan, Nickel, Vanadium, Antimon, Thallium, die seltenen Erden, +Niobium, Tantal, Arsen, Baryum usw.) darin vor. Das Radium befindet sich +in dieser Mischung von Sulfaten als das am wenigsten lösliche. Um es +aufzulösen, muß die Schwefelsäure so weit als möglich beseitigt werden. +Dazu beginnt man die Behandlung des Rückstandes mit einer koncentrirten +kochenden Natronlauge. Die mit dem Blei, Aluminium und Calcium +verbundene Schwefelsäure geht großenteils als Natriumsulfat in Lösung, +das durch Auswaschung mit Wasser beseitigt wird. Durch das Alkali +entfernt man gleichzeitig das Blei, Silicium und Aluminium. Der +unlösliche Teil wird dann mit Wasser gewaschen und der Einwirkung +gewöhnlicher Salzsäure ausgesetzt. Diese Operation bewirkt den völligen +Aufschluß der Substanz und löst sie zum größten Teil. Aus dieser Lösung +kann man das Polonium und Aktinium ausscheiden: Ersteres wird durch +Schwefelwasserstoff niedergeschlagen, letzteres findet sich in den +Hydraten, die durch Ammoniak aus der Lösung niedergeschlagen werden, +nachdem diese von den Sulfaten getrennt und oxydirt ist. Das Radium +bleibt in dem unlöslichen Teil. Dieser Teil wird mit Wasser gewaschen, +sodann mit einer koncentrirten, kochenden Sodalösung behandelt. Wenn nur +wenige nicht angegriffene Sulfate zurückgeblieben sind, so bewirkt diese +Operation eine vollkommene Verwandlung der Baryumsulfate in Karbonate. +Man wäscht darauf die Substanz sehr gründlich mit Wasser aus und +unterwirft sie der Einwirkung von Salzsäure, die durchaus frei von +Schwefelsäure sein muß. Die Lösung, die das Radium, wie auch das +Polonium und Aktinium enthält, wird filtrirt und mit Schwefelsäure +niedergeschlagen. Man erhält so rohe Sulfate von Radium-haltigem Baryum, +die auch Calcium, Blei und Eisen enthalten und ein wenig Aktinium mit +sich gerissen haben. Die Lösung enthält noch ein wenig Aktinium und +Polonium, die in derselben Weise getrennt werden können, wie von der +ersten salzsauren Lösung. + +Aus einer Tonne Rückstand erhält man so 10 bis 20 kg rohe Sulfate, deren +Aktivität 30- bis 60 mal größer ist als die des metallischen Urans. Man +schreitet nunmehr zu ihrer Reinigung. Dazu kocht man sie in Soda und +verwandelt sie in Chloride. Die Lösung wird mit Schwefelwasserstoff +behandelt, woraus eine kleine Quantität aktiver Sulfide resultirt, die +Polonium enthalten. Man filtrirt die Lösung, oxydirt sie durch die +Wirkung von Chlor und schlägt sie mit reinem Ammoniak nieder. Die +niedergeschlagenen Oxyde und Hydrate sind stark aktiv und zwar rührt die +Aktivität vom Aktinium her. Die filtrirte Lösung wird mit Soda +niedergeschlagen. Die niedergeschlagenen Karbonate der Erdalkalien +werden gewaschen und in Chloride verwandelt. Diese Chloride werden zur +Trockenheit eingedampft und mit koncentrirter reiner Salzsäure +gewaschen. Das Chlorcalcium löst sich beinahe vollständig, während das +Radium-haltige Chlorbaryum unlöslich bleibt. Man erhält so pro Tonne +Ausgangssubstanz ungefähr 8 kg Radium-haltigen Baryums, dessen Aktivität +ungefähr 60 mal größer ist als die des metallischen Urans. Dieses +Chlorid ist reif zur Fraktionirung. + +e) Polonium. +------------ + +Wie bereits oben gesagt, schlägt man durch Einleitung von +Schwefelwasserstoff in die verschiedenen im Laufe des Verfahrens +erhaltenen salzsauren Lösungen aktive Sulfide nieder, deren Aktivität +vom Polonium herrührt. Diese Sulfide enthalten hauptsächlich Wismut, ein +wenig Kupfer und Blei. Letzteres Metall ist darin nur in geringem Maße +enthalten, da es zum großen Teil durch die Natronlauge entfernt worden +ist, und da sein Chlorid wenig löslich ist. Antimon und Arsen befinden +sich nur in minimaler Menge in den Oxyden, da ihre Oxyde durch das +Natron gelöst sind. Um hieraus stark aktive Sulfide zu erhalten, +benutzte man folgendes Verfahren. Die stark sauren Chloridlösungen +wurden durch Schwefelwasserstoff niedergeschlagen. Die hierbei +anfallenden Sulfide sind stark aktiv, man benutzt sie zur Herstellung +des Poloniums. In der Lösung bleiben die Substanzen, die bei Gegenwart +eines Überschusses von Salzsäure nur unvollkommen niedergeschlagen +werden (Wismut, Blei, Antimon). Um die Fällung zu vollenden, verdünnt +man die Lösung mit Wasser, behandelt sie von neuem mit +Schwefelwasserstoff und erhält ein zweites Quantum von Sulfiden, das +viel weniger aktiv als das erste ist und im allgemeinen fortgeworfen +wird. Zur weiteren Reinigung der Sulfide wäscht man sie mit +Schwefelammonium, wodurch die übrig bleibenden Spuren von Antimon und +Arsen beseitigt werden. Dann wäscht man sie mit Wasser, dem +Ammoniumnitrat zugesetzt ist, und behandelt sie mit verdünnter +Salpetersäure. Die Lösung ist niemals vollständig, man behält immer +einen mehr oder weniger großen unlöslichen Rückstand, den man nach +Gutdünken nochmals behandeln kann. Die Lösung wird auf ein kleines +Volumen eingedampft und entweder durch Ammoniak oder durch viel Wasser +niedergeschlagen. In beiden Fällen verbleiben Blei und Kupfer, im +zweiten Fall auch ein wenig fast unaktives Wismut in Lösung. + +Der aus Oxyden oder Subnitraten bestehende Niederschlag wird in +folgender Weise fraktionirt: Man löst den Niederschlag in Salpetersäure +und fügt der Lösung Wasser zu bis zur Bildung einer genügenden Menge von +Niederschlag. Bei dieser Operation muß man berücksichtigen, daß der +Niederschlag sich zuweilen erst nach einiger Zeit bildet. Man trennt ihn +von der überstehenden Flüssigkeit und löst ihn von neuem in +Salpetersäure; beide so erhaltenen Flüssigkeitsmengen unterwirft man von +neuem einer Füllung durch Wasser und so fort. Man vereinigt die +verschiedenen Portionen nach Maßgabe ihrer Aktivität, indem man die +Koncentration so weit wie möglich zu treiben sucht. Man erhält so eine +kleine Quantität von Substanz, deren Aktivität enorm ist, die aber +nichtsdestoweniger im Spektroskop bis jetzt nur die Linien des Wismut +gegeben hat. + +Leider hat man wenig Aussicht, auf diesem Wege zu einer Isolirung des +Poloniums zu gelangen. Die beschriebene Fraktionirungsmethode bietet +große Schwierigkeiten, und dasselbe gilt von andren +Fraktionirungsmethoden auf nassem Wege. Welches auch immer der +angewandte Proceß sei, es bilden sich sehr leicht Verbindungen, die in +verdünnten, wie in koncentrirten Säuren absolut unlöslich sind. Diese +Verbindungen können nur aufgelöst werden, wenn man sie vorher in den +metallischen Zustand überführt, z. B. durch Schmelzung mit Cyankalium. +Da die Zahl der auszuführenden Operationen sowieso schon beträchtlich +ist, so bietet dieser Umstand eine enorme Schwierigkeit für den +Fortschritt der Fraktionirung; dieser Übelstand ist um so +schwerwiegender, als das Polonium eine Substanz ist, die, einmal aus der +Pechblende entfernt, allmählich an Aktivität einbüßt. Dieses Nachlassen +der Aktivität ist übrigens langsam; so hat z. B. eine Probe von +Polonium-haltigem Wismutnitrat in 11 Monaten nur die Hälfte seiner +Aktivität eingebüßt. + +Beim Radium bietet sich keine analoge Schwierigkeit. Die Radioaktivität +bleibt ein treuer Führer für die Koncentrirung; diese Koncentrirung +selbst bietet keinerlei Schwierigkeit, und die Fortschritte der Arbeit +konnten von Anfang an durch die Spektralanalyse kontrollirt werden. + +Als die weiter unten zu besprechenden Erscheinungen der inducirten +Aktivität bekannt wurden, konnte man natürlich annehmen, daß das +Polonium, das nur die Spektrallinien des Wismuts zeigt und dessen +Aktivität mit der Zeit abnimmt, kein neues Element, sondern durch die +Nachbarschaft des Radiums in der Pechblende inducirtes Wismut sei. Ich +bin nicht davon überzeugt, daß diese Anschauung richtig sei. Im Laufe +meiner langen Arbeit über das Polonium habe ich chemische Wirkungen +konstatirt, die ich weder mit gewöhnlichem, noch mit durch Radium +aktivirtem Wismut jemals beobachtet habe. Diese chemischen Effekte +bestehen in erster Linie in der äußerst leichten Bildung unlöslicher +Verbindungen, von denen oben die Rede war (speciell Subnitrate), +zweitens in der Farbe und dem Aussehen der Niederschläge, die man durch +Wasserzusatz zur Lösung von Poloniumhaltigem Wismutnitrat erhält. Diese +Niederschläge sind manchmal weiß, aber meistens von einem mehr oder +weniger lebhaftem Gelb, das bis zum tiefen Rot geht. + +Die Abwesenheit von anderen Spektrallinien als denen des Wismuts beweist +durchaus nicht mit Sicherheit, daß die Substanz nur Wismut enthält, denn +es giebt Körper, deren Spektralreaktion sehr wenig empfindlich ist. + +Es wäre nötig, eine kleine Quantität Polonium-haltigen Wismuts in +möglichst großer Koncentration herzustellen und dieses chemisch zu +untersuchen, vor allem bezüglich des Atomgewichts des Metalls. Diese +Untersuchung konnte noch nicht ausgeführt werden, wegen der eben +erwähnten Schwierigkeit bei der chemischen Arbeit. + +Wenn es erwiesen wäre, daß das Polonium ein neues Element ist, so wäre +es darum nicht weniger wahr, daß dieses Element nicht beliebig lange im +stark aktiven Zustande existiren kann, wenigstens sobald es von dem +Mineral getrennt ist. Man kann also die Frage auf zwei verschiedene +Weisen betrachten: + +1. Entweder ist die ganze Aktivität des Poloniums bloß von den + benachbarten radioaktiven Substanzen inducirt. Das Polonium hätte + dann also die Fähigkeit, seine Atome in langdauernder Form zu + induciren, eine Fähigkeit, die nicht allen Substanzen zuzukommen + scheint;[^7] + +2. oder die Aktivität ist eine dem Polonium selbst angehörige, die sich + unter gewissen Bedingungen von selbst zerstört, unter gewissen + anderen Bedingungen, die in dem Mineral realisirt sind, beständig + sein kann. Die Erscheinung der Atomaktivirung durch Kontakt ist so + wenig bekannt, daß es an jeder Grundlage mangelt, um sich eine + bestimmte Meinung in dieser Frage zu bilden. + +Ganz kürzlich ist eine Arbeit von Herrn Marckwald[42] über das Polonium +erschienen. Marckwald taucht einen reinen Wismutstab in eine Lösung von +Wismutchlorid, das durch Behandlung von Pechblendenrückständen erhalten +ist. Nach einiger Zeit bedeckt sich der Stab mit einem stark aktiven +Niederschlag und die Lösung enthält nur noch inaktives Wismut. Marckwald +erhält ebenfalls einen sehr aktiven Niederschlag, wenn er Zinnchlorid +einer Lösung von radioaktivem Wismutchlorid hinzufügt. Er schließt +daraus, daß das aktive Element dem Tellur analog ist, und giebt ihm den +Namen Radiotellur. Die aktive Substanz Marckwalds scheint mit dem +Polonium identisch durch ihre Herkunft und durch die stark absorbirbaren +Strahlen, die sie aussendet. Die Wahl eines neuen Namens für diese +Substanz ist jedenfalls bei dem gegenwärtigen Stande der Frage noch +unnötig. + +f) Herstellung des reinen Radiumchlorids. +----------------------------------------- + +Der von mir angewandte Weg zur Aussonderung reinen Radiumchlorids aus +dem Radium-haltigen Baryumchlorid besteht darin, daß man das Gemenge der +Chloride einer fraktionirten Krystallisation unterwirft, zuerst in +reinem Wasser, dann in Wasser, dem Salzsäure zugesetzt ist. Man benutzt +also den Unterschied in der Löslichkeit der beiden Chloride, wobei das +Radiumchlorid weniger löslich ist als das Baryumchlorid. + +Beim Beginn der Fraktionirung gebraucht man reines destillirtes Wasser; +man löst das Chlorid auf und kocht die Lösung bis zur Sättigung ein. +Dann läßt man durch Abkühlung in einer offenen Schale auskrystallisiren. +Es bilden sich auf dem Grunde schöne festhaftende Krystalle, von denen +die überstehende Mutterlauge leicht abgegossen werden kann. Wenn man +eine Probe dieser Lösung zur Trockenheit eindampft, so findet man, daß +das hierbei erhaltene Chlorid ungefähr fünfmal weniger aktiv ist als das +auskrystallisirte. Man hat also das Chlorid in zwei Teile A und B +geteilt, von denen A viel aktiver ist als B. Man erneuert mit jedem der +Chloride A und B die Operation und erhält mit jedem von ihnen zwei neue +Fraktionen. Wenn die Krystallisation beendet ist, vereinigt man den +weniger aktiven Teil des Chlorids A mit dem stärker aktiven des +Chlorids B, da diese merklich dieselbe Aktivität haben. Man hat jetzt +also drei Teile, die man von neuem derselben Behandlung unterwirft; man +läßt jedoch die Zahl der Portionen nicht dauernd wachsen, da sich in dem +Maße, wie die Anzahl wächst, die Aktivität der am stärksten löslichen +Portion vermindert. Wenn diese Portion eine nur noch ganz unbedeutende +Aktivität besitzt, so entfernt man sie aus dem Verfahren. Hat man die +gewünschte Anzahl von Portionen erhalten, so fraktionirt man auch die am +wenigsten lösliche (an Radium reichste) Portion nicht weiter und +entfernt sie aus dem Verfahren. + +Man operirt mit einer konstanten Anzahl von Portionen. Nach jeder Reihe +von Operationen wird die Mutterlauge der einen Portion auf die Krystalle +der nachfolgenden gegossen; aber wenn man nach einer Reihe die +löslichste Portion entfernt hat, so macht man im Gegensatz dazu bei der +nächsten Reihe eine neue Portion mit der löslichsten Fraktion und +entfernt dagegen die Krystalle, die die am stärksten aktive Portion +bilden. Durch die stete Abwechslung dieser beiden Operationen erhält man +einen sehr regelmäßigen Fraktionirungsmechanismus, in dem die Zahl der +Portionen und die Aktivität jeder von ihnen konstant bleiben; jede +Portion ist hierbei ungefähr fünfmal aktiver als die folgende. An der +einen Seite (am Ende) entfernt man hier ein fast unaktives Produkt, +während man an der andren Seite (an der Spitze) ein an Radium +angereichertes Chlorid erntet. Die in den Portionen enthaltene +Substanzmenge wird natürlich immer geringer und die verschiedenen +Portionen enthalten um so weniger Substanz, um so aktiver sie sind. +Anfangs wurde mit sechs Portionen operirt und die Aktivität des am Ende +entfernten Chlorids betrug nur noch 0.1 der des Urans. + +Wenn man so einen großen Teil der inaktiven Substanz eliminirt hat und +die Portionen klein geworden sind, wird es zwecklos, eine so schwache +Aktivität noch zu eliminiren; man schaltet also eine Portion am Ende der +Fraktionsreihe aus und fügt an der Spitze eine Portion hinzu, die aus +dem vorher gewonnenen aktiven Chlorid gebildet ist. Man wird jetzt also +ein an Radium reicheres Chlorid ernten als vorher. Man fährt mit der +Anwendung dieses Systems fort, bis die Krystalle an der Spitze der Reihe +aus reinem Radiumchlorid bestehen. Wenn die Ausführung der Fraktionirung +eine sehr vollkommene war, so bleiben nur sehr kleine Mengen aller +Zwischenprodukte übrig. + +Wenn die Fraktionirung weit fortgeschritten und die in den einzelnen +Portionen enthaltene Substanzmenge sehr klein geworden ist, so wird die +Trennung durch Krystallisation weniger wirksam, da die Abkühlung zu +schnell erfolgt und das Volumen der abzugießenden Lösung zu klein wird. +Dann empfiehlt es sich, dem Wasser eine bestimmte Menge von Salzsäure +hinzusetzen, die um so größer werden muß, je weiter die Fraktionirung +fortschreitet. + +Der Vorteil dieses Zusatzes besteht in einer Vermehrung der +Lösungsmenge, da die Chloride in verdünnter Salzsäure weniger löslich +sind als in reinem Wasser. Außerdem wird aber auch die Fraktionirung +hierdurch wirksamer; die Differenz zwischen den beiden Fraktionen eines +bestimmten Produkts wird jetzt sehr beträchtlich; bei Anwendung von +Wasser mit viel Salzsäure erhält man deshalb ausgezeichnete Trennungen +und kann mit bloß drei oder vier Portionen auskommen. Es empiehlt sich, +dieses Verfahren sogleich anzuwenden, sowie nur die Substanzmenge klein +genug geworden ist, um es ohne Schwierigkeiten zu können. + +Die Krystalle, die sich aus stark saurer Lösung niederschlagen, haben +die Form sehr langer Nadeln, die für das Baryumchlorid genau so aussehen +wie für das Radiumchlorid. Beide sind doppelbrechend. Die Krystalle des +Radium-haltigen Baryums schlagen sich farblos nieder, aber wenn die +Menge des Radiums genügend groß wird, nehmen sie nach einiger Zeit eine +gelbe Farbe an, die bis zum Orange geht, manchmal auch eine schöne rosa +Färbung. Diese Färbung verschwindet beim Auflösen. Die Krystalle des +reinen Radiums färben sich nicht oder wenigstens nicht so schnell; die +Färbung scheint also an die gleichzeitige Anwesenheit von Baryum und +Radium gebunden zu sein. Das Maximum der Färbung wird mit einer +bestimmten Koncentration des Radiums erreicht, und man kann diese +Eigenschaft benutzen, um den Fortschritt der Fraktionirung zu +kontrolliren. Solange die aktivste Portion sich noch färbt, enthält sie +eine merkliche Menge von Baryum, wenn sie selbst sich nicht mehr färbt, +wohl aber die folgenden Portionen, so besteht sie im wesentlichen aus +reinem Radiumchlorid. + +Ich habe manchmal die Bildung eines Krystallgemenges beobachtet, von dem +ein Teil farblos blieb, wahrend der andre sich färbte. Es scheint +möglich, die farblosen Krystalle durch Aussuchen abzutrennen, doch habe +ich es nicht versucht. + +Gegen Schluß des Fraktionirungsverfahrens ist das Aktivitätsverhältniß +der aufeinander folgenden Portionen nicht mehr dasselbe wie im Anfange +und auch nicht mehr so regelmäßig; eine ernsthafte Störung im Gange des +Verfahrens tritt jedoch nicht ein. + +Auch die fraktionirte Fällung einer wässrigen Lösung von Radium-haltigem +Baryumchlorid durch Alkohol führt zur Isolirung des Radiumchlorids, das +sich zuerst niederschlägt. Diese anfangs von mir angewandte Methode +wurde später zu Gunsten der eben beschriebenen aufgegeben, die mehr +Regelmäßigkeit besitzt. + +Gleichwohl habe ich manchmal die Fällung durch Alkohol benutzt, um +Radiumchlorid zu reinigen, das eine kleine Spur von Baryumchlorid +enthält. Letzteres bleibt in der leicht wässrigen alkoholischen Lösung +zurück, und kann so entfernt werden. + +Herr Giesel der sich seit der Publikation unserer ersten Untersuchungen +mit der Herstellung radioaktiver Körper befaßte, empfiehlt die Trennung +des Radiums vom Baryum durch fraktionierte Krystallisation eines +Gemenges der Bromide. Ich konnte feststellen, daß dieses Verfahren +tatsächlich sehr vorteilhaft ist, besonders im Beginn der +Fraktionierung. + +Welches Fraktionirungsverfahren man auch anwenden mag, jedenfalls sollte +man es durch Messung der Aktivität kontrolliren. Dabei ist zu bemerken, +daß eine Radiumverbindung, wenn sie aus dem gelösten Zustande in den +festen übergeführt wird, sei es durch Fällung, sei es durch +Krystallisation, im Beginn eine um so geringere Aktivität besitzt, je +länger sie sich im Zustand der Lösung befand. Die Aktivität wächst +sodann während mehrerer Monate bis zu einer stets gleichen Grenze. Der +Endwert der Aktivität ist fünf- bis sechsmal größer als der Anfangswert. +Diese Veränderungen, auf die ich weiter unten zurückkommen werde, müssen +bei der Messung der Aktivität berücksichtigt werden. Wenn auch die +Endaktivität besser definirt ist, so ist es doch praktischer, im Laufe +eines chemischen Verfahrens die Anfangsaktivität des festen Produkts zu +messen. + +Die Aktivität der stark aktiven Substanzen ist von einer ganz andren +Größenordnung als die des Minerals, aus dem sie stammen (sie ist 10^4 +mal größer). Wenn man diese Radioaktivität mit der im Beginn dieser +Arbeit erläuterten Methode mißt (Fig. 1), so kann man die dem Quarz zu +erteilende Belastung nicht über eine gewisse Grenze vermehren. Diese +Belastung betrug bei unsren Versuchen im Maximum 4000 g, entsprechend +einer entwickelten Elektrizitätsmenge von 25 elektrostatischen +Einheiten. Wir können also nur im Verhältniß von 1 zu 4000 variirende +Aktivitäten mit ein und derselben Oberfläche der aktiven Substanz +messen. Um den Meßbarkeitsbereich auszudehnen, lassen wir die Oberfläche +in einem bestimmten Verhältniß sich ändern. Die aktive Substanz bedeckt +dann auf der Platte B eine kreisförmige Zone von bekanntem Radius. Da +die Aktivität unter diesen Bedingungen nicht genau der Oberfläche +proportional ist, so bestimmt man empirisch Koefficienten, die eine +Vergleichung der Aktivitäten bei ungleicher Oberfläche ermöglichen. Wenn +auch dieses Hülfsmittel versagt, muß man zu absorbirenden Schirmen und +andren entsprechenden Maßnahmen seine Zuflucht nehmen, auf die ich hier +nicht näher eingehen will. Alle diese mehr oder weniger unvollkommenen +Maßnahmen genügen jedoch, um eine Kontrolle bei den Untersuchungen zu +haben. + +Wir haben auch den Strom im Kondensator gemessen, indem wir ihn in einen +Kreis mit einer Batterie kleiner Akkumulatoren und einem empfindlichen +Galvanometer schalteten. Die häufig notwendige Kontrolle der +Galvanometerempfindlichkeit ließ uns von der Anwendung dieser Methode +bei den laufenden Messungen absehen. + +g) Bestimmung des Atomgewichts des Radiums. +------------------------------------------- + +Im Laufe meiner Arbeit habe ich mehrmals das Atomgewicht des in den +Proben Radium-haltigen Baryumchlorids enthaltenen Metalls untersucht. +Jedesmal, wenn ich nach Abschluß einer neuen Verarbeitung einen neuen +Vorrat Radium-haltigen Baryumchlorids zu behandeln hatte, trieb ich die +Koncentrirung so weit wie möglich, derart, daß ich 0,1 bis 0,5 g einer +Substanz erhielt, in der fast die ganze Aktivität des Gemenges enthalten +war. Aus dieser kleinen Substanzmenge füllte ich durch Alkohol oder +Salzsäure einige Milligramm, die zur spektralanalytischen Untersuchung +bestimmt wurden. Dank seiner ausgezeichneten Methode bedurfte Herr +Demarçay nur dieser minimalen Substanzmenge, um eine Photographie des +Funkenspektrums aufzunehmen. Mit dem übrig bleibenden Produkt führte ich +eine Atomgewichtsbestimmung aus. + +Ich benutzte die klassische Methode, die darin besteht, daß man das in +einer bestimmten Menge wasserfreien Chlorids enthaltene Chlor als +Chlorsilber bestimmt. Als Kontrollversuch bestimmte ich das Atomgewicht +des Baryums auf dieselbe Weise, unter denselben Bedingungen und mit +derselben Substanzmenge, zuerst 0,5 g dann bloß 0,1 g. Die gefundenen +Zahlen lagen stets zwischen 137 und 138. Die Methode liefert also selbst +mit einer so kleinen Substanzmenge genügend gute Resultate. + +Die beiden ersten Bestimmungen wurden mit Chloriden gemacht, von denen +das eine 230mal, das andre 600mal aktiver war als Uran. Diese beiden +Versuche ergaben innerhalb der Fehlergrenze dieselbe Zahl, wie der +Versuch mit reinem Baryumchlorid. + +Man konnte also die Auffindung einer Differenz nur bei Anwendung eines +viel stärker aktiven Produkts erhoffen. Der folgende Versuch, der mit +einem Chlorid, das 3500mal aktiver war als Uran, ausgeführt wurde, ließ +zum erstenmal eine zwar kleine, aber sichere Differenz bemerken; ich +fand für das mittlere Atomgewicht des in dem Chlorid enthaltenen Metalls +140, was darauf hinwies, daß das Atomgewicht des Radiums viel höher sein +mußte als das des Baryums. Als ich dann immer aktivere Produkte +anwandte, die das Radiumspektrum in immer größeren Intensität zeigten, +konstatirte ich auch, daß die erhaltenen Zahlen immer größer wurden, wie +aus der folgenden Tabelle hervorgeht (A bedeutet die Aktivität des +Chlorids, die des Urans gleich 1 gesetzt; M das gefundene Atomgewicht): + + ------------------------------------------------------------------ + A M + ---------- -------- ---------------------------------------------- + 3500 140 Radiumspektrum sehr schwach + + 4700 141 + + 7500 145,8 Radiumspektrum stark, aber Baryumspektrum noch + weit vorherrschend. + + Größen- 173,8 Beide Spektren von ungefähr gleicher Stärke. + ordnung 225 Baryum nur noch spurenweise vorhanden. + 10^6 + ------------------------------------------------------------------ + +Die Zahlen der Spalte A sind nur als rohe Angaben zu betrachten. Die +Auswertung der Aktivität stark aktiver Körper ist in der Tat aus weiter +unten zu erörternden Gründen sehr schwierig. + +Im Laufe des oben beschriebenen Verfahrens erhielt ich im März 1902 +0,12 g eines Radiumchlorids, dessen spektralanalytische Untersuchung +Herr Demarçay freundlichst ausführte. Dieses Radiumchlorid war nach +Herrn Demarçays Meinung so gut wie rein; gleichwohl zeigte sein Spektrum +die Hauptlinien des Baryums noch mit merklicher Stärke. Ich habe mit +diesem Chlorid vier Einzelbestimmungen hintereinander ausgeführt, deren +Resultate folgende sind: + + ------------------------------------------------ + Wasserfreies Chlorsilber (g) M + Radiumchlorid (g) + ---- ----------------- --------------- --------- + I 0,115 0 0,113 0 220,7 + + II 0,114 8 0,111 9 223,0 + + III 0,111 35 0,108 8 222,8 + + IV 0,109 25 0,108 45 223,1 + ------------------------------------------------ + +Ich unternahm sodann eine neue Reinigung des Chlorids und gelangte zu +einer noch reineren Substanz, in deren Spektrum die beiden stärksten +Baryumlinien nur noch sehr schwach sind. Unter Berücksichtigung der +Empfindlichkeit der Spektralreaktion des Baryums meint Herr Demarçay, +daß dieses gereinigte Chlorid nur noch minimale Spuren von Baryum +enthält, die das Atomgewicht nicht mehr in angebbarem Betrage +beeinflussen können. – Mit diesem vollkommen reinen Radiumchlorid machte +ich drei Bestimmungen mit folgenden Resultaten: + + ------------------------------------------------ + Wasserfreies Chlorsilber (g) M + Radiumchlorid (g) + ---- ----------------- --------------- --------- + I 0,091 92 0,088 90 225,3 + + II 0,089 36 0,086 27 225,8 + + III 0,088 39 0,085 89 224,0 + ------------------------------------------------ + +Diese Zahlen ergeben als Mittel 225. Sie sind, ebenso wie die früheren, +unter der Annahme berechnet, daß das Radium zweiwertig sei, daß also +sein Chlorid die Formel \text{RaCl}_2 habe, und unter Zugrundelegung +folgender Zahlen für das Silber und das Chlor: Ag = 107,8; Cl = 35,4. + +Aus diesen Versuchen folgt als Atomgewicht des Radiums 225.[43-45] Ich +halte diese Zahl für auf eine Einheit genau. + +Die Wägungen wurden mit einer genau justirten Curieschen aperiodischen +Wage gemacht, deren Empfindlichkeit {}^{1}/_{20} mg betrug. Diese direkt +ablesbare Wage erlaubt die Ausführung sehr schneller Wägungen, was sehr +wesentlich ist bei der Wägung von wasserfreien Radium- und +Baryumchloriden, die selbst bei Anwesenheit von Trockenmitteln im +Wagekasten langsam Wasser absorbiren. Die zu wägenden Substanzen +befanden sich in einem Platintiegel, der seit langer Zeit im Gebrauch +war; ich habe mich überzeugt, daß sein Gewicht sich während einer +Operation nicht um {}^{1}/_{10} mg änderte. + +Das durch Krystallisation erhaltene, Krystallwasser enthaltende Chlorid +wurde in den Tiegel gebracht und durch Erhitzung im Trockenschrank in +Anhydrid verwandelt. Der Versuch ergiebt, daß, wenn das Chlorid einige +Stunden auf 100° gehalten wurde, sein Gewicht sich nicht mehr ändert, +selbst wenn man die Temperatur auf 200° erhöht und während einiger +Stunden erhält. Das so erhaltene wasserfreie Chlorid bildet also einen +wohldefinirten Körper. + +Ich teile einige Messungen hierüber mit: Das Chlorid (1 dg) wird bei 55° +im Trockenschrank getrocknet und in einem Exsikkator mit +Phosphorsäureanhydrid gestellt; es verliert dann langsam an Gewicht, +woraus hervorgeht, daß es noch etwas Wasser enthält; während 12 Stunden +betrug dieser Verlust etwa 3 mg. Man bringt das Chlorid wieder in den +Trockenschrank und steigert die Temperatur auf 100°. Während dieser +Operation verliert das Chlorid 6,3 mg. Während weiterer 3 Stunden und 15 +Minuten verliert es noch 2,5 mg. Man erhält die Temperatur 45 Minuten +lang zwischen 100° und 120°, wodurch ein Gewichtsverlust von 0,1 mg +entsteht. Weitere 30 Minuten auf 125° gelassen, verliert das Chlorid +nichts. Sodann 30 Minuten auf 150° gehalten, verliert es 0,1 mg. Endlich +4 Stunden lang auf 200° erhitzt, erfahrt es einen Gewichtsverlust von +0,15 mg. Während aller dieser Operationen änderte sich das Gewicht des +Tiegels um 0,05 mg. + +Nach jeder Bestimmung des Atomgewichts wurde das Radium folgendermaßen +wieder in Chlorid zurückverwandelt: Die Flüssigkeit, die nach der +Analyse Radium- und Silbernitrat im Überschuß enthielt, wurde mit reiner +Salzsäure versetzt und das Chlorsilber durch Filtration beseitigt; dann +wurde die Flüssigkeit mehrer Male mit einem Überschuß reiner Salzsäure +zur Trockne eingedampft. Der Versuch ergiebt, daß man auf diese Weise +die Salpetersäure vollständig beseitigen kann. + +Das zur Analyse dienende Chlorsilber war stets radioaktiv und +selbstleuchtend. Ich überzeugte mich, daß es keine wägbare Menge von +Radium mitgerissen habe, indem ich die darin enthaltene Silbermenge +bestimmte. Zu diesem Zwecke wurde das in dem Tiegel enthaltene +geschmolzene Chlorsilber durch Wasserstoff reducirt, der aus verdünnter +Salzsäure und Zink hergestellt war; nach Auswaschung wurde der Tiegel +mit dem darin enthaltenen metallischen Silber gewogen. + +Ich habe ferner durch einen Versuch konstatirt, daß das Gewicht des +regenerirten Radiumchlorids ebenso groß war wie vor der Operation. Bei +anderen Versuchen begann ich die neuen Operationen, ohne eine +vollständige Verdampfung des Waschwassers abzuwarten. + +Diese Prüfungen besitzen nicht dieselbe Genauigkeit wie die direkten +Versuche; sie erlaubten gleichwohl die Feststellung, daß kein merklicher +Fehler untergelaufen war. + +Nach seinen chemischen Eigenschaften gehört das Radium zur Reihe der +Erdalkalimetalle. Es bildet in dieser Reihe das höhere Homologe des +Baryums. Nach seinem Atomgewicht kommt das Radium auch in der +Mendelejeffschen Tabelle hinter das Baryum in die Kolumne der +Erdalkalien und in die Zeile, die schon das Uran und das Thor enthält. + +h) Eigenschaften der Radiumsalze. +--------------------------------- + +Die Radiumsalze: Chlorid, Nitrat, Karbonat, Sulfat sehen, in festem +Zustande dargestellt, ebenso aus wie die entsprechenden Baryumsalze, sie +färben sich jedoch alle im Laufe der Zeit. + +Die Radiumsalze leuchten im Dunkeln. + +In ihren chemischen Eigenschaften verhalten sich Radiumsalze genau so, +wie die entsprechenden Baryumsalze. Die Löslichkeit des Radiumchlorids +ist jedoch geringer wie die des Baryumchlorids; die Löslichkeit der +Nitrate in Wasser scheint merklich dieselbe. + +Die Radiumsalze sind der Sitz einer fortwährenden selbsttätigen +Wärmeentwicklung. + +Reines Radiumchlorid ist paramagnetisch. Seine Magnetisirungszahl k +(Verhältniß des magnetischen Moments der Masseneinheit zur +Feldintensität) ist von den Herren Curie und Cheneveau[46] mittels eines +eigens hierzu konstruirten Apparates gemessen worden. Die Messung +geschah durch Vergleich mit der Magnetisirungszahl des Wassers unter +Anbringung der Korrektion für den Magnetismus der Luft. Man fand so: +k = 1,05 ⋅ 10^{-6}. Reines Baryumchlorid ist diamagnetisch, +seine Magnetisirungszahl beträgt: k = -0,40 ⋅ 10^{-6}. Ganz +entsprechend diesen Resu1taten findet man für ein Radium-haltiges +Baryumchlorid mit etwa 17 Proz. Radiumchlorid diamagnetisches Verhalten +und eine Magnetisirungszahl:[^8] k = -0,20 ⋅ 10^{-6}. + +i) Fraktionirung gewöhnlichen Baryumchlorids. +--------------------------------------------- + +Wir suchten festzustellen, ob das käufliche Baryumchlorid nicht kleine +Spuren von Radiumchlorid enthielte, die zu gering waren, um mit unsrem +Meßapparat wahrgenommen zu werden. Zu diesem Zwecke unternahmen wir die +Fraktionirung einer großen Menge von käuflichem Baryumchlorid, in der +Erwartung, eine etwa vorhandene Spur von Radiumchlorid dadurch +konzentriren zu können. + +50 kg käuflichen Baryumchlorids wurden mit schwefelsäurefreier Salzsäure +gefällt, wobei 20 kg gefällten Chlorids erhalten wurden. Dieses wurde in +Wasser aufgelöst und wieder teilweise durch Salzsäure gefällt, wobei man +8,5 kg Niederschlag erhielt. Dieses Chlorid wurde der beim +Radium-haltigen Baryum angewandten Fraktionirungsmethode unterworfen, +wobei man an der Spitze der Fraktionirung 10 g Chlorid geringster +Löslichkeit ausschied. Dieses Chlorid zeigte in unsrem Meßapparat +keinerlei Aktivität; es enthielt also kein Radium; dieser Körper ist +demnach in den das Baryum liefernden Mineralien nicht enthalten. + +Drittes Kapitel. Strahlung der neuen radioaktiven Substanzen. +============================================================= + +a) Methoden zur Untersuchung der Strahlen. +------------------------------------------ + +Um die von den radioaktiven Substanzen emittirte Strahlung zu +untersuchen, kann man irgend eine Eigenschaft dieser Strahlung benutzen. +Man kann also entweder die Wirkung der Strahlen auf die photographische +Platte, oder ihre Eigenschaft, die Luft zu ionisiren und leitend zu +machen, oder endlich ihre Fähigkeit, die Fluorescenz gewisser Substanzen +zu erregen, benutzen. Ich werde im Folgenden, wenn ich von einem dieser +verschiedenen Verfahren spreche, zur Abkürzung folgende Ausdrücke +gebrauchen: Radiographische, elektrische, fluoroskopische Methode. + +Die beiden ersteren wurden von Anfang an zur Untersuchung der +Uranstrahlen benutzt; die fluoroskopische Methode kann nur auf die +neuen, stark aktiven Substanzen angewandt werden, denn die schwach +radioaktiven Substanzen, wie Uran und Thor, bringen keine merkliche +Fluorescenz hervor. Die elektrische Methode ist die einzige, die präcise +Intensitätsmessungen erlaubt; die beiden andren sind von diesem +Gesichtspunkte aus betrachtet hauptsächlich zur Erlangung qualitativer +Resultate gegeignet, und können nur ganz grobe Intensitätsmessungen +liefern. Die mit den drei betrachteten Methoden erhaltenen Resultate +sind, wenn überhaupt, nur ganz roh mit einander vergleichbar und +gestatten manchmal überhaupt keinen Vergleich. Die empfindliche Platte, +das sich ionisirende Gas, der Fluorescenzschirm sind ebenso viele +Empfänger, welche Strahlungsenergie absorbiren und in eine andre +Energieform transformiren sollen; nämlich in chemische Energie, +Ionenenergie oder in Lichtenergie. Jeder Empfänger absorbirt einen +Bruchteil der Strahlung, dessen Größe wesentlich von seiner Natur +abhängt. Es wird weiter unten gezeigt werden, daß die Strahlung +zusammengesetzter Natur ist; die von den verschiedenen Empfängern +absorbirten Strahlungsbruchteile können sehr quantitativ und qualitativ +verschieden sein. Endlich ist es weder sicher, noch auch nur +wahrscheinlich, daß die absorbierte Energie von dem Empfänger +vollständig in die zur Beobachtung erwünschte Form transformirt wird: +ein Teil dieser Energie kann in Wärme verwandelt werden, oder in +Emission von Sekundärstrahlen, die je nachdem zur Hervorbringung der +beobachteten Erscheinung angenommen werden oder nicht, oder in chemische +Wirkungen, die verschieden sind von der zu beobachtenden usw., es hängt +somit auch der Nutzeffekt des Empfängers bezüglich der bescheinigten +Efficienz wesentlich von der Natur des Empfängers ab. + +Vergleichen wir zwei Proben radioaktiver Substanz mit einander, von +denen die eine Radium, die andere Polonium enthält, und die in dem in +Fig. 1 dargestellten Plattenapparat gleiche Activität zeigen. Bedeckt +man beide mit einem dünnen Aluminiumblatt, so wird das zweite +beträchtlich schwächer aktiv erscheinen als das erste und dasselbe wird +bei Benutzung desselben Fluorescenzschirms für beide der Fall sein, wenn +der Schirm genügend dick ist oder sich in einiger Entfernung von den +beiden radioaktiven Substanzen befindet. + +b) Energie der Strahlung +------------------------ + +Welche Untersuchungsmethode man auch anwendet, man findet immer, daß die +Strahlungsenergie der neuen radioaktiven Substanzen beträchtlich größer +ist, als die des Urans und Thors. So wird z. B. eine photographische +Platte bei kleiner Entfernung sozusagen augenblicklich beeinflußt, +während eine Exposition von 24 Stunden nötig ist, wenn man mit Uran oder +Thor operiert. Ein Fluorescenzschirm wird bei Berührung mit den neuen +radioaktiven Substanzen lebhaft erhellt, während man mit Uran oder Thor +keine Spur von Licht wahrnehmen kann. Endlich ist auch die Wirkung auf +die Luft vielmals stärker, etwa im Verhältniß 10^6. Es ist jedoch, +streng genommen, überhaupt nicht mehr möglich, die Totalintensität der +Strahlung wie beim Uran mit der eingangs beschriebenen elektrischen +Methode (Fig. 1) zu bestimmen. In der Tat wird beim Uran die Strahlung +nahezu vollständig in der Luftschicht zwischen den Platten absorbirt, +und der Grenzstrom wird bereits bei einer Spannung von 100 Volt +erreicht. Dies ist jedoch nicht mehr bei den stark aktiven Substanzen +der Fall. Ein Teil der Radiumstrahlung besteht aus sehr durchdringenden +Strahlen, die den Kondensator und die Metallplatten durchsetzen und +überhaupt nicht zur Ionisation der Luft zwischen den Platten ausgenutzt +werden. Ferner kann der Grenzstrom durchaus nicht immer mit den +verfügbaren Spannungen erreicht werden; so ist z. B. für das stark +aktive Polonium der Strom noch zwischen 100 und 500 Volt der Spannung +proportional. Die experimentellen Bedingungen, die den Messungen eine +einfache Bedeutung geben, sind hier also nicht erfüllt, und die +erhaltenen Zahlen können somit nicht als ein Maß der Totalstrahlung +betrachtet werden; sie bieten in dieser Hinsicht nur eine grobe +Annäherung. + +c) Zusammengesetzte Natur der Strahlung. +---------------------------------------- + +Die Arbeiten verschiedener Physiker (der Herren Becquerel, Meyer und v. +Schweidler, Giesel, Villard, Rutherford, P. und S. Curie) haben gezeigt, +daß die Strahlung der radioaktiven Substanzen sehr komplicirter Natur +ist. Man kann drei Arten von Strahlung unterscheiden, die ich nach der +von Herrn Rutherford angenommenen Bezeichnungsweise durch die Buchstaben +α, β, γ unterscheiden will. + +1. Die α-Strahlen sind wenig durchdringende Strahlen, die den + Hauptteil der Strahlung auszumachen scheinen. Diese Strahlen sind + durch die Art ihrer Absorption in der Materie charakterisirt. Das + magnetische Feld wirkt sehr wenig auf sie, so daß man sie zuerst für + magnetisch unablenkbar gehalten hat. In einem sehr starken + Magnetfeld werden die α-Strahlen jedoch ein wenig abgelenkt; + die Ablenkung erfolgt in derselben Weise wie bei den + Kathodenstrahlen, aber im umgekehrten Sinne; dasselbe gilt für die + Kanalstrahlen in den Entladungsröhren. + +2. Die β-Strahlen sind im Ganzen weniger absorbirbar als die + vorigen. Sie werden im Magnetfelde in gleicher Weise und im gleichen + Sinne abgelenkt wie die Kathodenstrahlen. + +3. Die γ-Strahlen sind durchdringende Strahlen, die vom + Magnetfelde nicht beeinflußt werden, und den Röntgenstrahlen + vergleichbar sind. + +Die Strahlen einer Gruppe können ein in sehr weiten Grenzen variables +Durchdringungsvermögen haben, wie aus den Versuchen mit β-Strahlen +hervorgeht. + +[Fig. 4] + +Denken wir uns folgenden Versuch: Das Radium R befindet sich in einer +kleinen Höhlung, die in einen Bleiblock P eingegraben ist (Fig. 4). Ein +geradliniges und wenig sich verbreiterndes Strahlenbündel entweicht aus +dem Troge. Nehmen wir an, daß in der Umgebung der Vertiefung ein +gleichförmiges, sehr starkes magnetisches Feld erzeugt werde, senkrecht +zur Zeichnungsebene und von vorn nach hinten gerichtet. Dann werden die +drei Strahlengruppen von einander getrennt werden. + +Die wenig intensiven γ-Strahlen setzen ihren geradlinigen Weg fort, +ohne eine Spur von Ablenkung. Die β-Strahlen werden wie +Kathodenstrahlen abgelenkt und beschreiben kreisförmige Bahnen in der +Zeichnungsebene, deren Krümmungsradius in weiten Grenzen variirt. Wenn +der Trog auf eine photographische Platte AC aufgesetzt wird, so wird der +von den β-Strahlen getroffene Teil BC der Platte beeinflußt. Die +α-Strahlen endlich bilden ein sehr intensives Bündel, das nur wenig +abgelenkt und ziemlich schnell in der Luft ebsorbirt wird. Diese +Strahlen beschreiben in der Zeichnungsebene eine Bahn von sehr großem +Krümmungsradius; der Sinn der Ablenkung ist der entgegengesetzte wie bei +den β-Strahlen. + +Bedeckt man die Höhlung mit einem dünnen Aluminiumschirm (0,1 m dick), +so werden die α-Strahlen großenteils absorbirt, die β-Strahlen +viel weniger, und die γ-Strahlen überhaupt nicht in merklichem +Maße. + +In der soeben beschriebenen Form kann der Versuch nicht wirklich +ausgeführt werden; die Versuche, aus denen die Wirkung des Magnetfeldes +auf die verschiedenen Strahlenarten hervorgeht, sollen weiter unten +besprochen werden. + +d) Wirkung des Magnetfeldes. +---------------------------- + +Aus dem obigen ergiebt sich, daß die von den radioaktiven Substanzen +emittirten Strahlen eine große Zahl von Eigenschaften mit den +Kathodenstrahlen und den Röntgenstrahlen gemeinsam haben. Die +Kathodenstrahlen ionisiren ebenso wie die Röntgenstrahlen die Luft, +wirken auf die photographischen Platten, erregen Fluorescenz, erfahren +keine regelmäßige Reflexion. Aber die Kathodenstrahlen unterscheiden +sich von den Röntgenstrahlen darin, daß sie durch die Einwirkung eines +Magnetfeldes aus ihrer geradlinigen Bahn abgelenkt werden, und daß sie +eine negative elektrische Ladung mit sich führen. + +Die Tatsache, daß das magnetische Feld auf die Strahlung der +radioaktiven Körper wirkt, wurde fast gleichzeitig von den Herren +Giesel[48], Meyer und v. Schweidler[49-52] und Becquerel[11] +entdeckt[^9]. Diese Physiker fanden, daß die Strahlen der radioaktiven +Körper in derselben Weise und im selben Sinne abgelenkt werden wie die +Kathodenstrahlen; ihre Beobachtungen bezogen sich auf die +β-Strahlen. + +Herr Curie[54] zeigte, daß die Radiumstrahlung aus zwei wohl zu +unterscheidenden Strahlengruppen besteht, von denen die eine im +Magnetfelde stark ablenkbar ist (β-Strahlen), während die andre +unempfindlich gegen die Wirkung des Feldes zu sein scheint (α- und +γ-Strahlen, die unter der gemeinsamen Bezeichnung ablenkbare +Strahlen zusammengefaßt wurden). + +Bei den von uns hergestellten Poloniumpräparaten hat Herr Becquerel +keine Emission von Strahlen, die den Kathodenstrahlen entsprechen, +beobachtet. Im Gegensatz hierzu hat Herr Giesel an einem von ihm +hergestellten Poloniumpräparat zuerst die Wirkung des Magnetfeldes +beobachtet. Unter allen von uns hergestellten Poloniumpräparaten hat +keines jemals den Kathodenstrahlen analoge Strahlen gezeigt. + +Das Gieselsche Polonium emittirt die kathodenstrahlartige Strahlung nur +im frisch hergestellten Zustande, es ist wahrscheinlich, daß diese +Strahlung von der Erscheinung der inducirten Radioaktivität herrührt, +von der weiter unten die Rede sein wird. + +Folgende Versuche dienten zum Nachweis, daß ein Teil der +Radiumstrahlung, und zwar nur ein Teil aus leicht ablenkbaren Strahlen +besteht (β-Strahlen). Die Versuche geschahen mittels der +elektrischen Methode[54]. + +[Fig. 5] + +Der radioaktive Körper A (Fig. 5) sendet Strahlen in der Richtung AD +zwischen die Platten P und P'. Die Platte P wird auf einem Potential von +500 Volt erhalten, die Platte P' ist mit einem Elektrometer und einem +piezoelektrischen Quarz verbunden. Man mißt die Stärke des unter dem +Einfluß der Strahlung die Luft durchfließenden Stromes. Mittels eines +Elektromagneten kann man nach Belieben innerhalb des ganzen Bereiches +EEEE ein magnetisches Feld erzeugen, das senkrecht zur Zeichnungsebene +verläuft. Wenn die Strahlen auch nur schwach abgelenkt werden, so +gelangen sie nicht mehr zwischen die Platten, und der Strom wird +unterdrückt. Die Bahn der Strahlen ist durch die Bleimassen BB'B'' sowie +durch die Polschuhe des Elektromagneten begrenzt; wenn die Strahlen +abgelenkt werden, so werden sie von den Bleimassen B und B' absorbirt. + +Die erhaltenen Resultate hängen wesentlich von dem Abstand AD der +Strahlungsquelle A von dem Beginn des Kondensators bei D ab. Ist die +Entfernung AD ziemlich groß (größer als 7 cm), so wird der größte Teil +(etwa 90 Proz.) der Radiumstrahlung, die den Kondensator erreicht, von +einem Magnetfelde von 2500 Einheiten abgelenkt und unterdrückt. Diese +Strahlen sind die β-Strahlen. Ist die Entfernung AD kleiner als +65 mm, so wird ein weniger beträchtlicher Teil der Strahlen vom Felde +abgelenkt; dabei wird dieser Teil bereits vollständig in einem Felde von +2500 Einheiten abgelenkt, so daß eine Erhöhung der Feldstärke auf 7000 +Einheiten keine Vermehrung des beseitigten Bruchteiles der Strahlung +hervorbringt. + +Der durch das Feld nicht abgelenkte Bruchteil der Strahlung ist um so +größer, je kleiner die Entfernung zwischen der Strahlungsquelle und dem +Kondensator. Für sehr kleine Abstände bilden die ablenkbaren Strahlen +nur noch einen ganz geringen Bruchteil der Gesamtstrahlung. + +Die durchdringenden Strahlen bestehen also zum großen Teil aus +ablenkbaren Strahlen von der Art der Kathodenstrahlen (β-Strahlen). + +Mit der soeben beschriebenen Anordnung konnte die Wirkung des +Magnetfeldes auf die α-Strahlen bei den angewandten Feldstärken +kaum beobachtet werden. Die sehr beträchtliche, scheinbar unablenkbare +Strahlung, die man bei kleinem Abstande von der Strahlungsquelle +beobachtete, bestand aus α-Strahlen; die bei großer Entfernung +beobachtete unablenkbare Strahlung bestand aus γ-Strahlen. + +Filtrirt man das Bündel durch ein Absorptionsmittel (Aluminium, oder +schwarzes Papier), so werden die hindurchgehenden Strahlen fast alle im +Magnetfelde abgelenkt, so daß durch den Absorptionsschirm und das +Magnetfeld zusammen fast die ganze Strahlung im Kondensator unterdrückt +wird; der übrig bleibende Rest besteht nur noch aus γ-Strahlen, +deren Menge gering ist. Die α-Strahlen werden von dem Schirm +absorbirt. + +Ein Aluminiumblatt von 0,01 mm Dicke genügt, um fast alle schwer +ablenkbaren Strahlen zu unterdrücken, wenn die Substanz sich ziemlich +weit entfernt vom Kondensator befindet; für kleinere Abstände (34 und +51 mm) sind zwei Aluminiumblätter von 1 bis 100 mm nötig, um dasselbe +Resultat zu erreichen. + +Ähnliche Messungen mit ganz analogem Resultat wurden an vier strahlenden +Substanzen (Chloriden und Karbonaten) von sehr verschiedener Aktivität +gemacht. + +Man findet bei allen Präparaten, daß die magnetisch ablenkbaren +durchdringenden Strahlen (β-Strahlen) nur einen geringen Bruchteil +der Gesamtstrahlung ausmachen; sie kommen bei den Messungen nur wenig in +Betracht, wenn man die Gesamtstrahlung benutzt, um die Luft leitend zu +machen. + +Auch die Poloniumstrahlung kann mittels der elektrischen Methode +beobachtet werden. Wenn man die Entfernung AD des Poloniums vom +Kondensator variirt, so bemerkt man zuerst, so lange die Entfernung +ziemlich groß ist, gar keinen Strom; nähert man das Polonium, so bemerkt +man, daß für eine gewisse Entfernung, die bei dem untersuchten Präparat +4 cm betrug, die Strahlung sich plötzlich mit großer Intensität +bemerkbar macht; der Strom wächst dann gleichmäßig, wenn man das +Polonium weiter nähert, doch bringt das Magnetfeld unter diesen +Bedingungen keinen merklichen Effekt hervor. Es sieht so aus, als ob die +Poloniumstrahlen im Raume begrenzt wären und in Luft kaum eine Art von +Scheidewand überschritten, die die Substanz im Abstande von einigen +Centimetern umgiebt. + +Ich muß hier einige wichtige allgemeine Einschränkungen bezüglich der +Deutung der soeben beschriebenen Versuche machen. Wenn ich von dem durch +den Magneten abgelenkten Bruchteil der Strahlung spreche, so handelt es +sich dabei nur um diejenigen Strahlen, die im Stande sind, einen Strom +im Kondensator zu erzeugen. Wenn man als Reagenz für die +Becquerelstrahlen die Fluorescenz oder die Wirkung auf die +photographische Platte benutzte, so würde der Bruchteil wahrscheinlich +ein andrer werden; eine Intensitätsmessung hat eben im allgemeinen nur +einen Sinn für die gerade angewandte Meßmethode. + +Die Poloniumstrahlen sind von der Art der α-Strahlen. Bei den +soeben beschriebenen Versuchen wurde keinerlei Einfluß des Magnetfeldes +auf diese Strahlen bemerkt, doch war die Anordnung derartig, daß eine +schwache Ablenkung unbemerkbar bleiben mußte. + +Versuche mittels der radiographischen Methode bestätigten die Resultate +der obigen Versuche. Benutzt man Radium als Strahlungsquelle und fängt +die Strahlen auf einer Platte auf, die parallel zum ursprünglichen +Strahlenbündel und senkrecht zum Felde steht, so erhält man die sehr +scharfe Spur zweier durch das Feld getrennter Strahlenbündel, von denen +das eine abgelenkt ist, das andre nicht. Die β-Strahlen bilden das +abgelenkte Bündel; die nur sehr wenig abgelenkten α-Strahlen +vermischen sich fast ganz mit dem unabgelenkten Bündel der +α-Strahlen. + +e) Ablenkbare β-Strahlen. +----------------------------- + +Es folgte aus den Versuchen der Herren Giesel und Meyer und v. +Schweidler, daß die Strahlung der radioaktiven Körper wenigstens zum +Teil vom Magnetfeld abgelenkt wird, und daß diese Ablenkung ebenso +geschieht wie bei den Kathodenstrahlen. Herr Becquerel[55-57] hat die +Wirkung des Feldes auf die Strahlen mittels der radiographischen Methode +untersucht. Die benutzte Anordnung war die der Fig. 4. Das Radium befand +sich in einer Bleischale P, die auf der Schichtseite einer in schwarzes +Papier eingehüllten photographischen Platte AC stand. Das Ganze befand +sich zwischen den Polen eines Elektromagneten, dessen Feld senkrecht zur +Zeichnungsebene verlief. + +Wenn das Feld von vorn nach hinten gerichtet ist, so wird der Teil BC +der Platte von Strahlen getroffen, die nach Zurücklegung kreisförmiger +Bahnen auf die Platte zurückgeworfen werden und sie in rechtem Winkel +schneiden. Diese Strahlen sind β-Strahlen. + +Becquerel zeigte, daß das Bild aus einem breiten diffusen Bande, einem +richtigen kontinuirlichen Spektrum besteht, woraus hervorgeht, daß das +von der Quelle ausgesandte ablenkbare Strahlenbündel aus einer +unendlichen Zahl verschieden ablenkbarer Strahlen besteht. Bedeckt man +die Schicht der Platte mit verschiedenen Absorptionsmitteln (Papier, +Glas, Metalle), so wird ein Teil des Spektrums unterdrückt, und es +ergiebt sich, daß diejenigen Strahlen, die am stärksten im Magnetfelde +abgelenkt werden, oder anders ausgedrückt, diejenigen, deren Bahn den +kleinsten Krümmungsradius hat, am stärksten absorbirt werden. Für jeden +Schirm beginnt die Einwirkung auf die Platte erst bei einem gewissen +Abstand von der Strahlungsquelle, und dieser Abstand ist um so größer, +je stärker der Schirm absorbirt. + +f) Ladung der ablenkbaren Strahlen. +----------------------------------- + +Die Kathodenstrahlen sind, wie Perrin[58,59] gezeigt hat, mit negativer +Elektrizität geladen. Sie vermögen ferner nach den Versuchen der Herren +Perrin und Lenard[60] ihre Ladung durch mit der Erde verbundene +Metallschirme und durch isolirende Substanzen hindurch zu transportiren. +An jeder Stelle, wo Kathodenstrahlen absorbirt werden, findet eine +kontinuirliche Entwicklung negativer Elektrizität statt. Wir stellten +fest, daß dasselbe für die ablenkbaren β-Strahlen des Radiums +stattfindet. Die ablenkbaren β-Strahlen sind mit negativer +Elektrizität geladen[61]. + +Die radioaktive Substanz sei auf einer der Platten eines Kondensators +ausgebreitet und die Platte zur Erde abgeleitet; die zweite mit dem +Elektrometer verbundene Platte empfängt und absorbirt die von der +Substanz emittirten Strahlen. Wenn die Strahlen geladen sind, so sollte +man einen kontinuirlichen Elektrizitätszufluß zum Elektrometer erwarten. +Als wir dieses Experiment in Luft ausführten, konnten wir keine Ladung +der Strahlen nachweisen, aber in dieser Form ist der Versuch auch nicht +empfindlich genug. Die Luft zwischen den Platten wird durch die Strahlen +leitend gemacht, das Elektrometer ist also nicht mehr isolirt und kann +nur ziemlich starke Ladungen anzeigen. Damit die α-Strahlen den +Versuch nicht stören, kann man sie durch Bedeckung der Strahlungsquelle +mit einem dünnen Metallschirm unterdrücken; das Resultat des Versuchs +wird dadurch nicht geändert.[^10] + +Wir haben den Versuch in Luft ohne besseren Erfolg wiederholt, indem wir +die Strahlen in das Innere eines mit dem Elektrometer verbundenen +Faradayschen Cylinders eindringen ließen.[^11] + +Man konnte sich schon nach den vorangehenden Versuchen davon +Rechenschaft geben, daß die Ladung der von dem angewandten Präparat +ausgehenden Strahlung nur schwach sein konnte. + +Um eine schwache Elektrizitätsentwicklung auf einem die Strahlen +absorbirenden Leiter zu konstatiren, muß der Leiter elektrisch gut +isolirt sein; dazu muß man ihn aber vor der Einwirkung der Luft +schützen, indem man ihn entweder in ein sehr vollkommen evakuirtes Gefäß +bringt,[^12] oder ihn mit einem guten festen Dielektrikum umgiebt. Die +letztere Anordnung wurde von uns benutzt. + +[Fig. 6] + +Eine leitende Scheibe MM (Fig. 6) ist durch einen Metallstab t mit dem +Elektrometer verbunden; Scheibe und Stab sind vollständig von dem +Isolirmittel iiii umgeben; das ganze ist von einer Metallhülle EEEE +umgeben, die in leitender Verbindung mit der Erde steht. Auf einer Seite +der Scheibe sind Isolirschicht pp und Metallhülle sehr dünn. Diese Seite +ist der Strahlung des Radium-haltigen Baryumsalzes R ausgesetzt, das +sich frei in einem Bleitrog befindet.[^13] Die von dem Radium emittirten +Strahlen durchsetzen die Metallhülle und die isolirende Schicht pp und +werden in der Metallscheibe MM absorbirt. Diese wird dadurch der Sitz +einer kontinuirlichen und konstanten Entwicklung negativer Elektrizität, +die man am Elektrometer konstatirt und mittels des piezoelektrischen +Quarzes mißt. + +Der so erzeugte Strom ist sehr schwach. Mit sehr aktivem Radium-haltigen +Baryumchlorid in einer Schicht von 2,5 cm Oberfläche und 0,2 cm Dicke +erhält man einen Strom von der Größenordnung 10^{-11} Ampere, nachdem +die benutzten Strahlen vor ihrer Absorption in der Scheibe MM eine +Aluminiumschicht von 0,01 mm und eine Hartgummischicht von 0,3 mm Dicke +durchsetzt haben. + +Wir haben hintereinander Blei, Kupfer und Zink für die Scheibe MM, +Hartgummi und Paraffin als Isolirmittel benutzt; die erhaltenen +Resultate waren dieselben. Der Strom wird schwächer, wenn man die +Strahlungsquelle R entfernt, oder ein schwächer aktives Präparat +benutzt. + +Dieselben Resultate erhielten wir, als wir die Scheibe MM durch einen +mit Luft gefüllten, aber von einem Isolirmittel umhüllten Faradayschen +Cylinder ersetzten. Die durch die dünne isolirende Platte pp +verschlossene Öffnung des Cylinders befand sich der Strahlungsquelle +gegenüber. + +Endlich haben wir auch den umgekehrten Versuch gemacht, der darin +besteht, daß man den Bleitrog mit dem isolirenden Medium umgiebt und mit +dem Elektrometer verbindet (Fig. 7), während das Ganze mit einer +geerdeten Metallhülle umgeben ist. + +[Fig. 7] + +Bei dieser Anordnung beobachtet man am Elektrometer, daß das Radium eine +positive Ladung von gleicher Größe annimmt, wie die negative bei dem +ersten Versuch. Die Strahlen des Radiums durchdringen die dünne +Schicht pp und nehmen beim Verlassen des inneren Leiters negative +Elektrizität mit sich fort. + +Die α-Strahlen des Radiums kommen bei diesen Versuchen nicht in +Betracht, da sie schon in sehr dünnen Schichten fester Substanz fast +vollständig absorbirt werden. Die soeben beschriebene Methode eignet +sich auch nicht für die Untersuchung der Poloniumstrahlen, da diese +ebenfalls wenig Durchdringungsvermögen besitzen. Wir bemerkten keine +Spur einer Ladung beim Polonium, das nur α-Strahlen emittirt; aus +dem eben genannten Grunde kann man jedoch aus diesem Versuch keinen +Schluß ziehen. + +Es findet also bei den ablenkbaren β-Strahlen des Radiums, ebenso +wie bei den Kathodenstrahlen, ein Transport von Elektrizität statt. Nun +hat man bisher niemals die Existenz elektrischer Ladungen gekannt, die +nicht an Materie geknüpft waren. Man kam also dazu, sich für die +Untersuchung der ablenkbaren β-Strahlen des Radiums derselben +Theorie zu bedienen, die augenblicklich für die Kathodenstrahlen in +Gebrauch ist. Nach dieser ballistischen Theorie, die von Sir W. Crookes +aufgestellt, später von Herrn J. J. Thomson entwickelt und +vervollständigt ist, bestehen die Kathodenstrahlen aus äußerst feinen +Teilchen, die von der Kathode mit großer Geschwindigkeit +fortgeschleudert werden und mit negativer Elektrizität geladen sind. Man +kann also annehmen, daß das Radium negativ geladene Partikel in den Raum +hinaussendet. + +Ein Radiumpräparat, das in einer dünnen, vollkommen isolirenden festen +Hülle eingeschlossen ist, muß sich von selbst auf ein sehr hohes +Potential laden. Nach der ballistischen Hypothese müßte dieses Potential +so lange anwachsen, bis die Potentialdifferenz gegen die umgebenden +Leiter genügend groß wird, um die Entfernung der emittirten +elektrisirten Teilchen zu verhindern und sie zur Strahlungsquelle +zurückzuführen.[^14] + +Wir haben durch Zufall ein derartiges Experiment gemacht. Ein sehr +aktives Radiumpräparat war seit langem in einem Glasröhrchen +eingeschlossen. Um das Röhrchen zu öffnen, machten wir einen Strich mit +einem Glasmesser auf dem Glase. In diesem Moment hörten wir deutlich das +Geräusch eines Funkens, und als wir darauf das Glas mit einer Lupe +untersuchten, fanden wir, daß es an der durch den Strich geschwächten +Stelle von einem Funken durchbohrt war. Dieser Vorgang ist durchaus +vergleichbar mit der Durchbrechung des Glases einer zu stark geladenen +Leydenerflasche. + +Die gleiche Erscheinung wiederholte sich mit einer andren Röhre. Ja, +Herr Curie, der die Röhre hielt, spürte sogar im Moment, als der Funke +übersprang, in seinen Fingern einen elektrischen Entladungsschlag.[^15] + +Gewisse Gläser sind sehr gute Isolatoren. Wenn man das Radium in ein +zugeschmolzenes, gut isolirendes Röhrchen einschließt, kann man +erwarten, daß in einem bestimmten Moment die Röhre von selbst durchbohrt +wird. Das Radium ist das erste Beispiel eines Körpers, der sich von +selbst elektrisch ladet. + +g) Wirkung des elektrischen Feldes auf die ablenkbaren β-Strahlen +des Radiums. +---------------------------------------------------------------------------------- + +Da die ablenkbaren β-Strahlen des Radiums den Kathodenstrahlen +vergleichbar sind, so müssen sie von einem elektrischen Felde in +derselben Weise wie diese abgelenkt werden, d. h. wie ein negativ +geladenes, träges Teilchen, das mit großer Geschwindigkeit in den Raum +hinausgeschleudert wird. Die Existenz dieser Ablenkung wurde einerseits +von Herrn Dorn,[64] andrerseits von Herrn Becquerel[57] nachgewiesen. + +Betrachten wir einen Strahl, der den Raum zwischen den beiden Platten +eines Kondensators durchsetzt. Die Strahlrichtung sei parallel zu den +Platten. Wenn man zwischen diesen ein elektrisches Feld erzeugt, so ist +der Strahl der Einwirkung dieses gleichförmigen Feldes längs seines +ganzen Weges l zwischen den Kondensatorplatten unterworfen. Infolge +dieser Einwirkung wird der Strahl nach der positiven Platte hin +abgelenkt und beschreibt einen Parabelbogen; wenn er das Feld verläßt, +setzt er seinen Weg geradlinig fort in Richtung der Tangente an den +Parabelbogen im Austrittspunkt. Man kann den Strahl auf einer +photographischen Platte auffangen, die senkrecht zur ursprünglichen +Richtung steht. Man beobachtet die Wirkung auf die Platte für das Feld +Null und für eine bekannte Feldstärke, und leitet daraus den Wert δ +der Ablenkung ab, die gleich der Entfernung der beiden Punkte ist, in +denen die neue und die ursprüngliche Strahlrichtung dieselbe zur +ursprünglichen Richtung senkrechte Ebene treffen. Wenn h die Entfernung +dieser Ebene vom Kondensator, d. h. von der Grenze des Feldes ist, so +erhält man durch eine einfache Rechnung: + +[delta = (e.F.l. (l/2 + h))/(m.v.v)] + +wobei m die Masse des bewegten Teilchens, e seine Ladung, v seine +Geschwindigkeit und F die Feldstärke bedeutet. + +Die Versuche Becquerels gestatteten ihm eine angenäherte Bestimmung +von δ. + +h) Verhältniß von Ladung zur Masse eines vom Radium emittirten negativ +geladenen Teilchens. +------------------------------------------------------------------------------------------- + +Ein träges Teilchen von der Masse m und der negativen Ladung e werde mit +der Geschwindigkeit v in ein gleichförmiges Magnetfeld +hineingeschleudert, das senkrecht zur ursprünglichen Geschwindigkeit +verläuft; das Teilchen beschreibt dann in einer Ebene, die durch die +Anfangsrichtung geht und senkrecht zum Felde steht, einen Kreisbogen vom +Krümmungsradius ρ, für den, wenn H die Feldstärke bedeutet, die +Beziehung gilt: + +Hρ = mv/e. + +Wenn man für ein und denselben Strahl die elektrische Ablenkung δ +und den Krümmungsradius ρ in einem magnetischen Felde gemessen hat, +so kann man aus den beiden Versuchen die Werte für e/m und die +Geschwindigkeit v berechnen. + +Die Becquerelschen Versuche lieferten eine erste Annäherung hierfür. Sie +ergaben für e/m einen angenäherten Wert von 10^7 absoluten +elektromagnetischen Einheiten, und für v einen Wert von 1,6⋅10^{10} +cm/sek. Diese Zahlen sind von derselben Größenordnung wie bei den +Kathodenstrahlen. + +Genaue Untersuchungen über denselben Gegenstand wurden von Herrn +Kaufmann[65-68] gemacht. Er unterwarf ein sehr feines Bündel von +Radiumstrahlen der gleichzeitigen Einwirkung eines elektrischen und +eines magnetischen Feldes, die beide gleichförmig und gleichgerichtet +waren, und zwar senkrecht zur ursprünglichen Richtung des Bündels. Das +Bild auf einer Platte, die senkrecht zur ursprünglichen Richtung und von +der Quelle aus gerechnet jenseits der Grenzen des Feldes aufgestellt +war, erhält die Form einer Kurve, von der jeder Punkt einem der Strahlen +des ursprünglichen heterogenen Bündels entspricht. Die am stärksten +durchdringenden und am wenigsten ablenkbaren Strahlen sind dabei +diejenigen, deren Geschwindigkeit die größte ist. + +Aus den Versuchen Kaufmanns folgt, daß für die Radiumstrahlen, deren +Geschwindigkeit wesentlich größer ist als die der Kathodenstrahlen, das +Verhältniß e/m mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt. + +Nach den Arbeiten von J. J. Thomson[69] und Townsend[70] müssen wir +annehmen, daß das bewegte Teilchen, aus dem der Strahl besteht, eine +Ladung besitzt, die gleich ist derjenigen, die ein Wasserstoffatom in +der Elektrolyse transportirt, daß also diese Ladung für alle Strahlen +dieselbe ist. Man muß daraus schließen, daß die Masse des Teilchens mit +zunehmender Geschwindigkeit wächst. + +Nun führen aber theoretische Betrachtungen zu der Anschauung, daß die +Trägheit des Teilchens mit der Bewegung der Ladung eng zusammenhängt, da +die Geschwindigkeit einer in Bewegung befindlichen Ladung nicht ohne +Energieaufwand verändert werden kann. Anders ausgedrückt: Die Trägheit +des Teilchens ist elektromagnetischen Ursprungs und die Masse des +Teilchens ist wenigstens zum Teil eine scheinbare oder +elektromagnetische Masse. Herr Abraham[71] geht noch weiter und nimmt +an, daß die Masse des Teilchens völlig elektromagnetischen Ursprungs +ist. Wenn man nach dieser Hypothese die Masse m für eine gegebene +Geschwindigkeit v berechnet, so findet man, daß m unendlich groß wird, +wenn v sich der Lichtgeschwindigkeit nähert und daß m einen konstanten +Wert annimmt, wenn die Geschwindigkeit klein gegen die des Lichtes ist. +Die Versuche Kaufmanns sind in Übereinstimmung mit dieser Theorie, deren +Wichtigkeit groß ist, da sich die Möglichkeit voraussehen läßt, die +Grundlagen der Mechanik auf der Dynamik kleiner geladener und in +Bewegung befindlicher Centra aufzubauen.[^16] + +Folgendes sind die von Herrn Kaufmann für e/m und für v erhaltenen +Zahlen[^17]: + + ----------------------------------------------------------------- + v⋅10^{-10} e/m⋅10^{-7} e/m⋅10^{-10} aus + beobachtet dem Wert von v + berechnet + ------------------- ---------------------- ---------------------- + 2,90 0,692 0,722 + + 2,82 0,835 0,861 + + 2,74 0,972 0,953 + + 2,60 1,07 1,08 + + 2,48 1,16 1,18 + + 2,36 1,24 1,25 + + 2,24 1,29 1,32 + + 2,12 1,33 1,38 + + 0,53 1,865* 1,78 + + 0,00 --- 1,80 + ----------------------------------------------------------------- + +* (beobachtet von Simon[73] für Kathodenstrahlen.) + +Herr Kaufmann schloß aus seinen Versuchen, daß der Grenzwert von e/m für +Radiumstrahlen sehr kleiner Geschwindigkeit[^18] derselbe sein würde, +wie für Kathodenstrahlen. + +Seine genauesten Messungen hat Kaufmann mit einem ihm von uns zur +Verfügung gestellten kleinen Körnchen reinen Radiumchlorides gemacht. + +Nach den Versuchen Kaufmanns besitzen gewisse Teile der β-Strahlung +des Radiums eine Geschwindigkeit, die der des Lichtes ganz nahe kommt. +Es ist verständlich, daß diese so schnellen Strahlen ein sehr großes +Durchdringungsvermögen der Materie gegenüber besitzen. + +i) Wirkung des Magnetfeldes auf die α-Strahlen. +---------------------------------------------------- + +In einer neueren Arbeit kündigte Herr Rutherford[74] an, daß in einem +sehr starken elektrischen oder magnetischen Felde die α-Strahlen +des Radiums schwach abgelenkt werden, derart, wie es bei schnell +bewegten, positiv geladenen Teilchen der Fall sein würde. Rutherford +schloß aus seinen Versuchen, daß die Geschwindigkeit der α-Strahlen +von der Größenordnung 2,5⋅10^9 cm/sek und das Verhältniß e/m von der +Größenordnung 6⋅10^3 wäre, d. h. 10^4mal kleiner als die ablenkbaren +β-Strahlen. Weiter unten soll gezeigt werden, daß diese Schlüsse +Rutherfords mit den bisher bekannten Eigenschaften der α-Strahlen +in Einklang sind und zum Teil wenigstens von dem Absorptionsgesetz +dieser Strahlen Rechenschaft geben. + +Die Versuche Rutherfords wurden von Herrn Becquerel[75,76] bestätigt. +Becquerel zeigte ferner, daß die Poloniumstrahlen sich im Magnetfelde +ebenso wie die α-Strahlen des Radiums verhielten und bei gleicher +Feldstärke denselben Krümmungsradius anzunehmen scheinen wie diese. Aus +den Becquerelschen Versuchen folgt ferner, daß die α-Strahlen kein +magnetisches Spektrum zu bilden scheinen, sondern sich wie eine homogene +Strahlung verhalten, bei der alle Strahlen gleich stark abgelenkt +werden.[^19] + +k) Wirkung des Magnetfeldes auf die Strahlen andrer radioaktiver +Substanzen. +---------------------------------------------------------------------------- + +Es wurde im Vorangehenden gezeigt, daß das Radium drei Strahlenarten +emittirt, nämlich α-Strahlen, die den Kanalstrahlen, +β-Strahlen, die den Kathodenstrahlen verwandt sind, und nicht +ablenkbare durchdringende γ-Strahlen. Das Polonium emittirt nur +α-Strahlen. Von den andren radioaktiven Körpern scheint das +Aktinium sich wie das Radium zu verhalten, doch ist die Untersuchung der +Strahlung dieses Körpers noch nicht so weit fortgeschritten, wie die der +Radiumstrahlung. Von den schwach radioaktiven Körpern weiß man jetzt, +daß das Uran und das Thor sowohl α-Strahlen, als auch ablenkbare +β-Strahlen emittiren (Becquerel, Rutherford). + +l) Verhältniß der ablenkbaren β-Strahlen in der Radiumstrahlung. +-------------------------------------------------------------------- + +Wie bereits gesagt, vermehrt sich die relative Intensität der +β-Strahlen mit zunehmender Entfernung von der Strahlungsquelle. +Dennoch treten diese Strahlen niemals allein auf, und für große +Entfernungen beobachtet man immer auch das Vorhandensein von +γ-Strahlen. Das Vorhandensein nicht ablenkbarer, sehr +durchdringender Strahlen in der Radiumstrahlung wurde zuerst von Herrn +Villard[78] beobachtet. Diese Strahlen bilden nur einen geringen Anteil +der Strahlung, wenn man sie mit der elektrischen Methode mißt, und ihr +Vorhandensein entging uns bei unsren ersten Versuchen, sodaß wir damals +mit Unrecht glaubten, daß bei großer Entfernung die Strahlung nur +ablenkbare Strahlen enthielte. + +Folgendes sind die numerischen Resultate, die bei Versuchen nach der +elektrischen Methode mit einem Apparat entsprechend dem der Fig. 5 +erhalten wurden. Das Radium war von dem Kondensator nur durch die +umgebende Luft getrennt. Ich bezeichne mit d den Abstand der +Strahlungsquelle vom Kondensator. Setzt man den Strom, der ohne +Magnetfeld für jede einzelne Entfernung erhalten wurde, gleich 100, so +bedeuten die Zahlen der zweiten Zeile den bei Erregung des Feldes +übrigbleibenden Strom. Diese Zahlen können als der prozentuale Anteil +der α- und γ-Strahlen betrachtet werden, da die Ablenkung der +α-Strahlen bei der benutzten Anordnung kaum bemerkbar sein konnte. + +Bei großen Entfernungen hat man keine α-Strahlen mehr und die +unabgelenkte Strahlung besteht dann nur noch aus γ-Strahlen. + +Versuche bei kleinem Abstand: + + -------------------------------- ----- ----- ----- ----- + d in cm 3,4 5,1 6,0 6,5 + Unabgelenkte Strahlen in Proz. 74 56 33 11 + -------------------------------- ----- ----- ----- ----- + +Versuche bei großem Abstand, mit einem bedeutend aktiveren Präparat als +bei der vorigen Reihe: + + -------------------------------- ---- ---- ---- ---- ---- ----- ----- + d in cm 14 30 53 80 98 124 157 + Unabgelenkte Strahlen in Proz. 12 14 17 14 16 14 11 + -------------------------------- ---- ---- ---- ---- ---- ----- ----- + +Man sieht, daß von einer gewissen Entfernung an der Anteil der nicht +abgelenkten Strahlen in der Strahlung annähernd konstant ist. Diese +Strahlen gehören wahrscheinlich alle zu den γ-Strahlen. Die +Unregelmäßigkeiten der Zahlen in der zweiten Zeile wollen übrigens nicht +viel bedeuten, wenn man bedenkt daß die Totalintensität des Stromes in +den beiden äußersten Versuchen im Verhältniß 660 zu 10 stand. Die +Messungen konnten bis zu einer Entfernung von 1,57 m von der +Strahlungsquelle ausgedehnt werden, und wir wären jetzt im Stande, noch +weiter zu gehen. + +Bei der folgenden Versuchsreihe war das Radium in einem sehr engen +Glasröhrchen eingeschlossen, das unter dem Kondensator und parallel zu +den Platten sich befand. Die emittirten Strahlen hatten, ehe sie zu dem +Kondensator gelangten, eine gewisse Glas- und Luftschicht zu passiren: + + -------------------------------- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ------ ------ ------ + d in cm 2,5 3,3 4,1 5,9 7,5 9,6 11,8 13,9 17,2 + Unabgelenkte Strahlen in Proz. 88 33 21 16 14 10 9 9 10 + -------------------------------- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ------ ------ ------ + +Wie in den früheren Versuchen konvergiren die Zahlen der zweiten Zeile +gegen einen konstanten Grenzwert, wenn die Entfernung d wächst, aber die +Grenze wird praktisch schon für einen kleineren Abstand erreicht als in +den früheren Reihen, weil die α-Strahlen in dem Glase stärker +absorbirt werden, als die β- und γ-Strahlen. + +Auch folgender Versuch zeigt, daß eine dünne Aluminiumschicht (von +0,01 mm Dicke) hauptsächlich die α-Strahlen absorbirt. Wenn das +Präparat 5 cm vom Kondensator entfernt war, so fand man, durch Erregung +des Magnetfeldes, daß das Verhältniß der übrigen Strahlen zu den +β-Strahlen 71 Proz. betrug. Bedeckt man das Präparat mit dem +Aluminiumblatt, so findet man, daß bei derselben Entfernung die +durcbgelassene Strahlung fast vollständig vom Magnetfeld abgelenkt wird, +weil die α-Strahlen von dem Blatt absorbirt worden sind. Dasselbe +Resultat erhält man mit Papier als Absorptionsschirm. + +Der größte Teil der Radiumstrahlung besteht aus α-Strahlen, die +wahrscheinlich hauptsächlich von der Oberfläche der strahlenden Substanz +emittirt werden. Wenn man die Dicke der strahlenden Schicht variirt, so +wächst die Stromstärke mit dieser Dicke; die Vermehrung ist aber nicht +für die Gesamtheit der Strahlen der Zunahme der Dicke proportional; sie +ist für die β-Strahlen viel beträchtlicher als für die +α-Strahlen, derart, daß der relative Anteil der β-Strahlen mit +wachsender Schichtdicke zunimmt. Wenn die Strahlungsquelle sich 5 cm vom +Kondensator entfernt befindet, so findet man für eine Dicke der aktiven +Schicht von 0,4 mm, daß die Gesamtstrahlung durch die Zahl 28 gegeben +ist und der Anteil der β-Strahlen 29 Proz. beträgt. Macht man die +Schicht 2 mm dick, d. h. fünfmal dicker, so erhält man eine +Gesamtstrahlung gleich 102 und einen Anteil der β-Strahlen von +45 Proz. Die bei dieser Entfernung beobachtete Gesamtstrahlung ist also +auf das 3,6fache und die ablenkbare β-Strahlung auf das 5fache +gestiegen. + +Die vorstehenden Versuche wurden mittels der elektrischen Methode +ausgeführt. Benutzt man die radiographische Methode, so scheinen gewisse +Resultate mit dem Vorstehenden in Widerspruch. Bei den Versuchen von +Herrn Villard wurde ein der Wirkung des Magnetfeldes ausgesetztes Bündel +von Radiumstrahlen auf einem Satze von photographischen Platten +aufgefangen. Das unablenkbare und durchdringende γ-Strahlenbündel +durchsetzte alle Platten und zeichnete seine Spur auf allen. Das +abgelenkte β-Bündel wirkte nur auf die erste Platte ein. Dieses +Bündel scheint also keine Strahlen von großem Durchdringungsvermögen zu +enthalten. + +Im Gegensatz dazu besteht bei unsren Versuchen ein in Luft sich +fortpflanzendes Bündel bei den größten der Beobachtung zugänglichen +Entfernungen zu ungefähr {}^{9}/_{10} aus ablenkbaren β-Strahlen, +und dasselbe ist der Fall, wenn die Strahlungsquelle in eine kleine +zugeschmolzene Glasröhre eingeschlossen ist. Bei den Versuchen Villards +wirken diese ablenkbaren und durchdringenden β-Strahlen nicht mehr +auf die hinteren Platten ein, weil sie von dem ersten festen Hinderniß, +das sie treffen, nach allen Seiten diffundirt werden und dadurch +aufhören ein begrenztes Bündel zu bilden. Bei unsren Versuchen wurden +die von dem Radium emittirten und das Glas durchsetzenden Strahlen +wahrscheinlich auch von dem Glas diffundirt; da aber die Röhre sehr +klein war, so wirkte sie selbst als Strahlenquelle für die von ihrer +Oberfläche ausgehenden ablenkbaren β-Strahlen und wir konnten +dieselben bis zu großen Entfernungen von der Röhre beobachten. + +Die Kathodenstrahlen der Entladungsröhren können nur sehr dünne Schirme +durchdringen (Aluminiumschirme bis zu 0,01 mm Dicke). Ein +Strahlenbündel, das senkrecht auf den Schirm trifft, wird nach allen +Seiten zerstreut; aber die Zerstreuung ist um so weniger beträchtlich, +je dünner der Schirm, und für sehr dünne Schirme existirt ein +austretendes Bündel, das merklich in die Verlängerung des einfallenden +Bündels fällt[79]. + +Die ablenkbaren β-Strahlen des Radiums verhalten sich ähnlich, doch +ist die Veränderung, die das Bündel bei einem Schirm von derselben Dicke +erfährt, viel weniger groß. Nach den Versuchen Becquerels werden die +stark ablenkbaren β-Strahlen des Radiums (d. h. diejenigen, deren +Geschwindigkeit klein ist) von einem Aluminiumschirm von 0,1 mm Dicke +stark zerstreut; die durchdringenderen und weniger ablenkbaren Strahlen +jedoch (kathodenstrahlartige mit großer Geschwindigkeit) durchdringen +denselben Schirm ohne merkliche Zerstreuung und ohne Deformation des +Bündels, und zwar unabhängig von der Neigung des Schirmes gegen das +Bündel. Die sehr schnellen β-Strahlen durchdringen ohne Zerstreuung +eine ziemlich dicke Schicht von Paraffin (einige Centimeter) und man +kann in dieser Schicht die Krümmung des Bündels unter der Einwirkung +eines Magnetfeldes verfolgen. Je dicker der Schirm ist und je +absorbirender seine Substanz, um so mehr wird das ursprüngliche +ablenkbare Bündel verändert, weil in dem Maße, wie die Schichtdicke +wächst, die Zerstreuung beginnt, sich an immer durchdringenderen +Strahlen bemerkbar zu machen. + +Die Luft bewirkt eine Zerstreuung der β-Strahlen, die zwar für die +stark ablenkbaren Strahlen sehr bemerkbar ist, jedoch viel weniger in +Betracht kommt als die von gleichen Dicken fester Körper hervorgerufene. +Deshalb breiten sich die β-Stahlen des Radiums in Luft auf große +Entfernungen hin aus. + +m) Durchdringungsvermögen der Strahlung der radioaktiven Substanzen. +-------------------------------------------------------------------- + +Vom Beginn der Untersuchungen über die radioaktiven Substanzen an +beschäftigte man sich mit der Absorption, die verschiedene Schirme auf +die Strahlung dieser Körper ausüben. In einer ersten Notiz über diesen +Gegenstand veröffentlichte ich[15] einige Zahlen, die am Beginn dieser +Schrift mitgeteilt sind und aus denen das relative +Durchdringungsvermögen der Uran- und Thorstrahlung zu ersehen ist. Herr +Rutherford[17] untersuchte specieller die Uranstrahlung und wies ihre +Heterogenität nach. Herr Owens[26] kam zu demselben Schluß bezüglich der +Thorstrahlung. Als sodann die Entdeckung der stark aktiven Substanzen +erfolgte, wurde das Durchdringungsvermögen ihrer Strahlen sogleich von +mehreren Physikern untersucht (Becquerel[80], Meyer und +v. Schweidler[81], Curie, Rutherford). Die ersten Beobachtungen zeigten +unzweifelhaft die Heterogenität der Strahlung, die ein allgemeines +Phänomen zu sein und allen radioaktiven Stoffen zuzukommen scheint. Man +befindet sich da Strahlungsquellen gegenüber, die eine Gesamtheit von +Strahlen emittiren, deren jeder sein eigenes Durchdringungsvermögen hat. +Die Frage komplicirt sich noch dadurch, daß man untersuchen muß, in +welchem Maße die Natur der Strahlung beim Hindurchgang durch materielle +Körper modificirt werden kann, und daß infolgedessen jede Messungsreihe +eine präcise Bedeutung nur für die gerade angewandte Versuchsordnung +hat. + +Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen kann man versuchen, die +verschiedenen Versuche miteinander zu vergleichen und die Gesamtheit der +Resultate darzustellen. + +Die radioaktiven Körper emittiren eine Strahlung, die sich in Luft und +im Vakuum fortpflanzt; die Fortpflanzung ist geradlinig; diese Tatsache +wird durch die Schärfe und die Form der Schatten bewiesen, die man +erhält, wenn man für die Strahlung undurchsichtige Körper zwischen die +Quelle und die photographische Platte oder den als Empfänger dienenden +Fluorescenzschirm stellt, wobei die Quelle klein sein muß gegen die +Entfernung vom Empfänger. Verschiedene Versuche, die die geradlinige +Ausbreitung der Strahlung des Urans, des Radiums und des Poloniums +beweisen, sind von Herrn Becquerel[82,83] ausgeführt worden. + +Es ist interessant, die Entfernung von der Quelle zu bestimmen, bis zu +der die Strahlen sich in Luft fortpflanzen können, Wir stellten fest, +daß das Radium Strahlen aussendet, die in mehreren Metern Abstand in +Luft beobachtet werden konnten. Bei einigen unsrer elektrischen +Messungen fand eine Einwirkung der Strahlungsquelle auf die Luft im +Kondensator noch bei einer Entfernung von 2 bis 3 m statt. Ebenso haben +wir Fluorescenzwirkungen und photographische Wirkungen noch bei +Entfernungen von derselben Größenordnung erhalten. + +Diese Versuche können nur mit sehr intensiven Strahlungsquellen +ausgeführt werden, da, abgesehen von der Absorption der Luft, die +Wirkung auf den Empfänger im umgekehrten Verhältniß des +Entfernungsquadrats variirt, wenn die Quelle von kleinen Dimensionen +ist. Diese sich in große Entfernung vom Radium ausbreitende Strahlung +enthält ebensowohl kathodenstrahlartige wie nicht ablenkbare Strahlen; +die ablenkbaren Strahlen sind jedoch in der Mehrzahl, gemäß den oben +angeführten Versuchen. Der größte Teil der Strahlen dagegen (die +α-Strahlen) ist in Luft auf einen Abstand von etwa 7 cm von der +Quelle begrenzt. + +Ich machte einige Versuche mit Radium, das in einem kleinen Glasgefäß +eingeschlossen war. Die aus diesem Gefäß hervorkommenden Strahlen +durchmaßen einen gewissen Luftraum und wurden in einem Kondensator +aufgefangen, der in gewöhnlicher Weise zur Messung ihres +Ionisationsvermögens mittels der elektrischen Methode diente. Man +veränderte die Entfernung d der Quelle vom Kondensator und maß den im +Kondensator erhaltenen Sättigungsstrom. Folgendes sind die Resultate +einer Messungsreihe: + + d cm i i⋅ d^2⋅ 10^{-3} + ------ ------- ------------------------- + 10 127,0 13 + 20 38,0 15 + 30 17,4 16 + 40 10,5 17 + 50 6,9 17 + 60 4,7 17 + 70 3,8 19 + 100 1,65 17 + +Von einem gewissen Abstand an ändert sich die Intensität der Strahlung +merklich wie das Quadrat der Entfernung vom Kondensator. + +Die Poloniumstrahlung breitet sich in Luft nur bis zu einer Entfernung +von einigen Centimetern (4 bis 6 cm) von der Strahlungsquelle aus. + +Betrachtet man die Absorption der Strahlung durch feste Körper, so +findet man auch dabei einen fundamentalen Unterschied zwischen dem +Radium und dem Polonium. Das Radium emittirt Strahlen, die eine dicke +Schicht fester Körper zu durchdringen vermögen, z. B. einige Centimeter +Blei oder Glas. Die Strahlen, die eine große Schichtdicke eines festen +Körpers durchsetzt haben, sind außerordentlich durchdringend, und man +kann sie praktisch überhaupt nicht vollständig durch irgend einen Körper +absorbiren lassen. Aber diese Strahlen bilden nur einen geringen +Bruchteil der Totalstrahlung, die im Gegensatz hierzu zum größten Teil +bereits durch eine dünne Schicht fester Substanz absorbirt wird. + +Das Polonium dagegen emittirt äußerst absorbirbare Strahlen, die nur +sehr dünne Schichten fester Körper durchdringen können. Ich gebe als +Beispiel einige Zahlen über die Absorption, die ein Aluminiumblatt von +0,01 mm Dicke hervorbringt. Dieses Blatt wurde über die Substanz gedeckt +und war beinahe mit ihr in Berührung. Die direkte und die von dem Blatt +durchgelassene Strahlung wurden mittels der elektrischen Methode +(Fig. 1) gemessen; der Sättigungsstrom wurde in allen Fällen merklich +erreicht. Ich bezeichne mit a die Aktivität der strahlenden Substanz, +die des Urans gleich 1 gesetzt. + + --------------------------------------------------------------- + a Von dem Blatt + durchgelassener + Bruchteil der + Strahlung + ------------------------------------ -------- ----------------- + Radium-haltiges Baryumchlorid 57 0,32 + + Radium-haltiges Baryumbromid 43 0,30 + + Radium-haltiges Baryumchlorid 1200 0,30 + + Radium-haltiges Baryumsulfat 5000 0,29 + + Radium-haltiges Baryumsulfat 10000 0,32 + + Metallisches Wismut-Polonium —— 0,22 + + Uranverbindungen —— 0,20 + + Thorverbindungen in dünner Schicht —— 0,38 + --------------------------------------------------------------- + +Man sieht hieraus, daß Radium-haltige Verbindungen von ganz +verschiedener Aktivität ganz analoge Resultate geben, wie ich es bereits +im Anfang dieser Arbeit für die Uran- und Thorverbindungen gezeigt habe. +Man sieht auch, wenn man die Gesamtstrahlung ins Auge faßt, daß dann für +die betrachtete absorbirende Schicht die verschiedenen strahlenden +Substanzen sich nach abnehmendem Durchdringungsvermögen ihrer Strahlen +in folgender Reihenfolge ordnen: Thor, Radium, Polonium, Uran. + +Diese Resultate sind in Übereinstimmung mit denen, die Herr +Rutherford[84] in einer Arbeit über diesen Gegenstand veröffentlichte. + +Rutherford findet übrigens, daß die Reihenfolge dieselbe ist, wenn Luft +die absorbirende Substanz bildet. Es ist jedoch wahrscheinlich, daß +diese Reihenfolge keine absolute Bedeutung hat und nicht unabhängig von +der Natur und der Dicke des betrachteten Schirms besteht. Der Versuch +zeigt ja tatsächlich, daß das Absorptionsgesetz für Polonium und Radium +sehr verschieden ist, und daß man bei letzterem die Absorption jeder der +drei Strahlenarten für sich betrachten muß. + +Das Polonium ist besonders zur Untersuchung der α-Strahlen +geeignet, da die in unsrem Besitz befindlichen Präparate keinerlei andre +Strahlen emittiren. Ich machte eine erste Versuchsreihe mit frisch +hergestellten und sehr stark aktiven Poloniumpräparaten. + +Ich[44] fand, daß die Poloniumstrahlen um so absorbirbarer sind, je +dicker die schon durchstrahlte Schicht von Materie ist. Dieses +merkwürdige Absorptionsgesetz steht im Widerspruch mit dem für die +andren Strahlungen bekannten. + +Ich benutzte für diese Untersuchung unsren elektrischen Meßapparat in +folgender Anordnung: + +[Fig. 8] + +Die beiden Platten eines Kondensators PP und P'P' (Fig. 8) stehen +horizontal und sind durch einen mit der Erde verbundenen Metallkasten +BBBB geschirmt. Der aktive Körper A befindet sich in einer dicken +Metallbüchse CCCC, die an der Platte P'P’ befestigt ist, und wirkt auf +die Luft im Kondensator durch ein Metallnetz T hindurch; nur die das +Metallgewebe durchsetzenden Strahlen werden zur Stromerzeugung benutzt, +da das Feld an dem Gewebe endigt, Die Entfernung AT des aktiven Körpers +von dem Gewebe ist veränderlich. Das Feld zwischen den Platten wird +durch eine Batterie erzeugt; der Strom wird mittels eines Elektrometers +und einen piezoelektrischen Quarzes gemessen. Indem man in A auf den +aktiven Körper verschiedene Schirme aufsetzt und die Entfernung AT +variirt, kann man die Absorption von Strahlen messen, die in Luft mehr +oder weniger große Wege zurückgelegt haben. + +Folgendes sind die mit Polonium erhaltenen Resultate: + +Für einen gewissen Wert der Entfernung AT (4 cm und darüber) erhält man +keinen Strom; die Strahlen dringen nicht in den Kondensator ein. +Vermindert man den Abstand AT, so macht sich das Auftreten der Strahlen +im Kondensator ziemlich plötzlich bemerkbar, derart, daß man durch eine +sehr kleine Verringerung der Entfernung von einem sehr schwachen zu +einem sehr merklichen Strome übergeht; von da ab wächst der Strom +regelmäßig, wenn man den strahlenden Körper dem Gewebe T weiter +annähert. + +Wenn man die strahlende Substanz mit einem Alumiumblatt von 0,01 mm +Dicke bedeckt, so ist die dadurch hervorgerufene Absorption um so +größer, je größer die Entfernung AT. + +Legt man auf das erste Aluminiumblatt ein gleiches zweites, so absorbirt +jedes Blatt einen Bruchteil der auffallenden Strahlung; dieser Bruchteil +ist für das zweite Blatt größer als für das erste, so daß das zweite +stärker absorbirend erscheint. + +Die folgende Tabelle enthält: In der ersten Zeile die Abstände zwischen +dem Polonium und dem Gewebe T in Centimetern; in der zweiten Zeile den +Anteil der von einem Aluminiumblatt durchgelassenen Strahlung in +Prozenten; in der dritten Zeile den von zwei gleichen Aluminiumblättern +durchgelassenen Anteil in Prozenten: + + ------------------------------------ ---- ---- ---- ----- ----- + Entfernung AT 3,5 2,5 1,9 1,45 0,5 + + Von einem Blatt durchgelassene 0,0 0,0 5,0 10,0 25,0 + Strahlung in Prozenten + + Von zwei Blättern durchgelassene 0,0 0,0 0,0 0,0 0,7 + Strahlung in Prozenten + ------------------------------------ ---- ---- ---- ----- ----- + +Bei diesen Versuchen war der Abstand zwischen den Platten P und P' 3 cm. +Man sieht, daß die Zwischenschaltung des Aluminiumblattes in größerer +Entfernung die Strahlung in höherem Maße schwächt als in kleinerer +Entfernung. + +Dieser Effekt ist noch ausgesprochener, als aus den obigen Zahlen +hervorzugehen scheint. So bedeutet z. B. die Durchdringung von 25 Proz. +für den Abstand 0,5 den Mittelwert des Durchdringungsvermögens für alle +Strahlen, die diese Entfernung überschreiten, wobei dasjenige für die +äußersten Strahlen sehr schwach ist. Wenn man nur die Strahlen zwischen +0,5 und 1 cm auffinge, so würde man eine noch größere Durchdringung +erhalten. Und in der Tat, wenn man die Platten P und P' einander auf +0,5 cm nähert, so beträgt der von einem Aluminiumblatt durchgelassene +Bruchteil der ursprünglichen Strahlung (für AT: 0,5 cm) 47 Proz. und bei +zwei Blättern 5 Proz. + +Ich machte kürzlich eine neue Versuchsreihe mit denselben +Poloniumpräparaten, deren Aktivität unterdessen beträchtlich abgenommen +hatte, da zwischen beiden Versuchsreihen ein Zeitraum von drei Jahren +lag. + +Bei den alten Versuchen war das Polonium als Subnitrat verwandt; bei den +neuen bestand es aus metallischen Körnern, die durch Schmelzung des +Subnitrats mit Cyankalium erhalten waren. Ich stellte fest, daß die +Poloniumstrahlung ihre wesentlichsten Charaktere behalten hatte, und +fand auch einige neue Resultate. Folgende Bruchteile der Strahlung +wurden für verschiedene Entfernungen AT von einem aus vier dünnen +Schichten von Blattaluminium gebildeten Schirm durchgelassen: + + ------------------------------------ ---- ---- ---- + Entfernung AT in Centimetern 0 1,5 2,6 + + Vom Schirm durchgelassene Proz. der 76 66 39 + Strahlung + ------------------------------------ ---- ---- ---- + +Ich konstatirte ferner, daß die von einem bestimmten Schirm absorbirte +Strahlung mit der Dicke der schon vorher von der Strahlung durchlaufenen +festen Schicht wächst, doch gilt dies nur von einer bestimmten +Entfernung AT ab. Wenn diese Entfernung Null ist (das Polonium also +dicht an dem Netz, außerhalb oder innerhalb des Kondensators), so +beobachtet man, daß von mehreren aufeinander gelegten gleichen Schirmen +jeder denselben Bruchteil der auffallenden Strahlung absorbirt, oder +anders ausgedrückt, daß die Intensität der Strahlung als Funktion der +durchstrahlten Schichtdicke nach einem Exponentialgesetz abfällt, wie es +für eine homogene und von der Schicht in ihrer Natur nicht veränderte +Strahlung der Fall ist. + +Ich teile einige Zahlenwerte über diese Versuche mit: + +Bei einem Abstand AT = 1,5 cm läßt ein dünnes Aluminiumblatt 0,51 der +auftretenden Strahlung durch, wenn es allein vorhanden ist, und bloß +0,34, wenn ein zweites gleiches Blatt darunter liegt. + +Dagegen läßt dasselbe Blatt bei einer Entfernung AT = 0 in beiden Fällen +denselben Bruchteil der auffallenden Strahlung hindurch; und zwar +beträgt der Bruchteil 0,71, ist also viel größer als im ersten Falle. + +Die folgenden Zahlen wurden für einen Abstand AT = 0 und eine Schicht +von aufeinander liegenden sehr dünnen Blättern als Größe des von jedem +Blatt hindurchgelasaenen Bruchteils der auf ihn fallenden Strahlung +erhalten: + + ------------------------------------------------------------ + Neun aufeinander liegende Sieben aufeinander liegende + dünne Kupferblätter dünne Aluminiumblätter + ---------------------------- ------------------------------- + 0,72 0,69 + + 0,78 0,94 + + 0,75 0,95 + + 0,77 0,91 + + 0,70 0,92 + + 0,77 0,93 + + 0,69 0,91 + + 0,79 + + 0,68 + ------------------------------------------------------------ + +Unter Berücksichtigung der Schwierigkeiten bei der Verwendung sehr +dünner Absorptionsschirme und ihrer genauen Übereinanderschichtung +können die Zahlen in jeder Spalte als konstant angesehen werden; nur die +erste Zahl in der Reihe für Aluminium zeigt eine stärkere Absorption an +als die folgenden Zahlen. + +Die α-Strahlen des Radiums verhalten sich wie die Poloniumstrahlen. +Man kann diese Strahlen beinahe rein beobachten, wenn man die viel +ablenkbareren β-Strahlen durch ein Magnetfeld zur Seite wirft; die +γ-Strahlen kommen praktisch neben den α-Strahlen kaum in +Betracht. Man kann jedoch nur von einem gewissen Abstand von der Quelle +an so verfahren. Bei einem Versuch dieser Art wurden die folgenden +Resultate erhalten. Es wurde der von einem Aluminiumblatt von 0,01 mm +Dicke hindurchgelassene Bruchteil der Strahlung gemessen; dieses Blatt +befand sich immer an derselben Stelle, dicht über der Strahlungsquelle. +Man beobachtete mit dem in Fig. 5 dargestellten Apparat den Strom im +Kondensator für verschiedene Werte des Abstandes AD, einmal mit, das +andre Mal ohne den Schirm. + + ------------------------------------ ---- ---- ---- + Abstand AD 6,0 5,1 3,4 + + Vom Aluminium durchgelassene 3 7 24 + Prozente der Strahlung + ------------------------------------ ---- ---- ---- + +Auch hier werden also die Strahlen, die am weitesten durch Luft gegangen +sind, vom Aluminium am stärksten absorbirt. Es besteht somit eine +weitgehende Analogie zwischen den absorbirbaren α-Strahlen des +Radiums und den Poloniumstrahlen. + +Die ablenkbaren β-Strahlen und die nicht ablenkbaren γ-Strahlen +sind dagegen ganz andrer Natur. Die Versuche mehrerer Physiker, vor +allem der Herren Meyer und v. Schweidler[81] ergeben deutlich, daß, wenn +man die Gesamtstrahlung des Radiums betrachtet, das +Durchdringungsvermögen mit der bereits durchstrahlten Sohichtdicke +wächst, wie es auch für die Röntgenstrahlen der Fall ist. Bei diesen +Versuchen kommen die α-Strahlen kaum in Betracht, weil diese +Strahlen praktisch schon durch sehr dünne Schirme beseitigt werden. Was +hindurchgeht, das sind einerseits die mehr oder weniger diffundirten +β-Strahlen, anderseits die wahrscheinlich den Röntgenstrahlen +analogen γ-Strahlen. + +Ich teile einige Resultate meiner diesbezüglichen Versuche mit: + +Das Radium ist in einem Glasgefäß eingeschlossen. Die austretenden +Strahlen durchlaufen eine Luftschicht von 30 cm und werden in einer +Reihe von Glasplatten von je 1,3 mm Dicke aufgefangen; die erste Platte +läßt 49 Proz. der auffallenden Strahlung hindurch, die zweite 84 Proz. +und die dritte 85 Proz. + +Bei einer andren Versuchsreihe befand sich das Radium in einem Glasgefäß +in 10 cm Abstand von dem auffangenden Kondensator. Auf das Gefäß wurden +eine Reihe von Bleiplatten gelegt, die jede eine Dicke von 0,115 mm +hatten. Das Verhaltniß der hindurchgelassenen zur auffallenden Strahlung +für jede der aufeinander folgenden Platten ist durch folgende +Zahlenreihe gegeben: + +0,40 0,60 0,72 0,79 0,89 0,92 0,94 0,94 0,97 + +Für eine Reihe von vier Bleischirmen von je 1,5 mm Dicke wird das +Verhaltniß der durchgelassenen zur auffallenden Strahlung durch folgende +Zahlen gegeben: + +0,09 0,78 0,84 0,82. + +Aus diesen Versuchen geht hervor, daß bei einem Anwachsen der +Schichtdicke von 0,1 mm bis zu 6 mm das Durchdringungsvermögen der +Strahlung dauernd zunimmt. Ich fand unter gleichen Versuchsbedingungen, +daß ein Bleischirm von 1,8 cm Dicke 2 Proz. der auf ihn fallenden +Strahlung hindurchläßt; ein Bleischirm von 5,3 cm Dicke läßt noch +0,4 Proz. der auffallenden Strahlung hindurch. Ich konstatirte ferner, +daß die von einem Bleischirm von 1,5 mm Dicke hindurchgelassene +Strahlung zum großen Teil aus ablenkbaren (kathodenstrahlartigen) +Strahlen bestand. Letztere sind also nicht nur im stande, große +Entfernungen in Luft zu durchlaufen, sondern auch beträchtliche +Schichtdicken von so stark absorbirenden festen Körpern wie Blei. + +Wenn man mit dem in Fig. 2 dargestellten Apparat die Absorption der +Gesamtstrahlung des Radiums durch ein Aluminiumblatt von 0,01 mm Dicke +beobachtet, wobei das Blatt sich immer in derselben Entfernung von der +strahlenden Substanz befindet, während die Entfernung AD des +Kondensators verändert wird, so bilden die erhaltenen Resultate die +Übereinanderlagerung der von den drei Strahlengruppen herrührenden +Ergebnisse. Beobachtet man bei großem Abstand, so überwiegen die +durchdringenden Strahlen und die Absorption ist schwach; beobachtet man +bei kleinem Abstand, so überwiegen die α-Strahlen und die +Absorption ist um so schwächer, je mehr man sich der Substanz nähert; +für eine mittlere Entfernung hat die Absorption ein Maximum und das +Durchdringungsvermögen ein Minimum. + + ------------------------------------ ---- ---- ---- ---- ---- + Abstand AD 7,1 6,5 6,0 5,1 3,4 + + Vom Aluminium durchgelassene 91 82 58 41 48 + Prozente der Strahlung + ------------------------------------ ---- ---- ---- ---- ---- + +Gleichwohl zeigen gewisse Absorptionsversuche doch eine gewisse Analogie +zwischen den α-Strahlen und den ablenkbaren β-Strahlen. + +So fand z. B. Herr Becquerel, daß die absorbirende Wirkung eines festen +Schirmes auf die β-Strahlen zunimmt, wenn man die Entfernung des +Schirmes von der Quelle vergrößert; wenn man also die Strahlen der +Einwirkung eines Magnetfeldes unterwirft, wie in Fig. 4, so läßt ein +unmittelbar auf die Strahlungsquelle gelegter Schirm einen größeren Teil +des magnetischen Spektrums bestehen als ein auf die photographische +Platte gelegter Schirm. Diese Veränderung der Absorptionswirkung des +Schirmes mit der Entfernung desselben von der Quelle ist ganz analog +dem, was für die α-Strahlen gefunden; sie wurde von den Herren +Meyer und v. Schweidler bestätigt, die sich der fluoroskopischen Methode +bedienten; Herr Curie und ich beobachteten dieselbe Tatsache mit der +elektrischen Methode. Die Entstehungsbedingungen dieses Phänomens sind +noch nicht näher untersucht. Wenn man jedoch das Radium in ein +Glasröhrchen einschließt und in ziemlich große Entfernung vom +Kondensator bringt, der von einer dünnen Aluminiumhülle umgeben ist, so +ist es gleichgültig, ob man den Schirm bei der Quelle oder beim +Kondensator aufstellt; der erhaltene Strom ist in beiden Fällen +derselbe. + +Die Untersuchung der α-Strahlen hatte mich[44] zu der Ansicht +geführt, daß diese Strahlen sich wie Projektile verhalten, die mit einer +gewissen Geschwindigkeit fortgeschleudert werden und beim Passiren von +Hindernissen an Geschwindigkeit verlieren. Gleichwohl besitzen diese +Strahlen geradlinige Fortpflanzung, wie Herr Becquerel durch folgenden +Versuch nachwies. Das die Strahlen emittirende Polonium befand sich in +einer sehr feinen geradlinigen Vertiefung, die in ein Kartonblatt +eingeschnitten war. Man hatte also eine lineare Strahlungsquelle. Ein +Kupferdraht von 1,5 mm Durchmesser befand sich parallel zur Quelle in +einem Abstand von 4,9 mm. Eine photographische Platte war parallel +hierzu in einem Abstand von 8,65 mm aufgestellt. Nach einer Exposition +von 10 Minuten erschien der geometrische Schatten des Drahtes in +durchaus vollkommener Form, in den vorausberechneten Dimensionen und mit +einem sehr feinen Halbschatten auf jeder Seite, der durchaus der Breite +der Quelle entsprach. Der Versuch gelang ebenso, wenn man auf den Draht +ein doppeltes Aluminiumblatt legte, das die Strahlen durchdringen +mußten. + +Es handelt sich also um Strahlen, die scharfe geometrische Schatten +geben können. Der Versuch mit dem Aluminium zeigt, daß die Strahlen +durch das Blatt nicht diffundirt werden und daß dieses auch nicht in +nennenswerter Menge Sekundärstrahlen analog den sekundären +Röntgenstrahlen emittirt. + +Die Versuche Rutherfords zeigen, daß die Projektile, aus denen die +α-Strahlen bestehen, im Magnetfeld abgelenkt werden, als seien sie +positiv geladen. Die Ablenkung im Magnetfeld ist um so schwächer, je +größer der Ausdruck mv/e ist, wobei m die Masse, v die Geschwindigkeit +und e die Ladung des Teilchens bedeutet. Die Kathodenstrahlen des +Radiums werden schwach abgelenkt, weil ihre Geschwindigkeit enorm ist; +sie haben ferner ein großes Durchdringungsvermögen, weil die Teilchen +gleichzeitig große Geschwindigkeit und sehr kleine Masse haben. Teilchen +dagegen, die bei gleicher Ladung und kleinerer Geschwindigkeit eine viel +größere Masse haben, werden zwar ebenso schwach ablenkbar im Magnetfelde +sein, anderseits aber notwendig sehr absorbirbare Strahlen ergeben. Aus +den Versuchen von Rutherford scheint hervorzugehen, daß dies für die +α-Strahlen der Fall ist. + +Um eine Wirkung der α-Strahlen handelt es sich wahrscheinlich bei +dem schönen Versuch mit dem Crookesschen Spinthariskop[85]. Dieser +Apparat besteht im wesentlichen aus einem Körnchen Radiumsalz, das am +Ende eines Metalldrahtes vor einem Schirm aus phosphorescirendem +Zinksulfid befestigt ist. +Die Entfernung des Kornes vom Schirm ist sehr klein (etwa ⅓ mm) und man +beobachtet mit einer Lupe die dem Radium zugewandte Seite des Schirmes. +Das Auge bemerkt dann auf dem Schirme einen wahrhaften Regen von +Lichtpunkten, die fortwährend erscheinen und wieder verschwinden. Der +Schirm sieht aus wie der gestirnte Himmel. In den dem Radium +benachbarten Punkten befinden die Lichtpunkte sich näher aneinander, und +in unmittelbarer Nähe des Radiums erscheint das Leuchten kontinuirlich. + +Durch einen Luftstrom scheint das Phänomen nicht beeinflußt zu werden; +es tritt auch im Vakuum auf; ein noch so dünner Schirm zwischen dem +Radium und dem Leuchtschirm unterdrückt es; die Erscheinung scheint also +von den absorbirbarsten α-Strahlen des Radiums herzurühren. + +Man kann sich vorstellen, daß das Erscheinen eines solchen Lichtpunktes +auf dem phosphorescirenden Schirm von dem Stoße eines einzelnen +Projektils herrühre. Von diesem Gesichtspunkte aus hätte man es hier +also zum erstenmal mit einer Erscheinung zu tun, bei der man die +Einzelwirkung eines Teilchens beobachten kann, dessen Dimensionen von +der Größenordnung derjenigen eines Atome sind.[^20] + +Der Anblick der Lichtpunkte entspricht etwa dem von Sternen oder stark +erleuchteten ultramikroskopischen Teilchen[87], die auf der Netzhaut +keine scharfen Bilder erzeugen, sondern nur Beugungsscheibchen; dies ist +in guter Übereinstimmung mit der Anschauung, daß jeder winzige +Lichtpunkt von dem Stoß eines einzelnen Atoms herrührt. + +Die nicht ablenkbaren durchdringenden γ-Strahlen scheinen ganz +andrer Natur und mehr den Röntgenstrahlen analog zu sein. Es ist jedoch +durch nichts bewiesen, daß nicht auch wenig durchdringende Strahlen +gleicher Art in der Radiumstrahlung enthalten sein können, denn sie +könnten durch die übrige Strahlung verdeckt sein. + +Man sieht hieraus, ein wie komplicirtes Phänomen die Strahlung der +radioaktiven Körper ist. Die Schwierigkeiten vermehren sich noch +dadurch, daß man untersuchen muß, ob die Strahlen durch die Materie bloß +selektiv absorbirt, oder ob sie auch mehr oder weniger weitgehend +umgewandelt werden. + +Man weiß erst sehr wenig über diese Frage. Wenn man jedoch annimmt, daß +die Radiumstrahlung Strahlen von der Art der Röntgen- und der +Kathodenstrahlen enthält, so kann man erwarten, daß diese Strahlung beim +Durchschreiten von Schirmen transformirt wird. Es ist in der Tat +bekannt: + +1. Daß Kathodenstrahlen, die durch ein Aluminiumfenster aus der + Entladungsröhre heraustreten (Lenardscher Versuch) im Aluminium + stark diffundirt werden und gleichzeitig einen + Geschwindigkeitsverlust erfahren[88]; so verlieren z. B. + Kathodenstrahlen von einer Geschwindigkeit v = 1,4 ⋅ 10^{10} + cm/sec 10 Proz. ihrer Geschwindigkeit beim Hindurchgang durch + 0,01 mm dickes Aluminium[79]. + +2. Daß Kathodenstrahlen beim Auftreffen auf ein Hinderniß + Röntgenstrahlen erzeugen. + +3. Daß Röntgenstrahlen beim Auftreffen auf ein festes Hinderniß + Sekundärstrahlen erzeugen, die zum Teil aus Kathodenstrahlen + bestehen[89-91]. + +Man kann also nach Analogie die Existenz all dieser soeben beschriebenen +Erscheinungen bei der Strahlung der radioaktiven Körper voraussetzen. + +Bei der Untersuchung des Hindurchganges der Poloniumstrahlen durch einen +Aluminiumschirm beobachtete Herr Becquerel[80] weder die Produktion von +Sekundärstrahlen, noch eine Umwandlung in kathodenstrahlartige Strahlen. + +Ich versuchte, eine Transformation der Poloniumstrahlen mittels der +Methode der Vertauschung der Schirme nachzuweisen. Wenn zwei +übereinander gelegte Schirme E_1 und E_2, von den Strahlen durchdrungen +werden, so muß die Reihenfolge, in der sie durchlaufen werden, +gleichgültig sein, falls die Strahlen hierbei nicht umgewandelt werden; +wenn dagegen jeder Schirm die hindurchgelassenen Strahlen transformirt, +so ist die Reihenfolge der Schirme nicht gleichgültig. Wenn z. B. die +Strahlen beim Hindurchgang durch Blei in absorbirbarere verwandelt +werden, das Aluminium dagegen diese Wirkung nicht in gleichem Maße +besitzt, dann muß das System Blei-Aluminium undurchsichtiger erscheinen +als das System Aluminium-Blei; bei Röntgenstrahlen ist dies tatsächlich +der Fall. + +Meine Versuche ergeben das Auftreten dieser Erscheinung bei den +Poloniumstrahlen. Der benutzte Apparat war der in Fig. 8 dargestellte. +Das Polonium befand sich in der Büchse CCCC und die natürlich sehr +dünnen Schirme wurden auf das Metallnetz T gelegt. + + Benutzte Schirme Dicke Beobachtete Stromstärke + ------------------ ------- ------------------------- + Aluminium 0,01 + + Messing 0,005 17,9 + Messing 0,005 + + Aluminium 0,01 6,7 + Aluminium 0,01 + + Zinn 0,005 150,0 + Zinn 0,005 + + Aluminium 0,01 125,0 + Zinn 0,005 + + Messing 0,005 13,9 + Messing 0,005 + + Zinn 0,005 4,4 + +Die Resultate beweisen also, daß die Strahlung durch feste Schirme +umgewandelt wird. Dieser Schluß ist in Übereinstimmung mit den +Versuchen, nach denen von zwei identischen Metallblättern, die +übereinander gelegt sind, das erste weniger absorbirend erscheint als +das zweite. Es ist hiernach wahrscheinlich, daß die transformirende +Wirkung eines Schirmes um so größer ist, je weiter sich der Schirm von +der Quelle entfernt befindet. Dieser Punkt ist jedoch noch nicht +sichergestellt, und die Natur der Umwandlung noch nicht im einzelnen +untersucht. + +Ich wiederholte dieselben Versuche mit einem sehr aktiven Radiumsalz. +Das Ergebniß war negativ. Ich beobachtete nur ganz unwesentliche +Änderungen in der Intensität der Strahlung bei der Umkehrung der +Schirme. Folgende Schirmsysteme wurden untersucht: + + ---------------------------------------- + Dicke Dicke + mm mm + ------------ ------ -------------- ----- + Aluminium 0,55 und Platin 0,01 + + " 0,55 und Blei 0,1 + + " 0,55 und Zinn 0,005 + + " 1,07 und Kupfer 0,05 + + " 0,55 und Messing 0,005 + + " 1,07 und " 0,005 + + " 0,15 und Platin 0,01 + + " 0,15 und Zink 0,05 + + " 0,15 und Blei 0,1 + ---------------------------------------- + +Das System Blei-Aluminium zeigte sich ein wenig undurchsichtiger als das +System Aluminium-Blei, doch war der Unterschied nicht groß. + +Ich konnte also auf diese Weise eine merkliche Umwandlung der +Radiumstrahlen nicht nachweisen. Gleichwohl beobachtete Herr Becquerel +bei verschiedenen radiographischen Versuchen sehr kräftige Wirkungen, +die von zerstreuten oder sekundären Strahlen herrührten, welch letztere +von den die Radiumstrahlen auffangenden Schirmen emittirt wurden. Die +wirksamste Substanz für die Emission von Sekundärstrahlen scheint das +Blei zu sein. + +n) Ionisirende Wirkung der Radiumstrahlen auf isolirende Flüssigkeiten. +----------------------------------------------------------------------- + +Herr Curie[92] hat gezeigt, daß die Radium- und die Röntgenstrahlen auf +flüssige Dielektrika wie auf Luft wirken, indem sie ihnen eine gewisse +elektrische Leitfähigkeit erteilen. Die Versuchsanordnung war folgende +(Fig. 9): + +[Fig. 9] + +Die zu untersuchende Flüssigkeit befand sich in einem metallischen +Gefäß CDEF, in das ein dünnes Kupferrohr AB eintauchte; diese beiden +Metallteile dienen als Elektroden. Das Gefäß wird mittels einer Batterie +kleiner Akkumulatoren, deren einer Pol an Erde liegt, auf einem +bekannten Potential erhalten. Die Röhre AB ist mit dem Elektrometer +verbunden. Wenn ein Strom die Flüssigkeit durchfließt, so erhält man das +Elektrometer mit Hülfe des pi"e{}zoelektrischen Quarzes auf Null und +mißt dadurch den Strom. Das Kupferrohr MNM'N' ist mit der Erde verbunden +und dient als Schutzmantel, um einen Strom durch die Luft hindurch +abzufangen. Ein Gefäß mit Radium-haltigem Baryumsalz kann in die +Röhre AB eingesenkt werden; die Strahlen wirken auf die Flüssigkeit, +nachdem sie das Glas des Gefäßes und die Metallwände der Röhre +durchsetzt haben. Man kann das Radium auch wirken lassen, indem man das +Glasgefäß unter den Boden DE legt. + +Wenn man mit Röntgenstrahlen operirt, so läßt man sie durch den Boden DE +eindringen. + +Die Zunahme der Leitfähigkeit unter der Einwirkung der Radium- oder +Röntgenstrahlen scheint für alle Dielektrika stattzufinden; um jedoch +den Effekt nachweisen zu können, muß die eigene Leitfähigkeit der +Flüssigkeit genügend schwach sein, um nicht die Wirkung der Strahlen zu +verdecken. + +Für Radium- und für Röntgenstrahlen hat Herr Curie Effekte von gleicher +Größenordnung erhalten. + +Wenn man mit derselben Anordnung die Leitfähigkeit der Luft oder eines +andren Gases unter der Einwirkung der Becquerelstrahlen untersucht, so +findet man, daß die Stromstärke nur so lange der Potentialdifferenz der +Elektroden proportional ist, als diese nicht einige Volt überschreitet; +bei höheren Spannungen dagegen wächst der Strom immer weniger schnell +und der Sättigungsstrom wird praktisch bei einer Spannung von 100 Volt +erreicht. + +Die mit demselben Apparat und demselben sehr aktiven Präparat +untersuchten Flüssigkeiten verhalten sich anders; die Stromstärke ist +der Spannung proportional, wenn diese von 0 bis 450 Volt variirt, selbst +wenn die Entfernung der Elektroden nicht größer ist als 6 mm. Man kann +also die von einem Radiumsalz in verschiedenen Flüssigkeiten unter +gleichen Bedingungen erzeugte Leitfähigkeit vergleichen. Die Zahlen der +folgenden Tabelle geben die Leitfähigkeiten in reciproken Ohms pro +Kubikcentimeter: + + --------------------- ------------------- + Schwefelkohlenstoff 20,0⋅10^{-14} + Petroläther 15,0⋅10^{-14} + Amylen 14,0⋅10^{-14} + Chlorkohlenstoff 8,0⋅10^{-14} + Benzin 4,0⋅10^{-14} + Flüssige Luft 1,3⋅10^{-14} + Vaselinöl 1,6⋅10^{-14} + --------------------- ------------------- + +Man kann jedoch annehmen, daß die Flüssigkeiten und die Gase ein +ähnliches Verhalten zeigen, und daß für die Flüssigkeiten die +Proportionalitat zwischen Spannung und Strom nur bis zu höheren +Spannungen reicht als für die Gase. Man könnte demnach in Analogie mit +den Erscheinungen bei Gasen versuchen, diese Grenze herabzudrücken, +indem man eine viel schwächere Strahlung anwendet. Der Versuch +bestätigte diese Annahme; benutzte man ein 150mal weniger aktives +strahlendes Präparat als das zu den ersten Versuchen dienende, so +ergaben sich für Spannungen von 50, 100, 200 und 400 Volt die relativen +Stromstärken 109, 185, 255, 335. Die Proportionalität besteht nicht +mehr, aber der Strom wächst noch stark, wenn man die Spannungsdifferenz +verdoppelt. + +Manche von den untersuchten Flüssigkeiten sind fast vollkommene +Isolatoren, wenn sie auf konstanter Temperatur erhalten und vor der +Einwirkung der Strahlen geschützt werden. Hierzu gehören: Flüssige Luft, +Petroläther, Vaselinöl, Amylen. Es ist hier also sehr leicht, den Effekt +der Strahlen zu untersuchen. Vaselinöl ist viel weniger empfindlich +gegen die Strahlen als Petroläther. Vielleicht kann man diese Tatsache +mit der verschiedenen Flüchtigkeit der beiden Kohlenwasserstoffe in +Verbindung bringen. Flüssige Luft, die in dem Versuchsgefäß eine Zeit +lang gekocht hat, ist empfindlicher als frisch eingegossene; die von den +Strahlen erzeugte Leitfähigkeit ist im ersten Falle um ein Viertel +größer. Herr Curie untersuchte die Wirkung der Strahlen auf Amylen und +Petroläther bei +10° und −17°. Die von der Strahlung herrührende +Leitfähigkeit vermindert sich bloß um ein Zehntel, wenn man von 10° +und −17° übergeht. + +Bei Versuchen mit veränderlicher Temperatur der Flüssigkeit kann man +entweder das Radium auf der Temperatur der Umgebung halten oder es auf +dieselbe Temperatur bringen wie die Flüssigkeit; man erhält in beiden +Fällen dasselbe Resultat. Dies bedeutet, daß die Radiumstrahlung sich +nicht mit der Temperatur verändert und selbst bei der Temperatur der +flüssigen Luft noch ihren Wert behält. Diese Tatsache wurde durch +direkte Messungen bestätigt.[^21] + +o) Verschiedene Wirkungen, und Anwendungen der ionisirenden Wirkung der +Strahlung radioaktiver Körper. +------------------------------------------------------------------------------------------------------ + +Die Strahlen der neuen radioaktiven Körper bewirken eine starke +Ionisirung der Luft. Man kann durch die Wirkung des Radiums leicht die +Kondensation des übersättigten Wasserdampfes hervorrufen, genau so, wie +sie unter der Einwirkung von Röntgen- und Kathodenstrahlen stattfindet. + +Unter dem Einfluß der von den neuen radioaktiven Substanzen emittirten +Strahlen wird die Funkenlänge zwischen zwei metallischen Leitern für +eine gegebene Potentialdifferenz vergrößert; oder anders ausgedrückt, +der Funkenübergang wird durch die Strahlen erleichtert. + +Diese Erscheinung rührt von den durchdringendsten Strahlen her. Wenn man +nämlich das Radium mit einem Bleischirm von 2 cm Dicke umgiebt, so wird +seine Wirkung auf den Funken nicht merklich geschwächt, obgleich die +durch das Blei hindurchgehende Strahlung nur ein kleiner Bruchteil der +Gesamtstrahlung ist. + +Macht man durch die Einwirkung radioaktiver Substanzen die Luft in der +Umgebung zweier metallischer Leiter, von denen der eine mit der Erde, +der andre mit einem gut isolirten Elektrometer verbunden ist, leitend, +so nimmt das Elektrometer eine dauernde Ablenkung an, an der man die +elektromotorische Kraft der galvanischen Kette messen kann, die durch +die Luft und die zwei Metalle gebildet wird (kontakt-elektromotorische +Kraft der beiden Metalle, wenn sie durch Luft getrennt sind). Diese +Methode wurde von Lord Kelvin[95] angewandt, wobei Uran die strahlende +Substanz war; eine ähnliche Methode war früher von Perrin[96,97] +angewandt worden, der die ionisirende Wirkung der Röntgenstrahlen +benutzte. + +Man kann die radioaktiven Substanzen zum Studium der atmosphärischen +Elektrizität benutzen. Die aktive Substanz befindet sich in einer +kleinen dünnen Aluminiumbüchse am Ende eines Metallstabes, der mit dem +Elektrometer verbunden ist. Die Luft wird in der Umgebung des Stabendes +leitend und der Stab nimmt das Potential der umgebenden Luft an. Das +Radium ersetzt so vorteilhaft die Flammen oder die Kelvinschen +Tropfapparate, die bis dahin allgemein zur Untersuchung der +atmosphärischen Elektrizität benutzt wurden[98,99]. + +p) Fluorescenz- und Lichtwirkungen. +----------------------------------- + +Die von den neuen radioaktiven Substanzen emittirten Strahlen erregen +die Fluorescenz gewisser Körper. Herr Curie und ich haben diese +Erscheinung zuerst entdeckt, indem wir das Polonium durch ein dünnes +Aluminiumblatt hindurch auf eine Schicht von Baryumplatincyanür wirken +ließen. Derselbe Versuch gelingt noch leichter mit genügend aktivem +Radium-haltigen Baryum. Wenn die Substanz stark radioaktiv ist, so ist +die erzeugte Fluorescenz sehr schön. + +Die Zahl der Körper, die unter der Einwirkung der Becquerelstrahlen +phosphorescirend oder fluorescirend werden können, ist sehr groß. Herr +Becquerel untersuchte die Wirkung auf Uransalze, Diamant, Blende usw. +Herr Bary[100] zeigte, daß die Salze der Alkalien und der alkalischen +Erden, die unter der Wirkung des Lichtes und der Röntgenstrahlen +fluoresciren, es auch unter der Wirkung der Radiumstrahlen tun. Man kann +ferner die Fluorescenz von Papier, Baumwolle, Glas usw. in der Nähe des +Radiums beobachten. Von verschiedenen Glassorten ist das Thüringerglas +besonders helleuchtend. Metalle scheinen nicht leuchtend zu werden. + +Das Baryumplatincyanür ist am geeignetsten zur Untersuchung der +Strahlung der radioaktiven Körper mittels der fluoroskopischen Methode. +Man kann die Wirkung der Radiumstrahlen auf Entfernungen bis über 2 m +verfolgen. Phosphorescirendes Zinksulfid wird außerordentlich hell, doch +hat dieser Körper die Unbequemlichkeit, seine Leuchtkraft einige Zeit +nach dem Aufhören der Einwirkung der Strahlen zu bewahren. + +Die Fluorescenzwirkung auf dem Schirme kann auch beobachtet werden, wenn +das Radium vom Schirme durch absorbirende Körper getrennt ist. Wir +beobachteten das Leuchten eines Baryumplatincyanür-Schirmes durch den +menschlichen Körper hindurch. Die Wirkung ist jedoch unvergleichlich +viel stärker, wenn der Schirm unmittelbar auf dem Radium liegt und durch +keinen festen Körper von ihm getrennt ist. Alle Strahlengruppen scheinen +im stande zu sein, die Fluorescenz hervorzubringen. + +Um die Wirkung des Poloniums zu beobachten, muß man die Substanz dicht +an den fluorescirenden Schirm heranbringen, ohne Zwischenschaltung eines +festen Schirmes oder wenigstens nur eines äußerst dünnen. + +Das Leuchten der den radioaktiven Substanzen ausgesetzten +fluorescirenden Körper nimmt mit der Zeit ab. Gleichzeitig erleidet die +fluorescirende Substanz eine Veränderung. Ich gebe einige Beispiele: + +Die Radiumstrahlen verwandeln das Baryumplatincyanür in eine braune +weniger hell leuchtende Modifikation. (Eine analoge Wirkung der +Röntgenstrahlen wurde von Herrn Villard beschrieben.) Sie verändern +ferner das Urankaliumsulfat, indem sie es gelb färben. Das verwandelte +Baryumplatincyanür wird durch die Wirkung des Lichtes teilweise +regenerirt. Man lege das Radium unter eine Schicht von +Baryumplatincyanür, das auf Papier ausgebreitet ist, dann wird das +Baryumplatincyanür leuchtend; wenn man das System in der Dunkelheit +aufbewahrt, so verändert sich das Baryumplatincyanür und die Leuchtkraft +sinkt beträchtlich. Setzt man dagegen das Ganze dem Licht aus, so wird +das Platinsalz teilweise regenerirt, und wenn man sich in die Dunkelheit +zurückbegiebt, so erscheint das Leuchten wieder ziemlich stark. Man hat +also durch Kombination eines radioaktiven mit einem fluorescirenden +Körper ein System hergestellt, das sich wie ein phosphorescirender +Körper von langer Phosphorescenzdauer verhält. + +Glas, das unter der Wirkung des Radiums fluorescirt, färbt sich braun +bis violett. Gleichzeitig vermindert sich seine Fluorescenz. Erhitzt man +das so veränderte Glas, so entfärbt es sich, und in dem Maße, wie die +Entfärbung fortschreitet, emittirt das Glas Licht. Nachher hat das Glas +seine Fähigkeit zu fluoresciren im gleichen Maße wie vor der Veränderung +wiedergewonnen. + +Zinksulfid, das der Wirkung der Radiumstrahlen genügend lange ausgesetzt +war, erschöpft sich allmählich und verliert seine Fähigkeit unter der +Wirkung des Radiums oder des Lichtes zu phosphoresciren. + +Diamant phosphorescirt unter der Wirkung des Radiums und kann dadurch +von den Imitationen in Straß unterschieden werden, die nur schwach +leuchten. + +Alle Radium-haltigen Baryumverbindungen werden selbstleuchtend[101,102]. +Die wasserfreien und trocknen Haloidsalze emittiren ein besonders +starkes Licht. Dieses Leuchten ist bei hellem Tageslicht nicht zu sehen, +doch bemerkt man es leicht im Halbdunkel oder in einem mit Gas +erleuchteten Zimmer. Das Licht kann ziemlich stark sein, so daß man beim +Lichte einer geringen Substanzmenge im Dunkeln lesen kann. Das Licht +geht von der ganzen Masse des Präparates aus, während bei einem +gewöhnlichen phosphorescirenden Körper das Licht nur von der +vorbelichteten Oberfläche ausgeht. Bei feuchter Luft verlieren die +Radium-haltigen Präparate einen großen Teil ihrer Leuchtkraft, gewinnen +sie jedoch durch Trocknen wieder (Giesel). Das Leuchtvermögen scheint +dauernd zu sein. Nach mehreren Jahren scheint in dem Leuchten schwach +aktiver Präparate, die in verschlossenen Röhren in der Dunkelheit +aufbewahrt waren, keine Veränderung eingetreten zu sein. Bei sehr +aktivem Radium-haltigen Baryumchlorid verändert sich im Laufe einiger +Monate die Farbe des Lichtes; sie wird mehr violett und nimmt +beträchtlich ab; gleichzeitig erfährt das Präparat einige Veränderungen; +löst man das Salz in Wasser auf und trocknet es wieder, so erhält man +wieder das ursprüngliche Leuchtvermögen. + +Die Lösungen Radium-haltiger Baryumverbindungen, die einen starken +Anteil Radium enthalten, leuchten ebenfalls; man kann dies beobachten, +wenn man die Lösung in eine Kapsel aus Platin bringt, die, weil selbst +nichtleuchtend, das schwache Licht der Lösung beobachten läßt. + +Wenn eine Lösung Radium-haltigen Baryums ausgeschiedene Krystalle +enthält, so leuchten diese in der Lösung, und zwar viel stärker als die +Lösung selbst, so daß es aussieht, als leuchteten sie allein. + +Herr Giesel[102] hat Radium-haltiges Baryumplatincyanür hergestellt. +Wenn das Salz auskrystallisirt, so sieht es aus wie gewöhnliches +Baryumplatincyanür und leuchtet sehr stark. Aber allmählich färbt sich +das Salz von selbst und nimmt eine braune Farbe an, wobei gleichzeitig +die Krystalle dichroitisch werden. In diesem Zustands ist das Salz viel +weniger leuchtend, obgleich seine Aktivität zugenommen hat. Das von +Giesel hergestellte Radiumplatincyanür verändert sich noch viel +schneller. + +Die Radiumverbindungen sind die ersten Beispiele von Substanzen, die von +selbst leuchten. + +q) Entwicklung von Wärme durch Radiumsalze. +------------------------------------------- + +Ganz neuerdings haben die Herren Curie und Laborde[103] gefunden, daß +die Radiumsalze der Sitz einer fortwährenden selbsttätigen +Wärmeentwicklung sind. Diese Wärmeentwicklung hat zur Folge, daß die +Radiumsalze sich dauernd auf einer höheren Temperatur befinden als die +Umgebung; der Temperaturüberschuß hängt natürlich von der thermischen +Isolation der Substanz ab. Der Temperaturüberschuß kann durch einen ganz +rohen Versuch mit zwei gewöhnlichen Quecksilberthermometern nachgewiesen +werden. Man benutzt zwei gleich große Dewar-sche Vakuumgefäße (wie sie +zum Aufbewahren von flüssiger Luft gebraucht werden. +Anm. d. Übersetzers). In eines der beiden Gefäße bringt man ein +Glasröhrchen mit 7 dg reinen Radiumbromids; in das andre bringt man ein +ähnliches Röhrchen mit irgend einer inaktiven Substanz, etwa +Baryumchlorid. Die Temperatur jedes der beiden Gefäße wird von dem +Thermometer angezeigt, das man in unmittelbare Nähe der Röhrchen bringt. +Die Öffnung der Gefäße wird mit Watte verschlossen. Wenn sich das +Temperaturgleichgewicht hergestellt hat, so zeigt das Thermometer, das +sich in der Nähe des Radiums befindet, dauernd eine höhere Temperatur an +als das andre; der beobachtete Unterschied betrug 3°. + +Man kann die vom Radium entwickelte Wärmemenge mit dem Bunsenschen +Eiskalorimeter messen. Bringt man ein Röhrchen mit Radiumsalz in das +Kalorimeter, so beobachtet man eine fortwährende Wärmezufuhr, die sofort +aufhört, wenn man das Radium entfernt. Die Messung mit einem bereits vor +längerer Zeit hergestellten Radiumsalz ergab, daß jedes Gramm Radium pro +Stunde etwa 80 kleine Kalorien entwickelt. Das Radium entwickelt also +während einer Stunde genügend viel Wärme, um eine gleich schwere +Eismenge zu schmelzen, und ein Atomgramm (225 g) Radium würde in einer +Stunde 18 000 Kalorien entwickeln, d. i. eine Wärmemenge, die +vergleichbar ist mit der von einem Atomgramm (1 g) Wasserstoff bei +seiner Verbrennung entwickelten. Eine derartige Wärmeentwicklung läßt +sich durch keine gewöhnliche chemische Reaktion erklären, um so mehr, +als der Zustand des Radiums jahrelang derselbe zu bleiben scheint. Man +könnte annehmen, daß die Wärmeentwicklung von einer Umwandlung des +Radiumatoms selbst herrührt, eine Umwandlung, die natürlich sehr langsam +vor sich gehen muß. Wenn dem so +ist, so müßte man annehmen, daß die bei der Bildung und Umwandlung von +Atomen auftretenden Wärmemengen sehr groß sind und alles bis dahin +bekannte übertreffen. + +Man kann die vom Radium entwickelte Wärmemenge auch bestimmen, indem man +sie dazu benutzt, ein verflüssigtes Gas zum Sieden zu bringen, und die +sich entwickelnde Gasmenge mißt. Man kann den Versuch mit Methylchlorid +ausführen (bei −21°). Die Herren Dewar und Curie führten den Versuch mit +flüssigem Sauerstoff (bei −180°) und mit flüssigem Wasserstoff (bei +−252°) aus. Der Wasserstoff eignet sich besonders gut zu dem Versuch. +Ein mit einem Vakuummantel umgebenes Reagenzgläschen enthält den +flüssigen Wasserstoff H (Fig. 10) und ist mit einem Rohr t versehen, +mittels dessen das Gas über Wasser in einem geteilten Rohr E aufgefangen +werden kann. A taucht mit seinem Mantel in ein Bad von flüssigem +Wasserstoff H'. Unter diesen Umständen findet in A keine Gasentwicklung +statt. Führt man dagegen in den im Reagenzgläschen enthaltenen flüssigen +Wasserstoff ein Röhrchen mit etwa 7 dg Radiumbromid ein, so entsteht +eine fortwährende Gasentwicklung, so daß man pro Minute 73 ccm Gas +auffängt. + +[Fig. 10] + +Ein frisch hergestelltes festes Radiumsalz entwickelt nur relativ wenig +Wärme; die Wärmeentwicklung wächst jedoch fortwährend und strebt einer +Grenze zu, die jedoch nach einem Monat noch nicht völlig erreicht ist. +Wenn man ein Radiumsalz auflöst, und die Lösung in ein verschlossenes +Röhrchen bringt, so ist die von der Lösung entwickelte Wärmemenge zuerst +schwach; sie vermehrt sich sodann und wird nach Verlauf eines Monats +ziemlich konstant; die Wärmeentwicklung ist dann dieselbe, wie die des +festen Salzes. + +Wenn sich das Radiumsalz, dessen Wärmeentwicklung man im Bunsenschen +Eiskalorimeter mißt, in einem Glasröhrchen befindet, so durchdringen +gewisse, sehr wenig absorbirbare Strahlen das Röhrchen und das +Kalorimeter, ohne darin absorbirt zu werden. Um zu untersuchen, ob diese +Strahlen eine merkliche Energiemenge mit sich führen, kann man die +Messung wiederholen, nachdem man das Röhrchen mit einer 2 mm dicken +Bleischicht umgeben hat; man findet, daß unter diesen Bedingungen die +Wärmeentwicklung des Salzes um etwa 4 Proz. zugenommen hat; die vom +Radium in Form sehr durchdringender Strahlen emittirte Energie ist also +durchaus nicht zu vernachlässigen. + +r) Chemische Wirkungen der neuen radioaktiven Substanzen. Färbungen. +-------------------------------------------------------------------- + +Die von stark aktiven Körpern emittirten Strahlen sind im Stande, +gewisse Umänderungen und chemische Reaktionen hervorzurufen. Die +Strahlen der Radium-haltigen Präparate wirken färbend auf Glas und +Porzellan[104]. Die meist braune oder violette Färbung des Glases ist +sehr intensiv; sie entsteht in der Masse des Glases selbst und bleibt +nach Entfernung des Radiums bestehen. Alle Gläser färben sich in mehr +oder weniger langer Zeit und die Anwesenheit von Blei ist hierzu nicht +nötig. Man kann diese Tatsache mit der neuerdings gemachten Beobachtung +in Verbindung bringen, daß die Glaswände von lange in Gebrauch +befindlichen Röntgenröhren sich färben. + +Herr Giesel zeigte, daß die krystallisirten Haloidsalze der Alkalien +(Steinsalz, Sylvin) sich unter dem Einfluß des Radiums ebenso färben, +wie unter der Wirkung der Kathodenstrahlen. Gleichartige Färbungen +erhält man nach Giesel[105], wenn man die Salze in Natriumdampf erhitzt. + +Ich untersuchte die Färbung einer Reihe von Gläsern von bekannter +Zusammensetzung, die mir hierfür von Herrn Le Chatelier freundlichst +überlassen wurden. Ich beobachtete keine großen Unterschiede in der +Färbung. Sie ist im allgemeinen violett, gelb, braun oder grau. Sie +scheint an die Anwesenheit von Alkalimetallen geknüpft. Mit reinen +krystallisirten Alkalisalzen erhält man lebhaftere und mehr +veränderliche Farben; das ursprünglich weiße Salz wird blau, grün, +gelbbraun usw. + +Herr Becquerel zeigte, daß weißer Phosphor durch die Wirkung des Radiums +in die rote Modifikation verwandelt wird. + +Papier wird durch die Radiumwirkung verändert und gefärbt. Es wird +zerbrechlich, zerfällt und gleicht schließlich einem vielmaschigen +Siebe. + +Unter gewissen Umständen findet in der Nähe stark aktiver Verbindungen +Ozonentwicklung statt. Strahlen, die von einem verschlossenen Röhrchen +mit Radium ausgehen, entwickeln in der durchstrahlten Luft kein Ozon. +Dagegen tritt ein sehr starker Ozongeruch auf, wenn man das Röhrchen +öffnet. Im allgemeinen entwickelt sich Ozon in der Luft, wenn diese in +direkter Verbindung mit dem Radium steht. Die Verbindung selbst durch +einen sehr engen Kanal ist ausreichend; es scheint, als ob die +Ozonentwicklung mit der Fortpflanzung der inducirten Radioaktivität +verknüpft sei, von der später die Rede sein wird. + +Die Radium-haltigen Verbindungen scheinen sich im Laufe der Zeit zu +verändern, wahrscheinlich unter der Einwirkung ihrer eigenen Strahlung. +Oben war gezeigt worden, daß die Krystalle von Radium-haltigem Baryum im +Moment des Ausfallens farblos sind und allmählich sich gelb bis orange, +manchmal auch rosa färben; diese Färbung verschwindet beim Auflösen. +Radium-haltiges Baryumchlorid entwickelt Oxydationsstufen des Chlors; +das Bromid entwickelt Brom. Diese langsamen Umänderungen machen sich im +allgemeinen erst einige Zeit nach der Herstellung des festen Produktes +bemerkbar, das gleichzeitig sein Aussehen und seine Farbe ändert und +gelb bis violett wird. Auch das emittirte Licht wird mehr violett. + +Die reinen Radiumsalze scheinen dieselben Umwandlungen zu erfahren wie +die Baryum-haltigen. Doch färben sich die aus saurer Lösung +niedergeschlagenen reinen Chloridkrystalle noch nicht merklich in einer +Zeit, die ausreicht, um den Baryum-haltigen Chloridkrystallen eine +intensive Färbung zu erteilen. + +s) Gasentwicklung in Gegenwart von Radiumsalzen. +------------------------------------------------ + +Eine Lösung von Radiumbromid entwickelt fortwährend Gase[106]. Diese +Gase bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Sauerstoff in einem +Mengenverhältniß, das nahezu der Zusammensetzung des Wassers entspricht; +man kann deshalb annehmen, daß in Gegenwart der Radiumsalze sich das +Wasser zersetzt. Die festen Radiumsalze (Chlorid und Bromid) geben +ebenfalls zu einer fortwährenden Gasentwicklung Anlaß. Diese Gase werden +in dem festen Salze okkludirt und entwickeln sich ziemlich reichlich, +wenn man das Salz auflöst. Man findet in dem Gasgemenge Wasserstoff, +Sauerstoff, Kohlensäure, Helium. Im Spektrum der Gase bemerkt man noch +einige unbekannte Linien[107-109]. + +Den Gasentwicklungen kann man auch zwei Unfälle zuschreiben, die sich +bei den Versuchen des Herrn Curie ereigneten. Ein sehr dünnes +zugeschmolzenes Glasröhrchen, das beinahe vollständig mit festem +trocknen Radiumbromid gefüllt war, explodirte zwei Monate nach der +Verschließung unter der Einwirkung einer leichten Erhitzung. Die +Explosion rührte wahrscheinlich von dem Drucke der eingeschlossenen Gase +her. Bei einem andren Versuche kommunicirte eine Röhre mit ziemlich +altem Radiumchlorid mit einem größeren Reservoir, das sehr weit evakuirt +war. Als das Röhrchen rasch auf etwa 300° erhitzt wurde, explodirte das +Salz; das Röhrchen wurde zerbrochen und das Salz weit umhergeschleudert. +Im Augenblick der Explosion konnte in der Röhre gar kein merklicher +Druck herrschen. Der Apparat war übrigens vorher einer versuchsweisen +Erhitzung unter gleichen Versuchsbedingungen, aber ohne Radium, +unterworfen gewesen, ohne daß ein derartiger Unfall eingetreten wäre. + +Diese Versuche zeigen, daß es gefährlich ist, altes Radiumsalz zu +erhitzen, und daß es ferner gefährlich ist, das Radium lange Zeit +hindurch in einer geschlossenen Röhre aufzubewahren. + +t) Entstehung von Thermoluminescenz +----------------------------------- + +Gewisse Körper wie z. B. Flußspat werden leuchtend, wenn man sie +erwärmt: sie sind thermoluminescirend; ihre Leuchtfähigkeit erschöpft +sich nach einiger Zeit; sie erlangen jedoch ihre Fähigkeit, durch +Erwärmung zu leuchten, wieder durch die Einwirkung eines Funkens oder +des Radiums. Das Radium vermag also die thermoluminescirenden +Eigenschaften dieser Körper wieder herzustellen[80]. Bei der Erhitzung +erfährt der Flußspat eine Umwandlung, die von einer Lichtemission +begleitet ist. Wenn der Flußspat sodann der Wirkung des Radiums +ausgesetzt wird, so findet eine Umwandlung im entgegengesetzten Sinne +statt, die ebenfalls von einer Lichtemission begleitet ist. + +Ein durchaus analoges Phänomen findet statt, wenn man das Glas der +Radiumwirkung aussetzt. Auch dort entsteht eine Unformung des Glases, +während es unter der Wirkung der Radiumstrahlen leuchtet: diese +Umformung wird ganz sicher bewiesen durch die dabei auftretende und sich +stetig vermehrende Färbung. Erhitzt man sodann das veränderte Glas, so +findet die umgekehrte Umwandlung statt, das Glas entfärbt sich und +hierbei findet eine Lichtentwicklung statt. Es ist wohl sehr +wahrscheinlich, daß man es hierbei mit einer chemischen Modifikation zu +tun hat und daß die Lichtentwicklung an diese Modifikation geknüpft ist. +Diese Erscheinung könnte allgemeiner Natur sein. Es könnte sein, daß die +Fluorescenz unter der Einwirkung des Radiums und das Leuchten der +Radium-haltigen Substanzen notwendig mit einer chemischen oder +physikalischen Umwandlung der das Licht emittirenden Substanz verknüpft +sind. + +u) Radiographieen +----------------- + +Die radiographische Wirkung der neuen radioaktiven Substanzen ist sehr +intensiv. Gleichwohl muß das anzuwendende Verfahren beim Polonium ein +ganz anderes sein als beim Radium. Das Polunium wirkt nur auf sehr +kleine Entfernungen und wird durch feste Schirme sehr geschwächt; die +Wirkung läßt sich praktisch leicht durch einen dünnen Schirm +unterdrücken. (1 mm Glas). Das Radium wirkt auf viel größere +Entfernungen. Die radiographische Wirkung der Radiumstrahlen läßt sich +in Luft noch auf Entfernungen von über 2 m beobachten, selbst wenn das +strahlende Präparat in einem Glasröhrchen eingeschlossen ist. Die unter +diesen Bedingungen wirkenden Strahlen gehören zur β- und +γ-Gruppe. Dank den Unterschieden in der Durchlässigkeit +verschiedener Körper für die Strahlen kann man, wie bei den +Röntgenstrahlen mit verschiedenen Objekten, Radiographieen erhalten. Die +Metalle sind im allgemeinen undurchsichtig, nur Aluminium ist sehr +durchlässig. Zwischen Fleisch und Knochen besteht kein merklicher +Unterschied in der Durchlässigkeit. Man kann mit großer Entfernung und +sehr kleinen Strahlungsquellen arbeiten und erhält dann sehr scharfe +Radiographieen. Es ist für die Schönheit der Bilder sehr vorteilhaft, +die β-Strahlen durch ein Magnetfeld zur Seite zu werfen und nur die +γ-Strahlen zu benutzen. Die β-Strahlen werden nämlich beim +Durchstrahlen des abzubildenden Objektes einigermaßen diffundiert und +rufen einen gewissen Schleier hervor. Wenn man sie unterdrückt, so muß +man längere Zeit exponieren, erhält aber dafür schönere Besultate. Zur +Radiographie eines Portemonais gebraucht man einen Tag mit einigen +Centigrammen Radiumsalz als Strahlungsquelle, die in einer Glasröhre in +1 m Abstand von der empfindlichen Platte sich befinden, während das +Objekt sich vor der Platte befindet. Befindet ich die Quelle in 20 cm +Abstand von der Platte, so erhält man dasselbe Resultat in einer Stunde. +In unmittelbarer Nachbarschaft der Strahlungsquelle wird die Platte +augenblicklich beeinflußt. + +[Fig. 11] + +v) Physiologische Wirkungen. +---------------------------- + +Die Radiumstrahlen üben eine Wirkung auf die Epidermis aus. Diese +Wirkung wurde von Herrn Walkhoff[110] beobachtet und von Herrn +Giesel[34] bestätigt, später auch von den Herren Becquerel und +Curie[111]. + +Wenn man auf die Haut eine Celluloid- oder eine sehr dünne Gummikapsel +legt, die sehr aktives Radiumsalz enthält, und einige Zeit darauf liegen +läßt, so entsteht eine Rötung der Haut, entweder sofort oder nach +Verlauf einer um so längeren Zeit, je schwächer und je kürzer dauernd +die Einwirkung war; dieser rote Fleck erscheint an der Stelle, die der +Wirkung ausgesetzt war; die lokale Veränderung der Haut ähnelt in +Aussehen und Entwicklung einer Verbrennung. In manchen Fällen bildet +sich eine Blase. Wenn die Exposition sehr lange gedauert hat, so bildet +sich ein sehr schwer heilendes Geschwür. Bei einem Versuch ließ Herr +Curie ein relativ wenig aktives Präparat 10 Stunden lang wirken. Die +Rötung zeigte sich sofort und später entstand eine Wunde, die vier +Monate zur Heilung erforderte. Die Epidermis war lokal zerstört und +konnte sich nur sehr langsam und schwierig unter Entstehung einer sehr +deutlichen Narbe neu bilden. Eine Radiumverbrennung nach halbstündiger +Expositionsdauer erschien nach zwei Wochen, bildete eine Blase und +heilte nach weiteren zwei Wochen. Eine andre Verbrennung, durch eine +Exposition von nur acht Minuten hervorgerufen, verursachte einen roten +Fleck, der nach zwei Monaten erschien und nur unbedeutende Wirkung +hatte. + +Die Wirkung des Radiums auf die Haut kann durch Metalle hindurch +stattfinden; doch wird sie hierdurch geschwächt. Um sich vor der Wirkung +zu schützen, soll man es vermeiden, das Radium lange bei sich +herumzutragen, außer wenn man es in eine Bleihülle einschließt. + +Die Wirkung des Radiums auf die Haut wurde von Herrn Dr. Danlos am +Hospital Saint-Louis darauf hin untersucht, ob es zur Behandlung +gewisser Hautkrankheiten geeignet sei, eine Methode, die der Behandlung +mit Röntgenstrahlen oder mit ultraviolettem Lichte analog ist. Das +Radium giebt in dieser Hinsicht ermutigende Resultate; die durch die +Radiumwirkung stellenweise zerstörte Epidermis stellt sich in gesundem +Zustande wieder her. Die Wirkung des Radiums ist tiefergehend als die +des Lichtes, und seine Anwendung ist leichter als die des Lichtes und +der Röntgenstrahlen. Die Untersuchung der Anwendungsbedingungen ist +natürlich etwas langwierig, weil man den Effekt der Anwendung nicht +unmittelbar beurteilen kann. + +Herr Giesel bemerkte die Wirkung des Radiums auf Pflanzenblätter. Die +der Wirkung unterworfenen Blätter werden gelb und zerfallen. + +Herr Giesel entdeckte ferner die Wirkung der Strahlen auf das Auge. Wenn +man in der Dunkelheit ein strahlendes Präparat in die Nähe des +geschlossenen Augenlides oder der Schläfe bringt, so hat man die +Empfindung einer das Auge erfüllenden Helligkeit. Die Erscheinung ist +von den Herren Himstedt und Nagel[112] näher untersucht worden. Diese +Physiker zeigten, daß alle Medien des Auges unter der Wirkung des +Radiums fluorescirend werden, wodurch sich die beobachtete +Lichtempfindung erklärt. Blinde, deren Netzhaut intakt ist, sind gegen +die Einwirkung des Radiums empfindlich, während solche mit kranker +Netzhaut keine von den Strahlen herrührende Lichtempfindung verspüren. + +Die Radiumstrahlen verhindern oder hemmen die Entwicklung von +Bakterienkulturen, doch ist diese Wirkung nicht sehr stark[113]. +Neuerdings zeigte Herr Danysz[114], daß die Radiumstrahlen energisch auf +Rückenmark und Gehirn wirken. Nach einer Einwirkung von einer Stunde +entstehen Lähmungen bei den Versuchstieren, die meistens nach einigen +Tagen sterben. + +w) Wirkung der Temperatur auf die Strahlung. +-------------------------------------------- + +Man weiß noch wenig darüber, in welcher Weise die Emission der +radioaktiven Substanzen sich mit der Temperatur ändert. Doch ist +bekannt, daß die Emission bei tiefen Temperaturen bestehen bleibt. Herr +Curie[115] senkte ein Gefäß mit Radiumhaltigem Baryumchlorid in flüssige +Luft. Das Leuchten des strahlenden Präparates bleibt hierbei bestehen. +Im Moment, wo man die Röhre aus dem Kältebade herauszieht, scheint sie +sogar stärker zu leuchten als vorher. Bei der Temperatur der flüssigen +Luft fährt das Radium fort, die Fluorescenz des Urankaliumsulfats zu +erregen. Herr Curie stellte durch elektrische Messungen, die in einiger +Entfernung von der Strahlungsquelle ausgeführt wurden, fest, daß die +Strahlung dieselbe Intensität besitzt, wenn das Radium sich auf der +Temperatur der Umgebung befindet, wie wenn es sich in dem Gefäß mit +flüssiger Luft befindet. Bei diesen Versuchen befand sich das Radium auf +dem Boden einer einseitig geschlossenen Röhre. Die Strahlen traten durch +das offene Ende der Röhre aus, passirten einen gewissen Luftraum und +wurden in einem Kondensator aufgefangen. Man maß die Wirkung der +Strahlen auf die Luft des Kondensators, indem man die Röhre entweder in +freier Luft ließ oder sie bis zu einer gewissen Höhe mit flüssiger Luft +umgab. Das erhaltene Resultat war in beiden Fällen dasselbe. + +Wenn man das Radium auf eine hohe Temperatur erhitzt, so bleibt die +Radioaktivität bestehen. Frisch gesehmolzenes (bei etwa 800°) +Radium-Baryumchlorid ist radioaktiv und leuchtend. Längere Erhitzung auf +hohe Temperatur hat jedoch eine zeitweise Abnahme der Radioaktivität des +Präparates zur Folge. Diese Abnahme ist sehr bedeutend, sie kann 75 +Proz. der Gesamtstrahlung betragen. Die relative Abnahme ist weniger +bedeutend für die absorbirbaren als für die durchdringenden Strahlen, +die durch die Erhitzung fast unterdrückt werden. Mit der Zeit nimmt die +Strahlung des Präparates wieder die frühere Stärke und Zusammensetzung +an; dieser Zustand wird etwa nach Verlauf von zwei Monaten nach der +Erhitzung erreicht. + +Viertes Kapitel. Inducirte Radioaktivität. +========================================== + +a) Mitteilung der Radioaktivität an ursprünglich inaktive Substanzen. +--------------------------------------------------------------------- + +Im Laufe unserer Untersuchungen über die radioaktiven Körper bemerkten +wir, Herr Curie und ich[116], daß jede Substanz, die sich einige Zeit in +der Nachbarschaft eines Radium-haltigen Salzes befindet, selbst +radioaktiv wird. Bei unserer ersten hierauf bezüglichen Publikation +befaßten wir uns mit dem Nachweis, daß die so von ursprünglich inaktiven +Substanzen erworbene Radioaktivität nicht etwa von einem Transport +radioaktiven Staubes herrührt, der sich an der Oberfläche dieser +Substanzen niedergeschlagen hätte. Diese jetzt ganz gesicherte Tatsache +wird klar bewiesen durch die im Folgenden beschriebenen Versuche, und +vor allen Dingen durch die Gesetze, nach denen die in ursprünglich +inaktiven Stoffen hervorgerufene Radioaktivität verschwindet, wenn man +sie der Einwirkung des Radiums entzieht. + +Wir haben der so entdeckten neuen Erscheinung den Namen inducirte +Radioaktivität gegeben. + +In derselben Arbeit haben wir die Hauptmerkmale der inducirten +Radioaktivität angegeben. Wir haben Platten von verschiedenen Substanzen +aktivirt, indem wir sie in die Nachbarschaft fester Radium-haltiger +Salze brachten und haben die Radioaktivität dieser Platten mittels der +elektrischen Methode untersucht. Dabei beobachteten wir folgende +Tatsachen: + +1. Die Aktivität einer der Wirkung des Radiums ausgesetzten Platte + wächst mit der Expositionsdauer und nähert sich asymptotisch einem + gewissen Grenzwert. + +2. Die Aktivität einer Platte, die vom Radium aktivirt und dann dieser + Einwirkung entzogen wird, verschwindet nach einigen Tagen. Der + Abfall der inducirten Aktivität gegen Null erfolgt nach einem + asymptotischen Gesetz. + +3. Bei sonst gleichen Bedingungen ist die von einem bestimmten + Radium-haltigen Präparat auf verschiedenen Platten inducirte + Radioaktivität unabhängig von der Natur der Platten. Glas, Papier, + Metalle aktivirten sich in gleicher Stärke. + +4. Die auf einer bestimmten Platte von verschiedenen Radium-haltigen + Präparaten inducirte Radioaktivität hat einen um so höheren + Grenzwert, je aktiver das Präparat ist. + +Kurze Zeit darauf veröffentlichte Herr Rutherford[27,117] eine Arbeit, +aus der folgt, daß die Thorverbindungen die Erscheinung der inducirten +Radioaktivität hervorrufen können. Rutherford fand für diese Erscheinung +dieselben Gesetze, wie die oben genannten, und entdeckte ferner die +wichtige Tatsache, daß Körper, die negativ elektrisch geladen sind, sich +stärker aktiviren als andere. Rutherford beobachtete ferner, daß Luft, +die über Thorium-Oxyd gestrichen war, 10 Minuten lang eine merkliche +Leitfähigkeit bewahrte. Die Luft teilt in diesem Zustande inducirte +Radioaktivität an inaktive Substanzen mit, vor allem an solche, die +negativ geladen sind. Rutherford interpretirte seine Versuche durch die +Annahme, daß die Thorverbindungen, und vor allem das Oxyd, eine +besondere radioaktive Emanation aussenden, die von Luftströmen mit +fortgerissen wird und positiv geladen ist. Diese Emanation soll die +Ursache der inducirten Radioaktivität sein. Herr Dorn[64] hat die +Versuche, die Rutherford mit Thoroxyd gemacht hatte, mit Radium-haltigen +Baryumsalzen wiederholt. + +Herr Debierne[33,118] zeigte, daß das Aktinium in äußerst starkem Maße +induzirte Aktivität in benachbarten Körpern hervorruft. Ebenso wie bei +dem Thorium findet eine starke Mitnahme der Aktivität durch Luftströme +statt. + +Die inducirte Aktivität zeigt sehr veränderliches Aussehen und wenn man +die Aktivirung einer Substanz in der Nähe von Radium in freier Luft +bewirkt, so erhält man sehr unregelmäßige Resultate. Die Herren Curie +und Debierne[119] bemerkten, daß die Erscheinung im Gegensatz hierzu +sehr regelmäßig ist, wenn man mit einem geschlossenen Gefäß arbeitet. +Sie haben deshalb die Aktivirung im geschlossenen Gefäß untersucht. + +b) Aktivirung in geschlossenem Gefäß. +------------------------------------- + +Die inducirte Radioaktivität ist sowohl stärker, wie auch regelmäßiger, +wenn man in einem geschlossenen Gefäß arbeitet. Die aktive Substanz +befindet sich in einem kleinen Glaßgefäß a (Fig. 12) mit einer Offnung +bei o in der Mitte einer geschlossenen Umhüllung. Verschiedene Platten +A, B, C, D, E, die sich in der Umhüllung befinden, werden nach einer +eintägigen Exposition radioaktiv. Bei gleichen Dimensionen ist die +Radioaktivität dieselbe, unabhängig von der Natur der Platten (Blei, +Kupfer, Aluminium, Glas, Hartgummi, Wachs, Pappdeckel, Paraffin). Die +Aktivität einer Fläche einer dieser Platten ist um so größer, je größer +der freie Raum vor dieser Fläche ist. + +[Fig. 12] + +Wiederholt man den vorigen Versuch mit völlig geschlossenem Gefäß a, so +erhält man keine inducirte Aktivität. + +Die Strahlung des Radiums kommt bei der Hervorrufung der inducirten +Radioaktivität nicht direkt in Betracht, so wird z. B. bei dem vorigen +Versuch die durch den dicken Bleischirm PP geschützte Platte D ebenso +aktiv wie B und E. + +Die Radioaktivität überträgt sich in der Luft von Punkt zu Punkt von der +strahlenden Substanz bis zum zu aktivirenden Körper. Sie kann sich +selbst durch sehr enge Kapillarröhren weithin fortpflanzen. + +Die inducirte Aktivität ist gleichzeitig intensiver und regelmäßiger, +wenn man das feste Radium-haltige Salz durch eine wässrige Lösung +ersetzt. + +Flüssigkeiten können inducirte Radioaktivität annehmen. Man kann z. B. +reines Wasser radioaktiv machen, wenn man es in das Innere einer +geschlossenen Hülle stellt, die außerdem eine Lösung Radium-haltigen +Salzes enthält. + +Manche Körper werden leuchtend, wenn man sie in ein Aktivirungsgefäß +bringt (phosphorescirende und fluorescirende Körper (Glas, Papier, +Baumwolle, Wasser, Salzlösungen). Phosphorescirendes Zinksulfid leuchtet +unter diesen Bedingungen besonders stark. Die Radioaktivität dieser +leuchtenden Körper ist jedoch dieselbe, wie die eines Metallstücks oder +eines andren Körpers, der sich unter gleichen Bedingungen aktivirt, ohne +leuchtend zu werden. + +Welches auch immer die im geschlossenen Gefäß zu aktivirende Substanz +ist, sie nimmt eine mit der Zeit wachsende Aktivität an, und erreicht +schließlich einen Grenzwert, der immer derselbe ist, wenn man mit +derselben aktivirenden Substanz und derselben Versuchsanordnung +arbeitet. + +Der Grenzwert der inducirten Radioaktivität ist unabhängig von der Natur +des Gases, das sich in dem Aktivirungsgefäß befindet (Luft, Wasserstoff, +Kohlensäure). + +Der Grenzwert der inducirten Aktivität in einem bestimmten Gefäß hängt +bloß von der darin in Lösung befindlichen Radiummenge ab, und scheint +ihr proportional zu sein. + +c) Rolle der Gase bei den Erscheinungen der inducirten Radioaktivität. +Emanation. +--------------------------------------------------------------------------------- + +Die Gase in einem Aktivirungsgefäß, das Radium in fester Form oder in +Lösung enthält, sind radioaktiv. Diese Aktivität bleibt bestehen, wenn +man das Gas durch eine Röhre absaugt und in einem Probiergläschen +auffängt. Die Wände des letzteren werden dann selbst radioaktiv und +leuchten im Dunklen. Aktivität und Lichtemission des Gläschens +verschwinden nachher vollständig, aber sehr langsam, und man kann die +Radioaktivität noch nach einem Monat konstatiren. + +Vom Beginn unsrer Untersuchungen an haben wir, Herr Curie und ich[120], +aus der Pechblende durch Erhitzung ein stark radioaktives Gas extrahirt, +die Aktivität ist jedoch ebenso wie bei dem vorigen Versuch schließlich +vollständig verschwunden. Im Spektrum dieses Gases haben wir keine neue +Linie bemerkt.[^22] + +Die inducirte Radioaktivität breitet sich also beim Radium, Thorium und +Aktinium von Punkt zu Punkt durch das Gas hindurch aus, vom aktiven +Körper bis zu den Wänden des Aktivirungsgefäßes, und die aktivirende +Eigenschaft wird mit dem Gase selbst fortgeführt, wenn man dieses aus +den Gefäßen heraussaugt. + +Wenn man die Radioaktivität Radium-haltiger Stoffe mit der elektrischen +Methode mißt (mit dem in Fig. 1 dargestellten Apparat), so wird auch die +Luft zwischen den Platten radioaktiv; gleichwohl bemerkt man beim +Hindurchschicken eines Luftstromes zwischen den Platten keine merkliche +Verminderung des Stromes, woraus hervorgeht, daß die im Raume zwischen +den Platten ausgebreitete Radioaktivität wenig gegen die des festen +Radiums selbst in Betracht kommt. + +Ganz anders verhält es sich beim Thor. Die Unregelmäßigkeiten, die ich +bei der Messung der Radioaktivität der Thorverbindungen bemerkte, kamen +daher, daß ich damals mit einem offenen Luftkondensator arbeitete; der +geringste Luftstrom bringt hier aber eine beträchtliche Änderung in der +Stromintensität hervor, weil die in der Nachbarschaft des Thors +verbreitete Aktivität wesentlich gegen die der Substanz selbst in +Betracht kommt. + +Noch ausgesprochener ist dieser Effekt beim Aktinium. Ein stark aktives +Aktiniumpräparat erscheint viel weniger aktiv, wenn man einen Luftstrom +über die Substanz schickt. + +Die radioaktive Energie ist also im Gase in einer besonderen Form +enthalten. Herr Rutherford nimmt an, daß gewisse radioaktive Körper +fortwährend ein materielles radioaktives Gas entwickeln, das er mit dem +Namen "Emanation" bezeichnet. Dieses Gas hätte die Eigenschaft, die +Körper in dem Raume, in dem es verbreitet ist, radioaktiv zu machen. Die +eine Emanation aussendenden Körper sind: Radium, Thorium, Aktinium. + +d) Entaktivirung fester aktivirter Körper in freier Luft. +--------------------------------------------------------- + +Ein fester Körper, der in einem Aktivirungsgefäß durch Radium während +genügend langer Zeit aktivirt worden ist, und dann aus dem Gefäß +herausgenommen wird, entaktivirt sich an freier Luft nach einem +Exponentialgesetz, das für alle Körper dasselbe und durch folgende +Formel darstellbar ist[121]: + +[I = I0.[a.e^(-t/theta1) - (a-1).e^(-t/theta2)]] + +Hierbei ist I_0 die Anfangsintensität der Strahlung im Moment, wo man +die Platte aus dem Gefäß herausnimmt, I die Intensität zur Zeit t; a ist +ein Zahlenkoeffizient a = 4,20; θ_1 und θ_2 sind +Zeitkonstanten und zwar: θ_1 = 2420 Sekunden, θ_2 = +1860 Sekunden. Nach Verlauf von zwei bis drei Stunden verwandelt sich +dieses Gesetz merklich in ein einfaches Exponentialgesetz, da der +Einfluß des zweiten Exponentialgliedes dann unmerklich geworden ist. Das +Entaktivirungsgesetz ist demnach derart, daß die Strahlungsintensität in +28 Minuten auf die Hälfte ihres Wertes sinkt. Dieses Gesetz kann als +charakteristisch für die Entaktivirung fester Körper gelten, die durch +Radium aktivirt sind. + +Durch Aktinium aktivirte feste Körper entaktiviren sich nach einem +ähnlichen Gesetz wie das vorige, doch ist die Entaktivirung etwas +langsamer[122]. + +Durch Thorium aktivirte feste Körper entaktiviren sich viel langsamer; +die Strahlungsintensität sinkt in 11 Stunden auf die Hälfte[117]. + +e) Entaktivirung in geschlossenem Gefäß. Zerstörungsgeschwindigkeit der +Emanation. +---------------------------------------------------------------------------------- + +Ein vom Radium aktivirtes und dann der Einwirkung entzogenes +geschlossenes Gefäß entaktivirt sich nach einem viel langsamer +verlaufenden Gesetz, als der Entaktivirung in freier Luft +entspricht.[123] Man kann z. B. den Versuch so machen, daß man eine +Glasröhre im Innern aktivirt, indem man sie während einer gewissen Zeit +mit einer Lösung eines Radiumsalzes kommuniciren läßt. Man schmilzt dann +die Röhre an der Lampe zu und mißt die Intensität der die Wände +durchdringenden Strahlung während der Dauer der Entaktivirung. + +Die Entaktivirung erfolgt nach einem Exponentialgesetz, das sehr genau +durch die Formel + +I = I_0 ⋅ e^{-t/θ} + +dargestellt wird. Hierbei bedeutet: + + -------- ------------------------------------------------------------ + I_0 die Anfangsintensität der Strahlung; + I die Intensität der Strahlung zur Zeit I; + θ eine Zeitkonstante, und zwar θ = 4,97 ⋅ 10^3 Sek. + -------- ------------------------------------------------------------ + +Die Intensität der Strahlung sinkt in vier Tagen auf die Hälfte. + +Dieses Entaktivirungsgesetz ist völlig unveränderlich und gänzlich +unabhängig von den Versuchsbedingungen (Größe des Gefäßes, Natur seiner +Wände, Gasfüllung, Aktivirungsdauer usw.). Das Entaktivirungsgesetz +bleibt dasselbe in einem Temperaturbereich von −180° bis +450°. Dieses +Entaktivirungsgesetz ist also ganz charakteristisch und kann zur +Definition einer völlig unabhängigen Zeiteinheit dienen. + +Bei diesen Versuchen ist es die in dem Gase angehäufte radioaktive +Energie, die die Aktivität der Wände unterhält. In der Tat konstatirt +man, wenn man das Gas durch Auspumpen des Gefäßes entfernt, daß sich die +Wände von diesem Augenblick an nach dem schnelleren Gesetz entaktiviren, +so daß die Intensität der Strahlung in 28 Minuten auf die Hälfte sinkt. +Dasselbe Resultat erhält man, wenn man die aktivirte Luft im Gefäß durch +gewöhnliche Luft ersetzt. + +Das Entaktivirungsgesetz mit dem Abfall auf die Hälfte in vier Tagen ist +also charakteristisch für das Verschwinden der im Gase angehäuften +radioaktiven Energie. Wenn man sich der Rutherfordschen Ausdrucksweise +bedient, kann man sagen, daß die Emanation des Radiums mit der Zeit von +selbst verschwindet und nach vier Tagen nur noch die Hälfte beträgt. + +Die Thoriumemanation ist andrer Natur und verschwindet viel rascher. Das +Aktivirungsvermögen sinkt in ungefähr 70 Sekunden auf die Hälfte. + +Die Emanation des Aktiniums verschwindet noch schneller; ihr Betrag +sinkt in wenigen Sekunden auf die Hälfte. + +f) Natur der Emanationen. +------------------------- + +Nach Herrn Rutherford ist die Emanation ein materielles radioaktives +Gas, das aus den radioaktiven Körpern entweicht. In der Tat verhält sich +die Radiumemanation in vielen Beziehungen wie ein gewöhnliches Gas. + +Wenn man zwei Glasbehälter miteinander verbindet, von denen der eine +Emanation enthält, der andre dagegen nicht, so teilt sich die Emanation +zwischen beiden Behältern wie ein gewöhnliches Gas: Wenn beide Behälter +auf gleicher Temperatur sind, so teilt sich die Emanation zwischen ihnen +im Verhältniß der Volumina; wenn sie auf verschiedenen Temperaturen +sind, so teilt sie sich wie ein Gas, das dem Mariotte-Gay-Lussacschen +Gesetze gehorcht. Bei diesen Versuchen wurde die Menge der in einem +Gefäß enthaltenen Emanation durch die Strahlung seiner Wände bestimmt, +unter Berücksichtigung der zeitlichen Abnahme der Strahlungsintensität +der Emanation[124]. + +Die Emanation diffundirt längs enger Röhren nach den Gesetzen für die +Diffusion gewöhnlicher Gase; der Diffusionskoeffizient ist nahe gleich +dem der Kohlensäure[124]. + +Bei der Temperatur der flüssigen Luft kondensirt sich die +Radiumemanation[125]. Wenn man von zwei Emanation enthaltenden +kommunicirenden Gefäßen das eine in flüssige Luft taucht, so kondensirt +sich die ganze in beiden vorhandene Emanation in dem kalten Gefäß. + +Die Emanation des Radiums unterscheidet sich von einem gewöhnlichen Gase +dadurch, daß sie sich von selbst zerstört, wenn man sie in einem +geschlossenen Rohre aufbewahrt; wenigstens beobachtet man unter diesen +Umständen das Verschwinden der radioaktiven Eigenschaften. Diese +Eigenschaft der Radioaktivität ist übrigens bis jetzt die einzige, durch +die die Emanation sich für uns bemerkbar macht, denn man hat bisher mit +Sicherheit weder ein charakteristisches Spektrum der Emanation noch +einen Gasdruck derselben nachweisen können. + +Ganz neuerdings haben jedoch die Herren Ramsay und Soddy[107] in dem +Spektrum der vom Radium entwickelten Gase neue Linien gefunden, die +ihrer Ansicht nach der Emanation angehören könnten. Sie haben ferner +konstatirt, daß die vom Radium gewonnenen Gase Helium enthalten, und daß +dieses Gas in der Emanation des Radiums von selbst sich bildet. Wenn +diese äußerst wichtigen Resultate sich bestätigen sollten, so würde man +die Emanation als ein instabiles Gas zu betrachten haben, und das Helium +wäre vielleicht eines der Produkte der freiwilligen Zersetzung des +Gases. + +Die Emanationen des Radiums und des Thoriums scheinen von einer Reihe +sehr energischer chemischer Agentien nicht beeinflußt zu werden; die +Herren Rutherford und Soddy[126,127] teilen sie deshalb der Argongruppe +zu. + +g) Änderung der Aktivität aktivirter Flüssigkeiten und Radium-haltiger +Lösungen. +-------------------------------------------------------------------------------- + +Eine beliebige Flüssigkeit wird radioaktiv, wenn man ein mit ihr +gefülltes Gefäß in einen Aktivirungsraum hineinstellt. Wenn man die +Flüssigkeit wieder herausnimmt und an freier Luft stehen läßt, so +entaktivirt sie sich schnell und überträgt dabei ihre Radioaktivität an +die umgebenden Gase und festen Körper. Schließt man eine aktivirte +Flüssigkeit in ein geschlossenes Gefäß ein, so entaktivirt sie sich viel +langsamer und die Aktivität sinkt dann in vier Tagen auf die Hälfte, +genau wie es für ein Gas in geschlossenem Gefäß der Fall sein würde. Man +kann diese Tatsache erklären, indem man annimmt, daß die radioaktive +Energie in der Flüssigkeit in derselben Form angehäuft ist wie im Gase +(als Emanation). + +Eine Lösung Radium—haltigen Salzes verhält sich zum Teil ähnlich. Vor +allem ist es bemerkenswert, daß eine Lösung von Radiumsalz, die sich +seit einiger Zeit in einem geschlossenen Raume befindet, nicht stärker +aktiv ist als reines Wasser, das sich in einem Gefäß innerhalb desselben +Raumes befindet, sobald sich das Strahlungsgleichgewicht hergestellt +hat. Wenn man die Radiumlösung aus dem Raume entfernt und an freier Luft +in weit offenem Gefäß stehen läßt, so verbreitet sich die Aktivität im +Raume aus, und die Lösung wird beinahe inaktiv, obgleich sie noch immer +das Radium enthält. Wenn man dann diese entaktivirte Lösung in eine +geschlossene Flasche bringt, so gewinnt sie allmählich, in etwa zwei +Wochen, wieder einen Grenzwert der Aktivität, der beträchtlich sein +kann. Dagegen gewinnt eine aktivirt gewesene und an der Luft +entaktivirte Flüssigkeit, die kein Radium enthält, ihre Aktivität in +einem geschlossenen Gefäß nicht wieder. + +h) Theorie der Radioaktivität. +------------------------------ + +Die Herren Curie und Debierne[128] stellten folgende sehr allgemeine +Theorie auf, die es gestattet, die Versuchsresultate über die inducirte +Radioaktivität in Zusammenhang zu bringen; die Resultate selbst, die +soeben besprochen sind, stellen reine Tatsachen dar, die von jeder +Hypothese unabhängig sind. + +Man kann annehmen, daß jedes Radiumatom als eine konstante und +kontinuirliche Energiequelle wirkt, ohne daß man sich hierbei vorläufig +Rechenschaft zu geben braucht, woher die Energie stammt. Die radioaktive +Energie, die sich im Radium anhäuft, hat das Bestreben, sich auf zwei +verschiedene Weisen zu zerstreuen: + +1. Durch Strahlung (elektrisch geladene und ungeladene Strahlen). + +2. Durch Leitung, d. h. durch direkte Übertragung von Punkt zu Punkt an + die umgebenden Körper, wobei Gase und Flüssigkeiten als + Zwischenträger dienen können (Entwicklung von Emanation und + Umwandlung in inducirte Radioaktivität). + +Der Verlust an radioaktiver Energie sowohl durch Strahlung wie durch +Leitung wächst mit der in dem radioaktiven Körper angesammelten +Energiemenge. Es muß sich notwendig ein Gleichgewicht herstellen, wenn +dieser soeben genannte zweifache Verlust den vom Radium herrührenden +kontinuirlichen Zufluß kompensirt. Diese Anschauungsweise entspricht der +bei den Wärmeerscheinungen üblichen. Wenn im Innern eines Körpers aus +irgend einem Grunde eine kontinuirliche und konstante Wärmeentwicklung +stattfindet, so häuft sich die Wärme in dem Körper an und die Temperatur +steigt, bis der Wärmeverlust durch Strahlung und Leitung mit dem +fortwährenden Zufluß im Gleichgewicht ist. + +Im allgemeinen findet, abgesehen von einigen besonderen Fällen, keine +Übertragung der Radioaktivität durch feste Körper hindurch statt. Wenn +man eine Lösung in geschlossenem Gefäß aufbewahrt, so bleibt bloß der +Verlust durch Strahlung übrig und die Radioaktivität nimmt einen +erhöhten Wert an. + +Wenn dagegen die Lösung sich in einem offenen Gefäß befindet, so wird +der Verlust an Aktivität durch Leitung von Punkt zu Punkt beträchtlich, +und wenn der Gleichgewichtszustand erreicht ist, so ist die +Strahlungsenergie der Lösung nur noch sehr schwach. + +Die Strahlungsenergie eines festen Radium-haltigen Salzes vermindert +sich an der Luft nicht merklich, weil eine Fortpflanzung der +Radioaktivität in festen Körpern nicht stattfindet, und deshalb nur eine +sehr dünne Oberflächenschicht an der Erzeugung der inducirten +Radioaktivität teilnimmt. In der Tat konstatirt man, daß eine Lösung +desselben radioaktiven Präparates viel intensivere inducirte +Radioaktivität hervorbringt. Bei einem festen Salze sammelt sich die +Energie der Radioaktivität in dem Salze an und zerstreut sich +hauptsächlich durch Strahlung. Wenn dagegen das Salz seit einigen Tagen +in Wasser aufgelöst ist, so hat sich die radioaktive Energie zwischen +dem Wasser und dem Salze geteilt; wenn man sie dann durch Destillation +trennt, so nimmt das Wasser einen großen Teil der Aktivität mit, und das +feste Salz ist viel (10- bis 15 mal) weniger aktiv als vor der +Auflösung. Nachher gewinnt das feste Salz allmählich seine ursprüngliche +Aktivität wieder. + +Man kann versuchen, die vorstehende Theorie noch weiter zu präzisiren, +indem man sich vorstellt, daß die Radioaktivität des Radiums selbst auf +dem Umwege über die in Form der Emanation emittirte Energie entsteht. + +Man kann annehmen, daß jedes Radiumatom eine kontinuirliche und +konstante Quelle von Emanation ist. Gleichzeitig mit ihrer Erzeugung +erfährt diese Energieform eine fortschreitende Umwandlung in die +radioaktive Energie der Becquerelstrahlung; die Geschwindigkeit dieser +Umformung ist proportional der angehäuften Menge von Emanation. + +Wenn eine Radium-haltige Lösung in ein Gefäß eingeschlossen ist, so kann +die Emanation sich innerhalb des Gefäßes und auf den Wänden ausbreiten. +An dieser Stelle wird sie also in Strahlung verwandelt, während die +Lösung nur wenig Becquerelstrahlen emittirt, – die Strahlung ist in +gewissem Sinne exteriorisirt. Beim festen Salz dagegen häuft sich die +Emanation, da sie nicht entweichen kann, an und wird auf derselben +Stelle, wo sie entstanden ist, in Becquerelstrahlen verwandelt; diese +Strahlung erreicht dadurch einen höheren Betrag[129]. + +Wenn diese Theorie der Radioaktivität allgemein sein sollte, so müßte +man annehmen, daß alle radioaktiven Körper Emanation aussenden. Dies ist +für Radium, Thorium und Aktinium konstatirt worden; der letztgenannte +Körper besitzt diese Fähigkeit in enormem Maße selbst in festem +Zustande. Uran und Polonium scheinen keine Emanation zu entwickeln, +obgleich sie Becquerelstrahlen emittiren. Diese Körper erzeugen auch +keine inducirte Radioaktivität in geschlossenen Gefäßen, wie die +vorgenannten. Diese Tatsache ist mit der obigen Theorie nicht in +absolutem Widerspruch. Wenn nämlich das Uran und das Polonium +Emanationen emittirten, die sich sehr schnell zerstörten, so würde es +sehr schwer sein, die Fortführung dieser Emanationen durch Luft und die +Erzeugung inducirter Radioaktivität auf benachbarten Körpern zu +beobachten. Eine derartige Hypothese hat durchaus nichts +unwahrscheinliches an sich, da die Zeiten, während denen die Emanationen +des Radiums und Thoriums auf die Hälfte sinken, sich zu einander wie +5000 zu 1 verhalten. Es wird übrigens noch gezeigt werden, daß unter +gewissen Umständen das Uran inducirte Radioaktivität erzeugen kann. + +i) Andre Form der inducirten Radioaktivität. +-------------------------------------------- + +Nach dem Entaktivirungsgesetz aktivirter fester Körper in freier Luft +ist die Strahlungsenergie nach Verlauf eines Tages beinahe unmerklich. + +Gewisse Körper machen jedoch eine Ausnahme hiervon; dazu gehören +Celluloid, Paraffin, Kautschuk usw. Wenn diese Körper längere Zeit +aktivirt worden sind, so entaktiviren sie sich viel langsamer als das +Gesetz verlangt, und es bedarf manchmal einer Zeit von 15 bis 20 Tagen, +bis die Aktivität unmerklich wird. Es scheint, als ob diese Körper die +Fähigkeit hätten, sich mit radioaktiver Energie in Gestalt von Emanation +zu imprägniren; sie verlieren sie dann allmählich, indem sie inducirte +Radioaktivität in ihrer Umgebung erzeugen. + +k) Langsam entstehende inducirte Radioaktivität. +------------------------------------------------ + +Man beobachtet noch eine ganz andre Form inducirter Radioaktivität, die +auf allen Körpern zu entstehen scheint, wenn sie Monate lang in einem +Aktivirungsgefäß gelegen haben. Wenn diese Körper aus dem Gefäß +herausgenommen werden, so sinkt die Aktivität zuerst nach dem +gewöhnlichen Gesetz (auf die Hälfte in einer halben Stunde); wenn aber +die Aktivität auf etwa {}^{1}/_{20 000} des Anfangswertes gesunken ist, +so vermindert sie sich nicht mehr, oder wenigstens nur noch äußerst +langsam, manchmal tritt sogar eine Vermehrung ein. Wir besitzen Platten +aus Kupfer, Glas, Aluminium, die eine derartige Restaktivität seit über +sechs Monaten bewahren. + +Diese Erscheinungen der inducirten Aktivität scheinen ganz andrer Natur +als die gewöhnlichen zu sein und zeigen eine viel langsamere +Entwicklung. + +Sowohl für die Entwicklung wie für das Verschwinden dieser Form der +inducirten Radioaktivität ist eine beträchtliche Zeit nötig. + +l) Inducirte Radioaktivität auf mit Radium zusammen gelösten Substanzen. +------------------------------------------------------------------------ + +Wenn man ein radioaktives Mineral, das Radium enthält, behufs Extraktion +dieses Körpers behandelt, so erhält man, solange das Verfahren noch +nicht weit vorgeschritten ist, chemische Trennungen, bei denen die +Radioaktivität sich vollständig in einem der Reaktionsprodukte befindet, +während das andre Produkt vollständig inaktiv ist. Man trennt so auf der +einen Seite die strahlenden Produkte, die mehrere 100mal aktiver sein +können als das Uran, auf der andren Seite Kupfer, Arsenik, Antimon usw., +die absolut inaktiv eind. Gewisse andre Körper dagegen (Eisen, Blei) +ließen sich niemals in völlig inaktivem Zustande trennen. Wenn die +Konzentration der strahlenden Körper zunimmt, wird das Verhalten ein +andres; keine Trennung liefert dann völlig inaktive Produkte mehr; alle +von einer Trennung herrührenden Portionen sind immer in verschiedenem +Grade aktiv. + +Nach der Entdeckung der inducirten Radioaktivität versuchte Herr +Giesel[130] zuerst gewöhnliches inaktives Wismut zu aktiviren, indem er +es mit sehr aktivem Radium zusammen in Lösung hielt. Er erhielt so +radioaktiven Wismut und schloß daraus, daß das aus der Pechblende +gewonnene Polonium wahrscheinlich Wismut sei, das durch die +Nachbarschaft des in der Pechblende enthaltenen Radiums aktivirt sei. + +Ich habe ebenfalls aktivirtes Wismut hergestellt, indem ich Wismut mit +sehr aktivem Radiumsalz in Lösung hielt. + +Die Schwierigkeiten dieses Versuches bestehen in der außerordentlichen +Sorgfalt, die man anwenden muß, um das Radium aus der Lösung zu +entfernen. Wenn man bedenkt, welche unmeßbar kleine Menge von Radium +genügt, um in einem Gramm Materie eine sehr merkliche Radioaktivität +hervorzubringen, so glaubt man, das aktivirte Produkt niemals genug +gewaschen und gereinigt zu haben. Jede Reinigung aber zieht eine +Verminderung der Aktivität des aktivirten Produktes nach sich, sei es, +daß man wirklich Spuren von Radium entfernt, sei es, daß die unter +diesen Bedingungen inducirte Radioaktivität den chemischen Umwandlungen +nicht widersteht. + +Die Resultate, die ich erhalte, scheinen jedoch mit Sicherheit zu +ergeben, daß eine Aktivirung stattfindet und nach der Abtrennung des +Radiums bestehen bleibt. So finde ich nach sorgfältiger Reinigung des +aktivirten Wismutnitrates, daß bei einer fraktionirten Fällung der +Nitratlösung mit Wasser es sich fraktionirt wie Polonium, indem seine +aktiveren Bestandteile zuerst ausfallen. + +Wenn die Reinigung ungenügend ist, so findet das Gegenteil statt, was +darauf hinweist, daß sich in dem aktivirten Wismut noch Spuren von +Radium befinden. Ich erhielt so aktivirtes Wismut, bei dem der Sinn der +Fraktionirung eine große Reinheit anzeigte, und das 2000mal aktiver war +als Uran. Dieses Wismut verminderte seine Aktivität mit der Zeit. Ein +andrer Teil desselben Präparate dagegen, der mit denselben +Vorsichtsmaßregeln hergestellt war und sich im gleichen Sinne +fraktionirte, bewahrte seine Aktivität ohne merkliche Verminderung seit +einer Zeit, die gegenwärtig ungefähr drei Jahre beträgt. + +Diese Aktivität ist 150mal grösser als die Urans. Ich aktivirte in +gleicher Weise Blei und Silber, indem ich sie mit Radium in Lösung +hielt. Meistens sinkt die so erhaltene inducirte Radioaktivität kaum mit +der Zeit, dagegen widersteht sie im allgemeinen nicht aufeinander +folgenden chemischen Umwandlungen des aktivirten Körpers. Herr +Debierne[131] hat Baryum aktivirt, indem er es mit Aktinium zusammen in +Lösung hielt. Dieses Baryum bleibt nach verschiedenen chemischen +Umwandlungen aktiv, seine Aktivität ist also eine ziemlich stabile des +Atoms. Das aktivirte Baryumchlorid fraktionirt sich wie Radium-haltiges +Baryumchlorid; die aktivsten Teile sind in Wasser und in verdünnter +Salzsäure am wenigsten löslich. Das getrocknete Chlorid ist +selbstleuchtend; seine Becquerelstrahlung ist analog der des +Radium-haltigen Baryums. Herr Debierne erhielt aktivirtes Baryumchlorid, +das 1000mal aktiver war als Uran. Gleichwohl hatte dieses Baryum nicht +alle Eigenschaften des Radiums angenommen, denn es zeigte im Spektroskop +keine der stärksten Radiumlinien. Ausserdem verminderte sich seine +Aktivität mit der Zeit und nach drei Wochen war es dreimal schwächer als +im Anfang. + +Über die Aktivirung der Körper in Lösung mit radioaktiven Substanzen +müssen noch ausgedehnte Untersuchungen gemacht werden. Es scheint, als +ob man je nach den Versuchsbedingungen mehr oder weniger stabile Formen +von dem Atom anhaftender inducirter Radioaktivität erhalten könne. Die +unter diesen Bedingungen erhaltene inducirte Radioaktivität ist sogar +vielleicht dieselbe, wie die sich langsam entwickelnde Form, die man +durch lange dauernde Aktivirung aus der Ferne im Aktivirungsgefäß +erhält. Man muß sich auch fragen, bis zu welchem Grade die dem Atom +anhaltende inducirte Radioaktivität die chemische Natur des Atomes +afficirt, und ob sie die chemischen Eigenschaften desselben +vorübergehend oder dauernd modificiren kann. + +Die chemische Untersuchung der aus der Ferne aktivirten Körper ist +dadurch erschwert, daß die Aktivirung auf eine sehr dünne +Oberflächenschicht beschränkt ist, und daß deshalb die von der +Umwandlung etwa betroffene Substanzmenge äußerst gering ist. + +Inducirte Radioaktivität kann auch erhalten werden, wenn man gewisse +Substanzen mit Uran zusammen gelöst erhält. Der Versuch gelingt mit +Baryum. Wenn man, wie es Debierne machte, der Uran und Baryum +enthaltenden Lösung Schwefelsäure zusetzt, so reißt das +niedergeschlagene Baryumsulfat die Aktivität mit sich; gleichzeitig +verliert das Uran seine Aktivität zum Teil. Herr Becquerel fand, daß man +bei mehrmaliger Wiederholung dieses Verfahrens fast inaktives Uran +erhält. Man könnte danach glauben, daß man durch dieses Verfallen einen +vom Uran verschiedenen Körper abgetrennt hat, dessen Anwesenheit die +Aktivität des Urans hervorbrachte. Dem ist Jedoch nicht so, denn nach +einigen Monaten gewinnt das Uran seine anfängliche Aktivität wieder; das +niedergeschlagene Baryumsulfat dagegen verliert die seinige. + +Ein ähnliches Phänomen findet beim Thorium statt. Herr Rutherford +schlägt eine Lösung von Thoriumsalz durch Ammoniak nieder; er trennt die +Lösung ab und dampft zur Trockenheit ein. Er erhält so einen sehr +aktiven Rückstand, während das niedergeschlagene Thorium sich weniger +aktiv zeigt als vorher. Dieser aktive Rückstand, dem Rutherford den +Namen Thorium-X giebt, verliert seine Aktivität mit der Zeit, während +das Thor seine ursprüngliche Aktivität wiedergewinnt.[132] + +Es scheint, daß bezüglich der inducirten Radioaktivität in Lösungen die +verschiedenen Körper sich nicht alle gleich verhalten, und daß einige +unter ihnen viel empfänglicher für die Aktivirung sind als andre. + +m) Zerstreuung radioaktiven Staubes und inducirte Aktivität des +Laboratoriums. +------------------------------------------------------------------------------ + +Bei den Untersuchungen stark radioaktiver Substanzen muß man besondere +Vorsichtsmaßregeln anwenden, wenn man dauernd feine Messungen ausführen +will. Die verschiedenen im chemischen Laboratorium gebrauchten +Gegenstände, ebenso wie die zu den physikalischen Versuchen dienenden, +werden bald alle radioaktiv und wirken auf die photographische Platte +durch schwarzes Papier hindurch. Der Staub, die Zimmerluft, die Kleider +sind radioaktiv. In dem Laboratorium, in dem wir arbeiten, ist das Übel +dermaßen akut geworden, daß wir keinen Apparat mehr in gut isolirendem +Zustande halten können. + +Es ist also gut, wenn man besondere Vorsichtsmaßregeln anwendet, um so +viel als möglich die Zerstreuung radioaktiven Staubes und das Auftreten +inducirter Radioaktivität zu vermeiden. + +Die chemischen Gerätschaften dürfen niemals in den physikalischen +Arbeitsraum gebracht werden, und man muß soviel als möglich vermeiden, +aktive Substanzen in diesem Raume liegen zu lassen. Vor Beginn dieser +Untersuchungen hatten wir die Gewohnheit, bei elektrostatischen +Versuchen die verschiedenen Apparate durch Drähte zu verbinden, die +durch an Erde gelegte Metallröhren gegen jede äußere elektrische Störung +geschirmt waren. Bei Untersuchungen über radioaktive Körper ist diese +Anordnung durchaus fehlerhaft; die Luft wird leitend, die Isolation +zwischen Draht und Schutzrohr wird schlecht, und die unvermeidliche +elektromotorische Kontaktkraft zwischen Draht und Röhre sucht einen +Strom durch die Luft hindurch hervorzubringen und das Elektrometer +abzulenken. Wir verlegen jetzt die Drähte unter völligem Ausschluß der +Luft, indem wir sie z. B. in die Mitte von mit Paraffin oder einem +andren Isolirmittel gefüllten Röhren legen. Es wäre auch vorteilhaft, +bei diesen Versuchen vollständig geschlossene Elektrometer zu verwenden. + +n) Aktivirung ohne Mitwirkung radioaktiver Substanzen +----------------------------------------------------- + +Verschiedene Versuche wurden gemacht, um eine Aktivirung ohne +Zuhilfenahme radioaktiver Substanzen hervorzurufen. + +Herr Villard[133] unterwarf ein Stück Wismut als Antikathode einer +Entladungsröhre der Einwirkung von Kathodenstrahlen; das Wismut wurde +dadurch radioaktiv, jedoch in äußerst schwachem Grade, denn es bedurfte +einer Exposition von acht Tagen, um eine photographische Wirkung zu +erzielen. + +Herr Mc.Lennan[134] exponirt verschiedene Salze der Wirkung von +Kathodenstrahlen und erhitzt sie sodann leicht. Diese Salze erwerben +dadurch die Fähigkeit, positiv geladene Körper zu entladen. + +Untersuchungen dieser Art bieten ein großes Interesse. Wenn es möglich +wäre, durch Anwendung bekannter physikalischer Agentien ursprünglich +inaktiven Körpern eine merkliche Radioaktivität zu erteilen, so könnten +wir hoffen, dadurch die Ursache der spontanen Radioaktivität gewisser +Körper aufzufinden. + +o) Änderung der Aktivität radioaktiver Körper; Wirkung der Auflösung. +--------------------------------------------------------------------- + +Das Polonium vermindert, wie bereits gesagt, seine Aktivität mit der +Zeit. Diese Abnahme ist langsam und scheint nicht für alle Proben gleich +schnell vor sich zu gehen. Eine Probe von Wismut-Poloniumnitrat verlor +die Hälfte ihrer Aktivität in 11 Monaten und 95 Proz. in 33 Monaten. +Andre Proben verhielten sich ähnlich. Eine Probe von metallischem +Wismut-Polonium wurde aus einem Subnitrat hergestellt, das nach seiner +Herstellung 100 000 mal aktiver war als Uran. Dieses Metall ist jetzt +nur noch ein mäßig aktiver Körper (2000 mal aktiver als Uran). Seine +Aktivität wird von Zeit zu Zeit gemessen. Während sechs Monaten hat es +67 Proz. seiner Aktivität verloren. + +Der Aktivitätsverlust scheint durch chemische Reaktionen nicht +beschleunigt zu werden. Bei schnellen chemischen Operationen konstatirt +man im allgemeinen keinen beträchtlichen Verlust an Aktivität. + +Im Gegensatz zu dem Verhalten des Poloniums scheinen die Radium-haltigen +Salze eine permanente Radioaktivität zu besitzen, die im Verlauf einiger +Jahre keine nennenswerte Einbuße erleidet. + +Wenn man ein festes Radiumsalz frisch hergestellt hat, so besitzt es +anfangs noch keine konstante Radioaktivität. Seine Aktivität wächst vom +Augenblick der Herstellung an und erreicht einen merklich +unveränderlichen Grenzwert nach etwa einem Monat. Das Gegenteil findet +für die Lösung statt. Wenn man sie frisch hergestellt hat, so ist sie +zuerst sehr aktiv, aber an freier Luft stehen gelassen entaktivirt sie +sich schnell und nimmt schließlich einen Grenzwert an, der bedeutend +schwächer sein kann als der Anfangswert. Diese Änderungen der Aktivität +wurden zuerst von Giesel[102] beobachtet. Sie lassen sich vom Standpunkt +der Emanationstheorie leicht erklären. Die Aktivitätsverminderung der +Lösung entspricht dem Verlust an Emanation, die sich im Raume zerstreut; +diese Verminderung wird stark verlangsamt, wenn man die Lösung im +geschlossenen Gefäß aufbewahrt. Eine an freier Luft entaktivirte Lösung +nimmt eine viel größere Aktivität wieder an, wenn man sie in ein +zugeschmolzenes Gefäß einschließt. Die Zeit, die das Wachstum der +Aktivität eines nach vorheriger Auflösung in festen Zustand +übergeführten Salzes gebraucht, ist nötig zur Aufspeicherung der im +festen Salz neu entstehenden Emanation. + +Ich teile einige Versuche hierüber mit: + +Eine Lösung von Radium-Baryumchlorid stand zwei Tage lang an der Luft +und wurde dabei 300 mal weniger aktiv. Eine Lösung befindet sich im +geschlossenen Gefäß; man öffnet das Gefäß und gießt die Lösung in eine +Schale; eine Messung der Radioaktivität ergiebt: + + --------------------------------- ------ + Aktivität sofort nach Ausgießen 67 + Aktivität nach zwei Stunden 20 + Aktivität nach zwei Tagen 0,25 + --------------------------------- ------ + +Eine Lösung von Radium-Baryumchlorid, die an freier Luft gestanden hat, +wird in ein Glasröhrchen eingeschlossen. Eine Messung der Strahlung der +Röhre ergab: + + ------------------------- ----- + Aktivität unmittelbar 27 + Aktivität nach 2 Tagen 61 + Aktivität nach 3 Tagen 70 + Aktivität nach 4 Tagen 81 + Aktivität nach 7 Tagen 100 + Aktivität nach 11 Tagen 100 + ------------------------- ----- + +Die Anfangsaktivität eines festen Salzes nach seiner Herstellung ist um +so schwächer, je länger es in Lösung befindlich war. Um so größer ist +die an das Lösungsmittel übertragene Aktivität. Die folgenden Zahlen +stellen die Anfangsaktivitäten eines Chlorides dar, dessen Endaktivität +gleich 800 ist, und das während einer gegebenen Zeit in Lösung gehalten +wurde; man trocknete dann das Salz und maß seine Aktivität unmittelbar +darauf: + + ----------------------------------------------------------------- ----- + Endaktivität 800 + Anfangsaktivität nach Auflösung und sofortiger Trocknung 440 + Anfangsaktivität nach 5tägiger Lösung und sofortiger Trocknung 120 + Anfangsaktivität nach 18tägiger Lösung und sofortiger Trocknung 130 + Anfangsaktivität nach 32tägiger Lösung und sofortiger Trocknung 114 + ----------------------------------------------------------------- ----- + +Bei diesem Versuch befand sich die Lösung in einem bloß mit einem +Uhrglas bedeckten Gefäß. + +Aus demselben Salz stellte ich zwei Lösungen her, die ich in fest +verschlossenem Gefäß 13 Monate lang aufbewahrte; die eine dieser +Lösungen war 8 mal konzentrirter als die andre. + +Anfangsaktivität des Salzes unmittelbar nach der Trocknung: + + ------------------------------ ----- + aus der konzentrirten Lösung 200 + aus der verdünnten Lösung 100 + ------------------------------ ----- + +Die Entaktivirung des Salzes ist also um so größer, je größer die Menge +des Lösungsmittels, da die an die Flüssigkeit übertragene radioaktive +Energie ein größeres Flüssigkeitsvolumen zu sättigen und einen größeren +Raum zu erfüllen hat. Die beiden Proben desselben Salzes, die eine so +verschiedene Anfangsaktivität hatten, vermehrten übrigens ihre Aktivität +mit sehr verschiedener Anfangsgeschwindigkeit; nach einem Tage hatten +sie dieselbe Aktivität, und das weitere Anwachsen hatte für beide bis +zum Grenzwert genau gleichen Verlauf. + +Wenn die Lösung sehr verdünnt ist, so erfolgt die Entaktivirung sehr +schnell, wie die folgenden Versuche zeigen: Drei gleiche Portionen +desselben Salzes werden in gleichen Wassermengen aufgelöst. Die erste +Lösung a wird eine Stunde lang an freier Luft gelassen, dann getrocknet. +Die zweite Lösung b wird eine Stunde lang mit einem Luftstrome +durchspült, dann getrocknet. Die dritte Lösung c wird 13 Tage lang an +freier Luft gelassen, dann getrocknet. Die Anfangsaktivitäten der drei +Salze sind: + + ---------------- ------- + Für den Teil a 145,2 + Für den Teil b 141,6 + Für den Teil c 102,6 + ---------------- ------- + +Die Endaktivität des Salzes beträgt ungefähr 470. Man sieht also, daß +der größte Teil des Effektes schon nach einer Stunde erreicht ist. Die +relative Salzmenge in der Lösung betrug ungefähr 0,5 zu 100. + +Die radioaktive Energie breitet sich in Emanationsform schwer vom festen +Radium in die Luft aus; denselben Widerstand erfährt sie auch beim +Übergang vom festen Radium in eine Flüssigkeit. Wenn man Radiumsulfat +während eines ganzen Tages mit Wasser schüttelt, so ist seine Aktivität +nach dieser Operation merklich dieselbe, wie die einer Portion desselben +Sulfats, das sich an freier Luft befunden hat. + +Erzeugt man ein Vakuum über Radium-haltigem Salz, so entfernt man +dadurch alle disponible Emanation. Gleichwohl wurde die Aktivität eines +Radium-haltigen Chlorides, das wir sechs Tage lang im Vakuum erhielten, +hierdurch nicht merklich geschwächt. Dieser Versuch zeigt, daß die +Radioaktivität des Salzes hauptsächlich von im Innern der Körner +aufgespeicherter radioaktiver Energie besteht, die durch Erzeugung eines +Vakuums nicht entfernt werden kann. + +Der Aktivitätsverlust, den das Radium bei der Auflösung erfährt, ist +relativ größer für die durchdringenden als für die absorbirbaren +Strahlen, wie aus folgenden Beispielen hervorgeht: + +Ein Radium-haltiges Chlorid, das seine Endaktivität 470 erreicht hat, +wird aufgelöst und bleibt eine Stunde lang in Lösung; dann wird es +getrocknet und die Anfangsaktivität mit der elektrischen Methode +gemessen. Man findet, daß die totale Anfangsstrahlung 0,3 der totalen +Endstrahlung beträgt. Macht man die Intensitätsmessung nach Bedeckung +der Substanz mit einem Aluminiumschirm von 0,01 mm Dicke, so findet man, +daß die den Schirm durchdringende Anfangsstrahlung 0,17 der denselben +Schirm durchdringenden Endstrahlung beträgt. + +Wenn das Salz 13 Tage lang in Lösung war, so findet man für die totale +Anfangsstrahlung 0,22 der totalen Endstrahlung, und für die eine 0,01 mm +dicke Aluminiumschicht durchdringende Anfangsstrahlung 0,13 der +Endstrahlung. + +In beiden Fällen ist das Verhältniß der Anfangsintensität nach der +Auflösung zur Endintensität für die Gesamtstrahlung 1,7 mal größer als +für die 0,01 mm Aluminium durchdringende Strahlung. + +Hierzu ist jedoch zu vermerken, daß man es nicht vermeiden kann, daß +während der Zeitdauer der Trocknung das Präparat sich in einem schlecht +definirtem Zustande sich befindet, in dem es weder fest noch völlig +flüssig ist. Ebenso wenig läßt sich eine Erhitzung des Präparates behufs +schnellerer Entfernung des Wassers vermeiden. + +Aus diesen beiden Gründen ist es kaum möglich, dem wahren Anfangszustand +des aus dem gelösten in den festen Zustand übergehenden Präparates zu +bestimmen. Bei den eben beschriebenen Versuchen waren gleiche Mengen +strahlender Substanz in gleichen Wassermengen aufgelöst; die Lösungen +wurden dann unter möglichst gleichen Bedingungen zur Trockne eingedampft +und ohne die Erhitzung über 120° bis 130° zu treiben. + +[Fig. 13] + +Ich untersuchte das Gesetz, nach dem die Aktivität eines festen +Radium-haltigen Salzes zunimmt, vom Augenblick der völligen Trocknung an +bis zu der Zeit, wo es seinen Grenzwert erreicht hat. Die folgenden +Tabellen enthalten die Intensität I der Strahlung als Funktion der Zeit; +dabei wird die Endstrahlung gleich 100 gesetzt und die Zeit vom +Augenblick der völligen Trocknung an gerechnet. Die Tabelle I (Fig. 13, +Kurve I) bezieht sich auf die Gesamtstrahlung. Die Tabelle II (Fig. 13, +Kurve II) bezieht sich nur auf die durchdringenden Strahlen (die 3 cm +Luft und 0,01 mm Aluminium durchsetzt haben). + +Tabelle I + + Zeit I + --------- ----- + 0 Tage 21 + 1 Tag 25 + 3 Tage 44 + 5 Tage 60 + 10 Tage 78 + 19 Tage 93 + 33 Tage 100 + 67 Tage 100 + +Tabelle II + + Zeit I + --------- ----- + 0 Tage 1,3 + 1 Tag 19 + 3 Tage 43 + 6 Tage 60 + 15 Tage 70 + 23 Tage 88 + 46 Tage 94 + +Ich machte mehrere andre Messungsreihen derselben Art, die jedoch nicht +in völliger Übereinstimmung sind, wenn auch der allgemeine Verlauf der +Erscheinung derselbe ist. Es ist schwierig, sehr regelmäßige Resultate +zu erhalten. Man kann jedoch sagen, daß die Neubildung der Aktivität +etwa einen Monat gebraucht und daß die durchdringenden Strahlen von der +Auflösung am meisten betroffen werden. + +Die Anfangsintensität der Strahlung, die 3 :cm Luft und 0,01 mm +Aluminium durchdringt, beträgt nur 1 Proz. der Endstrahlung, während die +Anfangsintensität der Gesamtstrahlung 21 Proz. des Endwertes beträgt. + +Ein frisch getrocknetes Radium-haltiges Salz besitzt dieselbe Fähigkeit, +inducirte Radioaktivität hervorzurufen (läßt also dieselbe +Emanationsmenge nach außen entweichen), wie eine Probe desselben Salzes, +das nach Herstellung im festen Zustande lange genug gelegen hat, um die +Endaktivität zu erreichen. Die Strahlungsaktivität beider Präparate kann +dabei sehr verschieden sein; das erste ist z. B. fünfmal weniger aktiv +als das zweite. + +p) Änderung der Aktivität der radioaktiven Körper; Wirkung der +Erhitzung. +------------------------------------------------------------------------- + +Wenn man eine Radium-haltige Verbindung erhitzt, so entwickelt sich +Emanation und der Körper verliert an Aktivität. Der Verlust ist um so +größer, je stärker und gleichzeitig länger dauernd die Erhitzung war. +Wenn man z. B. ein Radium-haltiges Salz eine Stunde lang auf 130° +erhitzt, so entzieht man ihm dadurch 10 Proz. seiner Gesamtstrahlung; +dagegen bringt eine 10 Minuten lange Erhitzung auf 400° keinen +merklichen Effekt hervor. Eine Erhitzung auf Rotglut während einiger +Stunden zerstört 77 Froz. der Totalstrahlung. + +Der Aktivitätsverlust durch Erhitzung ist größer für die durchdringenden +als für die absorbirbaren Strahlen. So zerstört eine Erhitzung von +einigen Stunden Dauer etwa 77 Proz. der Gesamtstrahlung; dieselbe +Erhitzung zerstört aber fast vollständig (zu 99 Proz.) die Strahlung, +die 3 cm Luft und 0,1 mm Aluminium zu durchdringen vermag. Wenn man das +Radium-Baryumchlorid einige Stunden lang geschmolzen erhält (bei 800°), +so zerstört man 98 Proz. der durch 0,3 mm Aluminium hindurchgehenden +Strahlung. Man kann sagen, daß die durchdringenden Strahlen nach einer +starken und lang dauernden Erhitzung praktisch nicht mehr existiren. + +Dieser Aktivitätsverlust eines Radium-haltigen Salzes durch Erhitzen ist +nicht von Dauer; die Aktivität des Salzes erneuert sich von selbst bei +gewöhnlicher Temperatur und strebt einem Grenzwert zu. Ich beobachtete +die merkwürdige Tatsache, daß diese Grenze höher ist als die +Endaktivität vor der Erhitzung, wenigstens verhält es sich so mit dem +Chlorid. Ich teile einige Beispiele mit: Ein Präparat von +Radium-Baryumchlorid, das nach seiner Herstellung in festem Zustande +längst seine Endaktivität erreicht hatte, besitzt eine Totalstrahlung, +die durch die Zahl 470 ausgedrückt ist, und eine Strahlung, die 0,01 mm +dickes Aluminium durchdringt, gleich 157. Dieses Präparat wird einige +Stunden lang auf Rotglut erhitzt. Zwei Monate nach der Erhitzung +erreicht es eine Endaktivität, die für die Gesamtstrahlung 690 und für +die durch 0,01 mm Aluminium hindurchgehende 227 beträgt. Die +Totalstrahlung und die durch 0,01 mm Aluminium hindurchgehende haben +sich also im Verhältniß 690:470 bezw. 227:156 vermehrt. Beide Brüche +sind merklich einander gleich und zwar gleich 1,45. + +Ein Präparat von Radium-Baryumchlorid, das nach Herstellung in festem +Zustande eine Endaktivität gleich 62 erreicht hat, wird einige Stunden +lang im geschmolzenen Zustande erhalten; dann wird das geschmolzene +Präparat pulverisirt. Dieses Präparat erreicht eine Endaktivität gleich +140, d. h. über zweimal mehr, als es ohne die starke Erhitzung erreicht +haben würde. + +[Fig. 14] + +Ich untersuchte das Gesetz, nach dem die Aktivitätszunahme der Radium +Verbindungen nach der Erhitzung vor sich geht. Ich gebe als Beispiel die +Resultate zweier Messungsreihen. Die Zahlen der Tabellen I und II +bedeuten die Intensität I der Strahlung als Funktion der Zeit; die +Endintensität der Strahlung ist gleich 100 gesetzt, und die Zeit vom +Aufhören der Erhitzung an gerechnet. Tabelle I (Fig. 14, Kurve I) +bezieht sich auf die Gesamtstrahlung eines Radium-Baryumchlorids. +Tabelle II (Fig. 14, Kurve II) bezieht sich auf die durchdringende +Strahlung eines Radium-Baryumsulfates, bei dem man die Intensität der +durch 3 cm Luft und 0,01 mm Aluminium hindurchgegangenen Strahlung maß. +Beide Präparate waren 7 Stunden lang auf Kirschrotglut erhitzt. + +Tabelle I + + Zeit I + --------- ------ + 0 Tage 16,2 + 0,6 " 25,4 + 1 Tag 27,4 + 2 Tage 38 + 3 Tage 46,3 + 4 Tage 54 + 6 Tage 67,5 + 10 Tage 84 + 24 Tage 95 + 57 Tage 100 + +Tabelle II + + Zeit I + --------- ------ + 0 Tage 0,8 + 0,7 " 13 + 1 Tag 18 + 1,9 " 26,4 + 6 Tage 46,2 + 10 Tage 55,5 + 14 Tage 64 + 18 Tage 71,8 + 27 Tage 81 + 36 Tage 91 + 50 Tage 95,5 + 57 Tage 99 + 84 Tage 100 + +Ich habe noch verschiedene andre Bestimmungen gemacht, aber ebenso wie +für die Wiederentstehung der Aktivität nach der Auflösung stimmen die +Resultate der verschiedenen Reihen nicht gut überein. + +Die Wirkung der Erhitzung bleibt nicht bestehen, wenn man das erhitzt +gewesene Salz auflöst. Von zwei Proben derselben Radium-haltigen +Substanz von der Aktivität 1800 wurde die eine stark erhitzt und ihre +Aktivität dadurch auf 670 reducirt. In diesem Moment wurden beide Proben +aufgelöst und 20 Stunden in Lösung gelassen; ihre nachherige +Anfangsaktivität in festem Zustande betrug für das nicht erhitzte 460 +und für das erhitzte 420; es bestand somit kein großer Unterschied in +der Aktivität beider Präparate. + +Wenn dagegen die beiden Präparate nicht genügend lange in Lösung +bleiben, wenn man sie z. B. unmittelbar nach der Auflösung wieder +trocknet, so ist das nicht erhitzte Präparat viel aktiver als das +erhitzte; eine gewisse Zeit ist also nötig, damit die Auflösung die +Wirkung der Erhitzung zum Verschwinden bringt. Ein Präparat von der +Aktivität 3200 wurde erhitzt und hatte nach der Erhitzung nur noch die +Aktivität 1030. Dieses Präparat wurde gleichzeitig mit einer nicht +erhitzten Probe derselben Substanz aufgelöst und sofort wieder +getrocknet. Die Anfangsaktivität betrug 1450 für das nicht erhitzte und +760 für das erhitzte. + +Bei den festen Radium-haltigen Salzen wird die Fähigkeit, die inducirte +Radioaktivität zu erregen, durch die Erhitzung stark beeinflußt. Während +der Erhitzung entwickeln die Radium-haltigen Verbindungen mehr Emanation +als bei gewöhnlicher Temperatur; wenn man sie dann aber wieder auf +Zimmertemperatur abkühlt, so ist nicht nur ihre Aktivität viel geringer +als vorher, sondern auch ihr Aktivirungsvermögen hat sich beträchtlich +verringert. Während der auf die Erhitzung folgenden Zeit nimmt die +Radioaktivität des Körpers zu und kann sogar den ursprünglichen Wert +überschreiten. Auch das Aktivirungsvermögen stellt sich zum Teil wieder +her; nach längerer Erhitzung auf Rotglut jedoch ist das +Aktivirungsvermögen fast völlig beseitigt und vermag sich nicht wieder +von selbst im Laufe der Zeit herzustellen. Man kann aber einem +Radium-haltigen Salz sein ursprüngliches Aktivirungsvermögen wieder +geben, wenn man es in Wasser auflöst und im Heizbad bei einer Temperatur +von 120° trocknet. Es scheint also, als ob die Calcinirung die Wirkung +habe, das Salz in einen besonderen physikalischen Zustand zu versetzen, +in dem es die Emanation viel schwerer abgiebt als dasselbe nicht auf +hohe Temperatur erhitzte feste Präparat; daraus folgt ganz natürlich, +daß das Salz eine höhere Endaktivität erreicht, als es vor der Erhitzung +besaß[^23]. Um das Salz in den früheren Zustand zurückzuversetzen, +genügt es, es aufzulösen und wieder zu trocknen, ohne dabei über 150° zu +erhitzen. + +Ich teile einige Beispiele mit: + +Ich bezeichne mit a den Endwert der inducirten Aktivität, die in einem +geschlossenen Gefäß auf einer Kupferplatte erzeugt wird, und zwar von +einem Baryum-Radiumkarbonat von der Aktivität 1600. Für das nicht +erhitzte Präparat werde a = 100 gesetzt. Man findet: + + ---------------------------- --------- + 1 Tag nach der Erhitzung a = 3,3 + 4 Tag nach der Erhitzung a = 7,1 + 10 Tage nach der Erhitzung a = 15 + 20 Tage nach der Erhitzung a = 15 + 27 Tage nach der Erhitzung a = 15 + ---------------------------- --------- + +Die Radioaktivität des Präparates hatte sich durch die Erhitzung um 90 +Proz. vermindert, hatte aber nach einem Monat ihren alten Wert schon +wieder gewonnen. + +Der folgende gleichartige Versuch wurde mit einem Radium-Baryumchlorid +von der Aktivität 3000 gemacht. Das Aktivirungsvermögen wurde ebenso wie +bei dem vorhergehenden Versuch bestimmt. + +Aktivirungsvermögen des nicht erhitzten Präparates a = 100. + +Aktivirungsvermögen des Präparates nach einer dreistündigen Erhitzung +auf Rotglut: + + ---------------------------- --------- + 2 Tag nach der Erhitzung a = 2,3 + 5 Tag nach der Erhitzung a = 7,0 + 11 Tage nach der Erhitzung a = 8,2 + 18 Tage nach der Erhitzung a = 8,2 + ---------------------------- --------- + +Aktivirungsvermögen des nicht erhitzten Präparates nach Auflösung und +Wiedertrocknung bei 150° a = 92. + +Aktivirungsvermögen des erhitzten Präparates nach Auflösung und +Wiedertrocknung bei 150° a = 105. + +q) Theoretische Deutung der Aktivitätsänderungen der Radiumsalze nach +Auflösung oder Erhitzung. +----------------------------------------------------------------------------------------------- + +Die soeben beschriebenen Tatsachen können zum Teil wenigstens erklärt +werden, wenn man sich der Theorie bedient, nach der das Radium Energie +in Form von Emanation producirt, die sich dann ihrerseits in +Strahlungsenergie verwandelt. Wenn man ein Radiumsalz auflöst, so +verbreitet sich die von ihm erzeugte Emanation außerhalb der Lösung aus +und erzeugt Radioaktivität außerhalb der Quelle, von der sie stammt; +wenn man die Lösung verdampft, so ist das erhaltene feste Salz wenig +aktiv, denn es enthält nur wenig Emanation. Allmählich häuft sich die +Emanation in dem Salze an, dessen Aktivität bis zu einem Grenzwert +wächst, der dann erreicht ist, wenn die Erzeugung von Emanation durch +das Radium den Verlust durch Abgabe nach außen und durch Umwandlung in +Becquerelstrahlen kompensirt. + +Wenn man ein Radiumsalz erhitzt, so wird seine Abgabe von Emanation nach +außen sehr verstärkt und die Erscheinungen der inducirten Radioaktivität +sind intensiver, als wenn das Salz sich auf Zimmertemperatur befindet. +Wenn aber das Salz auf die gewöhnliche Temperatur zurückgebracht wird, +so ist es erschöpft wie in dem Fall der Auflösung, es enthält nur wenig +Emanation mehr und seine Aktivität ist gering. Allmählich sammelt sich +die Emanation von neuem im festen Salze an, und die Strahlung nimmt zu. + +Man kann annehmen, daß die Emanationserzeugung des Radiums zeitlich +konstant ist, und daß ein Teil nach außen entweicht, während der übrige +Teil im Radium selbst in Becquerelstrahlung transformirt wird. Wenn das +Radium zur Rotglut erhitzt war, so verliert es einen großen Teil seines +Aktivirungsvermögens; anders ausgedrückt: es wird die Abgabe von +Emanation nach außen hin vermindert. Infolgedessen muß der im Radium +selbst ausgenutzte Bruchteil der Emanation stärker sein, und das +Präparat eine höhere Aktivität erreichen. + +Man kann versuchen, das theoretische Gesetz der Aktivitätszunahme eines +gelöst oder erhitzt gewesenen Salzes aufzustellen. Wir nehmen an, daß +die Intensität der Strahlung des Radiums in jedem Augenblick der im +Radium vorhandenen Emanationsmenge q proportional ist. Man weiß, daß die +Emanation sich von selbst zerstört nach einem derartigen Gesetze, das +man in jedem Augenblick hat: + +1) q=q_0 ⋅ e^{-t/δ}, + +wo q_0 die zur Zeit t = 0 vorhandene Emanationsmenge, und die +Zeitkonstante δ = 4,97 ⋅ 10^5 Sek. + +Sei andrerseits Δ die von dem Radium in jedem Augenblick gelieferte +Emanationsmenge, eine Größe, die ich als konstant annehmen will. Wir +wollen untersuchen, was passiren würde, wenn keine Emanation nach außen +entwiche. Die erzeugte Emanation würde dann völlig verbraucht, um im +Radium Strahlung zu erzeugen. Man hat aber nach Gleichung 1): + +dq/dt=-q_0/δ ⋅ e^{-t/δ}, + +somit würde im Gleichgewichtszustande das Radium eine gewisse Menge von +Emanation Q enthalten, die gegeben wäre durch: + +2) Δ = Q/δ oder Q=Δ⋅δ; + +und die Strahlung des Radiums wäre dann proportional mit Q. + +Nehmen wir an, man brächte das Radium in Bedingungen, unter denen es +Emanation nach außen verliert; das erreicht man, indem man es auflöst +oder erhitzt. Das Gleichgewicht wird gestört sein und die Aktivität wird +sich vermindern. Sobald man aber die Ursache für den Emanationsverlust +beseitigt (den Körper in den festen Zustand zurückführt oder die +Erhitzung unterbricht), so häuft sich die Emanation von neuem im Radium +an und wir haben eine Periode, während der die Erzeugungsgeschwindigkeit +Δ größer ist als die Zerstörungsgeschwindigkeit q/Δ. Man hat +dann: + +dq/dt = Δ - q/δ = (Q-q)/δ , + +oder + +d/dt (Q-q) = -(Q-q)/δ + +und + +3) Q-q = (Q-q_0)⋅ e^{-t/δ}, + +wobei q_0 die zur Zeit t im Radium vorhandene Emanation. + +Nach Formel 3) wächst der Überschuß (Q — q) an Emanation, den das Radium +im Gleichgewichtszustande über den zu einem gegebenen Zeitpunkt +vorhandenen Betrag enthält, nach einem Exponentialgesetz, das identisch +ist mit dem für das spontane Verschwinden der Emanation geltenden. Da +aber die Strahlung des Radiums proportional der Emanationsmenge ist, so +muß der Überschuß der Endintensität über die momentane Intensität der +Strahlung nach demselben Gesetz abnehmen; der Überschuß muß also in etwa +vier Tagen auf die Hälfte sinken. + +Die vorliegende Theorie ist unvollständig, da der Emanationsverlust +durch Abgabe nach außen vernachlässigt ist. Es ist jedoch schwer zu +sagen, wie man die Abhängigkeit dieses Vorgangs von der Zeit anzusetzen +hat. Vergleicht man die Resultate der Versuche mit denen der +unvollständigen Theorie, so findet man keine befriedigende +Übereinstimmung; man gewinnt jedoch die Überzeugung, daß die fragliche +Theorie wenigstens einen Teil der Wahrheit enthält. Das Gesetz, nach dem +der Überschuß der Endaktivität über die gerade vorhandene in 4 Tagen auf +die Hälfte abnehmen soll, stellt die Reaktivirung nach vorausgegangener +Erhitzung für etwa 10 Tage mit ziemlicher Annäherung dar. Im Falle der +Reaktivirung nach vorheriger Auflösung scheint dasselbe Gesetz annähernd +zu passen für einen gewissen Zeitraum, der 2 bis 3 Tage nach der +Trocknung des Präparates beginnt und 10 bis 15 Tage dauert. Die +Erscheinungen sind übrigens komplicirt; das beschriebene Gesetz sagt +nichts darüber, warum die durchdringenden Strahlen in stärkerem +Verhaltniß geschwächt werden als die absorbirbaren. + +Fünftes Kapitel. Natur und Ursache der Erscheinungen der Radioaktivität +======================================================================= + +Von Beginn der Untersuchungen über die radioaktiven Körper an, als die +Eigenschaften dieser Körper noch kaum bekannt waren, stellte die +Selbsttätigkeit ihrer Strahlung ein Problem von größtem Interesse für +die Physiker dar. Heutzutage haben wir in der Kenntniß der radioaktiven +Körper große Fortschritte gemacht und können einen radioaktiven Körper +von großer Intensität, das Radium, isoliren. Die Ausnutzung der +merkwürdigen Eigenschaften des Radiums erlaubte eine tiefgehende +Untersuchung der von den radioaktiven Körpern ausgehenden Strahlung; die +verschiedenen bisher untersuchten Strahlengruppen bieten Analogien mit +den in Entladungsröhren vorkommenden Strahlen, Kathoden-, Röntgen- und +Kanalstrahlen. Dieselben Strahlengruppen findet man auch in den von +Röntgenstrahlen erzeugten Sekundärstrahlen wieder[89,90], sowie in der +Strahlung der inducirt aktiven Körper. + +Wenn aber auch die Natur der Strahlung gegenwärtig besser bekannt ist, +so bleibt doch die Ursache der selbsttätigen Strahlung geheimnißvoll, +und die Erscheinung ist für uns noch immer ein Rätsel und ein Gegenstand +tiefsten Erstaunens. + +Die selbsttätig radioaktiven Körper und vor allem das Radium stellen +Energiequellen dar. Ihre Energieproduktion wird uns bemerkbar durch die +Becquerelstrahlung, durch die chemischen und optischen Effekte und die +fortwährende Wärmeentwicklung. + +Man hat sich oft gefragt, ob die Energie in den radioaktiven Körpern +selbst erzeugt wird, oder ob diese Körper sie von äußeren Quellen +entlehnen. Keine von den zahlreichen Hypothesen, die aus diesen beiden +Gesichtspunkten entsprungen sind, hat bis jetzt eine experimentelle +Bestätigung erfahren. + +Man kann annehmen, daß die radioaktive Energie früher einmal angehäuft +worden ist und sich allmählich erschöpft wie eine Phosphorescenz von +langer Dauer. Man kann sich vorstellen, daß die Entwicklung radioaktiver +Energie mit einer Umwandlung des strahlenden Atoms selbst, das sich in +einem Entwicklungszustande befindet, verbunden ist; die Tatsache, daß +das Radium kontinuirlich Wärme entwickelt, spricht zu Gunsten dieser +Anschauung. Man kann annehmen, daß die Umwandlung von einem +Gewichtsverlust begleitet ist und von einer Emission materieller +Teilchen, aus denen die Strahlung besteht. Die Energiequelle kann ferner +in der Gravitationsenergie gesucht werden. Endlich kann man sich +vorstellen, daß der Raum fortwährend von einer noch unbekannten +Strahlung durchsetzt werde, die bei ihrem Durchgang durch radioaktive +Körper aufgehalten und in die radioaktive Energie umgewandelt wird. + +Man kann für und wider jede dieser Anschauungsweisen viele Gründe +vorbringen, und meistens haben die Versuche, die Konsequenzen dieser +Hypothesen experimentell zu verificiren, negative Resultate gegeben. Die +radioaktive Energie des Radiums und des Urans scheint sich bis jetzt +nicht zu erschöpfen und überhaupt keine merkliche Veränderung mit der +Zeit zu erfahren. Demarçay hat eine Probe reinen Radiumchlorids in einem +Intervall von fünf Monaten spektroskopisch untersucht; er beobachtete am +Ende der fünf Monate keine Veränderung des Spektrums. Die Hauptlinie des +Baryums, die im Spektrum sichtbar war und die spurenweise Anwesenheit +von Baryum anzeigte, hatte sich in dem betrachteten Zeitraum nicht +verstärkt; das Radium hatte sich also nicht in merklicher Weise in +Baryum verwandelt. + +Die von Herrn Heydweiller[135] angekündigten Gewichtsänderungen der +Radiumverbindungen können noch nicht als gesicherte Tatsache betrachtet +werden. + +Die Herren Elster und Geitel[136] fanden, daß die Radioaktivität des +Urans sich auf dem Grunde eines 850 m tiefen Schachtes nicht ändert; +eine Erdschicht von dieser Dicke brächte also keine Änderung in der +hypothetischen Primärstrahlung, die die Radioaktivität des Urans +verursachen sollte, hervor. + +Wir haben die Radioaktivität des Urans zur Mittags- und zur +Mitternachtszeit untersucht, von dem Gedanken ausgehend, daß die +hypothetische Primärstrahlung ihre Quelle in der Sonne habe und beim +Durchgang durch die Erde teilweise absorbirt werde. Der Versuch ergab +keinen Unterschied beider Messungen. + +Die neuesten Untersuchungen sprechen zu Gunsten der Hypothese einer +Umwandlung des Radiumatoms; diese Hypothese ist bereits im Beginn der +Untersuchungen über die Radioaktivität ausgesprochen worden[13]; sie +wurde von Herrn Rutherford frei übernommen, der annahm, daß die +Emanation des Radiums ein materielles Gas sei, das eines der +Spaltungsprodukte des Radiums darstelle[125]. + +Die neuen Versuche der Herren Ramsay und Soddy laufen auf den Beweis +hinaus, daß die Emanation ein instabiles Gas ist, das sich von selbst +unter Bildung von Helium zerstört. Andrerseits ließe sich die +fortwährende Wärmeentwicklung des Radiums nicht durch eine gewöhnliche +chemische Reaktion erklären, während sie sehr wohl ihren Ursprung in +einer Umwandlung des Atoms haben könnte. + +Bedenken wir endlich noch, daß die neuen radioaktiven Substanzen sich +immer in den Uranmineralien vorfinden, und daß wir vergeblich in dem +käuflichen Baryum nach Radium gesucht haben (s. S. 38), daß also das +Vorkommen des Radiums an das des Urans gebunden zu sein scheint. Die +Uranmineralien enthalten ferner Argon und Helium und dieses +Zusammentreffen ist wohl kaum einem Zufall zuzuschreiben. Das +gleichzeitige Vorkommen dieser verschiedenen Körper in denselben +Mineralien führt zu der Annahme, daß die Gegenwart der einen für die +Bildung der andren notwendig ist. + +* * * * * + +Literarische Ergänzungen +======================== + +(bis Oktober 1903).[^24] + +A. Originalarbeiten. +-------------------- + +Adam, E. P. "Water Radioactivity." Phil. Mag. 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Soddy, “Condensation of the radioactive +emanations” In: Philosophical Magazine (6) 1903, 5, 561-576 − +http://dx.doi.org/10.1080/14786440309462959. + +[126] E. Rutherford, F. Soddy, “The cause and nature of radioactivity. +Part II” In: Philosophical Magazine (6) 1902, 4, 569-585 − +http://dx.doi.org/10.1080/14786440209462881. + +[127] E. Rutherford, F. Soddy, “A comparative study of the radioactivity +of radium and thorium” In: Philosophical Magazine (6) 1903, 5, 445-457 − +http://dx.doi.org/10.1080/14786440309462943. + +[128] P. Curie, A.-L. Debierne, “Sur la radio-activité des sels de +radium” In: Comptes rendus 1901, 133, 276-279 − +http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3089k.image.f276. + +[129] P. Curie, “Sur la radioactivité induite et sur l’émanation du +radium” In: Comptes rendus 1903, 136, 223-226 − +http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3091c.image.f223. + +[130] F. Giesel, “Einiges über Radium-Baryum-Salze und deren Strahlen” +In: Verhandlungen der deutschen physikalischen Gesellschaft 1900, 2, +9-10. + +[131] A.-L. Debierne, “Sur du baryum radio-actif artificiel” In: Comptes +rendus 1900, 131, 333-335 − +http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3087z.image.f333. + +[132] E. Rutherford, F. Soddy, “Die Ursache und Natur der Radioactivität +I” In: Zeitschrift für physikalische Chemie 1902, 42, 81-109. + +[133] P. Villard, In: Bulletin des séances de la Société Française de +physique 1900. + +[134] J. C. McLennan, “On a kind of radioactivity imparted to certain +salts by cathode rays” In: Philosophical Magazine (6) 1902, 3, 195-203 − +http://dx.doi.org/10.1080/14786440209462754. + +[135] A. Heydweiller, “Zeitliche Gewichtsänderungen radioaktiver +Substanz” In: Physikalische Zeitschrift (4) 1902, 2, 81. + +[136] J. und G. H. Elster, “Versuche an Becquerelstrahlen” In: Annalen +der Physik und Chemie 1898, 302, 735-740 − +http://dx.doi.org/10.1002/andp.18983021209. + +[^1]: Man erreicht dieses Resultat leicht, indem man das Gewicht in der + Hand hält, und es nur ganz allmählich auf die Platte H niedersinken + läßt, so daß man den Lichtzeiger des Elektrometers auf Null erhält. + Mit ein wenig Übung erlangt man leicht den hierzu nötigen Handgriff. + Diese Methode zur Messung schwacher Ströme ist von Herrn J. Curie in + seiner Doktorarbeit beschrieben worden. + +[^2]: Ich bin den genannten Forschern, denen ich die bei meinen + Untersuchungen benutzten Proben verdanke, zu großem Danke + verpflichtet. Ich danke auch Herrn Moissan, der mir das für meine + Versuche nötige metallische Uran gab. + +[^3]: Neuere Versuche (siehe litterarische Ergänzungen) haben ergeben, + daß die Radioaktivität doch allgemein verbreitet zu sein scheint. + Die in Frage kommenden Aktivitäten sind jedoch mehrere 1000mal + schwächer als die des Urans. (Anmerk. d. Übers.) + +[^4]: Mehrere Mineralproben sind mir aus der Museumssammlung durch Herrn + Lacroix freundlichst zur Verfügung gestellt worden. + +[^5]: Wir haben zahlreiche Verpflichtungen gegen alle, die uns bei + dieser Arbeit zu Hülfe gekommen sind. Wir danken herzlich den Herren + Mascart und Michel Lévy für ihre wohlwollende Unterstützung. Dank + der freundlicher Vermittlung des Herrn Prof. Sueß hat die + österreichische Verwaltung in liebenwürdigster Weise die erste Tonne + vorbehandelter Rückstände zu unsrer Verfügung gestellt (aus der + Staatswerkstatt Joachimsthal in Böhmen). Die Akademie der + Wissenschaften zu Paris, die »Société d‘Encouragement pour + l'industrie nationale« und ein anonymer Geber haben uns die Mittel + zur Behandlung einer gewissen Quantität von Substanz gegeben. Unser + freund, Herr Debierne, hat die Behandlung des Minerals geleitet, die + in der Fabrik der »Société centrale de produits chimiques« + ausgeführt wurde. Diese Gesellschaft hatte sich bereit erklärt, die + Behandlung ohne Nutzen für sich auszuführen. Allen diesen sprechen + wir unsren aufrichtigsten Dank aus. + + Ganz neuerdings hat das »Institut de France« 20 000 Frcs. zur + Extraktion radioaktiver Substanzen zu unsrer Verfügung gestellt. + Dank dieser Summe konnten wir die Behandlung von fünf Tonnen Mineral + unternehmen. + +[^6]: Wir hatten kürzlich den Schmerz, diesen ausgezeichneten Gelehrten + zu verlieren, mitten in seinen schönen Untersuchungen über die + seltenen Erden und die Spektroskopie, deren Methoden man wegen ihrer + Vollendung und Präcision nicht genug bewundern kann. Wir bewahren + der vollendeten Liebenswürdigkeit, mit der er an unsrer Arbeit + teilgenommen hat, ein inniges Andenken. + +[^7]: Siehe auch neuere Versuche von F. Giesel.[41] (Anm. d. Übers.) + +[^8]: Im Jahre 1899 teilte Herr St. Meyer[47] mit, daß radiumhaltiges + Baryumkarbonat paramagnetisch sei. Herr Meyer hatte jedoch mit einem + sehr wenig Radium enthaltenden Präparat gearbeitet, dessen Gehalt an + Radium wahrscheinlich höchstens ein Tausendstel betrug. Das Präparat + hätte sich demnach diamagnetisch zeigen müssen. Wahrscheinlich + enthielt der Körper eine kleine eisenhaltige Verunreinigung. + +[^9]: Siehe auch Elster und Geitel.[53] + +[^10]: Genau gesagt, bemerkt man bei diesen Versuchen immer eine + Ablenkung am Elektrometer, doch kann man leicht feststellen, daß + diese Ablenkung die Wirkung der elektromotorischen Kontaktkraft ist, + die zwischen der mit dem Elektrometer verbundenen Platte und den + benachbarten Leitern besteht; infolge der Leitfähigkeit der von den + Radiumstrahlen durchstrahlten Luft bringt diese Kraft eine Ablenkung + des Elektrometers hervor. + +[^11]: Die Anbringung des Faradayschen Cylinders ist nicht notwendig, + sie könnte jedoch gewisse Vorteile bieten, falls die Strahlung von + den getroffenen Wänden eine starke diffuse Zersetzung erführe. Man + könnte dann hoffen, die etwa vorhandenen diffus zerstreuten Strahlen + aufzufangen und auszunutzen. + +[^12]: Versuche im Vakuum hat neuerdings Herr W. Wien ausgeführt[62]. + (Anm. d. Übers.) + +[^13]: Die isolirende Schicht muß völlig kontinuirlich sein. Jede + luftgefüllte Spalte, die von dem inneren Leiter bis zur metallischen + Hülle reicht, giebt zu einem Stroms Veranlassung, der von den + Kontaktelektromotorischen Kräften herrührt und die durch das Radium + leitend gemachte Luft durchfließt. + +[^14]: In Wirklichkeit wird wegen der stets unvollkommenen Isolation + schon bei schwächeren Ladungen ein stationärer Zustand erreicht. + (Anm. d. Übers.) + +[^15]: Siehe auch [63]. + +[^16]: Einige Ausführungen über diesen Gegenstand sowie eine sehr + vollständige Untersuchung über die geladenen Centra (Eiektronen oder + Korpuskeln) nebst Citaten der zugehörigen Arbeiten befindet sich in + der Dissertation von Herrn Langevin[72]. + +[^17]: Berechnet nach [68], Tab. III. + +[^18]: wenn solche beobachtet wären. (Anm. des Übersetzers) + +[^19]: S. a. des Coudres[77] (Anm. d. Übers.) + +[^20]: Über die Deutung dieser Erscheinung s. a. eine neuere Arbeit von + H. Becquerel[86], der das blitzartige Aufleuchten durch + Umwandlungsvorgänge in den bestrahlten Krystallen und dadurch + verursachte elektrische Entladungen erklärt. (Anm. d. Übers.) + +[^21]: Versuche über Leitfähigkeit fester Isolatoren bei Bestrahlung mit + Radiumstrahlen sind von H. Becquerel[93] und A. Becker[94] + ausgeführt worden. (Anm. d. Übers.) + +[^22]: Über die Spektra der aktiven Gase (`Emanationen'') sind + neuerdings Untersuchungen von Ramsay und Soddy ausgeführt worden. + Siehe S. 101. (Anm. d. Übers.) + +[^23]: Siehe auch weiter unten S. 120. Anm. d. Übers. + +[^24]: Die beigeschriebenen römischen Zahlen und Buchstaben beziehen + sich auf die entsprechenden Kapitel und Abschnitte des Buches. Wo + keine Zahl angegeben, ist der Inhalt allgemeinerer Natur oder eine + Ermittelung nicht möglich gewesen. Die hier, sowie im Text des + Buches benutzten Abkürzungen für die Namen der Zeitschriften + entsprechen den in den "Fortschritten der Physik" gebräuchlichen. + + + +Anmerkungen zur Transkription +----------------------------- + +Die Transkription fußt größtenteils auf einem Exemplar des Buchs, das +von den University of Michigan Libraries zum Scan bereitgestellt wurde. +Dessen Scan besorgte Google Books. Aufgrund der suboptimalen Qualität +weniger Seiten wurde das vom Hathi Trust eingescannte Exemplar +zusätzlich herangezogen. Wir verwendeten Tesseract und ABBYY Mac für +die OCR. Pandoc konvertierte nach plain text und HTML. + +Die Rechtschreibung wurde belassen, kleinere Fehler ausgebessert. Das +Tabellenformat musste an markdown angepasst werden. 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S. + +Updated editions will replace the previous one--the old editions will +be renamed. + +Creating the works from print editions not protected by U.S. copyright +law means that no one owns a United States copyright in these works, +so the Foundation (and you!) can copy and distribute it in the United +States without permission and without paying copyright +royalties. Special rules, set forth in the General Terms of Use part +of this license, apply to copying and distributing Project +Gutenberg-tm electronic works to protect the PROJECT GUTENBERG-tm +concept and trademark. Project Gutenberg is a registered trademark, +and may not be used if you charge for the eBooks, unless you receive +specific permission. If you do not charge anything for copies of this +eBook, complying with the rules is very easy. You may use this eBook +for nearly any purpose such as creation of derivative works, reports, +performances and research. 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