Gasontladingsmechanismen van geigertelbuizen gevuld met edelgaassen en halogenen

GASONTLADINGSMECHANISMEN ^;' - 3"

VAN GEIGERTELBUIZEN > ^^/>^^

GEVULD MET EDELGASSEN

EN HALOGENEN ^"^"'^

P R O E F S C H R I F T

TER VERKRIJGING VAN DE GRAAD VAN DOCTOR IN DE TECHNISCHE WETENSCHAP AAN DE TECHNISCHE HOGESCHOOL TE DELFT, OP GEZAG VAN DE RECTOR MAG-NIFICUS Dr O. BOTTEMA, HOOGLERAAR IN DE AFDELING DER ALGEMENE WETEN-SCHAPPEN, VOOR EEN COMMISSIE UIT DE SENAAT TE VERDEDIGEN OP WOENSDAG

12 MEI 1954, DES NAMIDDAGS TE 2 UUR

: . DOOR

DICK VAN ZOONEN

NATUURKUNDIG INGENIEUR

J

DIT PROEFSCHRIFT IS GOEDGEKEURD DOOR DE PROMOTOR

AAN MIJN OUDERS AAN MIJN VROUW

I N H O U D

Hoofdstuk I . I n l e i d i n g

1.1. Tel buizen in het algemeen 9 1.2. Het gasontladingsmechanisme van t e l b u i

-zen gevuld met waterstof 10 1.3. De rol van het doofgas 11 1.4. Het gasontladingsmechanisme van

telbui-zen gevuld met argon en alcohol 13 1.5. Twee octrooien op telbuizen met

haloge-nen als bijmengsel 14 1.6. Het werk van Liebson, Friedman en Birks 16

1.7. Het werk van Le Croissette en Yarwood 18 1.8. Hetwerk van Franklin, Loosemore en Sharpe 20

1.9. Het werk van Gimenez en Labeyrie 21 Hoofdstuk II. Het vervaardigen van de telbuizen en de

ge-bruikte apparatuur

11.1. De pompinstallaties 23 11.2. Het meten van de druk van de halogenen 24

11.3. Het zuiveren van de halogenen 26 11.4. Het vullen van de telbuizen 27 11.5. Het werken met verzadigde dampspanning 28

11.6. De electronische apparatuur 30 11.7. De constructie van de telbuizen 32 11.8. Afmetingen en gasdrukken van de

ge-bruikte telbuizen 34 Hoofdstuk III, Enkele eigenschappen van edelgassen en van

halogenen

III. 1. De ionisatieè'nergieè'n en de

metasta-biele niveau's van de edelgassen 36 111.2. De ionlsatieënergieën van de

haloge-nen, zoals vermeld in de literatuur 36 111.3. Begrenzing van de ionlsatieënergieën

van de halogenen 38 111.4. Het electro-negatieve karakter van de

halogenen 40 111.5. De d i s s o c i a t i e van'de halogenen 42

Hoofdstuk IV. De e l e m e n t a i r e p r o c e s s e n in t e l b u i z e n met halogenen a l s bijmengsel

IV. 1. Verschillende soorten telbuizen met

halogenen als bijmengsel 45 IV. 2. De verraenigvuldigingsprocessen in

tel-buizen van groep II a 46 IV. 3. De vermenigvuldigingsprocessen in

tel-buizen van groep lib 48 IV. 4. De vermenigvuldigingsprocessen in

tel-buizen van groep I 49 IV. 5. De rol van de kathode bij de

verme-nigvuldiging 49 IV.6. Telbuizen met een glazen parel op de

draad 50 IV.7. Wederzijdse ontsteking van twee

tel-systemen 52 IV.8. De uitbreiding van de ontlading

even-wijdig aan de draad 54 IV.9. Het optreden van dubbele pulsen 58

IV.10. Het waarnemen van dubbele pulsen met

een fotomultiplicator 60 IV.11. Verklaring van het ontstaan van

dub-bele pulsen 62 Hoofdstuk V. De efficiency van halogeen-telbuizen voor

röntgenstraling

V.1. De methode om de efficiency voor

rönt-genstraling te meten 67 V.2. De meetresultaten 68 V. 3. Verklaring van de waargenomen

verschijn-selen 71 Hoofdstuk VI. De langzame opbouw van de ontlading

VI.1. De v e r t r a g i n g in t e l b u i z e n met argon en zuurstof

VI.2. De zogenaamde v e r t r a g i n g in t e l b u i z e n met halogenen a l s bijmengsel

VI.3. De methode om de langzame opbouw t e meten

VI.4. De meetresultaten

VI, 5, Het aantal primaire electronen

VI.6. Het mechanisme van de langzame opbouw VI.7. De opbouwtijd a l s f u n c t i e van de

ge-middelde levensduur van de aangeslagen atomen en van het aantal p r i m a i r e electronen 74 74 75 76 79 80

VI.8. VI. 9.

Het tijdstip, waarop de ionenvorming

zijn maximaal waarde bereikt 86 Het tijdsverschil bij wederzijdse

ont-steking 86 Hoofdstuk VII. De startspanning

vil.l. Definitie van de startspanning VII.2. Het meten van de startspanning VII.3. Formule voor de startspanning van

an-dere telbuizen dan halogeen-telbuizen VII.4. De startspanning van

halogeen-telbui-zen, gemeten als functie van de edel-gasdrul? en van de diameter van de eleetroden

VII.5. De critische straal bij halogeen-telbuizen

VII.6. De invloed van de halogeendruk op de startspanning 87 89 90 93 95 96

Hoofdstuk VIII. De per puls gevormde lading. De telkromme VIII.1. Methoden om de per puls gevormde

la-ding te meten 100 VIII. 2. De metingen van de per puls gevormde

lading 101 VIII. 3. Het gedrag beneden de startspanning 104

VIII.4. De telkromme 105 Hoofdstuk IX. De oscillaties en de theorie van Van Geel

IX, 1. De V-I karakteristiek 109 IX, 2. De oscillaties bij de startspanning,

ook wel kleine oscillaties genoemd 110 IX. 3. Metingen aan de oscillaties bij de

startspanning 111 IX.4. De verklaring van de oscillaties bij

de startspanning 113 IX.5. De oscillaties direct na een puls 114

IX.6. De oscillaties na het plateau, ook wel

grote oscillaties genoemd 115 IX,7. De theorie van Van Geel, toegepast op

het telgebied 116 IX.8. De theorie van Van Geel, toegepast op

de oscillaties bij de startspanning 119 IX.9. De theorie van Van Geel, toegepast op

Hoofdstuk X, Halogeentelbuizen vergeleken met andere t e l -buizen

X. 1. Voor- en nadelen van halogeen-telbuizen 121 X.2. V e r g e l i j k i n g van h e t

gasontladingsmechanisme van halogeentelbuizen en t e l

-buizen met argon en alcohol 122 X,3, Het gebruik van halogeen-telbuizen in

de p r a k t i j k 123

Summary 125

H o o f d s t u k I I N L E I D I N G I«l. Telbuizen in het algemeen.

Met gas gevulde t e l b u i z e n z i j n t e verdelen in twee soorten; proportionele telbuizen en geigertelbuizen. De proportionele t e l -buizen t e l l e n n i e t alleen, maar geven door hun p u l s g r o o t t e tevens informatie omtrent de energie van de getelde d e e l t j e s of quanta, t e r w i j l g e i g e r t e l b u i z e n u i t s l u i t e n d t e l l e n . De l a a t s t e hebben echte^ h e t voordeel, dat z i j veel g r o t e r e spanningspul sen geven dan de p r o p o r t i o n e l e t e l b u i z e n en z i j danken hun veelvuldig ge-bruik dan ook aan h e t f e i t , dat de e l e c t r o n i s c h e hulpapparatuur b e t r e k k e l i j k eenvoudig en dus n i e t al t e kostbaar i s .

Door R u t h e r f o r d ^n Geiger (RG 1908) werd i n 1908 voor h e t e e r s t een t e l b u i s gebruikt. r:a het werk van Geiger en Muller (GM 1928) in 1928 zijn telbuizen echter pas algemeen in gebruik geko-men.

Geigertelbuizen kunnen verdeeld worden in twee groepen: zelf-dovende en n i e t - z e i fzelf-dovende. Bij een zelfzelf-dovende t e l b u i s komt het doven u i t het gasontladingsmechanisme zelf voort, b i j n i e t z e l f -dovende t e l b u i z e n moet h e t doven t o t stand komen van buitenaf, b i j v . door een e l e c t r o n i s c h e doofschakel ing. Tussen deze beide u i t e r s t e n b e s t a a t nog een overgangsvorm, waarbij geen doofschake-l i n g wordt v e r e i s t , maar waarbij wedoofschake-l een voorschakedoofschake-lweerstand voor de t e l b u i s nodig i s om de o n t l a d i n g t e doen uitgaan,

Telbuizen met zuivere edelgassen behoren t o t de n l e t z e l f d o -vende, telbuizen met argon en alcohol zijn zelfdovend, Telbuizen met waterstof, waarbij een voorschakelweerstand van bijv, 100 MQ wordt gebruikt, rekent men t o t de n i e t - z e i fdovende.

Van 1928 t o t 1937 werden vrijwel u i t s l u i t e n d niet-zelfdovende telbuizen gebruikt. Het voornaamste bezwaar van deze n i e t z e l f -dovende t e l b u i z e n i s hun t r a a g h e i d . De dode t i j d i s l a n g , om-s t r e e k om-s 1000 microom-seconden.

In 1937 p u b l i c e e r d e Trost (Tr 1937) z i j n werk over t e l b u i z e n met argon en alcohol. Deze reageren zeer snel op de binnenvallen-de Quanta. Het oplopen van binnenvallen-de spanningspuls duurt k o r t e r dan 1 microseconde en de dode t i j d bedraagt ongeveer 100 microseconden. Sindsdien z i j n vele andere combinaties van edelgassen met een

or-ganische damp g e b r u i k t . Deze gedragen z i c h e c h t e r meestal a l s argon met alcohol. Het bezwaar van telbuizen met argon en alcohol i s , dat de alcohol b i j het t e l l e n ontleed wordt en dat de buis na een bepaald aantal ontladingen onbruikbaar geworden i s .

Reeds in 1937 vroegen Geiger en Haxel een octrooi aan (GH 1937) op zelfdovende t e l b u i z e n , geheel of g e d e e l t e l i j k met halogenen

gevuld. De ontdekking van d i t s o o r t telbuizen s c h i j n t echter weer t e z i j n vergeten. Pas in 1947 z i j n deze telbuizen in de Verenigde Staten opnieuw ontdekt.

Over h e t gasontladingsmechanisme kan in het algemeen het vol-gende gezegd worden. De binnenkomende d e e l t j e s of quanta maken in het gas of u i t de cylindervormige kathode één of mee.' electronen v r i j . Deze p r i m a i r e electronen lopen naar de draadvormige anode. Wanneer z i j in een voldoend s t e r k e l e c t r i s c h veld komen, vormen z i j een lawine, bestaande u i t electronen, ionen, fotonen en aan-geslagen atomen. Op de een of andere manier geven de lawines a l s secundair mechanisme ook weer e l e c t r o n e n op g r o t e r e afstand van de draad. Deze secundair gevormde e l e c t r o n e n vormen weer nieuwe lawines enz. De ontlading b r e i d t zich dus u i t . Op een gegeven mo-ment dooft de o n t l a d i n g e c h t e r weer. Dit l a a t s t e geschiedt b i j telbuizen, gevuld met verschillende gasmengsels, op volkomen ver-s c h i l l e n d e wijze.

1 . 2 . Het gasontladingsmechanisme van t e l b u i z e n gevuld met w a t e r s t o f .

Het gasontladingsmechanisme van t e l b u i z e n , gevuld met water-stof, i s o. a. door Nawijn (Nw 1943) onderzocht. Volgens hem i s h e t s e c u n d a i r e mechanisme in deze t e l b u i z e n in hoofdzaak: h e t v r i j maken van f o t o - e l e c t r o n e n u i t de kathode door fotonen, die in de lawines b i j de draad o n t s t a a n . De opbouw van de o n t l a d i n g vindt b e t r e k k e l i j k langzaam p l a a t s . De vorming van nieuwe ionen b i j de draad geschiedt n i e t zo snel, dat de ruimtelading de ont-l a d i n g dooft door s t e r k e veont-ldvervorming b i j de draad. Zodoende k r i j g e n we een s t a b i e l e i n s t e l l i n g van de stroom en van de span-ning op een bepaald punt van de k a r a k t e r i s t i e k . Door een g r o t e voorschakelweerstand van b i j v . 10® ohm wordt de stroom k l e i n ge-houden. Deze stroom wordt in s t a n d gehouden door de volgende k r i n g l o o p : e l e c t r o n e n vormen een lawine b i j de draad, in deze lawine o n t s t a a n fotonen, deze fotonen maken e l e c t r o n e n v r i j u i t de kathode, deze e l e c t r o n e n doen weer nieuwe lawines o n t s t a a n , enz. Al deze processen ondergaan s t a t i s t i s c h e f l u c t u a t i e s . Indien e r op een bepaald moment i n de e e r s t v o l g e n d e l o o p t i j d van een e l e c t r o n van cylinder naar draad geen enkel electron door fotonen wordt vrijgemaakt, zal de ontlading afbreken. S t a t i s t i s c h e f l u c -t u a -t i e s zijn dus veran-twoordelijk voor he-t doven van de on-tlading. Andere n i e t - z e l f d o v e n d e t e l b u i z e n met b i j v . l u c h t of met argon plus w a t e r s t o f a l s v u l l i n g hebben h e t z e l f d e gasontladingsmecha-nisrae.

1.3. De rol van het doofgas.

Omstreeks 1937 is ontdekt, dat toevoeging van een klein per-centage van een vreemd gas aan een edel gas, in bepaalde gevallen een telbuis geeft, die een korte dode tijd heeft en die dooft zonder grote voorschakelweerstand. Dit toegevoegde gas noemt men het doofgas.

De rol van het doofgas in een telbuis, die in hoofdzaak edel-gas bevat, is tweeledig. Ten eerste moet het doofedel-gas er toe mede-werken, dat de ontlading dooft en ten tweede moet het doofgas voorkomen, dat herontsteking optreedt.

Het doven geschiedt door de ruimtelading. Daartoe moet zeer snel een grote ruimtelading om de draad opgebouwd worden. Voor een snelle opbouw van de ruimtelading is vereist, dat het secun-daire mechanisme snel is. Het doofgas moet er dus toe medewerken, dat er een snel secundair mechanisme kan optreden en dat de lawi-nes groot zijn.

Om herontsteking te voorkomen moet het doofgas een tweeledige functie vervullen. Ten eerste moet het doofgas verhinderen, dat edeIgasionen de cylindervormige kathode bereiken. Ten tweede moet het doofgas er voor zorgen, dat metastabiel aangeslagen edelgas-atomen snel vernietigd worden. Edelgaslonen mogen de kathode niet bereiken, omdat hun ionisatieënergie V^ vrijwel altijd meer dan tweemaal zo groot is als de ulttreepotentiaal cp van de kathode. Wanneer een edelgasion de kathode tot op een afstand van ca. 10*'' cm genaderd is, trekt het een electron uit de kathode aan om zich te neutraliseren. Daar Vj > 2cp is, zal het overschot aan energie gebruikt kunnen worden om een tweede electron uit de kathode vrij te maken. Dit tweede electron zal zich naar de anode bewegen en een steeds grotere snelheid verkrijgen. Het zal, zodra het vol-doende energie gekregen heeft, een lawine vormen en er komen weer nieuwe ionen op de kathode. Een telbuis met een vulling van zui-vere edelgassen zal om deze reden niet doven, maar een continue ontlading geven. Wanneer zich nu naast het edel gas, een gas in de buis bevindt met een lagere ionisatieënergie dan het edel gas heeft, dan zullen, bij voldoende druk van dit doofgas, de edel-gaslonen op hun weg naar de kathode vele malen met de moleculen van het doofgas botsen. Het gevolg is, dat de moleculen van het doofgas geïoniseerd worden door de edelgaslonen, die hierbij zelf geneutraliseerd worden. Op de kathode arriveren dan alleen nog ionen van het doofgas. Wanneer een dergelijk ion de kathode tot op ca. 10'^ cm genaderd is, wordt een electron uit de kathode ge-trokken, dat gebruikt wordt om het ion te neutraliseren. Het mo-lecule blijft dan in een aangeslagen toestand achter. Zijn over-schot aan energie zou gebruikt kunnen worden om een tweede elec-tron uit de kathode vrij te maken. Het blijkt echter, dat gassen

geschikt zijn als doofgas, als zij fotodissociatie vertonen in het golflengtegebied, dat correspondeert met Vj - cp. Volgens Korff en Present (KF 1944) dissociëren deze aangeslagen moleculen van het doofgas binnen 10**^ seconde en vóórdat ze een tweede electron uit de kathode vrij hebben kunnen maken.

Wanneer er voldoende doofgas aanwezig is, zullen de metasta-biel aangeslagen edelgasatomen vóór het einde van de dode tijd vele malen met moleculen van het doofgas botsen. Alsdi ionisatie-ënergie van het doofgas beneden het metastabiele energieniveau ligt, zal er bij zo'n botsing een kans zijn, dat het doofgas-mo-iecule geïoniseerd wordt en het metastabiel aangeslagen atoom terugvalt in zijn grondtoesLand.

Als de ionisatieënergie van het doofgas hoger ligt dan het me-tastabiele niveau van het edelgas worden bij deze botsingen geen doofgasmoleculen geïoniseerd, In de meeste gevallen zullen de doofgasmolaculen wel aanslagniveau's hebben in de buurt van het metastabiele niveau van het edelgas. In die gevallen bestaat er bij iedere botsing een l'ans, dat het metastabiel aangeslagen edelgasatoor. zijn energie overdraagt zonder dat ionisatie op-treedt, waarbij het .metastabiel aangeslagen atoom terug valt in de grondtoestand. De metastabiel aangeslagen edelgasatomen moeten alle binnen de dode tijd vernietigd worden. Onder de dode tijd verstaan wij de tijd, die verloopt tu3sen het moment van binnen-vallen van een deeltje of quantum, dat geteld wordt - en het tijdstip, waarop de talbuis weer klaer is om een nieuw deeltje te tellen. De dode tijd is in telbuizen met een doofgas normaal van de orde van 10"^ seconde en de metastabielen hebben in zuiver edelgas een le/ensduur van de orde van 10*^ seconde. Wmneer een metastabiel aangeslagen atoom na afloop van de dode tijd zou bot-sen met de kathode o2 een foton zou emitteren, of wanneer het een doofgasmolecule zou ioniseren, zou dit de telbuis opnieuw kunnen ontsteken. Men moet net doofgas dus zo kiezen en het een dusdani-ge druk dusdani-geven, dat ait niet kan dusdani-gebearen.

Tot 1947 werd verondersteld, dat alleen organj.sche moleculen met minstens vier atomen geschikt zouden zijn air doofgas. In dat jaar merkte Present echter op (Pr 1947), dat broom en chloor ab-sorptiebanden en lijnverbredingen vertonen in het golflengtege-bied, dat correspondeert mst V^ - co, welke lijnverbredingen wij-zen op praedissociatie. Jod.ium zou deze dissociatie in dit golf-lengtegebied niet vertonen, maar voor jodium geldt, dat Vj < 2cp is, wanneer een kathode van bijv. grafiet wordt gebruikt.

Halogenen hebben het voordeel, dat zij na dissociatie weer re-combineren, organische moleculen doen dit niet.

1.4. Het gasontladingsmechanisme van telbuizen gevuld met argon en alcohol.

Sedert het werk van Trost in 1937 (Tr 1937) zijn telbuizen met argon en alcohol de meest gebruikte en meest bestudeerde. Onder-zoekingen naar het mechanisme van deze buizen zijn na Trost onder meer verricht door Ramsey, de Montgomery's, Huber en medewerkers, Den Hartog en medewerkers, Korff, Present, Stever en Wilkinson. Het gasontladingsmechanisme kan volgens hen als volgt beschreven worden. De primair gevormde electronen beginnen eerst vlak bij de draad, bijv. op 1 mm afstand, lawines te vormen. De energierijke argonfotonen uit deze lawines kunnen vlak bij de plaats, waar zij ontstaan, bijv. op 1 mm afsdand, een alcoholmolecule ioniseren. De hierbij vrijkomende electronen doen weer secundaire lawines ontstaan. Alle gevormde electronen komen in zeer korte tijd na hun vorming, ca.10*^ seconde, op de draad terecht. Niet alle fo-tonen zullen door het gas geabsorbeerd worden, zodat er ook foto-nen op de kathode terecht komen, die daar eventueel electrofoto-nen vrij kunnen maken. Uit experimenten met een kathode van nikkel gaas (Nw 1943) is echter gebleken, dat bij het gasontladingsmechanisme van deze telbuizen het fotoeffect aan de kathode geen rol van be-tekenis speelt,

De metastabiel aangeslagen argonatomen verdwijnen in korte tijd door botsing met alcoholmoleculen. De ionen geven door hun lading een vervorming van het electrische veld, die een verklei-ning betekent van de J a d r - dat is de over de telruimte geïnte-greerde coëfficiënt van Townsend a - en die uiteindelijk de ver-menigvuldiging in die omgeving doet ophouden. Het gehele verme-nigvuldigingsproces verloopt zo snel, dat de ionen feitelijk nog niet van hun plaats zijn, als de vermenigvuldiging in hun omge-ving stopt.

De secundaire lawines vormen zich vlak naast de primaire lawi-nes en de tertiaire weer vlak naast de secundaire. De ontlading breidt zich op deze manier vanaf de primaire lawine naar links en naar rechts langs de draad uit. Voordat de ontlading zich over de gehele telbuis heeft uitgebreid, is deze ter plaatse van de pri-maire lawine reeds lang weer gedoofd. Wij kunnen daarom spreken van twee constante lengten van de draad, waarover op een zeker moment de lawines gevormd worden. Deze twee „ brandende" lengten bewegen zich langs de draad met een constante snelheid van de or-de van 10* cm/s, or-de ene naar links, or-de anor-dere naar rechts. Wan-neer de belde uiteinden bereikt zijn dooft de ontlading. Een nieuwe ontlading is niet mogelijk, voordat de ionen zo ver van de anode weggedreven zijn, dat het veld voldoende hersteld is voor een nieuwe vermenigvuldiging. Herontsteking heeft niet plaats,

omdat praedissociatie van de alcohol ionen aan de kathode optreedt (zie par. 1.3).

Op grond van mijn experimenten met telbuizen met halogenen als bijmengsel vraag ik mij af, of niet de volgende kleine wijziging in deze theorie moet worden aangebracht.

Er is altijd verondersteld, dat de energierijke argonfotonen de alcoholmoleculen direct ioniseren. Het lijkt mij echter waar-schijnlijker, dat de argonfotonen weer door argon teabsorbeerd worden, waarbij het absorberende atoom in een aangeslagen toe-stand komt; een aangeslagen argonatoom kan daarna bij botsing met een alcohol molecule dit ioniseren. Slechts resonantiefotonen van argon hebben voldoende energie om een alcoholmolecule direct te ioniseren.

Landolt-Bö"rnstein (LB 1950) geeft de berekende levensduur van het 2s*P, resonantieniveau van helium als 4,27.10*^" seconde en de gemeten levensduur van het Ss^P^ resonantieniveau van neon als 8.10*® seconde. Met gegevens uit Landolt-Börnstein is verder te vinden, dat de 3s^Pj resonantiefotonen van neon in zuiver neon bij een druk van 100 mm kwik, gemiddeld binnen de 1 cm weer geab-sorbeerd worden, waarbij het edelgas weer in een aangeslagen toe-stand komt. Ik veronderstel nu, dat de resonantieniveau' s van ar-gon ook een levensduur van deze orde van grootte hebben en dat ook de absorptie binnen de 1 cm geschiedt.

Bij een alcohol druk van 10 mm kwik zal een aangeslagen edel-gasatoom na gemiddeld circa 10"® seconde botsen tegen een alco-holmolecule. In het algemeen zal een foton dan öf in het geheel niet öf slechts weinige malen geëmitteerd en weer geabsorbeerd worden.

Liebson (Li 1947) heeft laten zien, dat de absorptie van werk-zame fotonen in telbuizen met argon en alcohol uitsluitend af-hangt van de argondruk en niet van de alcohol druk, hetgeen de theorie van de indirecte ionisatie door fotonen ondersteunt. 1.5. Twee octrooien op telbuizen met halogenen als bijmengsel. *•

Geiger en Haxel hebben reeds in 1937 een octrooi aangevraagd (GH 1937) op telbuizen geheel of gedeeltelijk gevuld met een ha-logeen. Zij beschrijven in het octrooi, dat deze buizen zelfdo-vend zijn. Zij vermelden in het octrooi echter niet, welke andere gassen gebruikt moeten worden, als de telbuis slechts gedeelte-lijk met halogeen gevuld wordt. Ook zeggen zij niets over de ef-ficiency, die bij 100% halogeen toch wel erg slecht geweest moet zijn.

Tot 1947 wordt dan niets meer over dit soort telbuizen .verno-men. In dat jaar verschijnen er publicaties van Present (Pr 1947)

en van Liebson en Friedman (LF 1948) over deze telbuizen. Vrijwel tezelfder tijd vraagt Sylvania Inc. een octrooi aan (Sy 1947) op telbuizen met halogenen als bijmengsel.

Sylvania Inc. vermeldt, dat deze telbuizen zowel zelfdovend als niet-zelfdovend kunnen zijn, afhankelijk van het percentage halogeen en van het kathodematerlaal. De telbuizen zijn zelfdo-vend bij een halogeendruk hoger dan 0,01% van de totale vulling en onder voorwaarde, dat de ulttreepotentiaal van de kathode hoog is. Koolstof is hiervoor een geschikt materiaal.

Als secundair mechanisme nemen zij aan, dat de aanslagenergie van het edelgas op de een of andere manier benut kan worden om het halogeen te ioniseren. Zij menen, dat geen herontsteking plaats vindt, wanneer er geen metastabiel aangeslagen halogeen-molecule met voldoende energie bestaat om een electron uit de kathode vrij te maken. De verklaring van Present (Pr 1947), die aanneemt, dat geen herontsteking optreedt, omdat de aangeslagen halogeenmoleculen praedissociatie vertonen, komt mij beter voor

(zie par. 1.3).

Zij onderscheiden twee soorten telbuizen met broom: laagspan-ningstelbuizen met helium, neon of argon als hoofdgas naast tel-buizen met een hogere startspanning met krypton of xenon als hoofdgas. De lage startspanning verklaren zij door aan te nemen, dat metastabiele edelgasatomen het broom kunnen ioniseren. Dat de ionisatieënergie van broom volgens de meeste tabellen hoger ligt dan het metastabiele niveau van argon zijn zij zich wel bewust; zij menen echter - mijns inziens ten onrechte -, dat de extra energie, die dan dus nodig is, wel ergens anders vandaan kan ko-men, bijv. uit de warmtebeweging,

Zij hebben ook opgemerkt, dat deze telbuizen veel fotonen in het zichtbare gebied uitzenden. Zij beschrijven zelfs een toe-stel, waarbij de intensiteit van de te detecteren straling wordt beoordeeld naar de intensiteit van het neonlicht in de telbuis.

Het gedrag bij 0,05% halogeen is, afgezien van de lage start-spanning, niet wezenlijk anders dan van telbuizen met 10% van een organisch doofgas en met overigens dezelfde afmetingen en met de-zelfde totale gasdruk, volgens Sylvania Inc.

Fig. 1.5.1 geeft de startspanning als functie van het percen-tage broom van een telbuis met argon en broom (pag. 16).

Telbuizen met neon en broom of met helium en broom hebben ana-loge krommen. Bij krypton en broom stijgt de startspanning steeds met het percentage broom.

Chloor en jodium worden slechts terloops vermeld. Over de ef-ficiency en over het electro-negatieve karakter van de halogenen wordt niet gesproken.

BROMINE

^1h 10<^ 100<Vb BROMINE

LOW VOLTAGE , I R A N O E '

SELF QUENCHING RANOE

Fig. 1.5.1. Startspanning a l s functie van het percentage broom voor een telbuis met argon en broom, 100 mm kwikdruk totale vul-ling, straal van de anode 0,0038 cm en straal van de kathode 0,95 cm (Ey 1947).

1 , 6 . Het werk van Liebson, Friedman en Birks.

Liebson en Friedman (LF 1948) z i j n de e e r s t e n geweest, d i e uitvoerige gegevens gepubliceerd hebben over h a l o g e e n t e l I e r s . Zij vermelden a l l e r e e r s t h e t werk van Penning (Pe 1927) over door-slagspanningen in mengsels van neon en argon, Daama beschrijven z i j experimenten met t e l b u i z e n gevuld met edelgas en 10% h a l o geen. Deze hebben k o r t e , s t e i l e p l a t e a u ' s en een hoge s t a r t s p a n -ning. Experimenten met 0,1% halogeen geven p l a t e a u ' s , die langer en vlakker z i j n met lagere startspanningen. Het e l e c t r o - n e g a t i e v e k a r a k t e r van de halogenen werkt een verhoging van de s t a r t s p a n -ning in de hand. Aan de andere kant speelt het halogeen een zelf-de rol a l s sporen argon in neon. De halogeenmoleculen worzelf-den na-melijk in neon geïoniseerd door metastabiel aangeslagen neonato-men. Dit geeft een verlaging van de s t a r t s p a n n i n g . Bij hoge con-c e n t r a t i e s wint de verhoging h e t , b i j lage con-c o n con-c e n t r a t i e s , b i j v . 0,1%, de v e r l a g i n g .

Liebson en Friedman geven krommen van de s t a r t s p a n n i n g a l s functie van het percentage halogeen en van de draaddiameter. De door hen onderzochte mengsels z i j n : argon met broom, neon met chloor, argon met chloor en neon met argon en chloor. Het l a a t s t e mengsel geeft b i j een v u l l i n g , bestaande u i t neon met een druk van 200 mm kwik, argon met een druk van 0,20 mm kwik en chloor

met een druk van 0,05 mm kwik de beste plateau's. Als kathodema-terlaal voldoen tantaal, koolstof of roestvrij staal.

Zij vinden oscillaties in de buurt van de startspanning met frequenties tussen 5 en 50 kHz. Hoe lager percentage halogeen, hoe groter stroom er door de telbuis gaat, vóórdat deze normaal als telbuis gaat werken. Naar het idee van Liebson en Friedman houden deze oscillaties verband met de vorming van een ionenplas-ma rondom de draad. Zij gaan hier echter niet verder op in,

Voor kosmische stralen blijkt de teller in bijna 100% van de gevallen een puls te geven. De gasvulling is hierbjj niet nader vermeld.

Er is geëxperimenteerd met een telbuis met dubbele kathode (zie ook Li 1947) en met een halogeen vulling, waarvan het meng-sel niet wordt aangegeven. De afstand tussen de kathodes is 13 mm en iedere ontlading van de ene helft deelt zich mee aan de andere helft. Hieruit concluderen zij, dat het secundaire mechanisme fotoëffect aan de kathode is. Dat lijkt mij niet Juist (zie par. IV.5). Uit het feit, dat er geen meetbaar tijdsverloop tussen het ontsteken van de beide ontladingen is, leiden zij af, dat er practisch geen negatieve ionen gevormd worden. Overspanning wordt niet gemeld. Ook dit lijkt mij niet juist (zie par, IV, 7 en hoofd-stuk V).

Tot slot schrijven zij, dat deze telbuizen bestand zijn tegen grote overbelastingen, dat zij geschikt zijn voor lage temperatu-ren tot -100°C en dat de dode tijd en de hersteltijd van dezelfde orde zijn als bij gelijksoortige telbuizen met een organisch doofgas. De steilheid van de puls is bij lage overspanning klei-ner dan bij telbuizen met een organisch doofgas, bij hoge over-spanning is er geen verschil.

Friedman en Birks (FB 1948) geven een grafiek van de gevoelig-heid voor röntgenstraling - de golflengte, die tussen 0,4.10*^° m en 3.10'^° m ligt, wordt niet precies vermeld - als functie van de afstand tot de draad voor twee telbuizen (zonder vermelding van overspanningen). De eerste telbuis is gevuld met argon tot een druk van 200 mm kwik en CHjBrj tot een druk van 6 mm kwik. Van deze telbuis neemt de gevoeligheid naar de cylinder toe sterk af, bij de wand is deze nog slechts 7%. De tweede telbuis is ge-vuld met argon tot een druk van 600 mm kwik en chloor tot een druk van 0,5 mm kwik. Van deze telbuis is de gevoeligheid bij de kathode nog 90%.

Een nieuwer artikel van Liebson (Li 1949) geeft onder meer een empirische formule voor de startspanning van telbuizen, gevuld met neon, argon en chloor. De startspanning blijkt onafhankelijk van het kathodematerlaal te zijn.

1.0 a9 0.8 6 7 UI 2 0.6

i

1 0.5 u 0 4 0.3 0.2 ai A - C L i

f f

/ A - C H j B R j / / / /

— /

/ /

- /

- /

1 1 1 1 _L

1

A N

_\ \ \ \ \

\ 1

_\ \ \ \

1 1 1 1 1

I 2 '!-S - 4 -3 -2 - 1 1 0 Tc t DISTANCE FROM CENTER OF COUNTER (MM)

Pigo 1.6.1. De gevoeligheid voor röntgenstraling als functie van de afstand t o t de draad bij een telbuis met argon en CH2Br2 en bij een telbuis met argon en chloor (PB 1948), straal van ae

cy-linder O, 5 cm, straal van de draad 0,05 cm.

h e t product p^b van de t o t a l e druk p^ en de s t r a a l b van de kathode toeneemt. H i e r u i t l e i d t Liebson af, d a t h e t aantal b o t s i n -gen, d a t m e t a s t a b i e l e n in h e t gas maken, voordat z i j de kathode bereiken, maatgevend i s voor de lengte van h e t plateau. Voor zeer lage waarden van p^b s c h i j n t er een ander gasontladingsmechanisme op t e treden; de pulsen worden dan zeer groot.

De langzame opbouw van de p u l s maakt telbuizen met neon, argon en chloor ongeschikt voor c o ï n c i d e n t i e - m e t i n g e n , Telbuizen met

argon en c h l o o r zouden v o l g e n s Liebson h i e r v o o r wel g e s c h i k t z i j n , omdat deze een s n e l l e r e opbouw van de p u l s v e r t o n e n .

1.7. Het werk van Le C r o i s s e t t e en Yarwood.

Na een u i t v o e r i g e b e s c h r i j v i n g van hun p o m p i n s t a l l a t i e en van 18

hun methode van vullen geven Le Croissette en Yarwood (CY 1951) grafieken van de startspanning V^ als functie van de broomdruk P B T voor telbuizen, gevuld met neon plus broom en met argon plus broom. Zij vinden hierbij de relatie

m p^^ « c^v^ + c^,

waarin C^ en Cg constanten z i j n , die afhangen van de druk van h e t edelgas en van de afmetingen van de b u i s . Voorts vinden z i j , dat een kleine toevoeging van argon aan een t e l b u i s met neon en broom, de kans op naontladingen kleiner maakt. Zij verklaren d i t door aan t e nemen, dat het argon en het broom de metastabiel aan-geslagen t o e s t a n d e n van de neonatomen v e r n i e t i g e n . Wanneer e r geen argon i s bijgevoegd, o n t s n a p t er wel eens een m e t a s t a b i e l aangeslagen neonatoom naar de cylinder en maakt daar een e l e c t r o n v r i j . Dit e l e c t r o n kan dan een naontlading geven. Uit hun waarne-mingen l e i d e n z i j af, d a t broom een driemaal zo g r o t e werkzame doorsnede heeft a l s argon voor d i t vernietigingsproces van de ma-t a s ma-t a b i e l e ma-toesma-tanden van neon.

Zij maken verder enige opmerkingen over de o s c i l l a t i e s . Behal-ve de oscillaties, die Liebson en Friedman beschrijBehal-ven (LF 1948) van het type b in fig. 1.7.1, hebben z i j een tweede soort waarge-nomen, fig. 1.7.1, type a. Wanneer er zich ook lucht met een druk van 1 mm kwik in de t e l b u i s bevindt, wordt de amplitudo van de o s c i l l a t i e s van type a g r o t e r . De frequentie en de amplitudo van beide typen o s c i l l a t i e s z i j n nauwelijks te beïnvloeden door ver-anderingen i n de voorschakelweerstand of door een c a p a c i t e i t pa-r a l l e l aan de t e l b u i s .

Zij menen, dat deze o s c i l l a t i e s o n t s t a a n door het v r i j maken van electronen u i t de kathode door metastabiel aangeslagen e d e l gasatomen. . •,

-AA.

1^

Pig. 1.7.1. Twee typen o s c i l l a t i e s ('CY 1951). •"•''' ' Hierbij dient opgemerkt, in t e g e n s t e l l i n g t ó t ' d e door Le Crois-s e t t e en Yarwood naar voren gebrachte ideeën, dat de kanCrois-s, dat een metastabiel aangeslagen edelgasatoom de cylinder bereikt zeer klein is, omdat de d i f f u s i e s l e c h t s langzaam p l a a t s vindt en om-dat de m e t a s t a b i e l e toestanden r e e d s ' l a n g daarvoor door botsing

met halogeenmoleculen v e r n i e t i g d z i j n . Deze opmerking geldt ook voor h e t werk van Liebson (Li 1949), d i e aanneemt, dat metasta-b i e l en door metasta-b o t s i n g met de kathode het p l a t e a u v e r k o r t e n ( z i e p a r . 1.6).

1,8. Het werk van Franklin, Loosemore en Sharpe.

In 1951 hebben Franklin en Loosemore (FL 1951) een a r t i k e l ge-publiceerd over een t o e s t e l om radioactieve mineralen op t e spo-ren. Dit t o e s t e l i s voorzien van een t e l b u i s met een halogeen a l s bijmengsel.

Zij vermelden onder meer, dat z i j een temperatuureffect b i j deze t e l b u i z e n gevonden hebben. Van -50°C t o t +40°C s t i j g t de s t a r t s p a n n i n g van 300 t o t 320 v o l t en de lengte van het p l a t e a u neemt t o e van 80 t o t 110 v o l t . Voorts l a t e n z i j zien, dat h e t p l a t e a u t i j d e l i j k i e t s k o r t e r wordt en dat de h e l l i n g van het plateau t i j d e l i j k i e t s s t e i l e r wordt, nadat de t e l b u i s korte t i j d zwaar i s o v e r b e l a s t . Mijns inziens moet een v e r k l a r i n g van deze l a a t s t e e f f e c t e n en van het temperatuureffect gezocht worden i n een veranderende absorptie of adsorptie van broom door de wanden.

Volgens hun metingen neemt de dode tijd toe met de broomdruk. Zij vinden ten s l o t t e een lineair verband tussen broomdruk en startspanning. Franklin en Loosemore (Lo 1951) z i j n hierover in d i s c u s s i e geraakt met Yarwood en Le C r o i s s e t t e (YC 1951), d i e een logarithmisch verband tussen broomdruk en startspanning von-den ( z i e par. 1.7).

Mijn metingen hebben t o t de conclusie gevoerd, dat beiden ge-l i j k hebben ( z i e par. V I I . 6 ) . Frankge-lin en Loosemore werkten met telbuizen met neon, argon en broom, waarbij een l i n e a i r e r e l a t i e geldt. Yarwood en Le C r o i s s e t t e werkten met één edelgas, dus argon p l u s broom of neon plus broom, waarbij de logarlthmische r e -l a t i e ge-ldt.

Voor de efficiency vinden Franklin en Loosemore, dat deze l i -neair afneemt met de broomdruk. Vergeleken met een argon-alcohol t e l b u i s i s de efficiency bijna 100% bij een broomdruk van 0,16 mm kwik en 70% bij een broomdruk van 2 mm kwik. Zij vermelden echter n i e t voor welke soort quanta of d e e l t j e s zij de efficiency geme-ten hebben, waardoor hun r e s u l t a a t weinig waardevol i s .

In 1951 hebben Loosemore en Sharpe (LS 1951) een a r t i k e l gepu-bliceerd over vertragingen in telbuizen met broom a l s bijmengsel. Zij werkten h i e r b i j met een t e l b u i s , gevuld met neon met een druk van 200 mm kwik, argon met een druk van O,2 mm kwik en broom met een druk van 0,16 mm kwik. De s t r a a l van de kathode was 1, 25 cm en de s t r a a l van de anode was 0,005 cm. Bij een spanning van 390

volt op de t e l b u i s vonden z i j voor kosmische s t r a l i n g een v e r t r a -ging, variërend van 3, 5 microseconden t o t 9,3 microseconden met een meest waarschijnlijke waarde van 5,3 microseconden.

Als oorzaak van deze vertraging denken z i j aan een lange loopt i j d van de door de kosmische s loopt r a l i n g gevormde primaire e l e c loopt r o nen of aan een verminderde snelheid van u i t b r e i d i n g van de o n t -lading. Verder gaan z i j h i e r n i e t op in.

1.9. Het werk van Gimenez en Labeyrie.

Gimenez en Labeyrie (GL 1952) hebben v r i j uitgebreide metingen v e r r i c h t aan telbuizen met ^én bepaalde gasvulling en van eén be-paalde maat. De gasvulling b e s t a a t u i t neon met een druk van 250 mm kwik, argon met een druk van 2 mm kwik en broom met een druk van 0,8 mm kwik. De s t r a a l van de kathode en de anode i s respec-t i e v e l i j k 1 en 0,01 cm.

De methode van opbouw en het vullen van de t e l b u i s worden u i t -voerig besproken. Voorts worden een aantal k a r a k t e r i s t i e k e groot-heden gemeten. Bij hogere broomdruk wordt het plateau langer. De e f f i c i e n c y voor gammastraling en voor kosmische s t r a l i n g i s ge-l i j k aan die van een t e ge-l b u i s , gevuge-ld met argon en age-lcohoge-l,

Gedurende de e e r s t e twee maanden na het dichtsmelten verande-ren de eigenschappen van de t e l b u i s . Dit i s w a a r s c h i j n l i j k het gevolg van absorptie van broom door de metalen delen van de t e l -buis. Na ongeveer twee maanden i s de verzadiging b e r e i k t ; daarna blijven a l l e eigenschappen constant, ook nadat er gedurende een zekere t i j d een stroom van 0,1 mA door gestuurd i s .

Zij vinden een temperatuureffect. De t e l b u i s i s bruikbaar van -70°C t o t +125°C. In d i t gebied s t i j g t de s t a r t s p a n n i n g 30%. De lengte van het p l a t e a u verdubbelt d a a r b i j ongeveer, de h e l l i n g eveneens.

Volgens Gimenez-en Labeyrie hebben h a l o g e e n t e l l e r s geen pro-portioneel gebied. De hoogte van de pulsen en de lading per p u l s neemt exponentieel toe met de overspanning en belde grootheden z i j n g r o t e r dan b i j t e l b u i z e n gevuld met argon en a l c o h o l . Bij 50 v o l t overspanning treden de e e r s t e naontladingen op.

De opbouwtijd i s gemeten met een o s c i l l o g r a a f , waarvan de t i j d b a s i s in gang wordt gezet door de Geigerpuls ( z . g . t r i g g e r -i n g ) . D-it -i s n-iet de ju-iste methode, omdat w-ij zo n -i e t weten, hoeveel t i j d er verloopt tussen het binnen komen van het i o n i s e -rend d e e l t j e of quantum en het gaan lopen van de t i j d b a s i s ( z i e hoofdstuk VI). Uit deze metingen concluderen z i j , dat de opbouw-t i j d beneden de 20 v o l opbouw-t overspanning i e opbouw-t s g r o opbouw-t e r i s dan bij een t e l b u i s met argon en alcohol en bij meer dan 20 v o l t k l e i n e r ,

Wat het mechanisme betreft vermelden zij alleen, dat gassen, die geïoniseerd kunnen worden door metastabiel aangeslagen edel-gasatomen een verlaging van de startspanning geven. Zij halen hierbij het werk van Penning aan (Pe 1927). Voorts wijzen zij er op, dat de edelgaslonen op hun weg naar de cylinder omgezet wor-den in halogeenionen. Over het secundaire mechanisme vermelwor-den zij niets. Zij wijzen op de gelukkige omstandigheid, dat slechts zo weinig broom nodig is (0,3% in hun geval), daar in verband met de electro-negativiteit van halogenen een vermindering van het rendement kan optreden. Bij hun telbuizen vinden zij voor kosmi-sche straling en voor gamma-quanta een efficiency, die ongeveer even hoog is als bij een telbuis met argon en alcohol.

Zij veronderstellen-naar mijn mening ten onrechte (zie hoofd-stuk VI) -, dat door vorming van negatieve ionen een vertraging kan ontstaan.

Proeven met verschillende materialen hebben duidelijk gemaakt, dat chroomijzer (30% chroom en 70% ijzer) of armcoijzer het meest geschikte materiarl voor de kathode is.

22

H o o f d s t u k II HET VERVAARDIGEN VAN DE TELBUIZEN

EN DE GEBRUIKTE APPARATUUR

I I . 1 . De p o m p i n s t a l l a t i e s .

Het i s nodig voor ieder halogeen een aparte pompinstallatie t e maken, want, wanneer een bepaald halogeen eenmaal met h e t glaswerk in aanraking i s geweest, i s het vrijwel ondoenlijk het geheel weer zo schoon t e maken, dat met zekerheid kan worden aan-genomen, dat geen sporen van -.iet halogeen ergens z i j n achter ge-bleven. Daarom z i j n er d r i e p o m p i n s t a l l u t i e s gebouwd: één voor experimenten met chloor, één voor experimenten met broom en één voor experimenten met Jodium. Met fluor is niet geëxperimenteerd, aangezien fluor chemisch t e agressief i s .

Evenals de telbuizen zijn de p o m p i n s t a l l a t i e s van Ruhrglas A.R. vervaardigd. Dit g l a s i s gekozen, omdat d i t in het laboratorium voor Technische Physica t e Delft de normaal gebruikte g l a s s o o r t i s .

Pig. II. 1.1. Schema van de pompinstallatie voor jodiuravullingen. M aansluiting voor Mac-Leod-manoraeter, V afneembare kwikval, V.V. voorvacuum, S manometer met siliconolle, Kw kwikraanometer, K jo-diumyat, Pe penningmanoraeter, I lonisatiemanometer. Pi piranlmn-nometer, T telbuis, A argonvat, Ne neonvat, F kwikdlffusiepoinp, K me'talen kraan, Th Dewarvaten.

Figuur I I . 1 . 1 geeft het schema van de pompinstallatie voor j o -diumvullingen. De b e i d e andere p o m p i n s t a l l a t i e s z i j n in g r o t e trekken analoog hieraan gebouwd. Bij elke pompinstallatie i s t u s -sen de pomp en de r e s t van de i n s t a l l a t i e een afneembare val aan-gebracht, die met v l o e i b a r e lucht wordt gekoeld. Deze v a l l e n zor-gen er voor, dat er geen kwikdamp in de t e l b u i s kan komen en dat er geen halogenen in de pomp komen. Naar behoefte kunnen z i j wor-den afgenomen om schoongemaakt t e worwor-den. De metalen kraan met tefIon-pakking (Wa 1950) i s gekozen, omdat daarbij geen vacuumvet nodig i s . Apiezonvet absorbeert halogenen en gaat misschien ook chemische r e a c t i e s aan met de halogenen. Siliconvet doet d i t min-der, maar kranen met s i l i c o n v e t lopen spoedig droog. In de prak-t i j k i s echprak-ter gebleken, daprak-t men weinig l a s prak-t heefprak-t van de inwer-king van de halogenen op het apiezonvet.

De Mac-Leod-manometer d i e n t t e r c o n t r o l e op de penningmanome-t e r , de piranima.nomepenningmanome-ter en de lonisapenningmanome-tiemanomepenningmanome-ter en a l s c o n penningmanome-t r o l e op de pomp.

I I . 2 . Het meten van de druk van de halogenen.

Het meten van de druk van de halogenen i s een moeilijk p r o -bleem. Kwikmanometers kunnen n i e t worden gebruikt in verband met de chemische r e a c t i e s , die tussen het kwik en de halogenen o p t r e -den.

Aanvankelijk heb ik de broomdruk gemeten met een 1 ineaire/l/ac-Leod~manometer met apiezonolie. Het bleek echter, dat het broom

i n de a p i e z o n o l i e o p l o s t en dat er gas u i t deze v e r o n t r e i n i g d e a p i e z o n o l i e vrijkomt.

Een methode, die betor voldoet, i s het meten van de halogeen-druk met een U-buis met siliconolie (zie f i g . 1 1 , 1 . 1 ) . Het ene einde van de Ubuis moet h i e r b i j verbonden blijven met de d i f f u -slepomp, omdat een aan één einde gesloten U-buis bij gebruik van s i l i c o n o l l e om twee redenen n i e t voldoet, ten e e r s t e bevat s i l i -conolie onder normale omstandigheden a l t i j d opgeloste gassen, die er onder vacuum uitkomen en zich dan in het dichtgesmolten been zouden ophopen, ten tweede b l i j f t s i l i c o n o l i e kleven in de top van h e t a f g e s l o t e n been a l s de manometer eenmaal hoog zou z i j n opgelopen. Dit l a a t s t e i s wel door verwarmen t e verhelpen, maar d i e methode zou n i e t e r g p r a c t i s c h z i j n . Twee s p a t b o l l e n ( z i e fig. I I . 1 . 1 ) z i j n nodig, opdat de o l i e bij een verkeerde manipula-t i e n i e manipula-t u i manipula-t de manomemanipula-ter s p u i manipula-t . Deze manomemanipula-ter i s geschikmanipula-t om drukken van 0,1 mm t o t 30 mm kwikdruk t e meten.

De a f l e z i n g op de piranimanometer bleek n i e t goed t e reprodu-ceren. De lonisatiemanometer en de penningmanometer z i j n a l l e e n

geschikt voor drukken lager den 10"^ mm kwikdruk en dergelijke lage halogeen-drukken zijn meestal niet van belang. Bovendien kan men bij deze drie genoemde manometers last krijgen van de inwer-king van de halogenen op het metaal.

Ook heb ik geprobeerd de druk te meten door middel van licht-absorptie. Hiertoe werd het licht van een 75-Watt gloeilamp ge-stuurd door een buis met een lengte van 40 cm en een diameter van 3 cm. Deze buis staat in verbinding met de te vullen telbuis. Aan het einde van de meetbuis is een seleenfotocel geplaatst. Een tweede dichtgesmolten buis van dezelfde afmetingen is zo opge-steld, dat er een gel'ijke hoeveelheid licht van dezelfde gloei-lamp invalt. Aan het einde van deze buis is ook een fotocel ge-plaatst. De buizen zijn van buiten zwart gemaakt met aquadag om geen last te ondervinden van het daglicht. De beide fotocellen zijn zo geschakeld (zie fig. II.2.1), dat de millivoltmeter geen

'S/220 V

Pig. I I . 2.1. Drukmeting door middel van lichtabsorptie. Pi en Pj fotocellen, G gloeilamp, A naar de pomp, B naar de te vullen t e l -buis.

u i t s l a g geeft, a l s er zich geen llchtabsorberend gas in de meet-buis bevindt. Zodra er broom of jodium in de t e l b u i s t o e g e l a t e n wordt, wordt er l i c h t geabsorbeerd in de meetbuis. Dit v e r s t o o r t het evenwicht tussen de f o t o c e l l e n en geeft dus een u i t s l a g van de m i l l i v o l t m e t e r . De gevoeligheid, die b e r e i k t kan worden, i s afhankelijk van de l i c h t s t e r k t e van de gloeilamp en van de groot-t e van de weersgroot-tanden in de schakeling van de fogroot-tocellen. Een ge-voeligheid van enkele honderdsten mm kwikdruk per m i l l i v o l t i s met deze o p s t e l l i n g bereikbaar.

U i t e i n d e l i j k bleek deze methode echter toch ongeschikt tenge-volge van een t e grote d r i f t van het nulpunt. Het i s namelijk n i e t mogelijk gebleken twee i d e n t i e k e f o t o c e l l e n t e vinden. De twee

fotocellen vertonen een drift, wanneer ze constant bestraald wor-den en deze drift blijkt voor iedere cel verschillend te zijn.

Er zijn twee typen seleenfotocellen gebruikt: model S 125 van Sangano Weston en het type 732 van Electrocell. Er is geëxperi-menteerd met verschillende weerstanden, liggende tussen 100 ohm en 100 000 ohm. De beste resultaten geven weerstanden van 2000 h. 3000 ohm. De millivoltmeter heeft een inwendige weerstand van 1000 ohm en wijst 17 mV aan bij volle uitslag.

De conclusie, die hieruit kan worden getrokken, is, dat de halogeendrukken niet eenvoudig met een grotere nauwkeurigheid dan 0,05 mm kwikdruk te meten zijn. Een methode om toch met bekende kleine drukken te werken is de methode van expansie over volumi-na, waarvan de verhouding bekend is. Deze methode is dan ook ge-bruikt. De verhouding van de volumina kan men onder meer meten door argon te laten expanderen over deze volumina en de druk voor en na de expansie te meten met een U-buis manometer. De halogeen-druk voor de expansie wordt gemeten met de U-buis met siliconolie. Door deze expansiemethode herhaalde malen toe te passen kan lede-re gewenste lage druk verklede-regen ./orden. Overigens is het niet van zo grote waarde om de halogeendruk nauwkeurig te meten, omdat na het dichtsmelten van de telbuis deze druk toch weer daalt door adsorptie en absorptie van het halogeen door het glas en door het metaal van de telbuis. Deze adsorptie en absorptie kunnen alleen door bijzondere maatregelen worden beperkt.

II.3. Het zuiveren van de halogenen.

De uit het magazijn van het laboratorium voor scheikunde te Delft verkregen halogenen zijn vóór het toelaten in de telbuis eerst gezuiverd.

Daartoe is het jodium vermengd met een weinig kaliumjodide om sporen broom of chloor weg te nemen en met ,een weinig phosphor-pentoxide om sporen water weg te nemen. Dit mengsel wordt onder voorvacuum bewaard in een buisje, dat met de telbuis in verbin-ding kan worden gebracht door de bolcapillair met een stalen ko-geltje stuk te stoten. Alvorens de verbinding tot stand te bren-gen wordt het buisje gekoeld in een bad van aceton en vast kool-zuur; bij de daarmee verkregen temperatuur V M I -78°C is de damp-druk van jodium kleiner dan 10"* mm kwik. Wordt daarna de bol-c^illair stuk gestoten, dan kunnen wij oventuele verontreinigin-gen - die vluchtiger zijn dan jodium - eerst wegpompen, waarbij ook de lucht het buisje met Jodium stond onder voorvacuum -wordt weggehaald. Om de telbuis nu te vullen -wordt de kraan naar de pomp gesloten en een gedeelte van de telbuis op een

tuur van -78°C gebracht. Wanneer dan het buisje met jodium op kamertemperatuur wordt gebracht, zal er wat jodium in de telbuis sublimeren. Onzuiverheden met een lage dampdruk zullen in het re-servoir achterblijven.

Het broom is vermengd met kaliumbromide om sporen chloor weg te nemen. Bij -78"^C is de dampspanning van broom 0,3 mm kwik. Bij deze temperatuur kunnen wij, na stuk stoten van de bolcapillair, weer vluchtige verontreinigingen wegpompen. Het broom wordt in de telbuis gebracht door een deel van de telbuis af te koelen met vloeibare lucht.

Chloor wordt nergens mee vermengd, maar het wordt vastgevro-ren met vloeibare lucht, waarna eventuele lucht wordt weggepompt. Bij deze temperatuur van -183°C is de aampdruk van chloor kleiner dan 10"*mm kwik.

Bij het vullen van de telbuis wordt een deel er van afgekoeld in vloeibare lucht en het chloorvat op een temperatuur van -78°C gebracht, waarna chloor door middel van een sluizensysteem in de telbuis wordt toegelaten. Na deze distillatie wordt de kraan naar de pomp nog even geopend om eventueel meegekomen lucht weg te pompen.

II.4. Het vullen van de telbuizen.

Aanvankelijk werden niet alle telbuizen goed ontgast. Het bleek echter, dat vrijkomende gassen in dichtgesmolten telbuizen sto-rend werken. Daarom zijn de latere telbuizen alle aan de pomp ge-durende minstens een uur in een oven tot 400°C verhit.

Bij telbuizen met jodium als bijmengsel worden na het ontgas-sen enige kristallen jodium in de telbuis gesublimeerd. Hiertoe wordt de pomp gesloten, de verbinding tussen telbuis en jodiumvat geopend en de telbuis afgekoeld in smeltend ijs of in vast kool-zuur, opgelost in aceton. Er slaat dan wat jodium in de telbuis neer.

Daarna wordt het edelgas toegelaten. De druk van het edelgas wordt pas gemeten, als naar schatting de vereiste hoeveelheid in de telbuis aanwezig is. Dan pas wordt het kraantje naar de kwik-manometer heel even geopend om vooral geen kwik in de telbuis te laten komen. Na enkele experimenten aan de pomp wordt de telbuis dichtgesmolten. De jodiuradruk is dan gelijk aan de verzadigde dampdruk bij kamertemperatuur.

Telbuizen met chloor of broom leveren meer moeilijkheden. Eerst wordt chüoor of broom tot een druk van ongeveer 10 mm kwik in de telbuis toegelaten. Deze druk wordt op een U-buismanometer met silicotfolie afgelezen, waarna het glas en het metaal van de

tel-buis gedurende een uur bij een temperatuur van ruim 100 C met broom of chloor verzadigd worden. Meestal blijft een telbuis daama nog de gehele nacht met een halogeenvulling staan om het verzadigingsproces te voltooien,

Bij de definitieve vulling wordt in de telbuis eerst een hoe-veelheid chloor of broom toegelaten, waarvan de druk met de U-buismanometer met siliconolie kan worden gemeten; daarna wordt, door successieve expansie over volumina, waarvan do verhouding bekend is, de druk op de gewenste waarde gebracht,

Wanneer er met twee edelgassen wordt gewerkt, wordt het edel-gas, waarvan slechts een geringe hoeveelheid als bijmengsel dient, na het halogeen toegelaten. Ten slotte wordt het hoofdgas toege-voegd. Bij het meten van de totale druk moet er weer voor gewaakt worden, dat er geen kwikdamp uit de manometer in de telbuis kan diffunderen.

Bij deze wijze van vullen bestaat altijd het gevaar, dat het laatst toegelaten gas de andere gassen opstuwt en er geen homo-geen mengsel in het gehele buizensysteem ontstaat. Na verloop van enige tijd wordt de homogeniteit door diffusie verbeterd. Het op-stuwen brengt echter toch een onzekere factor in de druk van het halogeen.

In dichtgesmolten buizen met chloor of broom zakt de halogeen-druk na het dichtsmelten vrijwel altijd met een tijdconstante van enige maanden. Experimenten, waarbij de halogeendruk een belang-rijke rol speelt, zijn dan ook steeds voor of onmiddellijk na het dichtsmelten uitgevoerd.

11,5. Het werken met verzadigde dampspanning.

Ten einde de halogeendruk in een telbuis nauwkeurig te leren kennen, wordt een overmaat halogeen in de telbuis gebracht en de telbuis afgekoeld of verwarmd. Wanneer er voldoende halogeen in de telbuis aanwezig is ontstaat er een evenwichtstoestand, waar-bij de druk van let halogeen - volgens het beginsel van Watt—de verzadigde dampdruk is, corresponderende met de koudste plaats van de telbuis.

Deze methode is zeer doeltreffend voor jodium. Jodium heeft bij kamertemperatuur een dampspanning, die voor een telbuis van de goede orde .an grootte is, namelijk 0,15 mm kwikdruk.

Het opvoeren van de druk gaat als volgt. In een oven wordt een bekerglas met water geplaatst, waar de telbuis gedeeltelijk in wordt gestoken. Er moet van te voren gezorgd worden, dat alle jo-diumkristallen in het gedeelte zitten, dat in het water wordt ge-dompeld. Daarna wordt de temperatuur van de oven geleidelijk

op-gevoerd, er zorg voor dragende, dat de temperatuur van de oven steeds een 20 k 30°C hoger i s dan die van het water. De tempera-tuur van het water en die van de lucht in de oven worden gemeten met een kwikthermometer of met een thermokoppel. Het b l i j k t , dat wanneer de temperatuur met n i e t meer dan 15°C per uur oploopü, er vrijwel steeds een evenwichtstoestand in de t e l b u i s bestaat en geen h i n d e r o p t r e e d t van een t e t r a a g verlopende d i f f u s i e . De druk in de t e l b u i s i s nu g e l i j k t e s t e l l e n aan de v e r z a d i g d e dampdruk, corresponderende met de temperatuur van het water.

Deze methode i s beter dan die, waarbij de t e l b u i s d i r e c t in de oven wordt verwarmd, omdat n i e t overal in de oven p r e c i e s dezelf-de temperatuur zal heersen en een fout van 1°C in dezelf-de temperatuur-meting een fout geeft van ca. 10% in de dampdruk.

Een lage jodiumdruk wordt op de volgende wijze verkregen. Een gedeelte van de t e l b u i s wordt in een bad van aceton en vast k o o l -zuur gestoken, waarvan de temperatuur -78°C bedraagt. Wanneer de Jodiumdruk overal in de t e l b u i s g e l i j k gehouden i s aan de damp-spanning b i j -78°C, zal de s t a r t s p a n n i n g - h i e r misschien b e t e r doorslagspanning t e noemen - n i e t meer veranderen. Laat men het bad van aceton en koolzuur in een bekerglas staan dan zal de

tem-p^^^HmHg)

100'c

Pig. I I . 5.1. De dampspanningskrommen voor chloor, broom en jodium. 29

peratuur langzaam van -78°C tot kamertemperatuur oplopen. De tem-peratuur van het bad wordt daarbij gemeten met een toluol thermo-meter of met een thermokoppel.

Om op dezelfde wijze met broom en chloor te experimenteren zou een kryostaat gebouwd moeten worden. De verzadigde dampspanning van 0,1 mm kwik ligt voor broom nl. bij -71°C en voor chloor M j -135°C.

Het werken met temperaturen, die veel van de kamertemperatuur verschillen is bezwaarlijk. Wanneer een deel van de telbuis veel kouder is dan de rest wordt het aantal edelgasatomen per volume-eenheid in het koude gedeelte groter dan in het overige deel. Deze dichtheidsverandering is ongewenst. De telbuis geheel in het, koude bad onderdompelen is niet mogelijk, omdat de electroden dan kortsluiting zouden maken; bovendien zou het glas om de metalen doorvoeren bij een te sterke afkoeling kunnen barsten.

II.6. De electronische apparatuur.

De electronische apparatuur oestaat vit vijf delen:

a. de versterker voor de verticale afbuiging van de oscilloscoop en de hoogspanningsschakeling voor Ce oscilloscoopbuis, b. de tijdbasis met triggerschakeling voor de oscilloscoop, c. het hoogspanningsapparaat voor de telbuisspanning, d. de versterker voor het tel apparaat,

e. het tel apparaat met de daarbij behorende tijdmeter.

Deze vijf delen zijn tezamen gemonteerd op een rek met een on-derstel op wielen. Het gehele rek behoeft slechts op de 220 volt netspanning aangesloten en geaard te worden. Binnen enkele minu-ten kan het rek bij iedere pompinstallatie worden opgesteld.

Omdat de electrische apparatuur uit algemeen bekende schake-lingen is opgebouwd, zal met een korte beschrijving worden vol-staan.

a. De versterker voor de verticale aftuiging van de oscilloscoop Is gebouwd overeenkomstig die van de Philips oscilloscoop, type GM 5653. Het enige verschil is, dat de versterkingsfactor in ne-gen stappen kan worden geregeld en niet continu. De pulshóogte is voor iedere versterking direct geijkt in volts per cm op het scherm. Deze ijking vond plaats met behulp van een toongenerator en van een buisvoltmeter. De oscilloscoopbuis is een buis type 5CP11. De hoogspanningsschakeling van deze buis is gebouwd vol-gens een schema g'^geven door Elmore en Sands (ES 1949).

6. De tijdbasis met triggerschakeling is eveneens volgens de prin-cipes van Elmore en Sands gebouwd. De binnenkomende pulsen worden

e e r s t g e d i f f e r e n t i e e r d , daarna door twee buizen EP 50 v e r s t e r k t en toegevoerd aan een u n i v i b r a t o r s c h a k e l i n g . De h i e r u i t komende blokspanning opent een pentode, die een condensator o p l a a d t . De zo verkregen zaagtandspanning wordt nog eenmaal v e r s t e r k t en dan naar de p l a t e n van de o s c i l l o s c o o p b u i s toegestuurd. Van de u n i -v i b r a t o r s c h a k e l i n g wordt nog een blokspanning afgehaald, die -via een kathodevolger naar het r o o s t e r van de o s c i l l o s c o o p b u i s ge-stuurd wordt om de i n t e n s i t e i t van de s t i p op het scherm t i j d e n s het lopen op te voeren. De snelheid van de t i j d b a s i s wordt in 10 stappen opgevoerd van 6m/s t o t 4.10* m/s. De s n e l h e i d van de t i j d b a s i s i s bepaald door i j k i n g met een toongenerator, waarvan de frequentie bekend i s . De t i j d e n , gemeten met de o s c i l l o s c o o p , zijn a l l e gebaseerd op deze i j k i n g .

c. Het hoogspanningsapparaat bevat n i e t s anders dan een eenvoudige g e l i j k r i c h t s c h a k e l i n g met a l s b e l a s t i n g 10 neon s t a b i l i s a t i e -buizen, type 150A1, in s e r i e . Door middel van een stapschakelaar kan de spanning na i e d e r e neonbuis afgenomen worden. Zo kan de spanning dus in t i e n stappen van O - 1620 V geregeld worden. Door een tweede stapschakelaar kan iedere stap van 162 V onderverdeeld worden in stappen van 18 V. Een derde s t a p s c h a k e l a a r v e r d e e l t deze 18 V in stappen van 2 V. Ten s l o t t e kan deze 2 V met een po-tentiometer continu worden onderverdeeld. Het gehele rijdende Ap-p a r a a t i s dusdanig gebouwd, dat de draad van de t e l b u i s normaal op +162 V s t a a t en de c y l i n d e r op een negatieve hoogspanning. d. Ook de versterker voor het telapparaat i s volgens conventione-l e opzet gebouwd. De puconventione-lsen van de draad van de t e conventione-l b u i s worden na een kathodevolger e e r s t g e d i f f e r e n t i e e r d met een r e g e l b a r e RC-t i j d . EvenRC-tuele p o s i RC-t i e v e pieken, die bij heRC-t d i f f e r e n RC-t i ë r e n onRC-t- ont-staan, worden door een k r i s t a l d i o d e weggesneden. Hierna worden deze g e d i f f e r e n t i e e r d e pulsen door twee buizen v e r s t e r k t en aan een r e g e l b a r e d i s c r i m i n a t o r toegevoerd. Daarna gaan ze naar het t e l a p p a r a a t .

e. Het telapparaat b e s t a a t u i t 4 decades, die ieder 4 buizen, type ECC 40, bevatten. Het scheidend vermogen van deze decades i s 40 microseconden, hetgeen voor g e i g e r t e l b u i z e n voldoende i s . Na de vierde decade i s een g e s p r e k k e n - t e l l e r aangebracht.

De t i j d wordt gemeten door de 50 perioden per seconde van het l i c h t n e t te t e l l e n met twee decades en met een gesprekken-teller. Voor nauwkeurige metingen kan een 50 Hz s i g n a a l van de P.T.T. worden g e b r u i k t .

De deoades kunnen a l l e zes met behulp van één drukknop op nul worden gezet. Het inschakelen van de tijdmeting en het t e l l e n van de pulsen geschiedt g e l i j k t i j d i g door één schakelaar om t e z e t -ten. Het geheel i s zo i n g e r i c h t , dat na 10, 100, 1000 of 10000

getelde pulsen - in te stellen met een stapschakelaar - de tijd-meting en het tellen van de pulsen automatisch en gelijktijdig worden stopgezet. Het is ook mogelijk door te blijven tellen, zonder dat de schakeling automatisch stopt.

im-10" pulstn tijd 10' 10' 10 -T-TL Stop-schaktUng pulstn In 50Hz ini

Pig. I I . 6.1. Blokschema van het telapparaat. GT is de gesprekken-t e l l e r , S is de schakelaar om de gesprekken-telling en de gesprekken-tijdmegesprekken-ting gelijk-t i j d i g aan gelijk-te zegelijk-tgelijk-ten.

I I . 7 . De c o n s t r u c t i e van Tie t e l b u i z e n .

De t e l b u i z e n z i j n op d r i e v e r s c h i l l e n d e manieren geconstru-eerd. De e e r s t e methode van c o n s t r u c t i e i s weergegeven in figuur I I . 7 . l a . Zij heeft het bezwaar, dat de v e l d v e r d e l i n g tussen de toevoerdraden soms gunstiger i s voor doorslag dan de veldverde-l i n g tussen de c y veldverde-l i n d e r en de draad. De tweede methode, figuur I I . 7 . 1 b , garandeert een doorslag tussen de cylinder en de draad. Bij de derde methode, figuur 11,7.1c, wordt de chroomijzeren ka-thode d i r e c t aan het glas gesmolten.

In sommige gevallen zijn de uiteinden van de draad afgeschermd door een glazen b u i s j e . Dit heeft vooral betekenis a l s men goede p l a t e a u ' s wil verkrijgen.

Voor de cylinder i s meestal gebruik gemaakt van nikkel of van chroomijzer, voor de draad van wolfram, nikkel of chroomijzer.

Eventueel kunnen de u i t s t e e k s e l s A in een koud bad gestoken worden, ten einde de halogeendruk t e verlagen.

Ï^J]

£

Cr F»

€

. 9l««

II.8, Afmetingen en gasdrukken van de gebruikte telbuizen. Van de in dit proefschrift vermelde telbuizen zijn in de hier-na volgende tabellen II.8.1, II.8.2 en II.8.3 gegevens gerang-schikt betreffende de straal a van de anode, de straal b van de kathode, de lengte l van de telruimte, de neondruk p^^, de argon-druk p ^ en de broomargon-druk Pg^. De gasargon-drukken zijn opgegeven, zoals zij waren op het moment van dichtsmelten. Met vele telbuizen zijn voor het dichtsmelten experimenten gedaan met verschillende gas-drukken.

Tabel II.8.1

Telbuizen met neon, argon en Jodium

Niimm ar* J I I J IV J V J VI J v i l l a 1 J V l I I b J J Xa \_ J Xb ƒ J Xla ^ J Xlb J XIc J Xld J XII , J XVa ^ J XVb J XVc J XVd J XVe J XVf J XVIa J XVIb J XVIc J XVId J XVIe J XVIf , > > J XVII J XVIIIa J XVIIIb J XXII PA PNe mm Hg 100 20 176 20 26 29 ^ 0,22^ , > - > J 50 50 1.1 _ -27 100 52 -110 a b l cm 0 , 0 2 5 0 , 0 6 0 , 0 0 5 0 , 0 2 5 0 . 0 6 0 , 0 6 0 . 0 2 5 0 , 0 2 5 0 , 0 1 0 , 0 1 0 , 0 1 0 , 0 2 5 0 . 0 0 5 0 , 0 0 3 5 0,0035 0 . 0 1 5 0.06 0 , 0 1 0,0075 0 , 0 0 7 5 0,0075 0 , 0 3 0 , 0 1 5 0 , 0 0 3 5 0 , 0 1 5 0 . 0 1 0 . 0 6 0 . 0 6 0.0075 1 0 , 4 1,25 0 , 7 5 0 , 4 0 , 4 1 1 0 , 4 0 , 4 1 1 0 , 5 0 , 4 0 , 2 0 , 2 0 , 4 0 , 8 0 , 8 0 . 4 0 , 2 0 , 4 0 , 4 0 , 8 0 , 8 1,25 0 , 4 0 , 4 0 , 7 5 20 8 12 20 8 1

5}

5 5 5 5 8 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 12 3 3 4x4 opmerkingen kwarts venster a ± b cyl. gaas cyl. gaas cyl. spiraal 4 cyl.

Tabel II. 8. 2

Telbuizen met neon, argon en broom Nummer Br XI Br XII Br XVII Br XVIII Br XX Br 184* Br 199* Br 201* Br 377* Br 536* Br 1961* PA P N . P B , mm Hg 110 110 var. 100 100 240 600 415 0.1 0,1 600 -— -— -100 100 -0,05 0,05 var. 0,2 0,2 0,24 0.6 0,41 0,025 0,025 0,6 a b Z cm 0,0075 0,01 0,005 0,005 0,005 0,05 0,05 0,05 0,05 0.05 0,05 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1.5 0,95 0,75 0,7 0,7 0,95 6 6 6 8 8 4,5 10 3 5 5 10 opmerkingen parel op draad parel op draad mica venster mica venster mica venster

De met een * gemerkte telbuizen werden mij welwillend in bruikleen ge-geven door Dr N. Warmoltz van de N. V. Philips' Gloeilampenfabrleken.

Tabel II.8.3

Telbuizen, niet behorend in tabellen II. 8.1 en II. 8.2. Nummer Cl I Cl II Xe JI Xe JII XeBr I KrBr I hoofdgas argon neon xenon xenon xenon krypton bijmengsel chloor chloor jodium jodium broom broom a b l cm 0,05 0.05 0,05 0,005 0,05 0,05 0,85 0,85 0,4 0.5 0.85 0.85 4 4 4 5 4 4

H o o f d s t u k I I I

ENKELE EIGENSCHAPPEN VAN EDELGASSEN EN VAN HALOGENEN

111.1. De ionlsatieënergieën en de metastabiele niveau's van de edelgassen.

Landolt-Börnstein (LB 1950) geven voor de ionisatieënergie V^ en voor de aanslagenergie van het laagste metastabiele niveau V

m

van de edelgassen de volgende waarden:

V, V i m helium 26.46 eV 21,0 eV neon 21,56 16,63 argon 15,76 11,55 krypton 14,0 9,91 xenon 12,127 8,31 Deze waarden z i j n voor het merendeel spectroscopisch bepaald en er i s geen reden om aan de nauwkeurigheid ervan t e twijfelen.

Voor een t e l b u i s , gevuld met een edelgas en een halogeen a l s bijmengsel, i s h e t nodig, dat de i o n i s a t i e ë n e r g i e van het h a l o -geen beneden de i o n i s a t i e ë n e r g i e van h e t edelgas l i g t ( z i e par. 1.3).

Wanneer bovendien de i o n i s a t i e ë n e r g i e van het halogeen k l e i n e r i s dan de aanslagenergie van het l a a g s t e metastabiele niveau van het edelgas, heeft de t e l b u i s een startspanning, die enkele hon-derden v o l t s lager l i g t , dan wanneer deze i o n i s a t i e ë n e r g i e groter i s ' d a n de aanslagenergie ( z i e par. I I I . 3 ) .

111.2. De i o n l s a t i e ë n e r g i e ë n van de halogenen, z o a l s vermeld In de l i t e r a t u u r .

Wij vinden in de l i t e r a t u u r een groot aantal waarden voor de i o n l s a t i e ë n e r g i e ë n van chloor, broom en jodium en wel voor:

CI2 8,2 eV Hughes en Dixon (HD 1917) (Ma 1924) Bra 10,0 Hughes en Dixon (HD 1917)

\ (Ma 1924) (BI 1936) 8,2 eV 13,2 10,0 11,3 12,8 13,0 Hughes en Dixon Mackay Hughes en Dixon Mohler Mackay Blewett 36

1

9,4 eV 8,5 10, IjHO, 5 10,5 10,0 9,4+0.2 9,6i0,5 9 ±1 12.96 12,90 11,80 11,76 8,0 8,0 10,44 Smyth en Compton Pound Mohler en Poote Mohler en Poote Mackay Pruth Hogness en Harkness Landolt-Börnstein Kies en De Bruin Landolt-Börnstein Kies en De Bruin Landolt-Börnstein Fruth Smyth en Compton Landolt-Börnstein (SC 1920) (Po 1920) (MP 1920) (MP 1923) (Ma 1924) (Pr 1928) (HH 1928) (LB 1950) (KB 1929) (LB 1950) (KB 1930) (LB 1950) (Pr 1928) (Sn 1920) (LB 1950) Zoals men ziet, is er een groot aantal uiteenlopende waarden voor de ionisatieënergie van de moleculen. Wanneer wij de ver-schillende publicaties nagaan blijkt wel, dat een aantal van deze waarden als onnauwkeurig, of als niet juist geïnterpreteerd, ter-zijde geschoven moet worden.

Het is echter niet mogelijk om bepaalde waarden als de meest betrouwbare aan te wijzen. De ionlsatieënergieën van de moleculen zijn alle bepaald met methoden, waarbij electronen door het gas gezonden worden met een bepaalde energie en waarbij de positieve of negatieve stroom op een verzamel-electrode gemeten wordt. De contactpotentialen van de electroden en het vrijmaken van elec-tronen uit de verzamel-electrode door foto-èffect vormen de com-plicaties, die bij deze methodes onder meer optreden. Voorts heb-ben we bij halogenen niet alleen te maken met electronen en met positieve ionen, maar bovendien nog met negatieve ionen. Deze

ne-gatieve ionen vormen een extra moeilijkheid, die bij andere gas-sen in het geheel niet, of in veel mindere mate, optreedt.

Voor het gasontladingsmechanisme van de telbuizen is het van groot belang of de ionisatieënergie van de halogeenmoleculen gro-ter of kleiner is dan de aanslagenergie van het metastabiele ni-veau van het edelgas. Daar dit uit de gegevens uit de literatuur niet geconcludeerd kan worden, heb ik dit voor enkele combinaties van gassen nagegaan (zie par. III. 3).

De met een ++ gemerkte ionlsatieënergieën van de atomen zijn uit spectroscopische gegevens afgeleid en dus waarschijnlijk wel betrouwbaar.

I I I . 3 . Begrenzing van de i o n l s a t i e ë n e r g i e ë n van de halogenen.

In 1927 deed Penning (Pe 1927) z i j n bekende metingen over de doorslagspanningen van edelgassen. Hij toonde met z i j n experimen-t e n aan, daexperimen-t een k l e i n bijmengsel van een vreemd gas soms een grote verlaging van de doorslagspanning geeft. Volgens z i j n theo-r i e kunnen b i j bepaalde bijmengsels de m e t a s t a b i e l aangeslagen edelgasatomen hun energie gebruiken om een molecule van het b i j mengsel t e i o n i s e r e n . De e n e r g i e , die gebruikt i s , om het e d e l -gasatoom in de metastabiele aangeslagen toestand t e brengen, gaat dan n i e t verloren, maar wordt ook voor de ionisatie gebruikt. Het zal d u i d e l i j k z i j n , dat s l e c h t s die bijmengsels een verlaging van de doorslagspanning geven, waarvan de i o n i s a t i e ë n e r g i e k l e i n e r i s dan de aanslagenergie van het m e t a s t a b i e l e niveau van het be-trokken edelgas. Penning heeft een t i e n t a l mengsels onderzocht en bevestiging van deze t h e o r i e gevonden,

Ik heb z i j n experimenten met argon en jodium herhaald en qua-l i t a t i e f dezequa-lfde r e s u qua-l t a t e n gevonden. Toen ik daardoor de zeker-heid had, dat de experimentele c o n d i t i e s goed waren, ben ik an-dere mengsels gaan onderzoeken. H i e r b i j werd een b u i s gebruikt; waarin vlakke i j z e r e n p l a t e n op een onderlinge afstand van 1 cm zijn g e p l a a t s t ( z i e fig. I I I . 3 . 1 ) . De doorslagspanning i s bepaald a l s functie van de halogeendruk bü een t o t a l e druk van 15 mm kwik.

22 em

Pig, I I I . 3.1. Model van de gebruikte buizen. De plaatjes zijn van ijzer. Plaatafstand 1 cm, diamater van de plaatjes 1,5 on. De buis A kan gebruikt worden om door afkoeling de halogeendruk te verla-gen.

De r e s u l t a t e n van de experimenten z i j n , dat de onderstaande combinaties van ca. 0,1% halogeen, toegevoegd aan het edelgas, bij een t o t a l e druk van 15 mm kwik, een v e r l a g i n g van de d o o r s l a g -spanning geven van meer dan honderd v o l t :

argon met broom, - '" (|<, yj^ i», ; argon met jodium,

krypton met Jodium.

Geen verlaging van de doorslagspanning geven de volgende com-b i n a t i e s :