GLÜCKAUF
Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift
Nr. 16 20. April 1940 76. Jahrg.
Erfahrungen beim Abbau im Schachtsicherheitspfeiler der Zeche P ro sp er 3.
Von Schachtsteiger L. S c h o l a n d , Bottrop.
Abb. 2. N achgie bige Schachtstützen.
Im Schacht 6 sind die P reß lu ftleitu n g vom T a g e mit 350 mm Dmr., die F rischw asserleitung mit 80 mm Dmr.
sow ie ein Lichtkabel und das Schachtsignalkabel verlegt.
In die Luftleitung w u rd e n 35 m ü b er Flöz G ustav ein Stand- ro h r und eine S topfbüchse eingebaut. U n te r der S to p f
büchse sind 3 k u rz e P a ß r o h r e von 300 mm Länge ein
geschaltet, die en tsp rech en d dem Sinken des S tan d ro h res un d dem Z u sam m enschieben der S topfbüchse a u sg e b a u t w erden. Die W ass e rle itu n g w u rd e von Zeit zu Zeit aus
e in a n d e rg e n o m m e n un d g e k ü r z t ; die Kabel löste man 40 m von den Befestigungen.
Mit dem Beginn des A b b au es se tz te sofort der e r w a rte t e D ru ck auf die Schachtsäule ein. Es w a r kein gle ic h
m ä ß ig es Setzen, so n d e r n ein ruckw eise erfolgendes, im mer h ö h e r hin a ufgreifendes N a c h b re c h e n des G e b irg e s in ein
zelnen Schichten, wie die a u ftreten d en Risse in der Schacht
m a u e r deutlich erk e n n e n ließen. Z u e rst bildete sich ein
S c h n itt
Abb. 1. U n te r s tü t z u n g d e r S c h a c h tm a u e r u n d des H angenden in Schacht 6 du rch g e m e in sa m e H o lz p fe ile r .
In den J a h r e n 1936/38 ist auf der Z eche P r o s p e r 3 das Flöz G ustav im Schachtsicherheitspfeiler a b g e b a u t w o rd en . Den Anlaß zu die ser M a ß n a h m e g a b e n die w id rig e n N e i
gungsverhältnisse im V e rsch ieb eb ah n h o f der T a g e sa n la g e n . Das um liegende G e lä n d e w a r im Laufe d e r Zeit d urch den Abbau sta rk a b g e s u n k e n , u nd die B ahnanlagen w iesen vom Schacht aus nach allen R ichtungen ein s ta rk e s Gefälle auf, das durch m e h rfa c h e s A nschütten des B ahngeländes b e hoben w e rd e n sollte. T ro tz d e m g e s ta lte te sich das Z u sammenstellen d e r Z ü g e im m er schw ieriger, so daß sich die Leitung d e r Zeche zu d e r o ben a n g e g e b e n e n M a ß nahme entschloß. Es sei hie r v o r w e g g e n o m m e n , daß der Abbau des Flözes G ustav, w en n auch nic ht zu einem vollen Erfolge, so d och zu einer w esentlichen E rleich teru n g der V erschiebearbeiten g e fü h r t hat. So b e t r u g die S e n k u n g der T a g e so b e rflä c h e bis zum 4. A u g u st 1939 am Beto nsockel des W e tte rs c h a c h te s g em essen 608 mm.
Die beiden Schächte der A nla ge P r o s p e r h a b e n eine Teufe von 650 m ; Schacht 7 mit 6,25 m D m r. die nt der F ö rd e r u n g , Schacht 6 mit 4,25 m D m r. d e r W e tte rf ü h ru n g .
Flöz G ustav liegt im Schacht 6 bei 535 m, im Schacht 7 bei 522 m Teufe. Die F lö zm äch tig k eit sch w an k t zw ischen 1,40 und 1,55 m. Am L iegenden b efindet sich ein w eicher Schie ferpacken von 40 — 60 cm, d a ru n te r Sandschiefer, das H a n g e n d e b e ste h t aus mittelfestem sandigem Schiefer.
Die V orarbeiten für den A b b a u begannen mit der H e r stellung eines Anschlages fü r die F ö r d e r u n g in Schacht 6.
D abei m u ß te n die Sch ach tm au er un d d e r Schachtausbau g eg en den zu erw a rte n d e n A b b a u d ru c k gesichert w erden.
2,10 m hohe und 2,50 m tiefe H olzpfeiler aus ta nnenen Stem peln sicherten gleichzeitig Schachtm auer und H an g en d es (Abb. 1).
Zur V e rm in d e ru n g des S to ß d ru c k e s blieb hinter diesen H olzpfeilern eine 1 m breite Rösche frei. A ußerdem w urd en 3,50 m vom Schacht noch 4 beso n d ers sta rk e Holzpfeiler gesetzt, je 2 östlich un d westlich des Anschlages. Die A b
m e ssu n g en b etra g e n 2,50x2,50 m, je de Lage b esteht aus 4 eichenen Stempeln, die Zw ischenräum e sind mit festem Sandstein ausgefüllt. Die Pfosten am Anschlag h a t man in U -E ise n -F ü h ru n g e n gelegt, in die sie sich beim Absinken d es Schachtes einschieben kön n en (Abb. 2). In die S p u r latten sind 2 m la nge Klapplatten mit Scharnier und Riegel e ingesetz t. Die K lapplatten w e rd e n nach Bedarf g ekürzt.
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2 18 G l ü c k a u f Nr. l ö 5 cm breite r Riß 4 m im H angenden, dann entstanden Risse
bei 8 m, 14 m, 19 m und 26 m. Die Breite d e r Risse w u rd e mit z unehm ender H ö h e immer geringer, un d ob erh alb der angegebenen M eterzahl zeigten nur die au ftreten d en Z u g s pannungen an den Spurlatten und das V erschieben dei Jochhölzer, wie sich die G e b irg s b e w e g u n g fortsetzte. Die Schachtm auer bis 8 m ü b e r Flöz G ustav w u r d e durch den im mer st ä rk e r w erd en d en D ruck la ngsam zerrissen. Die Jo chhölzer begannen zu schieben u nd zu brechen. D er von den Spurlatten gehaltene Schachtausbau konnte dem A bsinken der Schachtm auer nicht folgen, die Jochhölzer w urden aus den M auerschuhen gerissen, die Spurlatten lösten sich an den V erbin dungen. Diese Schäden m u ß te man möglichst rasch beseitigen un d dem A uftreten neuer Schäden Vorbeugen. Die Spurlatten w u rd e n von 5 zu 5 m durchgeschnitten un d mit Laschen nachgiebig v erb u n d en (Abb. 3). Als das A breißen der S p u rlatten stö ß e aufhörte , baute man neue Jochhölzer ein und verkeilte sie in a u s
gesparten Nischen der Schachtm auer (Abb. 4).
Abb. 3. V erbindungslasche f ü r die S purlatten.
Abb. 4. Ein bau der Jo chhölzer in M auernischen.
G ru n d r iß
Bei neuen V e rsch ieb u n g en w u r d e n diese eingebauten H ö lzer einfach g e lö s t un d nach E inrichten mit Holzkeilen befestigt. Die Risse un d B esch äd ig u n g en d e r Schachtmauer besserte man aus. Die L uftleitung s c h o b die eingebaute Sto pfbüchse zu sam m en , die sich nach A u sb a u e n eines der eingeschalteten 300 m m la ngen P a ß s t ü c k e w ie d e r in ihre ursp rü n g lich e L age b rin g e n ließ. O b w o h l die Instand
setzungen n u r in d e r N achtschicht u n d s o n n ta g s ausgeführt w erd en k o n n te n , weil F ö r d e r u n g auf 2 Schic hten stattfand, gelang es, den Schacht in allen T eilen voll betriebsfähig zu erhalten.
S c h n itt
Abb. 5. Sic herung des Schachtes 7.
Abb. 6. H o lzein lag e in d e r Schachtmauer.
D er A b b a u des Flö zes b e g a n n am Schacht 6 und er
streck te sich z unächst bis zur H älfte d e r Entfernung zwischen den beiden Schächten. E rst n ac h d e m die nächste U m g e b u n g von Schacht 6 in V ersatz stand, begann der A bbau auch am Schacht 7. H ie r w a r kein Anschlag vor
g eseh en ; es sollte n u r eine W e t te r s tr e c k e im Versatz aus
g e s p a r t w erd en . Die S iche rung d e r S c h a c h tm a u e r erfolgte da h e r nach an d e re n G esic h tsp u n k te n . Während bei Schacht 6 die Sch ach tm au er u n d d e r A nschlag gleich
zeitig gesichert w e r d e n m u ß te n , k o n n te n sich die Siche
rungen bei Schacht 7 auf die eigentliche Schachtmauer besch rän k en (A bb. 5). In die M a u e r w u r d e n 4 Holzpolster eingelegt, eines im Streichen des Flö zes, eines 6 m im Liegenden un d je eines 5 m bzw. 10 m im Hangenden. Die Stärke der H o lzlag e im Flö z b e t r u g 0,90 m, die anderen w a re n 0,55 m dick. Die H o lz p o ls te r w u r d e n aus 0,50 langen ta nnenen K anthölzern ( 7 0 x 9 0 m m ) mit Zwischenlagen aus 2,5 cm s t a r k e n Brettern h ergestellt. Die schachtbrettartige A n o rd n u n g (Abb. 6) erm ö g lich t bei a u ftre te n d e m Druck ein Ausweichen der einzelnen H ö lz e r in die Zwischenräume der d a ru n te r befindlichen Lage u n d sichert d e m Ganzen eine se h r g r o ß e N ach g ieb ig k eit. Recht u n a n g e n e h m bemerkbar machten sich bei die sen A rb eiten zw ei Störungen, die das Flöz g e r a d e im Schacht schneiden. D er H olzring im Flöz m ußte in m e h re re A bsätze z erleg t w e r d e n ; der Höhen
unterschied d e r einzelnen A b sätze b e t r u g in sgesam t 2,80 m.
Im A bstand von 1 m von d e r S c h a c h tm a u e r w u rd e dann eine Doppelreihe H o lzpfeiler g e se tz t un d d e r Zwischenraum als Rösche freigelassen.
Im Schacht 7 sind die S teig leitu n g von 250 mm Dmr., eine P re ß lu ftle itu n g von 250 mm , die Abflußleitung für T rä u fe lw a s s e r von 130 mm, 2 H o ch sp an n u n g sk ab el für 5000 V S p annung, 2 S ch ach tsig n alk ab el, 2 Licht- und 2 T ele f o n k a b e l verlegt. S te igleitung un d Luftleitung sind ebenso wie die L uftleitung im Schacht 6 gesichert; 35 m über dem Flöz befand sich ein S ta n d r o h r mit Stopfbüchse und 3 k u rz e n P a ß r o h r e n von 300 m m Länge. Die Abfluß
leitung w u r d e u n te rb ro c h e n u nd d u rc h zw ei ineinander
geschachtelte R ohre von 150 und 130 m m nachgiebig ge
staltet. Die Kabel sind auch hie r 40 m aus den Befestigungen gelöst und h ä n g e n frei am Schachtstoß.
Bei Beginn des A b b a u e s zeigten sich im Schacht 7 ähnliche Schäden wie im Schacht 6. D as Absinken des G ebirges in einzeln en Schic hte n un d das d ad u rc h bedingte A breiß en der M au er setzten so fo rt ein. Die in Schacht 6 gem achten E rfa h r u n g e n ließen sich jetzt bei d e r Sicherung des S ch ach tau sb au es au sn u tzen . Die S p u rla tte n wurden an 6 Stellen d u rc h g e s c h n itte n un d mit L aschen nachgiebig ver
bunden. Am Flöz G ustav, also an d e r Stelle, w o sich der D ruck am stä rk s t e n a u s w ir k e n m u ß te , n a h m man an jeder Seite ein Jo ch h o lz herau s , u n te r b r a c h die Spurlatten und verb an d sie w ie d e r mit 1,50 m la ngen L aschen aus U-Eisen,
20. A pr il 19 40 G l ü c k a u f 219 so daß w ohl ein Z u sa m m e n sc h ie b e n d e r L a ttenstöße, a b e r
kein A bknicken erfolg en konnte. Die S purlatten w u rd e n hier nach Bedarf g e k ü rz t , die U -Eisen s p ä te r durch k ü rz e r e
Die Einstriche w u rd e n durch s t a r k e Eisenw inkel mit den J o c h h ö lz e rn v e rb u n d e n u nd diese bis 18 m ob erh alb des Flözes durch 4,80 m lange Schachthölzer (21x23,5 cm ), die man im F ahr- un d R o hrschacht hinter die Jo c h h ö lz e r legte, fest u n te re in a n d e r v e rb u n d e n u n d dann von den M a u e r schuhen ge lö st (Abb. 7). Die s ta rk e n S chachthölzer, die un te rein an d er g u t v ers c h ra u b t u nd oben un d u nte n mit dem festen A usbau v e rb u n d e n sind, v e rh in d e rn das A usw eichen der gelösten Joche u nd som it d e r S purlatten beim D u r c h gang der F ö r d e r k ö r b e .
Mit dem Ein setz en des A b b a u d ru c k e s m a ch ten sich die beiden S tö ru n g en u n a n g e n e h m b e m e rk b a r. Das k u r z klüftige S tö r u n g s g e b ir g e ü b te einen s ta rk e n D ru ck auf den südlichen und w estlichen S chachtstoß o b e rh a lb des Flözes aus, w ä h r e n d das G e b irg e im L iegenden auf d e r Kluft abrutschte. Im H a n g e n d e n des Flö zes w u r d e die S c h a c h t
mauer förmlich ze rrie b e n un d s c h o b sich in den Schacht herein, so d aß die F ö r d e r k ö r b e fas t die M a u e r streiften und Luft- und S teigleitung s ta rk g e f ä h r d e t w aren . Die J o c h hölzer m u ß ten m e h rfach g e k ü r z t w erd e n . Die S c h a c h t
mauer w u rd e e rn e u e r t u n d zu rü c k g e s e tz t. Im L iegenden riß die M auer an d e r Kluft ab u n d sc h o b sich bis 20 cm herein. H ier m u ß ten eb en falls die Jo ch h ö lzer in d e r oben beschriebenen W eise durch h in te rg e le g te S ch ach th ö lzer g e sichert w erden. Die o b e rh a lb des Flö zes a n g e b ra c h t e n Sicherungen w u rd e n nach u n te n v e rl ä n g e rt u n d an der Druckstelle im Flöz mit U - E is e n f ü h ru n g e n n ach g ieb ig gestaltet. Die A b riß s tellen v e rm a u e rte m an neu.
Im D ezem ber 1937 w a r das H o lz p o l s te r im Flöz voll
ständig z u s am m en g ep reß t, w ä h r e n d die o b e rh a lb und unte rhalb des Flözes a n g e b ra c h t e n P o ls te r keinen D ru ck zeigten. Zunächst b e s c h r ä n k te man sich darauf, die H o l z pfeiler und gle ic hzeitig T eile d e r S c h a c h tm a u e r zu e r neuern. Im A u g u st 1938 ha tte sich das G e b irg e sow eit gesetzt, daß mit d e r E r n e u e r u n g d e r S c h a c h tm a u e r u nd der W ie d e rh e rste llu n g des S c h a c h ta u sb a u e s b eg o n n e n w erden konnte. 5 m im L iegenden des Flözes beg in n en d errichtete man bis 5 m o b e rh a l b von Flöz G u s ta v eine neue
S chachtm auer, w obei man die alten H olz pfeile r entfernte und dafür 2 H olzlagen aus K anth ölzern (10 cm s ta rk ) mit einmauerte. F ü r die V erlag eru n g d e r Jo ch h ö lzer w u rd e n Nischen in der M au er ausgespart, die Joche du rch a n gelaschte Stücke nach beiden Seiten verlän g ert und in den Nischen verkeilt. F e rn e r baute man neue Spurlatten mit einer nachgiebig en V erb in d u n g am Flöz ein. Dann w u rd e n die Spurlatten ober- u nd u n te rh alb neu gerichtet, die Jo c h hölz er, sow eit sie sich aus den S chachtschuhen gelöst hatten, durch angelaschte Stücke verlän g ert u n d in a u s
gespitzten M auernischen verkeilt. D am it w aren die dringendsten A u sbesserungen beendet. Es zeigten sich a b er auch weiterhin, besonders oberhalb des a b g e b a u te n Flözes, Spannungen an M auer u nd Ausbau, und im m er noch müssen Jo ch h ö lzer gelüfte t und gan ze Mauerteile ern eu ert w erden.
Im Schacht 6 w ird zur Zeit ebenfalls die S c h ach tm au eru n g ober- und unterhalb von Flöz G ustav ersetzt.
Mit dem H inaufgreifen des A b b a u d ru c k e s in die h ö h e r gelegenen G ebirgsschic hten k a m e n auch die Füllörter der zweiten u nd erste n Sohle in Bewegung. A uf d e r zweiten Sohle m ußten am Schacht 6 Teile des F ü llo rtg ew ö lb es e r n e u e rt werden. Die Füllörter d e r erste n Sohle w u rd e n zum g ro ß e n Teil in Versatz gebracht. A ußerdem tr a te n bis 200 m oberhalb des a b g e b a u te n Flözes in den Schächten D ruckerscheinungen an der M auerung, v e rb u n d e n mit V er
sc hiebungen des Ausbaues un d der Spurlatten ein. Diese Schäden ließen sich durch E rn e u e ru n g der beschädigten M auerteile un d Ausrichten der Spurlatten beheben. Die o b eren 80 m sind in beiden Schächten mit T ü b b in g e n aus
gebaut. H ier zeigten sich m ehrfach U ndic htig keite n an den F ugen zwischen den einzelnen S egm enten, die man mit Blei
streifen verstem m te und dichtete. Die Luft- u nd Steigele itung schoben sich, wie vorgesehen, an den eingebauten S to p f
büchsen zusammen. Die Stopfbüchsen w u rd e n dann nach dem Ausbauen eines der vorsorglich ein g eb au ten 300 mm langen P aß stü ck e w ieder auseinandergezogen. S päter traten, besonders im Schacht 6, in der Luftleitung Z u g sp a n n u n g e n auf, die mehrfach zu leichten B eschädigungen der D e h n u n g sro h re führten. An den Kabeln sind S törungen nicht vorgekom m en.
Folgende Senkungen w u rd e n an dem a b g e b a u te n Flöz G ustav in den Schächten 6 und 7 festg estellt:
S c h a c h t 6 Senkung S c h a c h t 7 S e nkung
Datum mm Datu m mm
1936 1937
15. 9. 20 23. 3. 30
25. 9. 62 5. 4. 48
5. 10. 140 27. 4. 100
12.10. 165 9. 5. 125
19. 10. 181 1. 6. 135
27. 10. 225 1. 7. 165
2. 11. 288 15. 7. 187
10. 11. 346 1. 8. 210
23. 11. 420 17. 8. 255
2. 12. 455 24. 8. 315
14.12. 485 10. 9. 343
29. 12. 515 20. 9. 385
1. 10. 432
1937 1. 11. 510
13. 1. 537 1. 12. 552
20. 2. 580 15. 12. 592
1. 3.
5. 4.
610
640 1938
27. 4. 653 2. 1. 627
19. 5. 678 15.1. 651
20. 7. 690 10.2. 675
14. 9. 705 7. 3. 691
3.11. 750 19.3. 705
19. 12. 790 22.3. 719
30. 4. 728
1938
805 15. 5. 740
10. 2. 1.6. 771
6. 4. 895 1.7. 829
1.5. 925 1.8. 865
1.6. 929
1.7. 935
1.8. 940
2 2 0 G l ü c k a u f in r. 10
Ü bertage ist die R asen h än g eb an k vom Beginn des Abbaues des Schachtsicherheitspfeilers bis zum 1. Mai 1938 um 32 cm gesunken.
Besonderes G ew icht w u rd e auf einen sich gan z gle ic h
m äßig vom Schacht aus nach allen Richtungen b ew egenden Abbau gelegt, da schon ein geringes Voreilen des Verhiebs in einer Richtung leichte Knickungen der Schachtsäule v e r
ursachte. D urch den gle ichm äßig en A bbau des Flözes an den beiden Schächten nach N orden und Süden, O sten und W esten w urden die gefährlichen K nickungen verm ieden und die In sta ndsetzungen ko n n te n in der zur V erfü g u n g stehenden Zeit bew ältig t w erden.
Im allg em ein en ist noch zu e rw ä h n e n , daß sich die zum Auffangen des A b b a u d r u c k e s g etro ffe n e n M aßnahm en be
w ä h rt h aben, d. h. g r o ß e und tiefe H olzpfeiler für die Anschläge sow ie sc h a c h b r e tt a rti g a n g e o rd n e te Holzein
lagen in der S ch ach tm au er, w o kein A nschlag vorgesehen w ar. Die im Schacht 7 im H a n g e n d e n u n d im Liegenden des Flözes v o r g e s e h e n e n H o lzein lag en w u rd e n durch den Druck nicht b e r ü h r t ; die H o lzein lag e im Flözstreichen nahm den g a n z e n D ru c k auf, s o d aß sich die erstgenannten H olzp ack u n g en eigentlich e rü b r ig t hätten.
F ö rd e r s tö r u n g e n sind in b eiden Schächten trotz einer T a g e s f ö r d e r u n g von durc hschnittlich 5500 t Kohlen im Schacht 7 nicht v o rg e k o m m e n .
G rundlagen und Aussichten der A to m z e rtrü m m e ru n g 1.
Von cand. phys. H. R. A s b a c h , Bochum -Hordel.
Die nachstehenden A u sführungen sind am 22. J a n u a r 1940 im Fachausschuß f ü r chemische V e re d lu n g des Bergbau-Vereins in Essen v o rg e tra g e n w orden. Die behan
delten G edankengänge zur V erw e r tu n g d e r A to m energie sind bislang rein th eoretischer A rt u n d vielleicht noch als utopisch anzusehen. Gleichwohl e n tb e h rt das am Schlüsse mitgeteilte G edankenexperim ent von F l ü g g e nicht d e r exakten versuchsm äßigen G ru n d la g e , so daß eine Beschäf
tig u n g mit diesem Stoff als lohnend erscheint, zum al eine U to pie von heute zur W irklichkeit von m orgen w e rd e n kann.
Nach den Lehren der C hem ie und P h y sik bestehen die Stoffe aus kleinsten Teilchen, den Atomen, die nach den früheren A nschauungen als nicht w e ite r teilbar a n g e n o m men w urden. Die M aterie stellte som it ein Kontinuum dar. Diese Vorstellungen vom einheitlichen A ufbau der Materie grü n d eten sich auf den E rkenntnissen, die man an w ägbaren M engen der Elem ente g ew o n n en ha tte und ein
fach auf die Atome ü bertrug. Man stellte sich beispiels
weise das Gold- o d er Silberatom als eine kleine Kugel vor, die jeweils mit Gold- o d e r Silberm aterie angefüllt w ar.
H ier setzen nun die Ü berlegungen des Londoner Arztes P r o u t ein, d e r annahm, daß sich alle Elem ente aus W ass erstoffatom en zu sam m ensetzen un d die Atome der verschiedenen E lem ente sich nicht qualitativ, s o n d e r n nur durch die Zahl und die A n o rd n u n g d e r in ihnen v o r
handenen W asserstoffatom e unte rscheiden. Die n o tw endige Voraussetzung fü r die Richtigkeit die ser H y p o th e s e w ar aber, daß die A to m gew ichte der E lem ente ganzzahlige Vielfache des W asserstoffatom gew ichtes sind. W o diese V oraussetzung nicht bestand, d. h. w o A b w eichungen von der G anzzahligkeit auftraten, gla u b te P r o u t sie auf M e ß fehler zurückführen zu können. Seine im J a h r e 1815 auf
gestellte H y p o th ese geriet völlig in V ergessenheit, zumal sorgfältige U n tersuchungen ergaben, daß n u r bei einer beschränkten Zahl von E lem enten die g e fo r d e rte G a n z zahligkeit v o rhanden w ar, w ä h re n d die meisten Elem ente gebrochene A to m gew ichte aufweisen. E rst h u n d e r t Jahre später konnte die geniale Idee dieses M annes g e w ü rd ig t und ihre Richtigkeit stre n g bew iesen w erden.
Im Laufe der Zeit g elan g te man im m er m e h r zu der Erkenntnis, daß die A to m e nicht die einfachen G ebilde d a r stellen können, fü r die man sie bisher ansah, so n d ern daß es sich um verw ic kelte re K örper handeln m uß, die nicht einheitlich, sondern aus Teilen h ö h e re r Art z u s a m m e n gesetzt sind. E rst die E n td e c k u n g und g e n a u e re U n t e r suchung der radioaktiven V o rg än g e un d die Kenntnis vom W esen der K athodenstrahlen ließen das bislang n u r V er
mutete zur G ew ißheit w erden. Vor allem die U n te r suchungen L e n a r d s an K athodenstrahlen fü h rten auf den richtigen W eg. Lenard fand, daß sch n ellb ew eg te E lek tronen Metallfolien, die frü h er als u ndurchdringlich galten,
1 Benutztes Schrifttum: O r i m s e h l : Le hrb uch d e r Physik , Ausgabe 1936; J. E g g e r t : Lehrbuch der physikalischen C hem ie; H. F r a n z Z. VDI 81 (1937) S. 581; L. M e i t n e r , Z. VDI 75 (1931) S. 977;
S. F l ü g g e , Die chemische Industrie (1939) S. 240; S t ä g e r : Deutsche Bergw erks-Zeitung vom 7. Juli 1939.
ohne w eiteres d u rch s etzen k o n n te n . Diese Versuche er
gaben, daß auch die d ic htesten Stoffe im Vergleich zur G rö ß e der sie d u r c h d r in g e n d e n E le k tro n e n ein weit
maschiges G efü g e darstellen. In die sem G efüge bean
s p ru c h t w o h l je des A tom einen fü r seinesgleichen un
durchdringlichen Raum , jedoch dem E le k tro n gegenüber erw eisen sich alle A to m a rte n als s e h r durchlässige Gebilde, a u fg eb au t aus feinen B estandteilen mit w eiten Zwischen
räum en. D a ß diese Besta ndte ile w esensgleich sein müßten, legten die U n te rs u c h u n g e n L enards nahe, der fand, daß b estim m te G e s e tz m ä ß ig k e ite n für den Durchgang von E lek tro n en durch M aterie b este h e n . N ich t alle Elektronen g e h e n u n g e h i n d e rt durch die ihnen in den W eg gestellte Metallfolie, so n d ern ein Teil von ihnen wird in d er Folie absorbiert. Es stellte sich nun heraus, daß die G r ö ß e der A b sorption bei gleichem Folienmaterial eine Funktion der M asse ist. Alles w a s gleich schwer ist, ab so rb iert auch gleich sta rk , w a s s c h w e r e r ist, absorbiert mehr, w as leichter, w en ig er, im m er im Verhältnis der vor
g elegten M asse. Lenard zo g aus d ie sem experimentellen Befund den genialen Schluß, d a ß sich die Atome der ver
schiedenen E lem ente nicht qualitativ, s o n d e r n nur quanti
tativ v o neinander un te rsch eid en . Sie m üssen also alle aus ein und d em selb en Stoff b estehen, den sie ihrer Unter
schiedlichkeit h a lb e r n a tu r g e m ä ß in verschiedenen Mengen enthalten. D iese E n td e c k u n g fiel in das J a h r 1903 und w ar im G ru n d e g e n o m m e n ein Bew eis für die Richtigkeit d er P ro u tsc h e n H y p o th e s e . 1923 endlich k o n n te auch das letzte Beweisglied durch die F e stste llu n g von A s to n , daß die Massen der einzelnen A to m e g a n z z a h lig e Vielfache der W ass ersto ffm asse sind, g eliefert w e rd e n . Die Messungen im A sto nschen M a s s e n s p e k t r o g r a p h e n e rg ab en , daß es sich bei der M e h r z a h l d e r E lem ente um eine Mischung von chem isch gleichen A to m e n v e rs c h ie d e n e r Masse (Isotope) handelt.
U n te rs u c h u n g e n an K a th o d e n s tra h le n zeigten weiter, daß die E le k tro n e n bei ihrem D u r c h g a n g durch die Atome aus ih rer u rsp rü n g lic h e n g erad lin ig en Bahn ab
gelenkt w erden. F ü r diese A b le n k u n g können nur m agnetische o d er e lek trisch e Kräfte die U rsach e sein. Es muß som it z w an g släu fig auf das V o rh an d en sein von elek
trischen K räften im A to m in n ern g esch lo ssen werden, die jedoch nach dem A u sm aß der b e o b a c h t e te n Ablenkungen G r ö ß e n o r d n u n g e n aufw eisen, w ie m a n sie mit den Hilfs
mitteln d e r T e c h n ik b isher nicht h erzustellen vermag.
D e r r a d i o a k t i v e Z e r f a l l .
Im J a h r e 1896 m a ch te B e q u e r e l die Entdeckung, daß U ra n p rä p a ra te e igentüm lic he S trah len aussenden. Nähere U n te rs u c h u n g e n die ser S trah len zeigten, d aß sie die Eigen
schaft besitzen, beispie lsw eise p h o to g r a p h is c h e Platten zu schw ärzen, flu o reszieren d e S u b sta n z e n zum Leuchten zu v eranlassen und w e ite rh in die von ihnen durchsetzte Luft zu ionisieren. B rin gt man ein g e la d e n e s E le k tro sk o p in die Nähe eines solchen P r ä p a r a te s , so w i r d es entladen, d.h.
die im g e lad en en Z u s ta n d e g e sp r e iz te n Blättchen fallen
20. A pr il 19 4 0 G l ü c k a u f 221
zusammen. Die G esch w in d ig k eit, mit d e r diese E n tlad u n g von statten geht, b ildet einen M a ß s ta b für die S tärk e der vom P r ä p a r a t au sg e s a n d te n S tr a h lu n g . G anz ü b e rra sc h e n d ist das V erhalten die ser S tr a h lu n g im h o m o g e n e n e l e k trischen Feld. Abb. 1 zeigt, d a ß ein Teil d e r au sg e s a n d te n Strahlung s t a r k nach rechts, ein a n d e re r Teil schw ach nach links a b g e le n k t w ird, w ä h r e n d ein d ri tt e r Teil das ele k trische Feld o hne R ic h tu n g s ä n d e ru n g durchläuft. Dieses Verhalten d e u t e t d arau f hin, daß die vom radioaktiven Präparat a u s g e h e n d e S tra h lu n g nic ht einheitlich sein kann, sondern sich aus drei vers c h ie d e n e n S tr a h lu n g sa rte n z u sam mensetzen m uß. M an g a b nun die sen T eilstrah lu n g en , in E rm a n g e lu n g ein g e h e n d e r Kenntnis ihrer Z u s a m m e n setzung, die N a m e n a-, ß- un d y-S trahlung. N ä h e re U n t e r suchungen die ser T e ils tr a h lu n g e n zeigten, daß es sich bei den a-Strahlen um eine aus positiv g e ladenen Teilchen bestehende K o r p u s k u la rs tra h lu n g handelt. Aus d e r G rö ß e ihrer A b len k u n g im elektrischen Feld k o n n te man die Masse der T eilch en zu 4 A to m g e w ich tsein h eiten u n d ihre Ladung zu + 2 E le m e n ta r q u a n te n ermitteln. Da das b e kannte E lem ent H elium gleichfalls das A to m g e w ich t 4 und eine positive L a d u n g von 2 E le m e n ta r q u a n te n besitzt, lag somit die V e rm u tu n g nahe, d aß die K orpuskeln der a-Strahlung mit positiv g e lad en en H e liu m a to m e n identisch waren. Eine B estä tig u n g die ser V e rm u tu n g w u r d e dadurch erhalten, daß man in einem Raum , in den man a-Strahlen eintreten ließ, nach einig er Zeit die A n w esen h eit von Helium s p e k tro s k o p is c h nachw eisen konnte. Analoge U nters u ch u n g en an ß-Strahlen e rg ab en , d aß es sich auch bei dieser S tr a h lu n g s a rt um eine reine K o rp u s k u l a r
stra h lu n g handelt. M es su n g en d e r M asse u n d L a d u n g d e r in den ß-Strahlen fliegenden Teilchen lieferten das Ergebnis, d aß diese K orpuskeln eine Masse von rd. 1/2000 de r Masse eines W a ss e rsto ffa to m s un d eine L a d u n g von
1,59 ■ 1 0 - 19 C o u lo m b aufw eisen. G e n a u die gleiche Masse u n d L a d u n g w a r f ü r das E le k tro n f e s tg e s te llt w orden.
D em nach hat man in der ß-S trahlung des radioaktiven Zerfalls eine reine E le k tro n e n stra h lu n g vor sich. Bei den w e d e r vom elektrischen noch vom m a gnetischen Feld b e einflußbaren y-Strahlen erg a b e n ähnliche U n ters u ch u n g en , d aß es sich um eine W e lle n stra h lu n g e l ek tro m ag n etisch er N a tu r handelt, die sich von den R ö n tg en strah leu nur durch ihre k ü rz e r e W ellenlänge unte rscheidet.
den h eru m in g ro ß e n A bständen negative E le k tro n e n auf verschiedenen Bahnen kreisen, deren Zahl u nd E n tfern u n g vom Kern nach b estim m ten G ese tz m ä ß ig k e ite n festgelegt sind. U m eine bildhafte V orstellung von diesem A to m modell zu erhalten, stellt man sich das Atom als Kugel mit einem Radius der G rö ß e n o r d n u n g 10- 8 cm un d einem K ern radius von 10- 15 cm vor. D er A to m k e rn ist positiv geladen, w o b ei die G r ö ß e d e r K ernladung für jedes E le m ent kennzeichnend u nd verschieden ist. Aus d e r A b
le nkung, die a-Strahlen erleiden, w en n sie in die N ähe eines A to m k e rn s gelangen, ist m an in der Lage, die G rö ß e der K ernladung zu bestim m en (Abb. 2). Einen zweiten
Abb. 1. U r a n - P r ä p a r a t.
D a s A t o m m o d e l l n a c h R u t h e r f o r d u n d B o h r . Die bei d e r G a s e n tl a d u n g g e s a m m e lte n Kenntn isse legten im mer m e h r die A n n a h m e nahe, d a ß die E lek trizität am A ufbau d e r M aterie atom istisch beteiligt sein m üßte.
R uth erford und Bohr stellte n auf d en E rg e b n isse n der Lenardschen A rbeiten fu ß e n d , ers tm alig eine b ra u c h b a r e , mit m a th em atisch en H ilfsm itteln zu e rf a sse n d e A to m theorie auf. N ach Ansicht die ser F o rs c h e r b e s t e h t das Atom eines je den E lem entes aus einem w in zig kle in en Kern, um
Abb. 2. A blenkung von a-T eilchen d urch einen Atomkern.
W e g zur B estim m ung der K ern lad u n g bieten röntgen- sp e k tro g ra p h isc h e U n ters u ch u n g en . M acht man beispiels
w eise irgend ein E lem ent zur A n tik a th o d e einer R ö n tg e n rö hre, so erhält man bei E rreich u n g d e r A n re g u n g s
s p a n n u n g eine für das A n tik a th o d en m aterial k ennzeich
nende Eigenstrahlung. A usm essung von W ellenlänge und Frequenz der e n tstehenden E ig en s trah lu n g durch Beugung an natürlichen Kristallen e rg eb en einen im sogenannten Moseleyschen G esetz n iedergelegten Z usam m enhang.
D ieser lautet:
Vv = a • Z.
H ierin b ed eu ten : v die Freq u en z d e r f ü r das A ntika
th o d e n m a te ria l ch arakteristischen Eig enstrahlung, Z die K ernladung d e r A tom e des A ntika thodenm aterials u n d a eine Konstante. Auf G ru n d dieses Z u sa m m e n h a n g s kann man aus den gem essenen F requenzen die K ernladungen berechnen. Die auf beiden W eg en gew o n n en en E r k e n n t nisse ergaben fo lg en d es: O r d n e t man die Elem ente nach der G rö ß e ih rer A tom gew ichte, wie es im periodischen System geschieht, so nim m t die positive Ladung in E lem en ta rq u a n te n gem essen für jedes Elem ent um eine Einheit zu.
Beziffert man die Elem ente fo rtlaufend, entsprechend der Reihenfolge ihrer Stellung im periodischen System, indem man dem W asserstoff die Zahl 1, dem H elium die Zahl 2, dem Lithium die Zahl 3 zu o rd n et usw., so erhält jedes E lem ent eine s o g e n a n n te O rd n u n g szah l, die zahlenm äßig die gleiche G r ö ß e wie die positive L adung des b etreffenden A to m k e rn s hat. Für W asserstoff e rg ib t sich som it eine positive K ernladung von 1 E lem en tarq u an t, für H elium von 2 E le m e n ta rq u a n te n u n d fü r Lithium von 3 E le m e n ta r
quanten usw. Die Stellung eines E lem entes im periodischen System w ird also nur durch die zah len m äß ig e G r ö ß e seiner K e rn la d u n g bestim mt. A uf diese W eise w a r man in d e r Lage, eine einwandfreie E in o rd n u n g d erjenigen Elem ente vorzunehm en, bei denen sich gew isse U n stim m ig k e ite n in Bezug auf A to m g e w ich t u nd chem isches V erhalten zeigten.
Da der W ass ersto ff das A to m g e w ich t 1 un d das schw erste b e k a n n te E lem en t U ra n das A to m g e w ich t 92 besitzt, m ü ssen zwischen beiden noch 90 an d ere bestehen. M an ist also in der Lage, R ückschlüsse auf die Zahl d e r noch nicht en td eck ten E lem ente zu ziehen.
Beim radioaktiven Zerfall g e b e n die K erne der z e r
fallenden Ele m ente , wie man aus dem V o rh e rg e h e n d e n weiß, positiv g elad en e H e liu m k e rn e un d negative E le k tro n e n ab. A nderseits en tsteh en beim Z e r t r ü m m e r n der K erne von stabilen E lem enten, wie Stickstoff, Fluor, Bor usw., w as R u th e r fo rd zuerst n a chgew iesen hat, ü b e r ra s c h e n d e rw e ise W a s s e rs t o ffk e rn e als S p altp ro d u k te . D ieser Befund z w a n g zu der A nnahm e, d aß die Kerne der
2 2 0 G l ü c k a u f Nr . 16 Ü b e rta g e ist die R a se n h ä n g e b a n k vom Beginn des
A b b au es des Schachtsic herheitspfeile rs bis zum 1. Mai 1938 um 32 cm gesunken.
B esonderes Q ew ich t w u rd e auf einen sich g a n z gle ich
m ä ß ig vom Schacht aus nach allen R ichtungen b ew eg en d en A bbau gelegt, da schon ein g erin g es V oreilen des Verhiebs in einer R ichtung leichte K nickungen der Schachtsäule v e r ursachte. D urch den g le ich m äß ig en A b b a u des Flözes an den beiden Schächten nach N o rd e n un d Süden, O sten und W e ste n w u rd e n die g efährlichen K nic kungen verm ieden u nd die In s tan d setzu n g en k o n n te n in d e r zur V e rfü g u n g ste h e n d e n Zeit b ew ältigt w erden.
Im allgem einen ist noch zu erw ähnen, d aß sich die zum A uffangen des A b b a u d ru c k e s g e tro ffe n e n M a ß n a h m e n b e w ä h r t h aben, d. h. g r o ß e un d tiefe H olzpfeiler für die A nschläge sow ie s c h a c h b r e tta rtig a n g e o rd n e t e H o lz e in la gen in d e r S chachtm auer, w o kein A nschlag v o rg e s e h e n w ar. Die im Schacht 7 im H a n g e n d e n un d im L iegenden des Flözes v o rg e s e h e n e n H olzeinlagen w u r d e n d u rc h den D ruck nicht b e r ü h r t; die H olzeinlage im Flö zstreic hen nahm den g an zen D ru ck auf, so d aß sich die e rs tgenannten H o lz p a c k u n g e n eigentlich e rü b r ig t hätten.
F ö rd e r s tö r u n g e n sind in beiden Schächten tr o tz einer T a g e s f ö r d e r u n g von durchschnittlic h 5500 t Kohlen im Schacht 7 nicht v o rg e k o m m e n .
G ru n d lag e n und Aussichten d er A to m ze rtrü m m eru n g 1.
Von cand. phys. H. R. A s b a c h , B ochum -H ordel.
Die nachstehenden A u sfü h ru n g e n sind am 22. Ja n u a r 1940 im F achausschuß f ü r chemische V ered lu n g des Bergbau-V ereins in Essen v o r g e t r a g e n w o rd en . Die behan
delten G ed an k e n g ä n g e zur V e r w e r tu n g d e r Ato m energie sind bis lan g rein th e oretischer A rt u n d vielleicht noch als utopisch anzusehen. G le ichwohl e n tb e h rt das am Schlüsse mitg eteilte G e d an k en ex p erim en t von F l ü g g e nicht der exakten v ersuchsm äßigen G ru n d la g e , so daß eine Beschäf
t i g u n g mit die sem S to ff als lo h n e n d erscheint, zumal eine U to p ie von h eute zur W irk lic h k e it von m o rg e n w e rd e n kann.
Nach den L ehren d e r C hem ie un d P h y s ik bestehen die Stoffe aus kle in sten Teilchen, den A tomen, die nach den frü h e re n A nschauungen als nicht w e ite r te ilba r a n g e n o m m en w u rd e n . Die M aterie stellte so m it ein Kontinuum dar. Diese V orstellungen vom einheitlichen A ufbau der M aterie g rü n d e te n sich auf den E rkenntnissen, die man an w ä g b a re n M engen d e r E lem ente g e w o n n e n ha tte und ein
fach auf die A tom e ü b e rtru g . Man stellte sich beispiels
w eise das G old- o d er Silberatom als eine kle ine Kugel vor, die jeweils mit G old- o d e r Silberm ate rie angefüllt war.
H ie r setzen nun die Ü berleg u n g en des Londoner A rzte s P r o u t ein, d e r annahm , daß sich alle E lem ente aus W a ss e rsto ffa to m e n zu sam m en setzen u n d die A to m e der verschiedenen E lem ente sich nic ht qualitativ, s o n d e r n nur durch die Zahl und die A n o rd n u n g d e r in ihnen v o r
h andenen W a ss e rsto ffa to m e unterscheiden. Die notw endige V o rau ssetzu n g für die R ic htig keit die ser H y p o th e se w ar aber, d aß die A to m g e w ich te d e r E lem ente ganzzahlige Vielfache des W a ss e rsto ffa to m g e w ic h te s sind. W o diese V o rau ssetzu n g nicht bestand, d . h . w o A b w eichungen von d e r G an z z a h lig k e it auftraten, g la u b te P r o u t sie auf M e ß fehler zu rü ck fü h ren zu k ö n n en . Seine im J a h r e 1815 auf
gestellte H y p o th e s e g e rie t völlig in V ergessenheit, zumal s o r g f ä lt ig e U n te rs u c h u n g e n e rgaben, daß n u r bei einer b esch rän k ten Z ah l von E lem en ten die g e fo r d e rte G a n z zahligkeit v o rh a n d e n w ar, w ä h r e n d die m eisten E lem ente g e b ro c h e n e A to m g e w ich te aufw eisen. E rst h u n d e rt Jah re s p ä te r k o n n te die geniale Idee die ses M annes g e w ü rd ig t un d ihre R ic htig keit st re n g bew iesen w erd en .
Im Laufe d e r Z eit g e la n g te man im m er m e h r zu der Erkenntnis, d aß die A to m e nicht die einfachen G ebilde d a r stellen können, für die man sie bisher ansah, so n d ern daß es sich um v erw ick eltere K ö rp er h an d eln m uß, die nicht einheitlich, s o n d e r n aus Teilen h ö h e re r A rt zu sa m m e n g e s e t z t sind. E rst die E n td e c k u n g u nd g e n a u e re U n t e r s u c h u n g d e r rad io ak tiv en V o rg ä n g e u nd die Kenntnis vom W esen d e r K a th o d e n stra h le n ließen das bisla ng n u r V er
m u te te zur G e w iß h e it w erd en . V or allem die U n t e r s u chungen L e n a r d s an K ath o d e n stra h le n fü h rte n auf den richtigen W eg . Lenard fand, d aß s ch n ellb ew eg te E le k tro n e n Metallfolien, die frü h e r als undu rch d rin g lich galten,
1 Benutztes Sc hrifttum: O r i m s e h l : Lehrb uch d e r Physik , Ausgabe 1936; J. E g g e r t : Lehrbuch d e r physikalischen C hem ie; H. F r a n z , Z. VDI 81 (1937) S. 581; L. M e i t n e r , Z. VDI 75 (1931) S. 977;
S. F l ü g g e , Die chemische Industrie (1939) S. 240; S t ä g e r : Deutsche Bergwerks-Zeitung vom 7. Juli 1939.
ohne w eiteres durch s etzen konnte n. Diese V ersuche er
gaben, d aß auch die dic htesten Stoffe im Vergleich zur G r ö ß e der sie d u rc h d r in g e n d e n E lek tro n e n ein w eit
maschiges G e fü g e darstellen, ln die sem G e fü g e b e a n sp ru c h t w ohl jedes A tom einen für seinesgleic hen u n durchdringlichen Raum, je doch dem E le k tro n g e g e n ü b e r erw eisen sich alle A to m a rte n als s e h r durchlässige Gebilde, au fg e b a u t aus feinen B esta ndte ile n mit w eiten Z w isc h e n räum en. D aß diese Besta ndteile w esensgleic h sein m üßten, legten die U n te rs u c h u n g e n Lenards nahe, der fand, daß be stim m te G e s e tz m ä ß ig k e ite n für den D u r c h g a n g von E lek tro n en durch M aterie b esteh en . N icht alle E lektronen g eh en u n g e h in d e rt d u rc h die ihnen in den W e g gestellte Metallfolie, so n d e r n ein Teil von ihnen w ird in der Folie absorbiert. Es stellte sich nun herau s , daß die G rö ß e der A b sorption bei gleichem Folienmaterial eine F u n k tio n der M asse ist. Alles w a s gleich sc h w e r ist, a b so rb ie rt auch gleich stark, ums sc h w e re r ist, ab so rb iert m ehr, w as leichter, w en ig er, im m er im V erhältnis d e r v o r
g elegten Masse. Lenard zo g aus diesem experim entellen Befund den genialen Schluß, d aß sich die A tom e d e r ver
sc hiedenen E lem ente nicht qualitativ, so n d e r n nur quanti
tativ vo n ein an d er unte rscheiden. Sie m üssen also alle aus ein un d d em selben Stoff b estehen, den sie ihrer U n t e r schiedlichkeit h a lb e r n a t u r g e m ä ß in v e rschiedenen Mengen enthalten. Diese E n td e c k u n g fiel in das J a h r 1903 und w a r im G ru n d e g e n o m m e n ein Beweis für die Richtigkeit der P ro u tsc h e n H y p o th ese. 1923 endlich k o n n te auch das letzte Beweisglied durch die F e stste llu n g von A s t o n , daß die M assen der einzelnen A tom e g a n zzah lig e Vielfache der W a ss e rsto ffm a sse sind, g eliefert w erd e n . Die M essungen im A stonschen M a s s e n s p e k t ro g ra p h e n e rg ab en , daß es sich bei d e r M ehrzahl d e r E lem en te um eine M ischung von chem isch gleichen A tom en v ers ch ied en er Masse (Isotope) handelt.
U n te rs u c h u n g e n an K a th o d e n stra h le n zeigten weiter, daß die E lek tro n en bei ihrem D u r c h g a n g durch die A to m e aus ihrer u r s p rü n g lic h e n ge ra d lin ig e n Bahn a b gelenkt w erden. F ü r diese A b le n k u n g können nur m agnetische oder elektrische Kräfte die U rs a c h e sein. Es muß som it z w angsläufig auf das V o rh a n d e n se in von elek
trischen Kräften im A tom innern g esch lo ssen w erd en , die jedoch nach dem A u sm aß d e r b e o b a c h te te n A ble nkungen G r ö ß e n o r d n u n g e n aufw eisen, w ie m a n sie mit den Hilfs
mitteln der T e c h n ik b isher nicht h erzustellen verm ag.
D e r r a d i o a k t i v e Z e r f a l l .
Im J a h r e 1896 m a chte B e q u e r e l die E n td e c k u n g , daß U r a n p r ä p a r a te eigentüm liche S trahlen aussenden. N ähere U n te rs u c h u n g e n die ser S trah len zeigten, daß sie die E igen
schaft besitzen, beispielsw eise p h o to g r a p h is c h e P latten zu sc hw ärzen, flu o reszieren d e S u b sta n z e n zum L euchten zu veranlassen und w eiterh in die von ihnen d u r c h s e tz te Luft zu ionisieren. B rin gt man ein g elad en es E le k t r o s k o p in die Nähe eines solchen P r ä p a r a te s , so w ir d es en tla d e n , d. h.
die im g e lad en en Z u sta n d e g esp reizten Blä ttchen fallen
20. A p r il 19 4 0 G l ü c k a u f 221
zu sam m en . Die G esch w in d ig k eit, m it d e r diese E n tlad u n g von s ta tte n geht, bildet einen M a ß s ta b für die S tärk e der vom P r ä p a r a t au sg e s a n d te n S trah lu n g . G anz üb errasch en d ist das V erh alten die ser S tr a h lu n g im h o m o g e n e n e le k trischen Feld. Abb. 1 zeigt, d aß ein T eil der au sg es an d ten S tr a h lu n g s t a r k nach rechts, ein a n d e re r Teil schw ach nach links a b g e l e n k t w ird, w ä h r e n d ein d ritte r Teil das e le k trische Feld o hne R ic h tu n g s ä n d e ru n g durchläuft. Dieses V erhalten d e u t e t d arau f hin, daß die v o m radioaktiven P r ä p a r a t a u s g e h e n d e S tra h lu n g nic ht einheitlich sein kann, s o n d e r n sich aus drei v erschiedenen S tra h lu n g sa rte n z u sa m m e n s e tz e n m uß. M an g a b nun die sen T eilstrahlungen, in E r m a n g e lu n g e in g e h e n d e r Kenntnis ih rer Z u s a m m e n se tzung, die N a m e n a-, ß- u n d y-Strahlung. N ä h e re U n t e r su c h u n g e n die ser T e ils tr a h lu n g e n zeigten, daß es sich bei den a-S trah len um eine aus positiv g e lad en en Teilchen b e s te h e n d e K o r p u s k u la rs tra h lu n g handelt. Aus der G rö ß e ihrer A b le n k u n g im elektrischen Feld k o n n te man die M asse der Teilchen zu 4 A tom ge w ichtseinheiten u nd ihre L a d u n g zu - f 2 E lem e n ta r q u a n te n ermitteln. D a das b e k a n n te E le m e n t H elium gleichfalls das A to m g e w ich t 4 und eine positive L ad u n g von 2 E lem e n ta r q u a n te n besitzt, lag so m it die V e rm u tu n g nahe, daß die K orpuskeln der a-S tra h lu n g mit positiv g e lad en en H eliu m ato m en identisch w aren. Ein e B estä tig u n g dieser V e rm u tu n g w u rd e dadurch erhalte n, d aß man in einem Raum, in den man a-Strahlen eintreten ließ, nach einiger Zeit die A nw esenheit von H elium s p e k tro s k o p is c h nachw eisen konnte. Analoge U n te rs u c h u n g e n an ß-Strahlen e rgaben, daß es sich auch bei die ser S tr a h lu n g s a rt um eine re ine K o rp u s k u la r
st ra h l u n g handelt. M es su n g en d e r M asse u nd L ad u n g der in den ß-Strahlen fliegenden Teilchen lieferten das Ergebnis, d aß diese K o rp u sk eln eine M asse von rd. 1/2000 d e r M asse eines W a ss e rsto ffa to m s und eine L a d u n g von 1,59 ■ 10—19 C o u lo m b aufw eisen. G e n a u die gle iche Masse u n d L a d u n g w a r f ü r das E le k tro n f e s tg e s te llt w orden.
D em n ach h a t m an in d e r ß-S trahlung des ra dioaktiven Zerfalls eine reine E le k tro n e n s tra h lu n g v o r sich. Bei den w e d e r vom elektrischen noch vom m a gnetischen Feld b e ein flu ß b aren y -Strahlen e r g a b e n ähnliche U n tersuchungen, daß es sich um eine W elle n stra h lu n g elek tro m ag n etisch er N a tu r handelt, die sich von den R ö n tg en strah len nur durch ihre k ü r z e r e W ellen län g e unterscheidet.
Abb. 1. U r a n - P r ä p a r a t.
D a s A t o m m o d e l l n a c h R u t h e r f o r d u n d B o h r . D ie bei d e r G a s e n tl a d u n g ge sa m m e lte n K enntnisse le gten im m er m e h r die A n n ah m e nahe, d a ß die E lektrizität am A u fb a u d e r M aterie atom istisch beteiligt sein müßte.
R u th e r f o r d u n d B ohr stellte n auf den E rg e b n isse n der L en a rd sc h e n A rbeiten fußend, ers tm alig eine brau ch b are, mit m a th e m a tis c h e n H ilfsm itteln zu erfassende A to m th e o r ie auf. N ach Ansicht die ser F o rs c h e r b e ste h t das Atom eines je d en E lem en tes aus einem w inzig kle in en Kern, um
den h eru m in g r o ß e n A b stän d en negative E le k tro n e n auf verschiedenen Bahnen kreisen, deren Z ah l u n d E n tf e rn u n g vom Kern nach b estim m ten G e s e tz m ä ß ig k e ite n fes tg eleg t sind. U m eine bildhafte V orstellung von die sem A to m modell zu erhalten, stellt m an sich das A to m als Kugel mit einem Radius d e r G r ö ß e n o r d n u n g 10- 8 cm u nd einem K ern radius von 10- 15 cm vor. D er A to m k e rn ist positiv geladen, w o b e i die G r ö ß e d e r K e rn la d u n g für jedes E lem ent k e n nzeichnend u n d verschieden ist. Aus d e r A b le nkung, die a-Strahlen erleiden, w en n sie in die N ähe eines A to m k e rn s gelangen, ist m an in d e r Lage, die G r ö ß e der K ernladung zu bestim m en (Abb. 2). Einen zweiten
- o
Abb. 2. A blenkung von a-Teilchen durch einen A tomkern.
W e g zur Bestim m ung der K ernladung bie ten röntgen- sp ek tro g ra p h isc h e U n ters u ch u n g en . M acht man beispiels
w eise irgend ein E lem en t zur A n tik a th o d e einer R ö n tg e n röhre, so erhält man bei E rreich u n g d e r A n re g u n g s sp an n u n g eine für das A ntik a th o d e n m a te ria l k en n z e ic h nende Eig enstrahlung. A u sm essung von W ellenlänge und Frequenz der en tsteh en d en E ig e n s tra h lu n g durch B eugung an natürlichen Kristallen ergeben einen im so g en an n ten M oseleyschen G esetz nie dergelegten Z u sa m m e n h a n g . D ie ser lautet:
]/ v = a ■ Z.
Hierin b ed eu ten : v die F re q u e n z d e r f ü r das A ntika
th o d e n m aterial ch arakteristischen E ig en s trah lu n g , Z die K ernladung der A tom e des A n tik a th o d en m aterials u n d a eine Konstante. Auf G r u n d dieses Z u s a m m e n h a n g s kann man aus den gem essenen F req u en zen die K e rn la d u n g e n berechnen. Die auf beiden W e g e n g e w o n n e n e n E r k e n n t nisse e rg ab en fo lgendes: O r d n e t m an die E lem en te nach der G rö ß e ihrer A to m ge w ichte, w ie es im periodischen System geschieht, so n im m t die positive L adung in E le m e n ta rq u a n te n gem essen für jedes E lem en t um eine E inheit zu.
Beziffert man die E lem ente fo rtlaufend, en tsp rech en d der Reih enfolg e ih rer Stellung im periodischen System , indem man dem W ass ersto ff die Zahl 1, dem H elium die Zahl 2, dem Lithium die Zahl 3 z u o rd n e t usw ., so e rh ä lt jedes E lem ent eine so g e n a n n te O rd n u n g sz a h l, die z ah len m äß ig die gleiche G r ö ß e wie die positive L adung des b etreffen d en A to m k e rn s hat. F ü r W asserstoff e rg ib t sich so m it eine positive K ernladung von 1 E le m e n ta rq u a n t, für H elium von 2 E le m e n ta rq u a n te n u n d fü r Lithium von 3 E le m e n ta r quanten usw . Die Stellu ng eines E lem entes im periodischen System w ird also nur durch die za h le n m ä ß ig e G r ö ß e seiner K ern la d u n g bestim m t. A uf diese W eise w a r man in d e r Lage, eine einw andfreie E in o r d n u n g d erjen ig en E lem en te v o rzunehm en, bei denen sich gew isse U n s tim m ig k e ite n in Bezug auf A to m g e w ic h t u n d chem isches V erh alten zeigten.
Da d e r W ass ersto ff das A to m g e w ic h t 1 u n d das sc h w e rste b e k a n n te E le m e n t U r a n das A to m g e w ic h t 92 besitzt, m ü ssen zw ischen beiden noch 90 a n d e re b estehen. M an ist also in d e r Lage, R ückschlüsse auf die Zahl d e r noch nicht entd e c k te n E lem en te zu ziehen.
Beim ra d io a k tiv e n Zerfall g e b e n die K erne d e r z e r
fallenden Ele m ente , w ie man aus dem V o r h e r g e h e n d e n weiß, positiv g e la d e n e H e liu m k e rn e u n d n eg ativ e E le k tr o n e n ab. A nderseits e n tste h e n beim Z e r t r ü m m e r n d e r Kerne von stabilen Ele m enten, w ie Stickstoff, Fluor, Bor usw., w as R u th e r fo rd zu ers t n a ch g ew iesen hat, ü b e r ra s c h e n d e rw e ise W a s s e rs t o ffk e rn e als S p a lt p ro d u k t e . D ieser Befund z w a n g zu d e r A n n ah m e, d aß die K erne d e r
222
G l ü c k a u f Nr . 16 E lem en te m it g r ö ß e r e r K ern lad u n g in ihrem A ufbau nichteinheitlich u nd u n te ilb a r sind, so n d e r n sich aus einfacheren Kernen zusam m ensetzen. Die A uffindung von W a s s e rs to ff
k e rn e n als S p a ltp ro d u k te bei d e r A to m z e r tr ü m m e r u n g der g e n a n n te n E lem ente fü h r te R u th e r fo rd un d B ohr zu der A nnahm e, d aß die A to m k e rn e d e r E lem ente aus positiv g e lad en en W a ss ersto ffk ern e n , den so g e n a n n te n P ro to n en , au fg e b a u t sind. D ie ser A uffassung stan d je doch die T a t sach e entgegen, d aß nach den O esetzen d e r E le k t ro statik eine Z u s a m m e n l a g e ru n g von gleichnam igen La
du n g en o hne zusätzliche, zu sa m m e n h a lte n d e Kräfte nicht d e n k b a r ist. Den W id e rsp ru c h beseitigte die A n n ah m e von d e r gleichzeitigen A n w esen h eit von E lek tro n en im Kern, die die P ro t o n e n z u sam m en k itten . Die w irk s a m e Ladung eines A to m k e rn e s e rg ib t sich nach den V o rstellungen von R u th erfo rd u nd Bohr aus dem Ü berschuß d e r positiven P r o t o n e n la d u n g e n ü b e r die n egativen der Kern- oder K ittelektronen. D er A to m k e rn des H elium s b e ste h t nach die ser T h e o rie aus 4 P r o to n e n un d 2 K ittele ktronen (A bb. 3). Seine K ernladung b e t r ä g t so m it 2 E le m e n ta r
quanten. D e r U r a n k e r n se tz t sich z usam m en aus 238 P r o to n e n u nd 146 E lektronen, seine K ern lad u n g b e re c h n e t sich d a h e r zu 2 3 8 — 146 = + 92 E lem en tarq u an ten .
ö a h n e /e k tr o n
Abb. 3. A to m m o d ell des H eliums nach R u th e r f o r d u n d Bohr.
U m die A tom e heru m b e w e g e n sich nun in w eiten A b stän d en auf Kreisen o d er Ellipsen die negativen E le k tronen, die zum U n ters ch ied von den Kern- o d e r K itt
elek tro n en mit Bahn- o d er H ü lle n elek tro n en bezeichnet w erd en . Die Z ah l d e r den A to m k e rn u m k re is e n d e n H ü lle n e le k tro n e n ist beim n eutralen A to m gleich d e r G rö ß e der positiven K ernladung. Die K e rn la d u n g b e stim m t also die Z ahl und die A n o r d n u n g d e r kre ise n d e n E lektronen. Somit w ir d nach d e r R u th e rfo rd -B o h rs c h e n T heorie das W a s s e r
stoffatom mit seinem einfach positiv g e lad en en Kern von einem H ülle n e le k tro n um kreist, w ä h r e n d ein neutrale s H elium atom zw ei B ah n elek tro n en u n d ein Lithium atom drei B ah n elek tro n en in seiner H ülle besitzt.
Auch das chem ische V erhalten d e r E lem en te lä ß t sich mit Hilfe des R u th e r fo rd -B o h rs c h e n A to m m o d e lls deuten.
Die chem ische E ig en s ch aft eines E lem entes w ir d d urch den A ufbau seiner E le k tro n e n h ü lle bestim m t. Die E delg ase v erhalten sich bekanntlich chem isch passiv. Folglich muß ihre E lek tro n en h ü lle einen k en n z e ic h n e n d e n A ufb au zeigen, dem eine b e s o n d e r e Stabilität zuzusahi eiben isf. Die Edel
g ase sind g e w is s e r m a ß e n als G re n z g e b ild e anzusehen, da sie die natürliche Reihe d e r E lem en te in bestim mte P erio d en zerlegen. D a h e r m ü ssen auch ihre E lek tro n en schalen für die d e r an d e re n E lem en te den C h arak ter von G re n z g e b ild e n h a b e n (A bb. 4). D e r ers ten P e ii o d e im periodischen System g e h ö r e n die beiden E lem en te W ass er
stoff un d H eliu m an, w o m it bereits d e r A u fb a u der so
gen an n ten K-Schale d e r ersten P e ri o d e b e e n d e t ist. Diese K-Schale ist bei ihrer V o lls tä n d ig k e it mit 2 Hüllenelek
tr o n en besetzt. Die zw eite P e rio d e w ir d von dem Element Lithium eingeleitet, m it dem d e r A ufb au einer neuen Schale, d e r s o g e n a n n te n L-Schale, beginnt. D ie ser Aufbau ist bei dem E delgas N eo n m it 8 H ü lle n elek tro n en ab
geschlossen. Das E le m e n t N a triu m leitet die dritte Periode ein, dem sich d e r Reihe nach die E le m e n te mit je um Eins g r ö ß e r e r B ah n e le k tro n e n z a h l a n schließen; als letztes Glied w eist diese P e ri o d e das E lem en t A rg o n auf, dessen Stabili
tätsschale M ebenfalls 8 E le k tro n e n birgt. Die 4. und 5. P erio d e beginnen den A ufbau der N- bzw. der O-Schale, die beide jeweils 18 H ü lle n e le k tro n e n au fnehm en und von denen die N-Schale mit d e m E d e lg a s K rypton und die O- Schale mit dem E d elg as X enon ab geschlossen wird. Die 32 e lektronige P-Schale k e n n z e ic h n e t die 6. Periode, deren V ollendung beim E delgas E m an atio n erreicht ist. N ur die 7. P eriode, w elche die E lem en te m it d e r O rdnungszahl 87 bis 92 enthält, b rich t v o r d e r vollständigen Entwicklung einer Q-S chale schon beim U r a n ab. D e r Aufbau der E le ktronenhülle ist nun allein b e s tim m e n d für die che
mischen u n d physikalischen E igenschaften des Atoms. Es müssen som it die E lem en te mit ähnlichem Hüllenaufbau, die im periodischen System in den G ru p p e n 1 bis 8 zu
sa m m e n g e f a ß t sind, auch ähnliche physikalische und chem ische Eig enschaften aufw eisen. F ü r die chemische Bindung eines A tom s k o m m e n n u r die ä ußeren, d. h. die a u ß e rh a lb d e r le tzten v o llständigen Stabilitätsschale liegen
den, H ü lle n e le k tro n e n in B etracht. D iese sogenannten V alenzelektronen b e stim m e n du rch ihre Zahl die W ertig k eit des Atoms. D en E in g a n g einer chem ischen Verbindung h a t man sich atom istisch dem n ach s o vorzustellen, daß V alenzelektronen des einen A tom s in den Hüllenverband des a n d eren A tom s ü b e rtre te n . H ie rb e i e rg e b e n sich grund
sätzlich zwei M öglichkeiten, indem e n t w e d e r eines der beiden re a g ie re n d e n A tom e V alen z e le k tro n e n abgibt und das a n d e re diese a b g e g e b e n e n E le k tro n e n aufnimm t oder u m g e k eh rt. G ib t ein neutrale s Atom ein V alenzelektron ab, so entsteht ein einfach positiv ge la d e n e s Ion, ver
lie rt es zwei, so b le ibt ein zweifach positiv ge la d e n e s Ion üb rig usw.
^ N im m t d a g e g e n ein reagierendes Ato m ein V alenzelektron eines an
de re n in seinen H ü lle n v e rb a n d auf, so v e r w a n d e lt es sich d ad u rch in ein einfach negatives Ion; die Aufnahme L von zwei V alenzelektronen bedingt die E n t s t e h u n g eines zweifach negativ g ela d e n e n Ions usw. Der A ustausch von V alenzelektronen be
d i n g t so m it eine V erw a n d lu n g der u rs p rü n g li c h n eu tra le n Atome in / / Ionen, deren g le ichgroße, aber ent
g e g e n g e se tz te L ad u n g en eine An
zieh u n g a u f e i n a n d e r ausüben, die auch d a n n noch bestehen bleibt, w enn die V erein ig u n g d e r reagieren
den A to m e zum Molekül sta ttg e fu n den hat, da die E le k tro n en h ü llen der Abb. 4. E lek tro n e n sc h a le n a u fb a u
d e r ersten 18 E lem en te des periodischen Systems.
20. A pr il 19 40 G l ü c k a u f 223
zum Molekül zu sam m e n tre te n d e n A to m e ihre g etre n n te K e r n z u o rd n u n g w eiterh in a u fre c h t erhalten. Beim E le k t ro n en au stau sch zeigen nun die E lem en te im m er d a s Bestreben, den H ü lle n b a u eines E d e lg a s e s zu erreichen, also E d e lg a s k o n fig u r a tio n anzunehm en. Dieses Ziel k ann e n t w e d e r d urch A ufnahm e o d e r A b g ab e von V alenzelek
t ro n e n erreicht w erd en . H ieraus e r k l ä r t sich d ann das A uftreten von verschiedenen W ertig k eiten . Bei d e r V e r
einigung beispielsw eise von N a triu m un d C hlor zu N atriu m ch lo rid liegen die V erhältnisse so, daß sich das eine V alenzelektron der a n g e fa n g e n e n M-Schale mit den 7 V alenzelektronen des C h lo rs zu einer vollständigen M- Schale vereinigt, u nd daß das en tste h e n d e N atrium chlorid so m it E d e lg a s k o n fig u ra tio n aufw eist. D a das N a triu m a to m ein V alenzelektron in den H ü lle n v erb an d des Chlors a b g e g e b e n hat, zeigt es eine positive L adung, das C h lo r d a g egen, da es ein V alen zelek tro n in seine E lektronenschale a u fg e n o m m e n hat, w eist eine einfach negative L a d u n g auf.
Die beiden gle ich g ro ß en , a b er e n t g e g e n g e s e tz te n Ladungen der Ionen b e w irk e n den Z u sa m m e n h a lt des entstandenen K ochsalzm oleküls, w elches, da sich seine L adungen g e g e n seitig aufheben, neu tralen C h a r a k t e r zeigt (Abb. 5). Die Edelgase besitz en keine V alen zelek tro n en u n d k ö n n e n s o mit auch keine E lek tro n en zusätzlich in ihre S tabilitäts
schalen aufnehm en. H ierau s e r k l ä r t sich zw anglos ihre chem ische Inaktivität, d. h. ihre N ullw ertigkeit.
N a tr iu m C h /o r
N a triu m c M o r/c t
Abb. 5. Schematische D a r s t e ll u n g d e r V erein ig u n g von N a triu m un d C h lo r
zu N atriu m ch lo rid . D i e n e u z e i t l i c h e A t o m t h e o r i e .
D er s t r e n g e Bew eis für die Z u s a m m e n s e tz u n g der A to m k e rn e g e la n g ers t mit Hilfe d e r rad io ak tiv en V orgänge, bei denen sich K erne d urch e xplosionsa rtiges A usstößen einzeln er Bestandteile in neu e K erne v erw andeln, u n d auf dem W e g e d e r k ü n stlich en E r z e u g u n g dieses V organges, d e r so g e n a n n t e n A to m z e rtr ü m m e ru n g , durch B eschießung von A to m k e rn e n mit zw eifach positiv g e l a d e n e n H e liu m k e rn e n o d e r a -S tra h le n ; d a n n in n e u e re r Z eit du rch Be
sch ie ß u n g mit W a s s e rs to ffk e rn e n d e r M asse 1, den s o g en a n n te n P ro to n e n , o d e r d e r M asse 2, den D euteronen, die m an d urch S p a n n u n g e n von einigen 100000 V b e schleunig te.
Z u m besseren V erstän d n is des F o lg e n d e n sei k u rz etw as ü b er die Sy m b o lik in d e r K ern p h y sik g esag t. Isotope pflegt man zu k ennzeichnen, in dem m an ihre M assezahl o d e r ihr rundes A to m g e w ic h t re c h ts oben an das E le m e n ts y m b o l schreibt, links u n te n steht d ann die K ern
la d u n g sz a h l, z. B . :
g O 16 g O 17 g O 18
Dies sind die drei b e k a n n te n Is o to p e des Sauerstoffs mit d e r K e rn la d u n g 8 (achte Stelle im periodischen System) und den A to m g e w ic h te n 16, 17 u n d 18. Vom W a ss e rsto ff sind ebenfalls drei Isotope b e k a n n t :
1H‘, 1H2, 1H!.
Es han d elt sich um die A to m a rten m it den A to m g ew ichten 1, 2 und 3 u n d d e r K ern lad u n g 1 (erste Stelle
im periodischen System ). Die beiden ersten h a b e n b e so n d ere N am en, j H 1 h eiß t P ro t o n u nd jH 2 D eu tero n . N ach die ser k u rz e n E rk l ä ru n g soll etw as n ä h e r auf die k ü n s t liche K ern u m w an d lu n g e i n g eg an g en w erd en . Sie b e ru h t auf der T atsache, d aß die d urch das a n g e le g te elektrische Feld beschleunig ten H eliu m k ern e un d W a ss e rsto ffk e rn e , deren G e schw indigkeit 108 bis 103 cm /s, also rd. 10000 k m s beträgt, die C ou lo m b sch en Kräfte d e r b eschossenen A to m arten u n te r U m s tä n d e n ü b e rw in d e n u n d sich mit ihnen v e r einigen. H ierbei en tsteh t ein neues Kernbild, das je doch nicht bestän d ig ist un d augenblicklich w ie d e r zerfällt. Das Z erfalls p ro d u k t stellt dann seinerseits w ie d e r eine stabile K ernfiguration dar. W e rd e n beispielsw eise L ithiu m -Atom e mit W ass ersto ffk ern e n beschossen, so spielt sich folgender V o rg an g ab:
3LU+ 1 H . _v 22He‘
Aus einem Lithium- und einem W a s s e rs to ffk e rn bilden sich also 2 H elium kerne. D abei ble iben die Sum m en der Kernla dungen erhalte n, w ie ein Vergleich der u nte ren Indizes auf der rechten und der linken Seite d e r G leichung zeigt. Auch die M assezahlen o d e r ru n d en A tom ge w ichte bleiben bestehen, w ie eine A ddition der o b e re n Indizes e r kennen läßt. D ie ser M asse n e rh a ltu n g ss a tz gilt jedoch nicht streng, denn stellt man einmal die g e n a u e n A tom ge w ichte zusam men, so e rg ib t sich: Li7 = 7,017, H 1 = 1,008, 2 He*
= 8,007.
Die M assengleichung h a t dann folgendes A ussehen:
7 ,0 1 7 + 1,008 = 8,025.
Diese G leichung s tim m t nicht, denn das A to m g e w ich t von 2 H e 1 b e trä g t 8,007 und nicht 8,025. Es b esteh t also eine M assenzunahm e von 0,018 A to m ge w ichtseinheiten, so daß die G leichung richtig geschrieben f o lg e n d e rm a ß e n a ussehen m uß:
7,017 + 1,008 = 8,007 + 0,018.
Es erh e b t sich nun die F ra g e nach dem Z u s ta n d e k o m m en dieses M assengew inns von 0,018 A to m g e w ich ts
einheiten auf d e r rech ten Seite, den man auch von der linken Seite aus b e tra c h te t als M as sen sch w u n d bezeichnen kann. Die B e a n tw o rtu n g dieser F ra g e e rg ib t einen der fundam entalsten Z u s a m m e n h ä n g e in d e r m o d e rn e n A to m physik, nämlich die B eziehung zwischen M asse und Energie. Es soll nun versu ch t w erd en , im Rahmen d ieser Arbeit eine k u rz e E rk l ä ru n g d e r so w ichtigen W e c h s e l b e z i e h u n g z w i s c h e n M a s s e u n d E n e r g i e zu geben.
Nach den A nsch au u n g en der kla ssischen P h y sik ist die Masse eines K örpers eine unveränderliche, ein fü r allemal ge g e b e n e G rö ß e . D ieser Satz von der In varianz der M asse w ird durch die neuzeitliche P h y s i k d u r c h b r o c h e n und findet seinen Beweis in den o ben an g e d e u te te n K e r n r e a k tionen, d. h. bei d e r B etrach tu n g s e h r k le in er M assen. H ier liegt auch d e r eigentliche G r u n d f ü r die Invarianz-A nnahm e d e r kla ssischen P hysik, bei d e r nur m a k ro s k o p is c h e M assen in E rscheinung treten . M a them atisch g e sp ro c h e n b ildet also die kla ssische A n sch au u n g ein G re n z g e se tz , d. h. die b e trachteten M assen sin d so g r o ß , d a ß ih re Ä n d e ru n g a u ß e r halb der M e ß g e n a u ig k e it d e r aufzeichnenden G e r ä te liegt und som it v e rnachlässigt w e r d e n kann. D ie M a s se n ä n d e ru n g ist mithin vom S ta n d p u n k t e d e r klassischen T h e o rie als eine Kleinheit zw eiter O r d n u n g anzusehen.
Nach die sen A u sfü h ru n g e n b e s t e h t also kein g r u n d sätzlicher U n te rs c h ie d zw ischen m o d e r n e r u n d kla ssischer P h ysik, wie es d e r erste Anschein e rw eck en k ö nnte . Die In varianz der M asse ist also danach lediglich eine G e n a u ig keitspostulation.
D am it ist je doch noch nic ht die U rs a c h e für eine a u ftre te n d e M a s s e n ä n d e r u n g erklärt. G e m ä ß deii A n
sch a u u n g e n d e r neuzeitlichen P h y s i k stellt die M asse n u r eine b e s o n d e r e F o r m von E n erg ie dar. Es g ib t bekanntlich verschiedene A rten von E nergien, die sich nach b e stim m te n G esetzm äß ig k eiten w ah lw eise in e in a n d e r ü b e r f ü h r e n lassen.
D em V e rb ra u c h der einen E n e r g i e a r t en tsp ric h t im m e r ein
