DIE NATURWISSENSCHAFTEN
Z w ö lfte r J a h r g a n g 20. J u n i 19 2 4 H e ft 25
Die Regelung des Stoff- und Energieverbrauchs beim W achstum der Wirbeltiere.
V o n Ma x Ru b n e r, B erlin . V o n den L eb e n svo rg ä n g en is t d as W a c h stu m
w oh l d er p a c k e n d ste u n d g eh eim n isvo llste, das E w ig -J u n g e , d er A u fb a u au s to te m M a teria l zu r J u g e n d k ra ft u n d zum E m p fa n g ve re rb b a re r E ig e n sch aften . D a s V e rstä n d n is d er in neren V o rg ä n g e b le ib t u n s n o c h versch lossen , w en n a u ch die le tz te n J ah rzeh n te u n s V iele s u n d U n g e a h n te s e n th ü llt haben . D ie n ü ch te rn e A u ffa s s u n g sieh t im W a c h s tu m n u r den M assengew in n, die m en sch lich e S ta tis tik d rä n g t n ach F e s ts te llu n g vo n G e w ic h t und L än g en m a ß en als N orm en einer gesunden E n tw ic k lu n g eines K in d es.
B le ib t uns au ch v o r lä u fig gerad e d as S p a n n en d ste und T ie fs te in d er W a c h stu m sfra g e noch un gelöst, so k ön nen w ir dies w u n d erb are G esch eh en w en igsten s in ern äh ru n g sp h y sio lo g isc h er u n d ch e m isch er H in s ic h t in A n g riff n eh m en u n d e r
sehen, w ie die N a tu r n ach ein fach en G ru n d sä tzen a rb e ite t und d ieselben P rin zip ien im w eitem B e reich e alles L eb en d en zu r G e ltu n g u n d W irk u n g b rin gt. D iese Z u sam m en h än ge zu erfah ren , h a b e ich m ich seit lan gem b e m ü h t und h o ffe au s dem K o m p lizie rte n und M a n n ig fa ltig en die G ru n d zü g e des W erd en s sch ild ern zu kön nen .
D ie p rim itiv e A u ffa s s u n g b e tr a c h te t d as W a c h s tu m , d .h . die M assen b ild u n g ein fac h als G ew in n au s einer reich lich en E rn ä h ru n g des ju gen d lich en O rgan ism us, b e g rü n d e t a u f ve re rb te E ig e n sc h a ft.
D em gegen ü b er h a b e ich ve rg leich en d p h y s io logisch schon v o r langen J ah ren ge ze igt, w ie W a c h s tu m , d. h. S y n th ese ste ts m it d em A b b a u vo n S to f
fen — der D issim ilatio n oder d em B e trie b s s to ff
w ech sel — selb st bei den M ikrob en v erb u n d en i s t 1).
B is in alle E in ze lh eite n hinein, h ab e ich diese V o r gän ge bei d er H efezelle v e r f o lg t 2).
B e i den S äu gern v e r h ä lt es sich n ic h t anders.
W e iter steh en B e trieb ssto ffw ech se l un d W a c h stu m s
gew inn in engem Z u sa m m en h an g so, d aß , je größ er der re la tiv e B e trie b ssto ffw e c h se l d u rch die K le in h e it eines T ieres w ird, d esto s tä rk e r der N a h ru n g s
gew inn a n sch w illt. D e r B e trieb ssto ffw ec h se l s te llt a b er kein e „ W a c h s tu m s a r b e it“ dar, also keine V e rm ittlu n g vo n E n erg ie zu m A u fb a u , er is t n ic h t kleiner, au ch w en n m an d as W a c h s tu m k ü n s tlic h h em m t u n d den S to ffw ec h sel allein w e ite r s ich a u s
w irken lä ß t.
L assen w ir die g a n ze E n tw ic k lu n g eines T ieres vo n der G e b u rt an an u n s v o rü b erzieh en , so is t der
x) Über die W ärm ebildung durch Mikroorganismen.
H yg. Rendster 1903, S. 875 und Arch. f. H yg. 57, 162.
2) Die Ernährungsphysiologie der Hefezelle. 1912.
Monographie.
tä g lic h e Z u w a ch s pro K ilo g ra m m a n fä n g lic h groß, vo n d er G ru n d su m m e d er p ro K ilo g ra m m v e r zeh rten N a h ru n g w ird ein g ro ß er T e il u n d sp äter ein im m er k lein er w erd en d er zu r L eib e ssu b sta n z, bis d as E n d e des W a c h stu m s g eko m m en i s t 1).
D ie m orp h ologisch en V erä n d e ru n g en d er K ö rp e r b eim W a c h s tu m k e n n t m an fü r die erste E n tw ic k lu n g szeit seh r gen au , a b er ü b er d as sp ätere S ta d iu m e m b ry o n a le r U m w a n d lu n g is t n ic h t ein m al grob a n a to m isch N ä h eres sich erg estellt, n o c h w en iger w issen w ir üb er die e x tra u te rin e n U m w a n d lu n g en . F ü r den erw ach sen en M enschen is t d as M a teria l g erad ezu d ü rftig .
F assen w ir ab er d as P ro b lem p h y sio lo g isc h ch em isch an, so kom m en w ir b ald u m einen e n t
sch eid en d en S c h ritt w eiter. V o n J n a b a sind in m einem L a b o ra to riu m U n tersu ch u n g en ganzer T iere, K a ltb lü te r u n d W a rm b lü te r a u sg e fü h rt w orden, au s denen w ir eine R e ih e w ic h tig e r Sch lü sse zieh en k ö n n e n 2). Z u n ä c h st fä llt uns au f, d a ß im G ru n d e gen om m en die fe ttfre ie T ro c k e n su b sta n z versch ied en er T iere ga n z ä h n lich w ar. D a geg en s tö ß t m an a u f w ic h tig e U n tersch ied e, w enn m an den W a sse rg e h a lt versch ied en a lte r T iere u n te r
su ch t. Im au sgew ach sen en Z u sta n d stim m en sie so g u t w ie vo llk o m m en überein, je jü n g e r ein T ie r ab er ist, d esto m eh r W a sser e n th a lte n die Z ellen .
E in m en sch lich er E m b r y o des 6. M o n ats h a t n u r 9,72 T ro c k e n a b s a tz , der H ü h n e re m b ryo v o m 7. T a g e 6 ,7 % . D ie erste E n tw ic k lu n g m a g e tw a m it ein em W a sse rg e h a lt vo n 94 — 9 5 % b eginn en, b ei d er G e b u rt d er W a sse rg e h a lt n och h o ch , d an n n im m t er a llm ä h lich ab. G en au eres w issen w ir v o rlä u fig ü b er d as e x tra u te rin e V e rh a lte n n u r ü b er den H u n d u n d die K a t z e 3).
D a s P ro to p la sm a z e ig t also im L a u fe d er E n t w ic k lu n g einen versch ied en em G ra d d er Q u ellu n g . A lle E rfa h ru n g en ü b er den E n e rg ie v e rb ra u c h im B e trieb ssto ffw ec h se l lassen erkenn en, d a ß der u n gleich e K o llo id a lz u s ta n d keinen E in flu ß a u f erste- ren b e s it z t 4). W e lch e B e d e u tu n g k o m m t d em Q u el
lu n g szu sta n d a b er zu ?
D iese F ra g e lä ß t sich am leich testen bei der H e fe lösen, in d em m an sie p la sm o ly sie rt, w a s d urch Z u sa tz vo n K o c h s a lz gesch eh en k a n n . A ls E rg e b nisse m a n n ig fa ch v a r iie rte r V ersu ch e fan d ich fü r
x) Das Problem der Lebensdauer. 1908.
2) Arch. f. Physiol. 1911.
3) C. Th o m a s, A rch. f. Physiol. 1911.
4) Die Beziehung des Kolloidalzustandes der Ge
webe für den A blauf des W achstum s. 1923. Sitzungs- ber. d. Akad. d. Wissensch. X X I V .
N w . 1 9 2 4 .
Ru b n e r: Die Regelung des Stoff- und Energieverbrauchs beim W achstum der W irbeltiere. [ Die Natur
wissenschaften
die G ä r fä h ig k e it (B etrieb ssto ffw ech sel) d er H efe fo lg e n d e s :
Kochsalzgehal t Leistung Trockenheit der Hefe
0% 100 13.4 %
4 % 100 21,0%
8% 6g,6 26,11%
12% 21,7% 3 5 .7 %
16% 1,8% 3 7 >r %
Z w isch en 13 — 2 1 % T ro c k e n s u b s ta n z d er H e fe zelle is t also k ein e R ü c k w irk u n g a u f die G ä ru n g zu ve rze ic h n en ; d agegen w ird d as W a c h s tu m schon d u rch gerin ge V e rä n d e ru n g des W a sserg eh alte s b e ein flu ß t.
W achstum bei 0% K ochsalz = 100
„ 2% „ = 42,8
„ 3 % .. = I 2 ,4
4 % = o
D u rc h P la s m o ly se kö n n en w ir also die V e r h ä lt
nisse zw isch en B e trie b ssto ffw e c h se l u n d W a c h s tu m b e i d er H e fe b e lie b ig va riie re n . D e r K o llo id a l
zu sta n d erw eist sich also als ein M itte l zu r w esen t
lich en V e rä n d e ru n g d er A r t d er E rn ä h ru n g sv e r- h ä ltn isse. E s lie g t d a h e r a u ch n ah e, die E rfa h r u n gen an H e fe a u f d as W a c h s tu m tierisc h er Z ellen zu ü b e rtra g e n . D ie W a c h stu m sg rö ß e d a rf m an sich als re g u lie rt d en ken d u rch d ie Ä n d e ru n g des K o llo id a lz u s ta n d e s d er Z ellen . W a h rsc h ein lich ist ein e d er F u n k tio n e n d er en d o krin en W a c h s tu m s d rü sen diese R e g u lie ru n g des A u fb a u e s d er Z e ll
ko llo id e m it d em Z iel einer allm äh lich en K o n z e n trie ru n g des P ro to p la sm a s.
M it d em W a c h s tu m g e h t ein e M a ssen v erän d e
ru n g d er T iere v o r s ic h 1) . D iese b e d in g t, w ie w ir b e s tim m t w issen, eine Ä n d e ru n g des re la tiv e n B e trie b ssto ff W echsels. J e grö ß er ein T ie r w ird , d esto w en iger C alo rien pro K ilo g ra m m w erd en v e r b ra u c h t. B e i den S ä u g ern ka n n m an w e ite r b e o b ac h ten , d a ß au sg ew a ch sen e O rgan ism en v e r sch ied en er G rö ß e u n d w ach sen d e O rgan ism en g le i
ch er G rö ß e (z. B . V e rg le ic h K in d u n d Zw erg) den gleich en B e trie b ssto ffw e c h se l h a b en . E s b e ste h t also ein allg em e in er Z u sa m m e n h an g zw isch en M asse u n d E n erg ie v e rb ra u c h , u n d z w a r w ie ich z u erst gefu n d en h ab e, b eim W a rm b lü te r ein E n e rg ie ve rb ra u c h , d er d er O b erflä ch e p ro p o rtio n a l geh t, w eil h ier die a b k ü h le n d en V erh ä ltn isse m a ß geb en d sind. D iese sch a rfe E in ste llu n g b e d in g t die ch e
m isch e W ä rm ere g u la tio n , w elch e seh r fein th e r
m isch a b g e s tim m t ist. D iese R e g u la tio n is t keine
„m o to risc h e “ , d. h. d u rch n a ch w e isb a re M u sk el
b e w e g u n ge n h e rv o rg e ru fe n , ja v ie lle ic h t s te h t sie, wie m a n ch e h e u te ann eh m en , m it den M u skeln ü b e rh a u p t n ic h t in B e zie h u n g . B e im M enschen t r it t sie u n te r g eeig n eten U m stä n d e n in W irk s a m k e it.
E s g ib t eine k ritisc h e T em p e ra tu r, b ei d er die W a rm b lü te r ohne jed e R e g u la tio n im W ä rm e g le ic h g e w ic h t sich h a lten (m eist bei 30 — 3 3 ° L u f t w ärm e), w o b e i fü r gleich e O b erflä ch e n gleich e W ä rm em e n g en a b flie ß e n . B e i h öh erer L u ftw ä rm e
1) Über die Bildung der Körperm aße im Tierreich und deren Beziehung zum Energieverbrauch. 1924.
Sitzungsber. d. Akad. d. Wissensch.
k o m m t dann die p h y sik a lisc h e R e g u la tio n zu r W ir k sa m k e it (vor a llem W a sserv e rd u n stu n g ). W ie v e r h ä lt sich a b er M asse des K ö rp e rs zu m B e trieb s- sto ffw ech se l b eim K a ltb lü te r ? Ic h h a b e h ierü b er ein geh en d e U n tersu ch u n g en a n g e ste llt. M anch e A u to re n h a b en ohne w eiteres angen om m en , d aß d as O b erflä ch e n g ese tz au ch h ier g e lten w ird . D a zu lieg t, d a dieses a u f th erm isch er G ru n d la g e b asiert, kein A n la ß vo r. M an k a n n ab er n ach w eisen , d aß g ro ß e u n d k lein e F isc h e z. B . im re la tiv e n B e trie b s sto f fw ech sel versch ied en sind, ein U n tersch ied , der ve rsc h w in d e t, w en n m an a u f gleich e O b erflä ch e rech n et, u n d d o ch h a t die O b erflä ch e m it dem E n e r
g ie u m sa tz b ei den K a ltb lü te r n n ic h ts zu sch affen . U n te r s u c h t m an n äm lich A m p h ib ien u n d R e p tilie n , so sind diese in ih rer F o rm seh r versch ied en , d. h.
a u f gleich e M asse tre ffe n seh r ve rsch ied e n e O b e r
fläch en , d ie zw isch en einem F ro sch u n d einer S ch la n ge u m d as V ie rfa c h e d ifferieren können.
A u c h b ei diesen T ieren fin d e t m an b e i ein er S pezies, d a ß g ro ß e u n d k le in e T iere im E n e rg ie v e rb ra u c h sich u n tersch eid en , a b er in den O b erflä ch e n w e rten ü b erein stim m en , d agegen v e rlie rt d ie O b erflä ch e als H ilfs m itte l d er R e c h n u n g jed en Sinn, sob ald m an T ie re ve rsch ied e n e r W u ch sfo rm , z. B . einen F ro sc h m it ein er S ch la n g e, ve rg leich en w ill.
D ie b esteh en d en Z u sa m m en h än ge zw ischen M asse u n d E n e rg ie v e rb ra u c h , w ie sie w en igsten s b e i d em W a c h s tu m ein er S p ezies n ic h t zu v e r kenn en sind, m üssen in d er N a tu r des W a ch stu m s ü b e rh a u p t b e g rü n d e t sein, d a m an ih n en so n st n ic h t in so allg em ein er W eise, w ie es ta ts ä c h lic h d er F a ll ist, b egegn en k ö n n te . D ie E rk lä r u n g g ib t fo lgen d e B e tr a c h tu n g .
E s h a n d e lt sich b e i d er B e zie h u n g vo n M asse zu m E n e rg ie v e rb ra u c h ü b e ra ll um eine M in d eru n g des E n erg ie v e rb ra u c h s m it zu n eh m en d er M asse, d ie m it je d e r T e ilu n g d er Z ellen , also je d e r V e r d o p p e lu n g d er M asse und dem g leich en P r o z e n ts a tz in R e c h n u n g zu stellen ist. D a h e r a u ch b ei A n leh n u n g an irg en d ein e F o rm e l zu r O b e rflä c h e n b erech n u n g d ie U n tersch ie d e versch ied e n g ro ß er T iere a b g eg lich e n w erd en .
W 'elche A u fg a b e k a n n diese E rsc h ein u n g in der b io lo gisch en W e lt ab er h a b en ? D e r Z u sa m m en h a n g is t h ö ch st ein fach , w en n w ir uns k la rm a c h e n : D a s W a c h s tu m b e g in n t bei allen W irb eltieren m it ein er ra sch v e rla u fe n d e n Z e llte ilu n g , die in der G e sc h w in d ig k e it h in te r d er vo n m a n ch en M ikroben n ic h t zu rü c k b le ib t. D e m en tsp rech en d m u ß au ch d er B e trie b ssto ffw e c h se l a n fa n g s ein sehr g ro ß er sein. A u c h im in tra u te rin en L eb e n erfolgen die ersten V erd o p p e lu n g e n des E m b r y o m it w e it g rö ß erer G esc h w in d ig k e it w ie die sp äteren T e il
prozesse. D e r B e trie b ssto ffw e c h se l des H ü h n e r
e m b ry o is t in der ersten Z e it des L eb en s v ie l g rö ß er a ls im sp äteren V e r la u f des W a ch stu m s. M en sch lich e F rü h g e b u rte n h a b en einen re la tiv größeren B e trie b ssto ffw e c h se l w ie N o rm a lg e b u rte n usw . D a s L eb en b e g in n t also m it einer v it a m a x im a , die w e it h ö h er lie g t als d ie In te n s itä t des E n erg ie v e rb ra u c h s d er E lte r n . D a h e r m u ß im V e r la u f der
Hett 25- ] K i r s c h u. P e t t e r s s o n : Über die Verw andlung der Elem ente durch Atom zertrüm m erung. I. 495
20- 6. 1924J
E n tw ic k lu n g m it der sich w ied erh o len d en V e r d o p p elu n g des G ew ich te s d er E n e rg ie v e rb ra u c h sich ändern , bis die G rö ß e des elte rlich e n E n erg ie ve rb ra u ch s im au sgew ach sen en Z u sta n d e e rre ich t ist. K a u s a l b e ste h t k ein erlei Z u sa m m e n h an g m it der O b erflä ch e, a u ß e r b e i dem W a rm b lü te r, d er zu dieser A n p a ssu n g an d ie a b k ü h le n d en V erh ä ltn isse seine beson d ere W ä rm e re g u la tio n b e sitz t. W ie sich die R e d u k tio n des E n e rg ie v e rb ra u c h s m it d er M asse vo llzieh t, is t sch w er zu sagen, w ill m an n ic h t au ch w ied er an h o rm o n ale E in flü sse d en k en , so w äre ja au ch die M ö g lic h k e it gew isserm aß en ein er B in d u n g vo n „ A f f in it ä te n “ , w elch e den E n erg ie v e rb ra u c h b estim m en , vo ra u szu se tze n . D ie v o r
steh en d en U n tersu ch u n g en ergeb en uns einen a ll
gem einen E in b lic k in d as E n tste h e n des M assen
w a ch stu m s d er K a lt- u n d W a rm b lü te r. D ie in d i
vid u elle G rö ß e b e ru h t z w a r a u f ve re rb te n E ig e n sch a fte n , d ie D a u e r des W a ch stu m s, d ie Z a h l der V erd o p p elu n gen des G e w ic h te s w ird re g u lie rt d u rch die m eh r od er m in d er rasch e Ä n d e ru n g des K o llo id
zu sta n d es d er Z ellen . M it d er w ied erh o lten V e r d o p p elu n g der M assen g r e ift d er zw eite F a k to r im L eb e n ein, d ie R e d u k tio n d er re la tiv e n G rö ß e des B e tr ie b s s to ff W echsels. D a s fü h r t zu m an ch er p a ra d o xen E rsch ein u n g, w ie z. B . zu m gleichen re la tiv e n B e trie b ssto ffw e c h se l b e i einem P fe rd e u n d einem k lein en G o ld fisch ! W ie in den G ru n d zü gen der L e itu n g des W a c h stu m s zw isch en W irb eltieren ve rsch ied e n ste r A r t k ein U n tersch ie d b e ste h t, so lä ß t sich a u c h h in sic h tlic h des S to ffw ec h sels im engeren Sin ne ein U n tersch ie d zw isch en K a lt- und W a rm b lü te rn n ic h t n ach w eisen , n u r in den Z e ite n des G esch eh en s h än gen die P o ik ilo th e rm en ga n z vo n d er L eib e ste m p e ra tu r ab, die m e ist n ied rig is t und d esh alb sch ier in s U n gem essen e sich dehnen können.
G eg en ü b er der B u n th e it des m o rp h o lo gisch en Ä u ß e re n d er T iere sind v o r allem die ern äh ru n g s
p h y sio lo g isc h en P ro zesse also v o n e rsta u n lich ster E in fa c h h e it x).
x) K raft und Stoff im H aushalt der N atur. 1909.
Über die Verwandlung der Elem ente durch Atomzertrümmerung. I.
V o n Ge r h a r d Ki r s c h u n d Ha n s Pe t t e r s s o n, W ien . W ä h ren d J ah rh u n d e rte n w a r d as ä u ß e rste Z iel
fü r die E rfo rsc h u n g d er M aterie die V e rw a n d lu n g der E lem en te, die T ra n s m u ta tio n u n ed ler M etalle in G old . D ie gro ß en E n td e c k u n g e n a m A n fä n g e des 19. J a h rh u n d erts, w o rau s die m oderne C h em ie e n tstan d , sch ien diesen a lte n T ra u m d er A lc h i
m isten e n d g ü ltig zu v e rn ich te n . D ie H y p o th ese vo n den E le m e n ta ra to m e n als u n w a n d elb a ren B a u stein en d er M aterie w u rd e fü r d as folgen d e J a h rh u n d e rt d er F o rsc h u n g b ein ah e zu einem D o g m a, w en n a u ch v e re in ze lte k ü h n ere G eister n ach ein em U r s to ff su ch ten , au s d em alle die v e r sch ied en en G ru n d sto ffe zu sa m m en g e se tzt sein sollten. N a c h d er b e k a n n te n H y p o th e s e vo n Pr o u t w äre d er W a sse rsto ff d as leich teste vo n allen E lem en te n , d as „ P r o t o n “ , aus dessen A to m e n die A to m e der and eren, sch w ereren E lem en te a u f
g e b a u t sein so llten . E r s t b ei d er le tz te n J a h r
h u n d ertw en d e w u rd e d as D o g m a v o n d er U n ze rstö rb a rk e it d er A to m e e rs c h ü tte rt d u rch die E n td e c k u n g der ra d io a k tiv e n P h än o m en e. E s zeigte sich, d a ß die A to m e vo n gew issen G ru n d stoffen ein er sp on tan en V e rw a n d lu n g u n terliegen , w obei A to m fra g m en te, sog. oc- od er //-Partikeln, m it enorm hohen G esch w in d ig k e iten a u sg e sc h leu d e rt w erd en . D ie e rstg en a n n ten P a r tik e ln sind e le k trisch gelad en e A to m e des E d e lga se s H eliu m , w elche also ein N e b e n p ro d u k t des ra d io a k tiv e n Z erfalles sind. D ie ß-P a rtik e ln sind d agegen id en tisch m it den E lek tro n e n , den n e g a tiv e n E le k triz itä tsk o rp u s k e ln , w elch e m an schon frü h er als einen u n iversellen B e sta n d te il d er M aterie e rk a n n t h a tte . D e r A to m re s t n ach d em Z e rfa ll w ied eru m is t ga n z versch ied en v o n dem u rsp rü n g lichen A to m u n d g eh ö rt zu ein em anderen G ru n d
sto ff. Z w a r sch ien d er a lte T ra u m der A lch im ie d u rch diese E n td e c k u n g e n ve rw irk lic h t, a b er die A u ssic h ten , eine k ü n stlich e A to m v e rw a n d lu n g zu erreich en, w aren an sch ein en d n ic h t groß.
E rste n s m iß la n g en alle V ersu ch e, den ra d io a k tiv e n Z e rfa ll d u rch ä u ß ere E in g riffe zu b eein flu ssen ; die stä rk s te n erreich b aren e lek trisch en oder m agn etisch en F eld er, E rh itz e n a u f W e iß g lu t oder A b k ü h lu n g m it flü ssigem W a ssersto ff w aren vo llk o m m en w irk u n gslo s. Z w eiten s sind die en o r
m en E n ergiem en g en , w elch e bei d em ra d io a k tiv e n Z e rfa ll e n tw ic k e lt w erden , ein B e w e is fü r die G röß e der K r ä fte , w elch e die S ta b ilitä t der A to m e a u fre ch th a lte n , K r ä fte , die ü b erw u n d en w erd en m üssen, ehe eine V e rw a n d lu n g der E lem en te e r
zw u n gen w erd en kan n .
Sir Wi l l i a m Ra m s a y w ar ansch ein en d d er erste, w elch er den G ed a n k en h a tte , die bei dem freiw illi
gen ra d io a k tiv e n Z e rfa ll in a u ß e ro rd en tlich k o n zen trierter F o rm a u ftrete n d e E n ergie zu m H e rv o r
b rin gen eines erzwungenen Z erfalls zu verw en d en . E s e n tsp ric h t ja die A n fa n g sg e sc h w in d ig k e it der sch n ellsten « -P a rtik e ln aus R a d iu m C d er m ole
ku laren B ew eg u n g sen erg ie eines a u f m ehr als 60 M illiard en G rad C elsius e rh itzte n K ö r p e r s ! D ie V ersu ch e v o n Ra m s a y, a u f sp ek tro sk o p isch e m od er ga r ch em isch em W e g die N e u b ild u n g vo n G ru n d sto ffe n in m it R a d iu m e m a n a tio n b eh an d el
ten L ö su n g en v o n K u p fer-, T h o riu m - oder Z ir
ko n iu m sa lzen so w o h l als die B ild u n g vo n N eon aus R a d iu m e m a n a tio n u n d W asser festzu stellen , ergab en z w a r n ach Ra m s a y s M einun g p o sitiv e R e s u lta te , h ielten ab er d er k ritisch en N a c h p rü fu n g seitens an d erer F o rsch er n ic h t stan d .
D a s M ißlin gen dieser V ersu ch e v o n Ra m s a y
4 9 6 K i r s c h u . P e t t e r s s o n : Über die Verwandlung der Elem ente durch Atom zertrüm m erung. I . [ Die Natur- Lwissenschaften
w ird d u rch ein ige e tw a g le ic h z e itig g em a ch te U n tersu ch u n g en v o n S ir Er n e s t Ru t h e r f o r d
e rk lä rb a r. A u f die ü b erw ieg en d e M eh rzah l v o n ein er « - P a r tik e l g e tro ffen er A to m e w ird n u r ein g a n z w in zig e r T e il sein er kin etisch e n E n erg ie ü b e rtra g e n . D er Z u sa m m en sto ß is t n äm lich d a b ei n ic h t w ie bei gew ö h n lich en M o lek u la rg e sch w in d ig k e iten vo n e la stisch er A rt, sondern die « -P a r tik e l d u rc h flie g t n ah ezu u n a b g e le n k t d as g e tro ffen e A to m , d as d a b ei n u r „ io n is ie r t" w ird , d. h. eines v o n seinen äu ß eren E le k tro n e n v e rlie rt. N u r bei den a llerselten sten Z u sa m m en stö ß en , e tw a einem pro M illiard e, sch e in t d ie « -P a r tik e l a u f einen festen , w id ersta n d sfä h ig e n B e sta n d te il des A to m e s, a u f seinen K e r n zu stoß en , p ra llt d a b ei e la stisch z u rü c k o d er erleid e t eine b e trä c h tlic h e A b le n k u n g , w äh ren d ein en tsp rech en d g ro ß er T e il ih r e r g e w a ltig e n B e w e g u n g sg rö ß e a u f den g etro ffen en A to m k e rn ü b e rtra g e n w ird . A u f ein v e rtie fte s S tu d iu m v o n d er A b le n k u n g sch n eller « -P a rtik e ln a u s ih rer F lu g b a h n b ei ih rer F a h r t d u rch ve rsch ie dene A to m e h a t Ru t h e r f o r d d ie b e rü h m te Kernhypothese des A to m b a u e s b e g rü n d e t. D ie M asse des A to m e s soll n a c h d ieser H y p o th e se b ein ah e v o lls tä n d ig in ein em k lein en zen tra len , p o s itiv g elad en en K e rn zu sa m m en g e d rä n g t sein, u m w elch en h eru m die e le k trisch n e g a tiv e n E le k tro n en w ie P la n e te n u m eine Sonne kreisen. W ie die H y p o th e se s p ä te r v o n Ni e l s Bo h r und and eren zu ein er g en ia l a u sg e sta lte te n T h eo rie fü r den äu ß e re n B a u d er A to m e e n tw ic k e lt w u rd e, d a rf w o h l als a llg em e in b e k a n n t gelten .
D a s n e g a tiv e R e s u lta t der T ra n s m u ta tio n s versu ch e, w ie sie Ra m s a y a u sg e fü h rt h a t, b e ru h t a lso d a ra u f, d a ß n u r ein a u ß e ro rd en tlic h kleiner T eil der v o n ein er ra d io a k tiv e n S u b sta n z a u s
g esch leu d erten « -P a r tik e ln ta ts ä c h lic h w irk sa m w erd en , n äm lich d ie selten en P a rtik e ln , w elch e d ir e k t a u f A to m k e rn e sto ß en . N u r b ei diesen ,,K e r n tr e ffe r n “ fin d e t eine d er h oh en G esch w in d ig k e it d er « -P a r tik e l en tsp rech en d e E n e rg ie ü b e r
tra g u n g s ta tt, eine „ E r h it z u n g “ des getro ffen en A to m s u m v ie le M illiard en G ra d . In diesen A u s n ah m efä lle n a b e r e rö ffn e t sich eine M ö g lich k eit zu m Ü b e rw in d en d er R ie se n k rä fte , w elch e die S ta b ilitä t des A to m k e rn e s b esch ü tzen , d. h. die M ö g lich k eit zu ein er A to m z e r trü m m e r u n g 1).
D ie Untersuchungen von S ir E rnest Rutherford.
D a s V erd ie n st, die oben e rw äh n te M ö g lich k eit zu einer E le m e n tu m w a n d lu n g zu erst a u s g e n u tz t zu h ab en , g e b ü h rt w ied eru m d em M eister a u f dem G eb ie te d er e xp erim en telle n A to m fo rsch u n g , Sir Er n e s t Ru t h e r f o r d. 1 9 1 9 v e rö ffe n tlic h te er eine R e ih e v o n v ie r A b h a n d lu n g e n 2), in w elch en er die b ei solchen K e rn tre ffe rn d u rch sch n elle T eilch en a u ftre te n d e n E rsch ein u n g en n äh er u n tersu ch t. B e i
J) Diese Auffassung wurde schon 1912 von einem von uns vorgebracht, siehe: „Elem ents and electrons“
von Sir Wi l l i a m Ra m s a y, Harpers L ib rary of L iving Thöught, S. 163 — 166. London 1912.
2) E. Ru t h e r f o r d, Philosoph, mag. 37, 537ff. 1919.
W a sse rsto ff z e ig t sich, d a ß ein e k lein e Z a h l vo n P a r tik e ln seh r gro ß er R e ich w eite, bis 28 cm in L u f t (gegen über 7 cm fü r d ie « -P a r tik e ln au s R a d iu m C) a u ftra te n , w elch e sich als d u rch K e rn tre ffe r in B e w e g u n g g e setzte W assersto ffk ern e, sog. „ n a tü r lic h e " H -P a rtik e ln , id e n tifizie re n lassen.
B e i d en V ersu ch e n m it an d eren d er leich teren E lem en te tra te n im m er diese a u s W a ssersto ff- ve ru n rein g u n g en h errü h ren d en P a r tik e ln au f, w elch e b ei d e r M eh rza h l der u n tersu ch ten E lem en te d as B e o b a c h te n v o n P a r tik e ln k ü rzerer R e ich w eite und a n d erer H e rk u n ft ve rh in d e rte . E s g e la n g ihm aber, zu erst au s S tic k s to ff u n d sp ä ter in Z u sa m m en a rb e it m it Ch a d w i c k1) au s fü n f and eren E lem en ten , B o r, F lu o r, N a triu m , A lu m in iu m und P h o sp h o r H -P a rtik e ln v o n g rö ß erer R e ich w eite als die der
„ n a tü r lic h e n " zu b e o b a ch te n , w elch e als F r a g m en te vo n d u rch K e rn tre ffe r zertrü m m erten A to m e n e rk lä rb a r sin d . D iese A to m fra g m e n te w erd en n ic h t n u r v o rw ä rts, in d er R ic h tu n g der zu r Z e rtrü m m eru n g b e n u tz te n « -P a rtik e ln a u s
gesch leu d ert, sond ern sie flieg en a u c h n ach der e n tg e g e n g ese tzten R ic h tu n g . A lle rd in g s is t die G e sc h w in d ig k e it d er rü c k w ä rtig e n P a r tik e ln b e
d eu ten d k lein er als die d er v o rw ä rtig e n . D ie B e o b a c h tu n g d ieser neuen P a r tik e ln gesch ieh t d u rch d ie Szintillationsm ethode, d. h ., die bei ih rem A n s c h la g gegen einen Z in k su lfid sch irm h e rv o rg e b ra ch te n kleinen L ic h tb litz e , S zin tilla- tio n en , w erd en g e zä h lt u n d ihre A b n a h m e an Z a h l b ei v e rg rö ß e rte r A b so rp tio n — ein g e sch a ltete d ü n n e G lim m e rb lä tte r v o n b e k a n n te m „ L u f t ä q u iv a le n t“ — b e stim m t. D ie zu d ieser Z ä h lu n g ve rw e n d e ten M ik ro sko p e m üssen bei m ä ß ig er V e rg rö ß eru n g m ö g lich st lic h ts ta rk e B ild e r geben , d a die vo n H -P a r tik e ln h e rv o rg e b ra ch te n S zin til- la tio n en eine b e d eu te n d k lein ere H e llig k e it b e sitze n als die vo n « -P a rtik e ln erzeu g ten .
M it d iesen V ersu ch en v o n Ru t h e r f o r d un d Ch a d w i c k w a r zu m ersten M ale d er a lte T ra u m der A lc h e m ie v e rw irk lic h t, w en n a u ch n u r so zu sag en A to m fü r A to m . D a ß W a ssersto ffk ern e aus and eren E lem en te n a u sgesp ren g t w erden kön nen , b ew eist, d a ß die ersteren ta ts ä c h lic h B a u stein e v o n w en igsten s diesen E lem en te n sein m üssen. D ie a lte P ro u tsch e H y p o th e se is t d a d u rch w ied er zu E h ren gek o m m en . U n g e fä h r gle ich ze itig is t d u rch d ie m a ssen sp ektro g rap h isch en U n tersu ch u n g en v o n As t o n2) ein H a u p tein w a n d gegen die H y p o th e se e n tk r ä fte t w orden, n äm lich der, w elch er sich a u f die A b w e ic h u n g m ehrerer A to m g e w ic h te v o n d er G a n z za h lig k e it s tü tz t.
W ie die A sto n sch en M essu ngen zeigen, w erd en diese A b w e ich u n g e n d a d u rc h v o rg e tä u sc h t, d a ß die b e treffen d e n G ru n d sto ffe G em isch e au s einer klein en Z a h l v o n ch em isch u n tren n b aren „ I s o to p e n " sind, deren ein zeln e A to m g e w ic h te in n erh a lb d er M essu n g sg en au ig k eit g a n zz a h lig e W e rte h ab en .
*) E . Ru t h e r f o r d and J. Ch a d w i c k, Philsoph. mag.
42, 809ff. 1921, ibid. 44, 417^ - 922.
2) F. W. As t o n, Philosoph, mag. 39, 4 5 4. 1920; 39, 6 11. 1920; 42, 436, 1921,
Heft 25. 1 Ki r s c h u. Pe t t e r s s o n: Über die Verwandlung der Elem ente durch Atom zertrüm m erung. I. 497 20. 6. 1924J
D ie b ei Ru t h e r f o r d s V ersu ch e n b e o b a ch te te n R e ich w eiten d er vorw 'ärtigen u n d d er rü c k w ä rtig e n H -T eilch en e rm ö g lich ten eine B e re ch n u n g der bei der Z e rtrü m m eru n g a u ftrete n d e n E n ergiem en gen . E s zeig te sich d ab ei, d a ß z. B . bei d er Z e rtrü m m e ru n g v o n A lu m in iu m , dessen H -P a rtik e ln n ach v o rw ä rts eine R e ic h w e ite v o n n ic h t w en iger als 90 cm in L u ft b e sitzen , eine E n ergiem en ge v o n e tw a 40 % d er <x-P a rtik ele n e rg ie au s d em A lu m in iu m kern fre ig e m a c h t w ird . A n d e rse its ist d ie Z e rtrü m m eru n g des S tic k s to ffk e rn e s m it ein em E n e rg ie v e rlu s t v e rb u n d e n . W ie Ru t h e r f o r d und Ch a d w i c k sich den M ech an ism u s der A to m ze rtrü m m e ru n g vo rste llen , soll in ein em sp äteren A r tik e l a u sein an d e rg e setzt w erd en .
B e i den erw äh n ten V ersu ch en k o n n te n w egen d er K o m p lik a tio n d er n atü rlich e n H -P a r tik e ln n u r ein p a a r E lem en te a u f A to m fra g m e n te kü rzerer R e ich w eite als e tw a 30 cm L u ft g e p rü ft w erd en . So w u rd e gefu n d en , d a ß kein e H -P a rtik e ln vo n mehr als 1 6 — 17 cm R e ic h w e ite au s S iliciu m als Q u arz od er a u s C h lor als E le m e n t a u sgesp ren g t w erden . N u r m it zw e i g a sförm ig en S u b sta n zen , S a u e rsto ff und K o h le n sä u re, k o n n te dieselbe P rü fu n g bis a u f P a r tik e ln v o n d er R e ich w eite 9 cm h e ra b a u sg e d eh n t w erd en , und z w a r m it n e g a tiv e m R e s u lta t. D a g e ge n e rh ielt m an vo n beid en G asen eine Z a h l v o n P a rtik e ln , deren R e ic h w eite zw isch en 7 und 9 cm lag, w elch e aber, der H e llig k e it ih rer S z in tilla tio n en n ach , g rö ß er als H -P a rtik e ln sein so llten . Z u e rst v o n R u t h e r f o r d als ein fac h gelad en e S a u e rsto ffa to m e a u fg e fa ß t, eine D e u tu n g , die vo n L e n z x) als u n w a h rsch ein lich e rk a n n t w u rd e, sind sie s p ä te r v o n R u t h e r f o r d als eine b eson dere A r t A to m fra g m e n te v o n der M asse 3 u n d der L a d u n g + 2 a u fg e fa ß t w orden, d. h. als sog. X 3-P a rtik e ln , eine A n n ah m e, die er d u rch m a gn etisch e A b le n k u n g sv e rsu c h e zu stü tze n v e r s u c h t e 2). S ch lie ß lich h a t er a u ch diese E rk lä r u n g a u fg eg eb en u n d sp rich t, im Jah re
1922, die V e r m u tu n g aus, d a ß es sich bei diesen T eilch en n ich t u m F ra g m e n te vo n zertrü m m erten A to m e n h a n d elt, sond ern d a ß sie m it « -T eilch en id en tisch sein u n d als ein N e b e n p ro d u k t des ra d io a k tiv e n Z erfalls aus den S tra h lu n g sq u ellen selb st, R a C od er T h C , h erstam m en s o lle n .3) D iese d ritte H y p o th e s e is t d an n s p ä te r v o n zw ei vo n seinen S ch ü lern ein er au sfü h rlich en P rü fu n g u n terzo gen w ord en . W ie w eiter u n ten e rw äh n t w erden soll, is t w ah rsch ein lich diese d ritte E r k lä ru n g a u ch n ich t zu treffen d .
Versuche im W iener In stitu t fü r R adium forschung.
N a ch den e rw äh n ten V ersu ch en v o n Ru t h e r f o r d und Ch a d w i c k kön nen K e rn tre ffe r gegen
*) W . Le n z, D ie N a tu r w is s e n s c h a f t e n 8, i 8 i f f . 1920.
2) E. Ru t h e r f o r d, B a k e r ia n Lecture, Proc. o f th e R oy. Soc. o f London (A.) 97, 374 - I920. V gl. a u c h A . S m e k a l , Die N a t u r w is s e n s c h a f t e n g, j j i., 93ff-
1 9 2 1 .
3) E. Ru t h e r f o r d, Philosoph, mag. 41, 57°^- i 9 2 1-
N w . 19 24 .
A to m e d er leich teren E lem en te eine I n s ta b ilitä t ih rer S tr u k tu r und einen erzw u n gen en Z e rfa ll h e rv o rb rin g e n . E s ersch ein t n ah eliegen d , d a s selbe M itte l a u c h a u f A to m e vo n b e sch rä n k ter S ta b ilitä t zu v erw en d en , d. h. d u rch B e stra h lu n g m it « -P a rtik e ln eine b ish er nie erreich te B e sch le u n ig u n g des n atü rlich e n ra d io a k tiv e n Z er
fa lls h erb eizu fü h ren . B e i V ersu ch e n dieser A rt, w elch e n och n ic h t abgesch lossen sind, h a t einer v o n uns eine n eu e M eth od e gefu n d en , seh r s ta rk e P rä p a ra te vo n d er als S tra h lu n g sq u elle b e n u tzte n S u b sta n z, R a d iu m C, h e rz u s te lle n 1). A n s ta tt, w ie n ach der frü h er b e n ü tz te n M eth ode, die m it R a C zu a k tiv ie re n d e S ch eib e in ein em B e h ä lte r m it r e la tiv k o n ze n trierte r E m a n a tio n a u f einem n e g a tiv e n P o te n tia l v o n ein p a a r H u n d e rt V o lt zu h a lten , w ird n ach d er Kondensationsm ethode die v o rrä tig e E m a n a tio n sm e n g e d u rc h A b k ü h lu n g m it flü ssiger L u ft q u a n tita tiv a u f die O b erflä ch e d er S ch eib e au sgefroren . D ie im L a u fe v o n ein p a a r S tu n d en d u rch ra d io a k tiv e n „ R ü c k s t o ß “ in die S ch eib e ein g eh ä m m erten M engen d er F o lg e p ro d u k te erreich en seh r b e trä c h tlic h e B ru c h te ile der th e o retisch m ö glich en A u sb e u te und scheinen a u ß e rd e m v ie l besser an der S ch eib e zu h a fte n als n ach d er elektrisch en M eth od e d a rg estellte P r ä p a ra te , w ah rsch e in lich w egen der d o p p e lten E in - h ä m m e ru n g in d as M etall.
D a R a d iu m C als Q uelle d er sch n ellen R a C '- a -P a rtik e ln sozu sagen eine S ch lü sselsu b stan z fü r die V ersu ch e üb er A to m z e rtrü m m e ru n g d a rstellt, h a b en w ir seit 2 Jah ren diese K o n d e n sa tio n s
m eth o d e sow ie andere au s un serer gem ein sam en A r b e it e n tw ic k e lte exp erim en telle H ilfs m itte l a u s
g e n u tzt, u m die V ersu ch e a u f diesem w en ig er
fo rsch te n G eb iete wre ite rzu fü h ren . D e r L e itu n g des In s titu ts fü r R a d iu m fo rsc h u n g in W ie n sow ie d er des I I . P h y sik a lis c h e n In s titu ts der U n iv e rs itä t v e rd a n k e n w ir die allseitig e U n te r
s tü tz u n g und F ö rd e ru n g u n serer A rb e it, üb er die w ir h ier z u m ersten M ale eine zu sam m en fassen d e D a rs te llu n g v o r legen .
Versuchsanordnugen u n d M essungsergebnisse.
D e r erste P la n un serer U n tersu ch u n g en , die m a gn etisch e A b le n k u n g d er H -S tra h len au s v e r sch ied en en E lem en te n n äh er zu stu d ieren , stieß a u f S ch w ie rig k eite n w egen d er sch n ellen A b - k lin g u n g d er S tra h lu n g sq u elle. B e k a n n tlic h k lin g t in e tw a 30 M in u ten die A k t iv it ä t eines R a B + C- P rä p a ra te s a u f die H ä lfte ab . B e i d em S u ch en n ach ein er k o n sta n te re n S tra h lu n g sq u elle ka m en w ir d a ra u f, d ü n n w a n d ig e C a p illa ren au s G las m it der zu u n tersu ch en d en S u b sta n z in n en a u szu k le i
den und m it ein em so rg fä ltig g e tro c k n e te n G em isch au s S a u e rsto ff u n d R a d iu m e m a n a tio n g e fü llt a b zu sch m elzen . D ie d u rc h die dü n n en G lasw än d e au strete n d e n P a r tik e ln w u rd en n ach der Szin- tilla tio n sm e th o d e u n tersu ch t und ihre R e ich w eite b e stim m t d u rc h E in sc h a lte n vo n A b so rp tio n s
*) H. Pe t t e r s s o n, M itt. a. d. Inst. f. Rad.-Forschung in Wien, Nr. 155, W iener Berichte 1923.
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498 Ki r s c h u. Pe t t e r s s o n: Über die Verwandlung der Elem ente durch Atom zertrüm m erung. I . [ Die N atui- Lwissenschaften
filte rn au s G lim m er od er M etallfolien v o n gen au b e k a n n te m ,,L u ftä q u iv a le n t“ . D a s d a b ei b e n u tz te M ik ro sko p zeich n e t sich d u rch beson ders große L ic h ts tä rk e b e i r e la tiv a u sg e d eh n tem G esich tsfeld a u s u n d is t w ie g ew ö h n lich b e i ä h n lich en M es
su n gen re c h tw in k e lig g e k n ic k t, in d em ein re fle k tieren d es P rism a oder ein S p ieg el den S tra h le n g a n g u m 90° a b le n k t, u m die A u g e n des B e o b a ch ters v o r der y-S tra h lu n g des P rä p a ra te s zu sch ü tzen . D a s b ei un seren ersten U n tersu ch u n g en b e n ü tz te M ikro sko p w a r d em v o n Ru t h e r f o r d
u n d Ch a d w i c k besch rieb en en seh r ä h n lich , sp ä ter h a b en w ir m itte ls ein er S p ez ia lk o n stru k tio n m it ve rg rö ß e rte r A p e rtu r u n d v e rm itte ls ein er G la s
im m ersion, einen ohne R e fle x io n s v e rlu ste a n ge b ra ch te n S zin tillatio n ssch irm , eine seh r b e tr ä c h t
lich e E rh ö h u n g d er L ic h ts tä rk e erreich t. D as neu e M ik ro sko p e rm ö g lich t eine w eitgeh en d e U n tersch e id u n g d er H - und « -P a rtik e ln , so d a ß
einer em anationsgefüllten Capillare.
g le ic h ze itig vo rk o m m e n d e P a r tik e ln b eid er G a t tu n g en se p a ra t g e zä h lt w erd en kö n n en (F ig. i) . U m d as allg em ein e, d u rch die /^-Strahlung vo m P r ä p a ra t h e rv o rge ru fe n e L e u c h te n des S zin til- la tio n ssch irm es a b zu sch w ä ch e n , w erd en die Z ä h lu n gen zw e ck s A b le n k u n g d er /5-P a r tik e ln in einem sta rk en M a gn etfeld a u sg e fü h rt. D a die Z ä h lu n g der rasch en L ic h tb litz e erm ü d en d w irk t, m u ß te n m ehrere B e o b a c h te r a b w ech seln d zäh len , im a ll
gem ein en in P eriod en vo n n u r 1 — 2 M in u ten . B e i der oben b esch rieb en en M eth od e m it C a p illa ren au s G las zeig te es sich b ald , d a ß die H -P a r tik e ln au s den im G las selb st v o rk o m m e n den A to m e n v o n zertrü m m erb a ren E lem en ten , B o r, N a triu m , A lu m in iu m u sw ., eine F eh lerq u elle a u sm ach en , w elch e uns d a zu zw an g , C a p illa ren a u s rein em gesch m olzen en Q u arz a n s ta tt aus G las zu b e n u tz e n . M it äh n lich en Q u arzcap illaren , in nen a u s g e k le id e t m it dü n n en S ch ich ten vo n S ca n d iu m , V a n a d iu m und K o b a lt (als O x y d e ) und A rsen (als M etallsp iegel), k o n n te fe s tg e s te llt w erd en , d a ß d ie Z a h l d er H -P a rtik e ln vo n m ehr
als 30 cm R e ich w eite, w elch e au s diesen E lem en te n a u sge sp ren g t w erd en kön nen , jed e n fa lls n ich t z a h l
reich er als e tw a 2 p ro 100 M illionen v o n den bei d em V e rsu c h b e n u tz te n « -P a rtik e ln au s R a d iu m C sein kön nen . G le ic h ze itig m it d iesem n eg a tiv e n E rg eb n is erh ielten w ir a b er m it ein er besonders d ü n n w a n d ig en C a p illa re aus Q u arz d as ü b e r
rasch en d e R e s u lta t, d a ß aus dem Q u arz selb st eine b e trä c h tlic h e Z a h l H -P a r tik e ln v o n der R e ic h w e ite e tw a 12 cm a u sg e sp ren g t w erd en . D ieses E rg eb n is w u rd e d a n n m it ein em A to m z e rtrü m m e ru n g sa p p a ra t v o n beson d erer K o n s tru k tio n b e s tä tig t u n d a u f ein ige d er and eren vo n Ru t h e r f o r d als u n sp ren gb a r angen om m en en E le m e n te a u sg e d eh n t (F ig. 2).
In ein em S tre ifen au s 2 m m d ic k em M essin g
b lec h w ird eine A u s s ä g u n g 2 m m b re it u n d 45 m m la n g g e m a ch t. U n ten w ird d ie so g e b ild ete R in n e m it ein em a n g elö teten B o d e n au s d ü n n er K u p fe r fo lie v o n n u r 3,5 cm L u ftä q u iv a le n t (0,01 m m
D ick e) verseh en, oben m it ein em D e c k e l au s d ic k e rem M essing zu g e lö te t. D u rc h v ie r n ich t gan z zu m D e c k e l h in au freich en d e Q u erw än d e w ird die R in n e in v ie r, je 1 cm la n g e A b te ilu n g e n e in g e teilt und a u f d em B o d e n w ird in drei vo n den A b te ilu n g e n eine dü n n e S c h ic h t vo n je einer der zu u n tersu ch en d en S u b sta n zen m ö g lich st g le ich m ä ß ig v e rte ilt. N u r eine A b te ilu n g b le ib t leer z u r K o n tro lle . N a c h so rg fä ltig e m T ro ck n e n des b e sch ick ten A p p a ra te s m ittels D u rch le iten v o n tro ck en em S a u e rsto ff w ird d er rech ts in d er F ig u r gezeich n ete S tem p e l h e ra b g e d rü ck t. D a b e i w ird eine klein e m it R a d iu m e m a n a tio n ge fü llte G la sca p illa re z e rq u e tsc h t u n d die ein geschlossen e M enge vo n E m a n a tio n in die R in n e h in ein b efö r
d e rt. D ie Z in n c ap illare a m anderen E n d e des A p p a ra te s w ird so fo rt a b g e lö te t, und d er A p p a r a t is t also m it R a d iu m e m a n a tio n u n d tro ck en em S a u e rsto ff b e i A tm o s p h ä re n d ru c k g e fü llt. D ie n ach u n ten d u rch die d ü n n e K u p fe rfo lie vo n jed e r d er v ie r A b te ilu n g e n a u strete n d e n P a rtik e ln w erd en d an n im M agn etfeld n ach d er S c in til-
Heft 25. ] Ki r s c h u. Pe t t e r s s o n : Über die Verw andlung der Elem ente durch Atom zertrüm m erung. I. 499
20. 6. 1924J
la tio n sm eth o d e u n te rsu c h t u n d die A b n a h m e der Z ah l v o n S zin tilla tio n e n bei E in sc h a lte n versch ie dener A b so rp tio n sfilte r im W eg e der P a r tik e l b e
stim m t. B e i diesen V ersu ch en w u rd e a u ch vo n d er u n b esc h ic k ten A b te ilu n g eine w en n au ch re la tiv k lein e Z a h l v o n P a r tik e ln b e o b a ch te t, w elch e w ah rsch e in lich als n a tü rlich e H -P a r tik e ln au s S p u ren vo n o k k lu d ie rte m W a ssersto ff in der K u p fe rfo lie e rk lä rb a r sind . A u s den änd ern , m it B e ry lliu m als O x y d , S iliciu m als E lem en t und M agn esiu m als O x y d b e sc h ic k ten A b te ilu n g e n w u rd en bei k lein eren A b so rp tio n sw e rten v ie l z a h l
reichere H -P a rtik e ln w ah rgen o m m en , und z w a r zeigten die au fgen o m m en en A b so rp tio n sk u rv e n folgen d e W e rte der m a x im a le n R e ich w eite fü r die H a u p tm e n g e d ieser A to m fr a g m e n te : B e 1 8 cm,
140
S i 12 cm u n d M g 1 3 cm 1). F ü r S iliciu m erg a b sich also eine B e stä tig u n g des m it Q u arz gew on n en en R e su lta te s (F ig . 3).
B e i an d eren V ersu ch en m it ein em äh n lich en A p p a ra t, dessen A b te ilu n g e n m it L ith iu m als C a rb o n at, S ch w efel als K u p fe rs u lfid u n d C h lor als S ilb erch lo rid b e sc h ic k t w aren , erh ielten w ir w en ig er e in d e u tig e R e su lta te , d a die Z a h l der P a rtik e ln au s der leeren A b te ilu n g m it n u r K u p fe r folie b ei d iesem A p p a r a t b ed eu ten d grö ß er w ar, w ah rsch ein lich w egen u n gen ü gen d er E n tg a s u n g der K u p fe rfo lie . A lle rd in g s sch ien au s diesen V e r
su ch en h e rv o rzu g e h e n , d a ß a u ch L ith iu m H - P a rtik e ln a b g ib t vo n der m a x im a le n R e ich w eite 10 cm .
1) N ach späteren Messungen erscheint unter B erück
sichtigung auch seltener H -Partikeln die Reichweite um mehrere Zentim eter höher zu sein.
T eilchen größerer Reichweite aus R a C . N a ch d er V e rö ffe n tlic h u n g un serer o ben er
w ä h n ten R e s u lta te h ab en zw ei vo n Ru t h e r f o r d s
S ch ü lern m itg e te ilt, d a ß sie das V o rh an d en sein v o n P a r tik e ln grö ß erer R e ic h w e ite als 7 cm aus R a d iu m C fe s tg e s te llt h a b en u n d z w a r drei d istin k te G ru p p en vo n (dem A u sseh en der S zin tilla tio n e n nach ) a -P a rtik e ln u n d d a zu n och eine gew isse Z a h l v o n H - P a r tik e ln 1). A u f je 10 M illionen d er g ew ö h n lich en P a r tik e ln k o m m en n a ch ih rer A n g a b e 380 a -P a rtik e ln vo n R = 9,3 cm , 125 a -P a r- tik e ln v o n R = 11,2 cm und 65 <x-Partikeln vo n R = 13,3 cm , d a zu 160 H -P a r tik e ln v o n d er R e ic h w eite R > 13 cm . A u s T h o riu m C sollen a u c h drei ä h n lich e G ru p p en v o n a -P a r tik e ln ü b ern o rm a ler R e ich w eite k om m en , au s A c tin iu m C ein e G ru p p e u n d n a ch ein er sp ä teren M itte ilu n g 2) a u c h a u s P o lo n iu m drei G ru p p en vo n a -P a rtik e ln vo n län gerer R e ic h w eite als die n orm ale (R = 3,8 cm ). B e tre ffs des U rsp ru n gs d er b e o b a c h te te n H - P a r tik e ln d rü ck e n sich die V erfasser in ih rer sp äteren au sfü h rlich eren A b h a n d lu n g 3) e tw a s m ehr re serv ie rt aus, in d em sie angeb en, d a ß in der Z a h l fü r die H -P a r tik e ln a u ch solch e sek u n d ärer A r t au s L u f t od er G lim m er m it in b egriffe n sind.
B is je t z t h a t m an in der R e ich w eite d er a -T e ilch e n vo n ein er ra d io a k tiv e n S u b sta n z eine fü r d ieselbe c h a ra k te ri
stisch e K o n sta n te gesehen, w elch e m it d er Z e rfa llsg e sc h w in d ig k e it d u rch die b e k a n n te G eiger-N u tta llsc h e G le ic h u n g e in d e u tig ve rb u n d e n ist. D a s V o r k o m m en v o n d e ra rtig e n G ru p p en v o n a -T e ilch e n ü b ern o rm aler R e ich w eite w ü rd e die allg em ein e G ü ltig k e it dieser G leich u n g a u fh eb en o d er so n st zu sehr v e rw ic k e lte n A n n a h m en ü b er m eh r
fach e V e rz w e ig u n g d er ra d io a k tiv e n Z e rfa llsk e tte n n ötigen . E tw a s b e frem d end e rsch ein t a u ch die A n n ah m e, d a ß H -P a r tik e ln b ei d em Z e rfa ll einer ra d io a k tiv e n S u b s ta n z m ite rze u g t w erd en kön n ten .
B e i d er vo n Ba t e s u nd Ro g e r s b esch rieb en en V ersu ch sa n o rd n u n g d u rch se tzen die gew ö h n lich en a -P a rtik e ln vo n R a d iu m C m ehrere Z e n tim e ter lan g e S tre ck e n in G asen, L u ft od er K o h le n sä u re sow ie a u c h G lim m e rb lä tte r versch ied en en L u f t ä q u iv a le n ts. B e i einer N a c h p rü fu n g dieser B e fu n d e, w elch e n eu lich im W ie n e r R a d iu m in s titu t v o n F ra u F il. m ag. Da g m a r Pe t t e r s s o n a u s
g e fü h rt w u r d e 4), k o n n te fe s tg e s te llt wrerden, d a ß ,
*) L. F. Ba t e s u. J. St. Ro g e r s, N ature, 22. Sept.
1923, S. 435.
2) L. F. Ba t e s u. J. S t. Ro g e r s, N ature, 29. Dez.
1923. S. 938.
3) L. F . Ba t e s u. J. St. Ro g e r s, Proc. of the roy.
soc. of London (A.) 105, 97. 1924.
4) D. Pe t t e r s s o n, M itt. a. d . Inst. f. R a d .-Forschung Nr. 163. 1924.
a_= Cu (berechnt t)
• - Cu (beobachtet)
* = Si
o * Be O - Mg
10 11 12 13 n 15
Fig. 3. Abnahm e der Atom fragm ente bei erhöhter Absorption.
