Experimentalphysik III (Atomphysik)

5.8. Anregung von Atomen durch Elektronenstoß 103
N 0
N(x)
x
Abb. 5.16: Zum Transmissionsexperiment.
Dann gilt: N(x) =N0e −αx α −
= N0e ϱ (ϱx)
α = n · σ,
n ist die Teilchendichte und σ der Wirkungsquerschnitt.
Lenard fand, daß der Massenabsorptionskoeffizient“
” α
ϱ materialunabhängig ist. Der Schwächungseffekt
des Primärstrahls beruht auf der Ionisation der Targetatome. Es kommt nämlich nur
auf die Zahl der Elektronen im Target an. Dafür spricht auch die Tatsache, daß der Zahlenwert
des Wirkungsquerschnitts für β = v
c =0.04 �= Wkin ≈ 400 eV etwa gleich dem geometrischen
Querschnitt ist:
σ(400 eV) ≈ 3 · 10 −16 cm 2
≈ geometrischer Querschnitt des Atoms.
Bei dieser Geschwindigkeit der Elektronen — also der Umlaufgeschwindigkeit der Atomelektronen
—ist v
c
etwa gleich 1
137 .
Mit zunehmender Einschußenergie folgt eine Abnahme des Wirkungsquerschnitts σ:
Abb. 5.17: Abnahme des Wirkungsquerschnitts in
Abhängigkeit von der Energie.
β = v
c W kin (keV) σ(10−16 cm 2 )
0.04 0.4 3.1
0.1 2.6 4· 10 −1
0.2 1 1 .8 · 10 −2
0.3 25 1.5 · 10 −3
0.5 79 1.1 · 10 −4
0.7 204 1.4 · 10 −5
Die Abnahme des Wirkungsquerschnitts beruht auf Verkleinerung der Wechselwirkungszeit für
die Ionisation: Materie wird ” durchsichtiger“. Dieses Ergebnis von Lenard war noch vor
Rutherford bekannt.
Eine Bestätigung der Bohrschen Theorie gelang durch folgende Versuche:
• Lenard untersuchte ab etwa 1902 die Ionisation von Atomen durch Elektronenstoß:
Glühelektronen werden im Raum zwischen Kathode K und Gitter G auf die Energie
W kin = eU G beschleunigt. Im Raum zwischen G und A besteht eine Gegenspannung
|U A | > U G . Die Elektronen können also gegen die negative Anode nicht anlaufen, sie
fallen zurück auf das Gitter G. Ist die kinetische Energie der Elektronen größer als die
Ionisationsenergie des Gases, also eU G ≥ W ionis , erfolgt eine Ionisation der Gasatome.
Die positv geladenen Ionen fliegen nun auf die Anode zu. Diese Ionisationsereignisse werden
als Strom an der Anode gemessen. Der Einsatzpunkt der Anodenstromkurve ist gleich der
Ionisationsspannung.