Experimentalphysik III (Atomphysik)

106 Kapitel 5. Das Atommodell nach Rutherford, Bohr, Sommerfeld
metastabieles Atom
G
K
A
U K
hν
0.02 mbar
+0.1V
−U Ph
I Ph
I Ph
4.7 4.9 5.4
Abb. 5.22: Nachweis metastabiler Zustände.
In diesem Zusammenhang ist noch folgender Versuch interessant: Na–Dampf unter
niedrigem Druck kann durch Einstrahlung der gelben Na–Linie (Quantenenergie: 2.11 eV)
zum Leuchten angeregt werden. Die Anregung erfolgt nur, wenn das eingestrahlte Licht exakt
die Quantenenergie 2.11 eV besitzt. Sowohl kleinere, als auch größere Quantenenergien
im sichtbaren Spektrum bleiben für die Anregung unwirksam.
Anders jedoch bei Anregung durch Elektronenstoß: Bei dieser Anregung wird gelbes Na–
Licht emittiert, wenn die Energie der Elektronen gleich oder größer ist als 2.11 eV. Die
Erklärung hierfür lautet: Die kinetische Energie freier Elektronen ist nicht gequantelt!
Nach der Anregung eines diskreten Atomniveaus durch Elektronenstoß kann deshalb
ein beliebiger Betrag an kinetischer Energie dem anregenden Elektron übrig bleiben. Dieser
Betrag kann, wenn er groß genug ist, auch noch zur Anregung eines weiteren Atoms im
Gasgefäß dienen.
∗ 5.9 Energieverlust schneller Ionen in Materie
Auch Ionen (z.B. p + , He ++ ≡ α,...) zeigen eine Wechselwirkung mit den Elektronen der Atome,
wenn sie auf Materie geschossen werden. Hier interessiert man sich nicht für den Einzelprozeß,
sondern für die Folgeprodukte insgesamt. Nachweis von geladenen Teilchen in Teilchendetektoren:
• Nachweis des Lichts nach Anregung durch Photokathode und Multiplier,
• Nachweis der Elektronen (und Ionen) nach Ionisation durch Zählrohre, Halbleiterzähler
u.a. (Teilchendetektoren).
Die ersten Energieverlustformel wurde bereits von Bohr angegeben: Ion mit M, +Ze, �v und
E kin ≫ W ionis : quasifreie Elektronen.
Abb. 5.23: Zur Energieverlustformel.
Der Impulsübertragung auf ein Elektron beträgt: p y =
U K
F = Ze2 ZC
= ;
4πε0r2 r2 F x = − ZC
r 2 cos ϕ; F y
C = e2
=1.44 MeV
4πε0 �
+∞
−∞
F y dt =
�π
0
ZC
= sin ϕ
r2 ZC dt
sin ϕ
r2 dϕ dϕ