Kernphysik

7.

Der Kreis wurde schließlich ganz beträchtlich erweitert durch Versuche, die in Rom von Fermi und seinen Mitarbeitern (Amaldi, d'Agostino, Pontecorvo, Rasetti, Segrè) ausgeführt wurden. Die Resultate sind zusammengefaßt in 2 Arbeiten, die in den Jahren 1934 und 1935 in den Proc. R. Soc. London veröffentlicht worden sind. Alle Umwandlungen wurden in den bisher besprochenen Versuchen dadurch herbeigeführt, daß ein geladener kern wie ⁴₂He, ¹₁H, ²₁H usw. so beschleunigt wurde, daß er unter Überwindung der elektrostatischen Abstoßung des umzuwandelnden Kernes in diesen eindringen konnte. Fermi und seine Mitarbeiter ließen nun statt dessen die ungeladenen Neutronen auf die Kerne wirken. Die elektrostatische Abstoßung fällt jetzt weg, und es zeigte sich, daß nun selbst mit den schwersten hochgeladenen Kernen Reaktionen eintraten und neue radioaktive Elemente gebildet wurden. Die Protonenquelle war ein Gemisch von Radiumemanation (bis 800 Millicurie) mit Berylliumpulver in einem Glasrohr; in der Nähe von dieser Quelle wurden die verschie-

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denen Substanzen, meistens in Form von Zylindern, die über das Glasrohr geschoben wurden, der von ihr ausgehenden Neutronenstrahlung ausgesetzt und nach Bestrahlung auf erregte Radioaktivität mit einem Geiger-Müllerschen Zählrohr geprüft. Von 60 untersuchten Elementen konnten so 40 aktiviert werden. Sie senden alle, soweit sie geprüft werden konnten, und im Gegensatz zu den mit α-Strahlen erzeugten radioaktiven Elementen, keine Positronen, sondern Elektronen aus. Die Art der Reaktionen, sowie die Hauptgesetzmäßigkeiten, können gut im Spezialfalle des Aluminiums, eines reinen Ausgangselementes ohne beigemischte Isotope (siche Tabelle I), diskutiert werden. Es wurde eine künstliche Radioaktivität festgestellt, die einen Abfall mit drei verschiedenen Halbwertszeiten zeigt. Diesen 3 verschiedenen Zeiten entsprechen nach Fermi 3 verschiedene Umwandlungen.

a)	Halbwertszeit 2,3 Min.
b)	Halbwertszeit 10 Min.
c)	Halbwertszeit 15 Stunden

Es konnte mit chemischen Mitteln gezeigt werden, daß der Träger mit 10 Min. Halbwertszeit in der Tat ein Magnesiumisotop und der mit 15 Stunden Halbwertszeit ein Natriumisotop ist. Bei den ersten Versuchen war die radioaktive Erregung

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mit 2,3 Min. Halbwertszeit nicht gefunden worden. Sie ist auch bei der gewöhnlichen Versuchsanordnung außerordentlich schwach. Es wurde nun aber beobachtet, daß manche Aktivitäten sehr verstärkt werden können, wenn in die nähere Umgebung der bestrahlten Substanz größere Mengen Wasser, Paraffin, kurz Körper, die viel Wasserstoff enthalten, gebracht werden. Zu diesen verstärkbaren Aktivitäten gehört die mit 2,3 Min. Halbwertszeit; sie kommt erst recht zum Vorschein, wenn Aluminium unter Wasser mit Neutronen bestrahlt wird. Fermi deutet diesen merkwürdigen Befund folgendermaßen: Die Neutronen werden von der Quelle mit großen Energien fortgeschleudert. Haben sie nun Gelegenheit, auf viele Wasserstoffkerne aufzutreffen, dann verlieren sie dadurch nach mehreren Zusammenstößen ihre kinetische Energie. Erst mit diesen ganz langsamen Neutronen können manche Reaktionen mit relativ guter Ausbeute ausgeführt werden. Es scheint in der Tat naheliegend, daß eine Reaktion, wie die unter a) genannte, bei der ein Neutron nur sozusagen an den Kern geheftet wird, am besten mit langsamen Neutronen gelingen muß. Für das Produkt mit 2,3 Min. Halbwertszeit, das aus Aluminium entsteht, wurde seine Isotopie mit Aluminium nicht chemisch nachgewiesen. Sie folgt aber aus der Tatsache, daß bei der gewöhnlichen Bestrahlung von Silicium auch ein Produkt mit 2,3 Min. Halbwertszeit entsteht, das die chemischen Eigenschaften des Aluminiums hat. Diese Reaktion wird durch die Nähe von Wasser nicht verbessert und verläuft sehr wahrscheinlich nach der Gleichung:



Sie liefert offenbar dieselbe Substanz als die, welche im Falle a) durch langsame Neutronen aus Aluminium gebildet wird.

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In der folgenden Fig. 6 sind die Prozesse a), b) und c) in ähnlicher Weise dargestellt, wie das in Fig. 5 mit den durch α-Bestrahlung hervorgerufenen geschehen ist.

Figur 6
Umwandlungen von Aluminium bei Bestrahlung mit Neutronen.

Am Beispiel des Aluminiums haben wir gesehen, wie durch Neutronenbestrahlung 3 radioaktive Elemente entstehen können: Radioaluminium, Radiomagnesium und Radionatrium. Man kann die vorliegende Systematik auch von einer anderen Seite betrachten, indem man sich fragt, wie durch Neutronenbestrahlung ein bestimmtes Element, z.B. das radioaktive Natrium ²⁴₁₁ Na hergestellt werden kann. Da gibt es dann offenbar 3 Möglichkeiten, die durch die folgenden 3 Gleichungen dargestellt werden:



Alle 3 Reaktionen sind in der Tat beobachtet. Die erste findet wieder nur dann in erheblichem Maße statt, wenn die Neutro-

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nen durch wasserstoffhaltige Substanzen in der Umgebung verlangsamt werden. Die zweite wird bei der Bestrahlung von Magnesium in der Versuchsanordnung ohne Wasser beobachtet, und die dritte ist die, über welche schon oben unter c) berichtet wurde.

Das radioaktive Natrium ²⁴₁₁Na mit seiner Halbwertszeit von 15 Stunden wird wahrscheinlich praktisch, auch auf biologischem Gebiet, von Bedeutung werden. Es liefert neben seiner β-Strahlung, deren Maximalenergie von Lawrence zu 1,2 · 10⁶ Volt bestimmt wurde, noch eine durchdringende γ-Strahlung mit einer Quantenenergie von 5,5 M.e.V. Nun ist zwar die Menge des bisher bei den Fermi schen Versuchen gebildeten Radionatriums sehr gering, aber Lawrence hat in der gleichen Arbeit, die Anfang dieses Jahres erschienen ist, gezeigt, wie die Substanz in viel größerer Menge künstlich erzeugt werden kann durch Bestrahlung von Natrium oder Natriumsalzen mit hochbeschleunigten Deutonen (schwerer Wasserstoff). Es findet dabei eine Reaktion statt, welche nach der Gleichung



verläuft. Lawrence hat schon mit seiner Apparatur, die 1 Mikroampère bei einer Beschleunigung durch 2,15 · 10⁶ Volt liefert, Radionatrium-Präparate gemacht, die, wie er berichtet, 10⁷ β-Teilchen pro Sekunde lieferten. Er glaubt, bald mehr als 100mal stärkere Präparate herstellen zu können.

Fig. 7 gibt wieder eine graphische Darstellung der vier hier besprochenen Prozesse, welche zum Radionatrium führen.