Tímarit Verkfræðingafélags Íslands - 29.12.1949, Side 4

78
TÍMARIT V.F.Í. 1949
létu sér nægja að segja, að loftið væri leiðandi, en
um síðustu aldamót var eðli lofttegundanna og raf-
magnsins orðið það vel þekkt, að erfitt var að sætta
sig lengur við þessa skýringu. Loftið er ekki annað
en fjöldi af örsmáum ögnum, mólekúlum, sem hver
um sig er án rafhleðslu og geta því ekki flutt með
sér neinn rafstraum. Ýms ytri áhrif geta þó verkað
þannig á loftið að það verði leiðandi. Þetta gerist
með þeim hætti, að ein eða fleiri elektrónur losna
frá mólekúlinu og skilja það eftir hlaðið pósitívu raf-
magni. Elektrónurnar tengjast svo við önnur móle-
kúl, sem við það verða negatív. Þessar hlöðnu agn-
ir nefnast jónir, en þær geta leitt rafstrauminn í
gegnum loftið. Ef hin einangraða elektróða elektró-
skópsins er pósitív, og jónmyndun á sér stað í loft-
inu umhverfis hana, þá dregur hún að sér negatívu
jónirnar og missir við það hleðslu sína. Ef elektróð-
an er negatív, dregur hún að sér pósitívar jónir þang-
að til hleðslan er horfin.
Á meðal þeirra ytri áhrifa, sem geta myndað jón-
ir í loftinu, eru elektrómagnetískar bylgjur með nægi-
lega stuttri bylgjulengd, og hraðfleygar smáagnir
hlaðnar rafmagni, sem rekast á mólekúlin og slá frá
þeim elektrónur. í fyrri flokknum eru röntgengeisl-
ar og gammageislar, sem radíóaktív efni senda frá
sér, en í hinum eru einkum alfa- og betageislar, en
það eru hraðfleygar agnir (helíumkjarnar og elek-
trónur), sem kjarnar hinna radíóaktívu efna senda
frá sér. Ef röntgengeislar eru sendir í gegnum elek-
tróskóp, þá tapar það ört hleðslu sinni, og það sama
skeður ef radíóaktivt efni, t. d. radíum, er nálægt.
Þegar ljóst var orðið, að loftið getur ekki leitt
rafstraum án þess, að einhver ytri áhrif komi þar
til, lá næst fyrir að athuga, hvaða ytri áhrif orsök-
uðu lekann í elektróskópinu. Tiltölulega líkleg til-
gáta var, að hér væru kjarnageislar að verki, þ.e.a.s.
alfa-, beta- og gammageislar, sem allir koma frá
atómkjörnum radíóaktívra efna. Kjarnageislana má
alla stöðva með 5—10 cm þykkum blývegg, og til
þess að sjá, hvort lekinn orsakaðist af kjarnageisl-
um frá umhverfinu, var elektróskópið lokað inni í
þykku blýhylki, en það kom fyrir ekki. Það var einn-
ig hugsanlegt, að radíóaktív efni í elektróskópinu
sjálfu orsökuðu lekann. Flest þau efni, sem vi$ finn-
um í náttúrunni, eru meira og minna óhrein og inni-
halda svolítið af radíóaktívum efnum, svo sem úraní-
um, radíum og þóríum. Jafnvel hreinsaðir málmar
innihalda svolítið af þessum efnum. Veggir elektró-
skópsins gætu því innihaldið nægilega mikið af radíó-
aktívum efnum til þess að framkalla lekann. Ná-
kvæm rannsókn á elektróskópum úr mismunandi
málmum, sem voru mismunandi vel hreinsaðir, gaf
þó til kynna að lekinn var óháður efninu í elektró-
skópinu, en fyrst og fremst kominn undir rúmtaki
loftsins umhverfis einangruðu elektróðuna.
Þar með var sýnt fram á, að lekinn í elektróskóp-
inu stafaði ekki af kjarnageislum, heldur hlutu það
að vera einhverjir aðrir geislar, sem komust auðveld-
lega í gegnum þykka blýveggi. Hvaðan þessir geislar
kæmu, var fyrst í stað óráðin gáta. Flestir gerðu
ráð fyrir, að þeir kæmu frá jörðinni, og kölluðu þá
jarðgeisla.
Árið 1910 lagði austurrískur eðlisfræðingur, Vik-
tor Hess, upp í fremur óvenjulegt ferðalag. Hann lét
sig stíga með loftbelg upp í meira en 4000 m. hæð,
en meðferðis hafði hann elektróskóp til þess að mæla
,,jarðgeislana“. Samkvæmt hugmyndum manna um
upphaf þeirra, var búizt við, að þeir færu minnkandi
eftir því sem ofar drægi, en Hess fann þvert á móti
að þeir mögnuðust með hæðinni. Af þessu dró hann
þá ályktun, að geislar þessir kæmu alls ekki frá jörð-
inni, heldur að ofan, utan úr geimnum. Hann gaf
þeim því nafnið hæðargeislar (Höhenstrahlung), eii
nú eru þeir almennt nefndir geimgeislar. Geislar þess-
ir hlutu að vera miklu kröftugri en venjulegir kjarna-
geislar. Efnismagn gufuhvolfsins er svo mikið, að
það samsvarar 10 m þykku vatnslagi eða um 1 na
þykku blýlagi, en það er yfir 10 sinnum meira en
hinir kröftugustu kjarnageislar komast í gegnum.
Öllum þeim, sem unnið höfðu að hinu þreytandi
starfi, að athuga orsakir lekans í elektróskópinu, var
nú ríkulega launað. Þó að starf þeirra — að rann-
saka lítilfjörlegan leka í litlu og einföldu tæki —
virtist í fljótu bragði vera lítilmótlegt, þá hafði það
þó leitt af sér þá merkilegu uppgötvun, að utan úr
geimnum koma geislar, sem eru þess megnugir að
fara í gegnum gufuhvolfið og auk þess komast í gegn-
um þykk lög af blýi.
Brautir geimgeisianna gerðar sýnilegar.
Um líkt leyti og Hess uppgötvaði geimgeislana,
kom fram á sjónarsviðið tæki, sem var sérlega vel
til þess fallið að gefa betri hugmynd um, hvers kon-
ar geisla væri hér um að ræða. Tæki þetta hefur ver-
ið nefnt þokuhylki Wilsons, en það hefur þann góða
eiginleika, að geta gert sýnilegar brautir agnanna,
sem radíóaktív efni senda frá sér. Hér sem oftai*
kemur jónmyndunin að góðum notum. Jónirnar með-
fram brautum agnanna eru gerðar sýnilegar með
því að láta þéttast á þeim vatnsdropa, og hver braut
kemur fram sem röð af vatnsdropum eða þokurák-
Ef nægileg lýsing er fyrir hendi, má svo ljósmynda
þessar þokurákir, og er það þá einnig mynd af braut-
um agna þeirra, sem framleiddu jónirnar.
2. mynd sýnir í aðalatriðum hvernig þokuhylkið
er gert. A er málmhólkur, en efri endi hans er lok-
aður með glerplötunni B. Kólfurinn C fellur loftþétt
innan í hólkinn, en getur hreyfzt upp og niður. A
milli kólfsins og glerplötunnar er loftþétt hólf, sem
fyllt er með einhverri lofttegund, en auk þess er
það mettað vatnsgufu. Ef kólfurinn er skyndilega
dreginn niður, þenst loftið í hólfinu út og kólnar, en