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Theodor Wulfs Anliegen war es, ein Messgerät zu konstruieren, mit dem er die radiogene Ionisation der Luft messen konnte, die sich in seiner Zeit noch am Rande der Messbarkeit befand. Ihm war klar, dass die Ionisation der Luft durch die Wechselwirkung der ionisierenden, radioaktiven Strahlung mit den Molekülen der Luft verursacht war. Je größer das aktive Volumen des Ionisationsgefäßes seines Messgerätes war, umso größer musste die Wahrscheinlichkeit sein, dass Ionisationsprozesse darin stattfänden, und umso größer musste daher der messbare Effekt ausfallen. Mit der Größe einer Ionisationskammer steigt aber auch die Kapazität, was das Messergebnis, die Spannungsdifferenz nach Ablauf einer bestimmten Zeit, aber wieder verkleinert und ungenauer macht.
Die schwierige Aufgabe für Theodor Wulf bestand also darin, das Volumen der Ionisationskammer möglichst groß zu machen, dabei aber die Kapazität der Messanordnung möglichst gering zu halten.
Zur Bestimmung von elektrischen Ladungen wurden damals unter Ermangelung anderer Technologien durchwegs Elektrometer verwendet. Dabei handelt es sich um eine Anordnung, die bewegliche Teile meist in Form von metallischen Blättchen oder Fäden aufweist. Sobald diese beweglichen Teile eine elektrische Ladung erhalten, bilden sie gleichnamige elektrische Felder und üben so eine abstoßende Kraft aufeinander aus. Je höher die elektrische Ladung ist, umso größer ist die abstoßende elektrische Kraft, und umso weiter drücken sich die Teile voneinander weg. So kann der Forscher vom Abstand der Blättchen voneinander auf die elektrische Ladung der Blättchen rückschließen. Unter Anwesenheit ionisierender Strahlung wird die Leitfähigkeit der umgebenden Luft erhöht, was sich in einer Abnahme der Ladung und einer entsprechenden Bewegung der beweglichen Teile widerspiegelt.
Theodor Wulf hatte bereits sein Zweifadenelektrometer entwickelt, das als Messgerät zum Bestimmen elektrischer Ladungen wegen seiner geringen Kapazität, seines weiten Messbereiches und seiner großen Empfindlichkeit eine weltweit einzigartige Qualität aufwies.
Elster und Geitel verwendeten das Elektrometer, um damit den Ladungszustand eines zylinderförmigen Entladungskörpers zu bestimmen, was eine große Gesamtkapazität ergab. Die entscheidende Idee von Theodor Wulf bestand darin, die Fäden seines Elektrometers selbst als Entladungskörper zu verwenden, und das Gehäuse des Elektrometers, um das Ionisationsvolumen abzugrenzen. Die so erzielte, sehr kompakte Bauart führte zu sensationell geringen Werten der Kapazität.
Als Elektrometergefäß, das gleichzeitig das Ionisationsvolumen definierte, wählte Theodor Wulf eine liegende Metalltrommel. Im Zylindermantel ist eine kreisrunde Öffnung ausgespart, durch die ein Mikroskop ragt, das zum Beobachten der Fäden dient. Ihm gegenüber ist eine Öffnung, durch die die Fäden vermittels eines Spiegels beleuchtet werden können.
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Abbildung 3-17 Der Wulf’sche Strahlenapparat
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Der Wulf’sche Strahlenapparat stellt eine Kombination aus Ionisationskammer und Wulf’schen Zweifadenelektrometer dar.
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Mit Hilfe der Stellschraube A lassen sich die Fäden des Elektrometers um die Längsachse des Strahlenapparats drehen, um eine für die Ablesung günstige Position einstellen zu können. Natrium wird verwendet, um die Luft im Inneren des Ionisationsvolumen von Feuchtigkeit frei zu halten.
Der innere, kleinere Zylinder dient der Überprüfung der Isolation des Gerätes. Wird er über die Fäden gesenkt, so verringert sich das aktive Ionisationsvolumen auf den Innenraum des kleineren Zylinders. Wenn die Entladung pro Zeiteinheit dann entsprechend der Volumsänderung abnimmt, so kann man davon ausgehen, dass die Verlustströme durch mangelhafte Isolierung vernachlässigbar gering sind.
Das Wulf’sche Elektrometer wurde in den nächsten Jahrzehnten vielfach verwendet, verbessert und weiterentwickelt, um die Intensität der Radioaktiven Strahlung zu messen, unter anderen von Albert Gockel, einem Schweizer Physiker, und Viktor Franz Hess, dem Österreichischen Nobelpreisträger für Physik des Jahres 1936. [5,6,7]
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