This work has been digitalized and published in 2013 by Verlag Zeitschrift für Naturforschung in cooperation with the Max Planck Society for the Advancement of Science under a Creative Commons Attribution4.0 International License.

Dieses Werk wurde im Jahr 2013 vom Verlag Zeitschrift für Naturforschungin Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung derWissenschaften e.V. digitalisiert und unter folgender Lizenz veröffentlicht:Creative Commons Namensnennung 4.0 Lizenz.

NOTIZEN 4 4 3

^U J *

„ f y , < * *

A b b . 3. Trennung von a-Tei lchen und v-Quanten mit der Dif ferenzverstärker-Methode.

A b b . 4. Trennung von a-Teilchen, Protonen (und Deuteronen) und y-Strahlung aus Beschuß von KJ mit 14 MeV-Neutronen .

Abb. 3. Man erkennt die Möglichkeit, durch einfache Impulshöhendiskriminierung die a-Teilchen von den ^-Quanten zu trennen.

Die Abb. 4 wurde während der Bestrahlung des Kri-stalls mit 14 MeV-Neutronen erhalten. Die durch Kern-reaktionen mit den Elementen K und J im Szintillator selbst entstehenden a-Teilchen und Protonen sowie die durch unelastische Streuung der Neutronen im Kristall und im umgebenden Material auftretenden y-Quanten

sind deutlich voneinander getrennt. (Die starke An-häufung von a-Teilchen rührt von einem zusätzlichen Po-a-Präparat her.)

Eine ausführlichere Darstellung der Untersuchungen über die Szintillationsvorgänge erfolgt an anderer Stelle.

Der Deutschen Forschungsgemeinschaft haben wir für die Unterstützung dieser Arbeit zu danken.

Gitterkonstantenänderung bei Farbzentren-bildung in neutronenbestrahltem Lithiumfluorid

V o n H A N S P E I S L u n d W I L H E L M W A I D E L I C H

Physikalisches Institut der Technischen Hochschule München (Z. Naturforschg. 17 a, 443—445 [1962] ; eingegangen am 7. April 1962)

Im Zusammenhang mit Untersuchungen von Gitter-störungen in LiF bei Reaktorbestrahlung * wurde die Konzentration von Farbzentren nach Neutronenbeschuß bestimmt. Im wesentlichen wurden F- und M-Zentren beobachtet (Abb. 1). Zugleich wurde die Änderung der

61019

L

2 4 - 6 8-10'6

Neutronen /cm2 —

A b b . 1. Farbzentrenkonzentration nach Neutronenbeschuß.

Gitterkonstanten der LiF-Kristalle gemessen (Abb. 2) . In Abb. 3 wurde nun die relative Änderung der Gitter-konstanten in Abhängigkeit von der relativen Farb-zentrenkonzentration (bezogen auf die gesamte An-

1-103

Aa

Abb . 2. Relative Gitterkonstantenänderung Aaja nach Neu-tronenbeschuß.

ionenkonzentration im Kristall) dargestellt. Dabei wurde nicht entschieden, ob die Gitterstörung durch ein M-Zentrum (nach neuester Auffassung 2 zwei be-nachbarte F-Zentren) so groß ist, wie die durch ein oder durch zwei F-Zentren verursachte (Kurve 1 und Kurve 2). Die gewonnenen Kurven lassen sich jeweils

p - Z e n t ^ -

t^ZeoXSZ

* Die Bestrahlung mit Neutronen wurde dankenswerterweise vom Forschungsreaktor München-Garching durchgeführt .

1 H. PICK, Z . Phys . 159, 69 [ i 9 6 0 ] .

2 B . J . F A R A D A Y , H . RABIN u . W . D . COMPTON, P h y s . R e v . L e t -ters 7, 57 [ 1 9 6 1 ] .

4 4 4 N O T I Z E N

durch zwei Geraden beschreiben.

4\a- =C1-n/nA + C2, ( 1 )

a) Für n/nA < 1 • 1(T3 ist C2 = 0 und Cr = 0,53 . . . 0,4, b) Für n/nA> M O " 3 ist C 2 = - (0,5 . . . 0,32) - lO" 3 ,

Cx = 1,1 . . . 0,7;

a = Gitterkonstante, n = Zahl der Farbzentren/cm3, n\ = Zahl der Anionenplätze/cm3.

7 2-10 relative Farbzentrenzahl —

Abb. 3. Relative Gitterkonstantenänderung bei Farbzentren-bildung durch Neutronenbeschuß.

Eine Deutung dieser Ergebnisse erhält man aus Be-trachtungen 3 - 5 über die F-Zentrenbildung. Für eine analytische Beschreibung fordern die Autoren von3-4

zwei verschiedene F-Zentren. Der Anfangsverlauf würde dabei den F-Zentren entsprechen, welche in der Nähe von Versetzungen neu gebildet werden. Zum anderen entstehen F-Zentren aus bereits im Kristall vorhande-nen Anionenlücken und während der Bestrahlung über-all im Kristall neugebildeten Anionenlücken. Andere Autoren5 nehmen an, daß bei der F-Zentrenbildung folgendes geschieht: I. Bildung von F-Zentren aus bereits im Kristall vor-

handenen Lücken (Auffüllen einer Anionenlücke mit einem Elektron).

II. Neubildung von Lücken unter Mitwirkung von Ver-setzungen, welche dann durch Prozeß I aufgefüllt werden.

Die zwei unterschiedlichen Prozesse wären dann: Auf-füllen einer Anionenlücke mit einem Elektron (Modell von S E I T Z 6) und Neubildung von Lücken.

Analysiert man die Kurven von Abb. 1 nach dieser Methode 5, so erhält man daraus den Verlauf der An-ionenlückenkonzentration im Kristall. Dabei ergibt sich, daß bereits 3 '101 9 Anionenlücken/cm3 (entspricht einer relativen Lückenzahl von 0,48 -10~3) im Kristall vor der Bestrahlung vorhanden waren.

In Abb. 4 wurde nun die relative Gitterkonstanten-änderung in Abhängigkeit von der relativen Anionen-lückenzahl aufgetragen. Jetzt erhält man jeweils eine Gerade, welche durch Gl. (1) im Fall b) beschrieben

7 2 - 7 0 relative Anionenlückenzahl ——

Abb. 4. Relative Gitterkonstantenänderung bei Anionen-lückenbildung durch Neutronenbeschuß.

werden. Für Aaja = 0, d. h. für den unbestrahlten Kri-stall, erhält man die relative Lückenzahl vor der Be-strahlung zu (n/n.\) o = — (C2/G1) = 0,46 • 10—3. Dieser Wert stimmt gut mit dem Wert überein, den man durch Analyse der Verfärbungskurven nach 5 erhält. Dies legt den Schluß nahe, daß die beobachtete Gitteränderung nur durch die Lücken im Kristall hervorgerufen wird und reine F-Zentrenbildung durch Auffüllen von Lük-ken mit Elektronen keine meßbare Gitterkonstanten-änderung hervorruft. Die Gitteränderung durch die be-reits im Kristall vorhandenen Lücken wurde hier will-kürlich Null gesetzt. Die Änderung durch Lückenbil-dung wird verschieden sein, je nachdem ob S C H O T T K Y -

o d e r FRENKEL-Fehlordnung v o r l i e g t . Be i FRENKEL-Defek-ten erzeugen auch die Zwischengitteratome eine Gitter-änderung. Dieser Fall liegt bei LiF im wesentlichen

7

Die Gitteränderun g e n v o n E S H E L B Y 8

Aa a

durch Defekte ist nach Rechnun-

= 4 zi A l - o 1 + 0

1 nG

(2)

HG = Zahl der Atome auf Gitterplätzen pro verlagertes Atom, o = PoissoN-Zahl (für Alkalihalogenide o ~ i ) .

Vergleicht man die Gin. (1) und (2), so erhält man die Konstante A. Sie bedeutet anschaulich, um wieviel die nächsten Nachbarn eines FRENKEL-Defektes im Mit-tel verlagert werden. Dies ergab hier A= ( 0 , 1 3 a . . . 0,09 a), wieder für die beiden Fälle, daß M-Zentren einfach oder doppelt zählen. A liegt in derselben Grö-

3 P . V . MITCHELL, D . A . WIEGAND U. R . SMOLUCHOWSKI, P h y s . R e v . 1 1 7 , 4 4 2 [ I 9 6 0 ] .

4 F . FRÖHLICH, Z . N a t u r f o r s c h g . 1 6 a , 2 1 1 [ 1 9 6 1 ] , 5 H . PEISL, W . WAIDELICH u . W . VON DER OSTEN, Z . a n g e w .

Phys. 14 [1962 ] , im Erscheinen.

6 F . SEITZ, R e v . M o d . P h y s . 1 8 , 3 8 4 [ 1 9 4 6 ] , 7 D . BINDER U. W . STURM, P h y s . R e v . 9 6 , 1 5 1 9 [ 1 9 5 4 ] , 8 J. D. ESHELBY, Solid State Physics, Academic Press Inc.,

Publishers, New York 1956, Band 3, 79.

NOTIZEN 4 4 5

ßenordnung wie die für Metalle berechneten Verschie-bungen 9 - u . Eine ausführliche Veröffentlichung der Untersuchungen erscheint in Kürze 12.

9 K . H . BENNEMANN u . L . TEWORDT, Z . N a t u r f o r s d i g . 1 5 a , 7 7 2 [ I 9 6 0 ] ,

1 0 A . S E E G E R u . E . M A N N , J . P h y s . C h e m . S o l i d s 1 2 , 3 2 6 [ I 9 6 0 ] .

Der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Bundesministerium für Atomkernenergie und Wasser-wirtschaft danken wir für Unterstützung der Arbeit.

11 L . A . GIRIFALCO U. V . G. WEIZER, J. Phys . C h e m . Sol ids 12, 2 6 0 [ I 9 6 0 ] .

12 H . PEISL, Z . angew. Phys . 14 [ 1 9 6 2 ] , im Erscheinen.

Solvatisierte Elektronen in eingefrorenen Lösungen

V o n D I E T R I C H S C H U L T E - F R O H L I N D E u n d K L A U S E I B E N

Kernforschungszentrum Karlsruhe, Strahlenchemisches Laborator ium

(Z. Naturforschg. 17 a , 445—446 [1962] ; eingegangen am 10. April 1962)

Solvatisierte Elektronen sind in wäßrigen Lösungen sehr kurzlebig 1 - 3 . Versuche, in Analogie zum Verhal-ten von Ionenkristallen4-6, Elektronen durch Bestrah-len von reinem Eis zu stabilisieren, führten bisher zu keinem Erfolg.

Wir haben gefunden, daß stabile solvatisierte Elek-tronen entstehen, wenn eingefrorene genügend alkali-sche Lösungen bestrahlt werden. Zum Beispiel färbt sich eine glasig erstarrte 2-n. Natronlauge bei 77 °K unter Einwirkung von Co-öO-^-Strahlen tiefblau. Diese Farbe wird von den in der Matrix stabilisierten Elek-tronen verursacht. Das Absorptionsspektrum im sicht-

Lösungsmit te l Konzentrat ion

u. gelöster StofI ¿max ( m / 0 Entfärbungs-temperatur

Wasser L i O H blau * 100-- 1 1 0 ° K Wasser 2 n. N a O H 575 100-- 1 1 0 ° K Wasser 2 n. K O H 575 100-- 1 1 0 ° K Wasser 2 n. C s O H 575 100-- 1 1 0 ° K M e t h a n o l 2 n. CH^ONa 540 100-- 1 1 0 ° K Ä t h a n o l 2 n. C , H 5 O N a 5 8 0 - 5 9 0 100-- 1 1 0 ° K n - P r o p a n o l 2 Tl. C 3 H 7 O N a 560 100-T 1 0 ° K ri-Butanol 2 n. C 4 H 9 O N a 570 1 0 0 - 1 1 0 ° K s -Butanol 2 n. C 4 H 9 O N a schwach b lau —

i -Butanol 2 n. C 4 H 9 O N a keine Färbung —

n - A m y l a l k o h o l 2 Tl. C 5 H n O N a keine Färbung —

P h e n o l 2 n. C 6 H 5 O N a keine Färbung —

baren Bereich ist unabhängig von dem verwendeten Kation (Tab. 1). Das Elektron ist nicht am Metallion gebunden.

Das Absorptionsmaximum der solvatisierten Elektro-nen in flüssigem Methylamin 7 liegt 30 m/j, langwelliger als in eingefrorener Natronlauge. In festem Methanol dagegen liegt es 35 mju kurzwelliger.

Das Elektronenresonanzspektrum bestrahlter, einge-frorener Natronlauge ist in Abb. 1 a dargestellt.

50 Gauss 50 Gauss c) 20 Gauss

T a b . 1. A b s o r p t i o n s m a x i m a e ingefrorener , Co-60-y-bestrahlter L ö s u n g e n bei 77 ° K .

H e = 3 2 5 5 Gauss

A b b . 1 a — c . Elektronenresonanzspektren von e inge frorenen L ö s u n g e n bei 77 ° K . a) bestrahlte 2 -n . Natron lauge (100 kV-RöNTGEN-Strahlen), b ) bestrahltes W a s s e r 8 - 9 ( C o - 6 0 - y ) ,

c ) Lösung von Natr ium in A m m o n i a k (unbestrahl t ) .

Das Spektrum ist stark asymmetrisch. Es resultiert aus der Überlagerung von mindestens einem Singlett und einem Dublett. Wir nehmen an, daß das Dublett vom Hydroxylradikal herrührt. Nach S I E G E L und Mit-arbeitern 8 '9 tritt ein Dublett, welches dem Hydroxyl-

1 J. WEISS, A n n . Rev . Phys. C h e m . 4, 143 [ 1 9 5 3 ] . 2 E. HAYON U. J. WEISS, P r o c . 2. Int. Conf . Peace fu l Uses of

A t o m i c Energy , Geneva 29 , 80 [ 1 9 5 8 ] . 3 J. WEISS, Nature , L o n d . 186, 751 [ I 9 6 0 ] . 4 L . D. LANDAU, Phys . Z . U S S R 3, 664 [ 1 9 3 3 ] ; 9 , 158 [1936] . 5 S iehe N . F. MOTT U. R . R . GURNEY, Electronic Processes in

Ionic Crystalls , C larendon Press, O x f o r d 1948. 6 S. I. PEKAR, in ' "Investigations on the Electronic Theory of

Crysta l l s " , M o s k a u - L e n i n g r a d 1951.

* M i t L i O H konnte b e i m Einfr ieren der Lösung kein durch-sichtiges Glas erhalten werden.

7 H . LINSCHITZ, M . G . BERRY U. D . SCHWEITZER, J . A r a e r . C h e m . Soc . 76 , 5 8 3 3 [ 1 9 5 4 ] .

8 S . S I E G E L , L . H . B A U M , S . S K O L N I K U. J . M . F L O U R N O Y , J . C h e m . Phys . 32, 1249 [ i 9 6 0 ] ,

9 S . SIEGEL, J . M . FLOURNOY U. L . H . B A U M , J . C h e m . P h y s . 3 4 , 1782 [ 1 9 6 1 ] .