Victor Franz Hess - HEPHY

Victor Franz Hessunddie Entdeckung der Kosmischen StrahlungPeter Maria SchusterHeinz KrennSchloss 18225 PÖLLAU B. HARTBERGKarl-Franzens-Universität GrazInstitut für PhysikAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012

Victor Franz HessDer (einzige) steirische Nobelpreisträger …..Schloss 18225 PÖLLAU B. HARTBERG* 24. Juni 1883† 17. Dez. 1964Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 1

„Künstliche“ und „Natürliche“ StrahlungWilhelm Conrad Röntgen(1845 – 1923)erfindet 1895 die „X-Strahlen“Antoine Henri Becquerel(1852 – 1908)Entdeckt 1896 die Radioaktivität1 Bq = 1 Zerfall/SekundeTschernobyl …………………………….. 5,3·10 18 Bq1 g Radium .............................. 370.000.000.000 Bq1 g Plutonium ............................. 2.000.000.000 BqSchilddrüsenszintigraphie ......... ….. 37.000.000 BqPhosphatdünger (50 kg) ............. … 100.000 BqMensch (70 kg) ........................... ……… 10.000 BqGranit (1 kg) ............................................ 1.000 BqMineralwasser (1 Liter) ............................... 10 BqMarie Skłodowska Curie(1867 – 1934)prägt das Wort „Radioaktivität“Victor Franz Hess(1883 – 1964)entdeckt 1912 die„kosmische“ Höhenstrahlung1 Ci = 370.000.000 Zerfälle/Sekunde1 g Radium .............................. 1 CiSchilddrüsenszintigraphie .........0,1 µCiNuklearmedizin: „Tracer“ = MarkiersubstanzRadiopharmakaPositronen-Emissions-Tomographie („PET“)Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 2

Victor Franz Hessein gebürtiger Steirer* 24. Juni 1883Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 3

Promotio sub auspiciis Imperatoris …* 16. Juni 1906Auszug aus der „Tagespost“ vom 17. Juni 1906:Promotions-Vortrag von V. F. Hess über„Maxwells elektro-magnetische Lichttheorie“Mit Dank überlassen von William und Arthur Breisky,und Father McShane, Präsident der Fordham University N.Y.Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 4

Der Weg zur Habilitation ….* 16. Juni 1906Arnold Sommerfeld:„Mittelpunkt desphysikalischen Lebensin Österreichwährend einesMenschenalters“Erwin Schrödinger:Franz S. Exner =„Vater der österr. Schule“II. Physikalisches Institutder Universität WienFranz Serafin ExnerHans BenndorfFriedrich HasenöhrlGeorg von HevesyEgon von SchweidlerStefan MeyerFriedrich KohlrauschErwin Schrödinger1906 - 1910Egon von Schweidler:„Söhne Exners“Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 20125

Die Habilitation ….Veröffentlichunggemeinsam mit von Schweidler:Über die Wärmeentwicklung von Radiumund Zerfallskonstanten radioaktiver Stoffe(Actinium B , Uran X)II. Physikalisches Institutder Universität WienFranz Serafin ExnerHans BenndorfFriedrich HasenöhrlGeorg von HevesyEgon von SchweidlerStefan MeyerFriedrich KohlrauschErwin Schrödinger1906- 19101910Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 20126

Gründung des Instituts für Radiumforschung1910Initiative zur Gründung: Hofadvokat Karl Kupelwieser1. Direktor: Franz Exner2. Interne Leitung: Stefan MeyerPrivatdozent: Dr. Victor HessPressemitteilung zur Eröffnungsfeier am 28. Okt. 1910II. Physikalisches Institutder Universität WienFranz Serafin ExnerHans BenndorfFriedrich HasenöhrlGeorg von HevesyEgon von SchweidlerStefan MeyerFriedrich KohlrauschErwin SchrödingerAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 20127

Victor Franz Hess als akademischer Lehrer in Wien1907Demonstratoram Mineralogischen InstitutII. Physikalisches Institutder Universität WienFranz Serafin ExnerHans BenndorfFriedrich HasenöhrlGeorg von HevesyEgon von SchweidlerStefan MeyerFriedrich KohlrauschErwin Schrödinger1908 -1920Honorardozent an derTierärztlichen HochschuleKollegüber ExperimentalphysikAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 20128

Victor Franz Hess als akademischer Lehrer in Wien1908 - 1915ReviewsII. Physikalisches Institutder Universität WienFranz Serafin ExnerHans BenndorfFriedrich HasenöhrlGeorg von HevesyEgon von SchweidlerStefan MeyerFriedrich KohlrauschErwin SchrödingerFortschritte der Radioaktivität und ElektronikFortschritte der Chemie, Physik und phys. ChemieAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 20129

Von der „leidlichen“ Restionisationzur Hess‘schen UltrastrahlungJulius Elster1854 - 1920Hans Friedrich Geitel1855 - 1923Luftelektrizität & RestionsiationCharles Thomson Ress Wilson1865 - 1959Unterirdische Experimente(Caledonian Railway Tunnel)Domenico Pacini1878 - 1934Unter- /Über-Wasser(Livorno-Distrikt)19011910Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 10

Von der „leidlichen“ Restionisationzur Hess‘schen UltrastrahlungTheodor Wulf1868 - 19461910Messungen am Eiffelturm300 m über Erdoberfläche60% der BodenstrahlungFranz Linke1878 - 1944Karl Bergwitz1875 - 19581909Erste Beobachtungen im FreiballonBraunschweig1300 m über ErdoberflächeFehlerhafte ApparaturAlbert Gockel1860 - 19271910/113 BallonfahrtenFreiburg/Schweiz2500 m über ErdoberflächeFehlerhafte Apparatur:„Ionisation nimmt ab, aber nicht in dem Maße,wie man vom Erdboden aus erwarten könnte“Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 11

Von der „leidlichen“ Restionisationzur Hess‘schen Ultrastrahlung1911Victor Franz Hess,Vortrag Naturforscher-Versammlung, Karlsruhe:„Die zu geringe Abnahme der Ionisation mit der Höhe in einem geschlossenen Gefäß könntezweierlei Ursachen haben: [....] erstens kann außer den radioaktiven Substanzen der Erde ein anderer,uns noch unbekannter Ionisator in der Atmosphäre wirksam sein“,oder es „kann die Absorption der Gamma Strahlen in Luft vielleicht viel langsamer erfolgen als bisher angenommen wurde“1933Victor Franz Hess,Rückblickende Selbstdarstellung, Innsbruck:„Durch die beträchtlichen Radiumvorräte des Wiener Radiumforschungsinstitutes war ich in der glücklichen Lage, Versuchebis auf 90 m Distanz in Luft auszuführen. Der Apparat stand zwei Meter über dem Boden in fester Stellung, dieRadiumpräparate, insgesamt anderthalb Gramm Radium (damaliger Wert: 900.000 Kronen), wurden nacheinander in 10,20 bis zu 90 m Entfernung aufgestellt und die Wirkung gemessen. Bereits die Luftschicht von 100 m Dicke hat etwa die Hälfteder Gammastrahlung verschluckt, sodass also in einigen hundert Metern über dem Erdboden diese Wirkung auf einen ganzunmerklichen Betrag sinken muss.“1911-1913Victor Franz Hess organisiert 10 Ballonfahrten,die im Jahrbuch 1912/13 des Österr. Aeroklubsanschaulich dokumentiert wurden.Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 12

Konstruktion einer luftdichten Ionisationskammer(Wulfscher Strahlenapparat)Victor Franz Hess:„Ich verwendete eine abgeänderteWulfsche Apparatur mit Wändenaus Zink, ausreichend dick, umdem Überdruck von einer Atmosphärestandzuhalten, und einer Vorrichtungzum Temperaturausgleich für dasFaden-Elektrometer“……„Weiters erachtete ich es als sehrwichtig, immer zwei oder drei derInstrumente gleichzeitig zu verwenden,um Irrtümer durch schadhafteInstrumente zu vermeiden“.….„Kein Unterschied zwischen Tag- undNachtbeobachtungen.“…..Flug während einer Sonnenfinsternisim April 1912.Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 13

Der 7., entscheidende Ballonflug am 7. August 1912Wasserstoffballon 1.680 m 3Start: Aussig, Nordböhmen, 6:12 UhrFlughöhe von 5350 m um 10:45 erreichtLandung: Pieskow, 12:15 Uhr„Es ist mir gelungen, mit drei Apparaten unabhängigden Verlauf der durchdringenden Strahlung bis über5000 m zu verfolgen. In 4000 m war die Gammastrahlungschon um die Hälfte stärker als am Boden, in 5000 mmehr als doppelt so stark“Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 14

Das Ringen um AnerkennungVictor Franz Hess:„Der einzige mögliche Weg, meine experimentellen Befunde zu klären, war, auf die Existenzeiner bisher unbekannten, sehr durchdringenden Strahlung zu schließen, die hauptsächlichvon oben kommt und wahrscheinlich außerterrestrischen (kosmischen) Ursprungs ist. Dasaußerordentlich große Durchdringungsvermögen dieser Strahlung konnte aus der Tatsachegeschlossen werden, dass ihre Wirkung nach Durchdringen der gesamten Atmosphäre noch imMeeresniveau nachweisbar ist …“1913Dauerbeobachtungen am Hochobir/Kärnten,Initiierung eines internationalen Programmszur Aufzeichnung der Schwankungen der UltrastrahlungWerner Kohlhörster/Halle: Hochflug bis 9300 m,40-fache Strahlungsintensität gegenüber BodenDurchdringungsstärke: 1 m Blei(keine Gammastrahlung, Teilchennatur der Höhenstrahlungwird erst 1929 nachgewiesen)1922Robert A. Millikan und Gerhard Hoffmann bezweifelten die Existenz derextraterrestrischen Strahlung, mussten aber nach Wiederholung ihrer MessungenIhre Ansicht revidieren.Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 15

Der Erste Weltkrieg und das Radium-InstitutVictor Franz Hess:1915-1917Leiter der Röntgenabteilung des schwedischen Militärspitals in WienAuszeichnung mit dem Wasa-Orden durch König Gustav V.- 1918Neun Arbeiten über Radioaktivität veröffentlicht,gemeinsam mit Robert W. Lawson, einem Engländer, der vom Kriegsausbruchüberrascht wurde.1919Bestimmung der Aktivität von 1 Gramm Radiumgemeinsam mit Robert W. Lawson.1 Ci = 370.000.000 Zerfälle/SekundeAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 16

Berufungen und Preise19191925Ignaz-Lieben Preisfür die Entdeckung der kosmischen Strahlung1920 Ruf als Extraordinarius an die Univ. Grazfür die Entdeckung der kosmischen Strahlung1920- 1923Ruf als Chefphysiker an dieUS Radium Corporation, N.Y.,Consulting Physicist am US Bureau of MinesArbeiten über medizinische Anwendungen des Radiumsund verbesserte Methoden zur Bestimmung des Radiumgehalts von ErzenRuf als Ordinarius an die Univ. Graz1931 Ruf als Ordinarius an die Univ. InnsbruckAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 17

Nobelpreise 1936Carl D. AndersonOtto LoewiVictor F. HessPeter DebyeSir Henry DaleAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 18

Verleihung der Nobelpreisurkunde10. Dez. 1936Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 19

Original-NobelpreisurkundeAusstellungKosmische StrahlungimEuropäischen Zentrumfür PhysikgeschichteSchloss Pöllau6. Mai – 30. Nov. 2012Do-So, 10-17 UhrDank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 20

Erforschung der Schwankungder kosmischen Strahlung1927Patscher KofelLanser SeeSonnblick (3100 m)Dank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 21

Beobachtungsstation Hafelekar/Innsbruck1931Dank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 22

1937Ruf an die Univ. Graz 1937Gang ins Exil 193840 Kisten Apparate und Bücher2 SchreibtischeAktenschrankBücherkasten1400 kg Blei12. März 1938 Deutscher EinmarschKurzfristige Verhaftung von Victor F. Hess wegen„kommunistischer Umtriebe am Grazer Zentralfriedhof“28. Mai 1938 Versetzung in „vorläufigen“RuhestandSept.1938Fristlose Entlassung ohne Pension,Zwangsumtausch 20.000 $in „Deutsche Reichsschatzscheine“Dank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 23

Berufung als Fakultätsmitgliedan die New Yorker Fordham UniversityAntrittsvorlesung17. Nov. 1938 an der Fordham University1957 Emeritierungan der Fordham UniversityDank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 24

Radioaktivität von Gesteinen,Fragen des Strahlenschutzes50 VeröffentlichungenDank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 25

Gutachten 1945 – 1964über radioaktive VergiftungList of the companies, the dial workers of which werechecked by Dr. Hess for radium poisoningAmerican District Telegraph Co.Dr. Arthur Beiser, New YorkBerna Swiss DialsBiddle—Cox Co.P.J. Brievogel & Co.Canadian Radium & Uranium CorporationEastern Watch CompanyFleischmann, Burd & Co.Ganley Dials Co.Mr. Robert J. GarvesonGeneva Dials Co.International Dial Ref Co.International Rare Metals Refinery Inc.Dank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyKelley-Koett Instrument CompanyLuminous Processes Inc.Luma Inc.Photo Chemical Products, Inc.Radium Chemical Corp.Radium Emanation Corp. Royal Dial& Refinishing Co.U.S. Radium Corporation, BloomsburgU.S. Radium CorporationThe United State Time Corporation, Conn.The United State Time Corporation, TexasU.S. Watch Dial Co.Well Survey Inc.Westinghouse Electric Corp.Western Electric Co.Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 27

5850 (!) Atem- und RaumluftprobenMIT, 1950er JahreÜberprüfung des Radongehalts in LuftBeispiel eines Messprotokolls:Dank für die Überlassung durchArthur & William BreiskyAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 28

Würdigung der nuklearmedizinischen Verdienstevon Victor Franz HessMeetingN. Y. Academy of Medicine10. Februar 1960im Beisein von Erwin ChargaffAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 29

Wo kommt die harte kosmische Strahlung her?Himmelskarte der Gamma-Strahlungunserer Milchstraße (100 MeV)Explodierende Radio-Galaxie im Sternbild Schwan,Die beiden „Jets“ erstrecken sich über 200.000 Lichtjahre!Aufgenommen mit EGRET ausserhalb der Atmosphäre(Die Atmosphäre ist für Gammastrahlung nicht transparent)Die bei Supernova-Explosionen freigesetzten geladenen Teilchenwerden durch Staubwolken abgebremst und erzeugen „weiche“ Gamma-Strahlung,oder sie werden in den mit ausgedehnten Staubwolken verbundenen Magnetfeldernin Schockwellen nachbeschleunigt („harte“ Gammastrahlung).Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 2012 30

Erdgebundene Gamma-AstronomieEinfallendesGamma-QuantTeilchenschauer~ 10 kmTeleskopeTscherenkow-Teleskop zumNachweis von Gamma-Strahlung am ErdbodenH.E.S.S.- (High Energy Stereoscopic System)-Project,in NamibiaAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 201231

„Never Assume“TeilchenschauerEinfallendesGamma-Quant~ 10 km† 17. Dez. 1964Mt. Vernon, N.Y.Auf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 201232

Victor Franz Hess‘ VermächtnisEinfallendesGamma-QuantTeilchenschauer~ 10 kmAuf ins All, Graz, Schlossberg, 1. Sept. 201233