Band 11, Heft 8

Zur Berechnung des für eine Rotationsbande eines schweren Atomkerns charakteristischen Trägheitsmoments haben A. BOHR und B. MOTTELSON neuerdings ein auf INGLIS zurückgehendes Verfahren verwendet. Es wird gezeigt, daß man praktisch das gleiche Resultat, nämlich ein den hydrodynamischen Wert erheblich übersteigendes Trägheitsmoment, bereits bei sorgfältigerer Auswertung der früher von BOHR und MOTTELSON angegebenen Bewegungsgleichungen des kollektiven Kernmodells erhält; die quantitative Auswertung erweist sich allerdings als schwierig, da die Gültigkeitsgrenzen der Störungsrechnung überschritten werden müssen. Für kleine Abweichung des Trägheitsmoments vom hydrodynamischen Wert ist unser Resultat identisch mit dem nach INGLIS-BOHR-MOTTELSON folgenden; der Zusammenhang zwischen dem Verfahren von INGLIS und der hier vorgelegten Behandlungsweise wird diskutiert.

Der Zerfall von RaC″ wurde durch γ — γ- und β—γ-Koinzidenzmessungen mit Szintillationsspektrometern untersucht. Die Koinzidenzen wurden oszillographisch registriert durch Abbildung als Punkte, deren Koordinaten den Energien der koinzidierenden Strahlen proportional sind. Der Zerfall verläuft im wesentlichen über ein β-Spektrum von (1,96 ± 0,1) MeV und eine anschließende dreifache γ-Kaskade von 2,36 MeV-0,3 MeV-0,78 MeV. Als Zerfallsenergie ergibt sich (5,4±0,12) MeV, in Übereinstimmung mit dem Wert von (5,47 ± 0,04) MeV, den man aus der Zerfallskette RaC — RaC′ — RaD errechnet.

Die Ergebnisse quantentheoretischer Modellrechnungen zur Deutung der von WALDEN sowie von STRAUSS und DÜTZMANN beobachteten elektrolytischen Dissoziation organischer Chlorverbindungen in flüssigem SO 2 werden mitgeteilt. Anschließend werden die Ergebnisse von Leitfähigkeitsmessungen an Tritylchlorid in SO 2 -Lösung dargestellt.

In der vorliegenden Arbeit wird ein einfacher Mechanismus der Wechselwirkung zwischen Proteinmolekülen in wässeriger Umgebung aufgezeigt und schematisierend wellenmechanisch berechnet. Die Anwendung auf den experimentell besonders eingehend untersuchten wässerigen Hämoglobinkristall gibt qualitative und teilweise quantitative Übereinstimmung mit den beobachteten Daten. Ausgehend von den Eigenschaften wasserhaltiger Proteinkristalle - hoher Wassergehalt, der besondere Zustand des Wassers in den dicken Schichten zwischen den Proteinmolekülen, Veränderlichkeit des Kristallvolumens mit dem pH-Wert -, erscheint die Annahme einer spezifischen Wechselwirkung der Proteinmoleküle notwendig, insbesondere dann, wenn diese im Kristall durch verhältnismäßig dicke Wasserschichten voneinander getrennt sind. Dieser eben genannte Sachverhalt wird durch röntgenographische Untersuchungen und Experimente über Quellung und Schrumpfung der Proteinkristalle nahegelegt. Proteine in wässeriger Lösung besitzen eine Anzahl positiv und negativ geladener Gruppen, die Gesamtladung ist am isoelektrischen Punkt gleich Null. Diejenigen Elektronen, welche die negativen Ladungen bewirken, sind nur sehr locker an das Protein gebunden. Es besteht daher die Möglichkeit für einen Übergang dieser Elektronen in die wässerige Umgebung des Proteins, wenn ein solcher Zustand energetisch tiefer liegt. Nach den hier durchgeführten schematisierenden Rechnungen ist dies tatsächlich der Fall, so daß sich in einer wässerigen Hülle um das Protein eine Art Elektronen­gas ausbilden kann. Die Elektronendichte ist dabei sehr gering, sie beträgt etwa 1 Elektron pro (15 Ä) 3 . Wesentlich ist die hohe Dielektrizitätskonstante des Wassers, da diese die Abstoßung der Elektronen untereinander stark vermindert und daher die elektrostatische Wechselwirkungsenergie des Systems - diese wirkt im Sinne einer Erhöhung der Energie, also bindungslockernd - in der aufgestellten Energiebilanz vernachlässigbar klein wird. Den Hauptteil zur Bindungsenergie der Elektronen in der Hülle liefert deren Resonanz zwischen den einzelnen H 2 0-Molekülen, wobei die Existenz eines negativ geladenen H ä O-Moleküls angenommen wird; d. h. ein freies H^O-Molekül soll eine positive Elektronenaffinität besitzen. Dies wird im einzelnen begründet werden. Da jedes H 2 0-Molekül im Durchschnitt von 4 Nachbarmolekülen umgeben ist, wird die Resonanzenergie be­trächtlich. Die bindungslockernd wirkende kinetische Energie bleibt wegen der geringen Elektronen­dichte verhältnismäßig klein. Die Bindungsenergie pro Elektron im Wasser wird so zu etwa 4 eV abgeschätzt. Das so begründete Modell kann nun auf die Wechselwirkung der Proteine angew r endet werden. Dies wird für den wässerigen Kristall des Hämoglobins durchgeführt. Die Rechnung liefert einen Abstand der Proteinoberflächen von etwa 15 Ä, wie es im wesentlichen den Messungen entspricht. Die Bindungsenergie der Proteinmoleküle untereinander kommt durch den Elektronenaustausch der sich überlagernden Hüllen zustande, sie wird für Hämoglobin zu etwa 3 eV berechnet. Der Rechnung wird die zuerst von Perutz angegebene äußere Gestalt des Hämoglobins als eines flachen Zylinders zugrundegelegt, so daß sich benachbarte Moleküle mit ausgedehnten Flächen gegenüberstehen. Hier­aus resultiert die verhältnismäßig große Bindungsenergie. Das Modell gibt Quellung und Schrump­fung des Kristalles bei veränderlichem pn-W r ert mindestens qualitativ wieder. Der Zustand des Was­sers im Kristall entspricht der von Perutz 2 entwickelten Vorstellung des „freien“ Kristallwassers, welches Elektrolyte zu lösen vermag. Die Dampfdruckberechnung für den wässerigen Kristall führt zu größenordnungsmäßig richtigen Ergebnissen. Schließlich wird noch die Reichweite der Kraft­wirkungen diskutiert.

KCl-Schichten von 200 bis 20 000 A Dicke werden im Vakuum von 3 - 5 · 10 -5 Torr auf frische KCl-Spaltflächen bei Zimmertemperatur aufgedampft. Von diesen werden nach einer „Schrägbedampfung“ mit Uran Lackabdrücke genommen und im Elektronenmikroskop auf ihre Kristallgröße und Orientierung hin untersucht. Es wird beobachtet, daß im allgemeinen KCl in elektronenmikroskopisch glatten Schichten aufwächst, daß aber eine „Bekeimung“ durch geringe, mit gewöhnlichen Mitteln nicht feststellbare Mengen von Fremdsubstanzen zur Bildung von einzelnen zum Teil orientierten Kristallen führt, die unter Umständen zu Fehlschlüssen über das Kristallwachstum Anlaß geben können.

Die Kristallitgröße elektrolytisch niedergeschlagener Schichten hängt wesentlich von der Kristallstruktur der Unterlage ab, diejenige von Aufdampfschichten wird wesentlich durch die Temperatur des Trägers bestimmt. Beides wurde elektronenmikroskopisch beobachtet. Schichten, die aus Einkristall-Lamellen bestehen, zeigen Formanisotropie. Sobald die Kristallitausdehnung in Schichtebene in die Größenordnung der Schichtdicke kommt, gewinnt die Kristallanisotropie an Einfluß. Wenn man annimmt, daß die Kristallitgrenzen auch gleichzeitig Grenzen der Eindomänenbereiche sind, so kann man mit den Abschätzungsformeln für die Koerzitivkraft von NÉEL und KITTEL die beobachteten Koerzitivkräfte quantitativ erklären. Auch der Fall der Spannungsanisotropie läßt sich realisieren, wenn man dünne Schichten mit Kristallanisotropie äußeren Spannungen unterwirft.

In elektronenmikroskopischen Schattenbildern dünner Folien, die von der Kaustikfläche einer Elektronenlinse durchsetzt werden, werden Kontraste beobachtet, die nur als reversible Änderungen der Objekteigenschaften unter der Einwirkung des Elektronenbeschusses gedeutet werden können. Mit Hilfe der Bildentstehungstheorie von UYEDA und unter Verwendung von Näherungsansätzen von BΕΤΗE für das mittlere innere Potential wird gezeigt, daß eine quantitative Erklärung der beobachteten Kontraste denkbar ist, wenn man die Ionisierung bzw. Anregung eines Teils der Objektatome als Ursache der Erhöhung des kohärenten und inkohärenten Streuvermögens des Objekts ansieht.

Die Berechnung der Neutronenreaktionsquerschnitte liefert bei Verwendung eines kastenförmigen Potentials V=V ο (1 + ίζ) mit energieunabhängigem V 0 und ζ und bei Energien E > 3 MeV keine ausreichende Übereinstimmung mit den Experimenten. Eine solche Übereinstimmung kann in befriedigender Weise einerseits erreicht werden durch Verwendung eines Potentials mit diffuser Oberfläche, andererseits durch Berücksichtigung der Energieabhängigkeit von ζ. Die genaue Form der Funktion ζ (E) wird durch Untersuchung der mittleren freien Weglänge eines Neutrons im Kern gewonnen. Genaue Rechnungen wurden für die Kerne Fe, Au und Pb im Energiebereich von 1 bis 14 MeV durchgeführt.