On the validity of Boltzmann's distribution law for the charges of aerosol particles in electrical equilibrium     

L. W. Pollak  A. L. Metnieks 《Pure and Applied Geophysics》1962,53(1):111-132

Summary The validity ofBoltzmann's energy distribution law as applied to the charge distribution of monodisperse aerosols, i.e. aerosols which contain particles of one size only, was studied with improved equipment now available.Since monodisperse aerosols with particle size of about 10^–6 cm cannot yet be produced and because aerosols in general contain particles of different sizes, polydisperse aerosols stored in a large gasometer were used for the investigation. The composition and the average radius of these aerosols heterogeneous in particle size were determined by the Exhaustion Method employing a diffusion battery without end-pieces or connecting tubing.The experimental curve found for the ratio of the uncharged (N ₀) to the charged (N) nuclei versus radius (r) of the particles deviates for all investigated radii between 0.5 and 4.0·10^–6 cm from the theoretical curve of a monodisperse aerosol computed according to the Boltzmann law. For radii smaller than about 1.4·10^–6 cmN ₀/N is smaller than that given by Boltzmann's law, for radii greater than 1.4·10^–6 cm larger, or, in other words, forr<1.4·10^–6 cm the number of charged nuclei found in the aerosols investigated is greater than that predicted byBoltzmann's law, and forr>1.4·10^–6 cm smaller.The deviations from the theoretical curve forr>1.4·10^–6 cm can be fully explained by the polydispersity of the aerosols used; forr<1.4·10^–6 cm the deviations are too big to be attributed to polydispersity. From this it must be concluded thatBoltzmann's distribution law is not valid for the charge distribution of homogenous aerosols containing nuclei with radii smaller than about 1.4·10^–6 cm.The equivalent radius as deduced from a substitute monodisperse aerosol in charge equilibrium for which theBoltzmann law is assumed valid, deviates in the range of 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (or 90%>100N ₀/Z>55%) on the average by up to 35% from the actual mean radius of the investigated polydisperse aerosols computed from the radii of their singly sized components.

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Zusammenfassung Die Gültigkeit desBoltzmannschen Gesetzes der Energieverteilung für die Ladungsverteilung von monodispersen Aerosolen, das heisst Aerosolen, welche Teilchen von nur einer Grösse enthalten, wurde mit den jetzt zur Verfügung stehenden verbesserten Mitteln studiert.Da monodisperse Aerosole mit Teilchengrössen von ungefähr 10^–6 cm noch nicht erzeugt werden können und Aerosole im allgemeinen Teilchen von verschiedenen Grössen enthalten, wurden für die jetzige Untersuchung polydisperse Aerosole, welche in einem grossen Gasometer gespeichert waren, benützt. Die Zusammensetzung und der mittlere Radius dieser Aerosole mit heterogener Teilchengrösse wurden nach der Exhaustions-Methode unter Benützung einer Diffusionsbatterie ohne Endstücke oder Verbindungsröhren bestimmt.Die experimentell gefundene Kurve, welche das Verhältnis der ungeladenen (N ₀) und geladenen (N) Kerne als Funktion des Radius (r) darstellt, weicht für alle untersuchten Radien zwischen 0.5 und 4.0·10^–6 cm von der theoretischen Kurve eines monodispersen Aerosols, wie sie nachBoltzmann's Gesetz berechnet wird, ab. Für Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm ist das VerhältnisN ₀/N kleiner als es durchBoltzmann's Gesetz gegeben wird, für Radien grössen als 1.4·10^–6 cm grösser oder, mit anderen Worten, fürr<1.4·10^–6 cm ist die Zahl der geladenen Teilchen, die in den untersuchten Aerosolen gefunden wurde, grösser als die vonBoltzmann's Gesetz vorausgesagte, und fürr>1.4·10^–6 cm kleiner.Die Abweichungen von der theoretischen Kurve fürr>1.4·10^–6cm können vollkommen durch die Polydispersität der benützten Aerosole erklärt werden; fürr<1.4·10^–6 cm sind die Abweichungen zu gross, als dass sie der Polydispersität zugeschrieben werden könnten. Daraus muss geschlossen werden, dassBoltzmann's Verteilungsgesetz für die Ladungsverteilung eines homogenen Aerosols, welches Kerne mit Radien kleiner als ungefähr 1.4·10^–6 cm enthält, nicht gültig ist.Der äquivalente Radius, wie er von einem im Ladungsgleichgewicht befindlichen, monodispersen Ersatz-Aerosol, für welchesBoltzmann's Gesetz als gültig angenommen wird, abgeleitet werden kann, weicht im Bereich von 1.0·10^–6<r<3.0·10^–6 cm (oder 90%>N ₀/Z>55%) durchschnittlich bis zu 35% vom tatsächlichen mittleren Radius des untersuchten polydispersen Aerosols ab.

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The research reported in this article has been supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Laboratories, through the European Office of the Air Force Research Division, United States Air Force under Contract AF 61(052)-26, by the United States Department of Army, through its European Research Office, Contract DA-91-591-EUC-1282 & 1657 and by the Instrumentation Engineering Physics & Analysis Laboratory of the General Electric Co., Schenectady, New York under Retainer Agreement.  相似文献   

Toxic metals in a highly urbanized industry-impacted estuary (Bahia Blanca Estuary,Argentina): spatio-temporal analysis based on GIS     

Melisa Daiana Fernández Severini  María Elizabeth Carbone  Diana Mariel Villagran  Jorge Eduardo Marcovecchio 《Environmental Earth Sciences》2018,77(10):393

Cadmium, chromium, nickel, and lead were evaluated in the particulate fraction at one of the most industrialized estuaries at the Southwestern Atlantic Ocean, through Geographic Information System (GIS). Concentrations were analyzed at 21 stations during 2008–2010. The highest metal concentrations (Cd: 8,9; Cr: 256,49; Ni: 27,02; Pb: 78,43 µg g^??1 d. w.) were recorded at the stations located near industrial and urban discharges situated along the estuary. In addition, Pb presented a different seasonal and spatial behavior in comparison with Cd, Cr and Ni. Winter and spring presented the higher concentrations of Pb, and the inner stations presented the higher values. The estuary is considered a moderate to strongly polluted and significantly polluted according to the Index of geoaccumulation (I_geo) and the Enrichment Factor of Cd, respectively. The Multidimensional Scaling plot showed three groups of stations: the inner, associated to low levels of metals (G1), middle stations (G2) with intermediate levels and the outer (G3) with the highest ones. In addition, this work reveals the usefulness of the GIS-mapping techniques in the distribution of pollutants along an estuarine environment and the environmental quality assessment of estuarine systems.  相似文献   

Seasonality and duration in extreme value distributions of significant wave height     

Fernando J. Mndez  Melisa Menndez  Alberto Luceo  Raúl Medina  Nicholas E. Graham 《Ocean Engineering》2008,35(1):131-138

This paper presents a statistical model to characterize the long-term extreme value distribution of significant wave height, conditioning to the duration of the storm and accounting for seasonality. A time-dependent version of the peak over threshold (POT) approach is used to build the model, which is then applied to specific reanalysis time series and NOAA buoy records. The model considers the annual and semiannual cycles which are parameterized in terms of harmonic functions. The inclusion of seasonal variabilities substantially reduces the residuals of the fitted model. The information obtained in this study can be useful to design maritime works, because (a) the model improves the understanding of the variability of extreme wave climate along a year and (b) the model accounts for the duration of the storm, which is a key parameter in several formulations for rubble mound breakwater design.  相似文献   

Extinction in a photo-electric nucleus counter using adiabatic expansion of 1.21 pressure ratio achieved by increasing or decreasing the original pressure     

Pollak  L. W.  Metnieks  A. L. 《Pure and Applied Geophysics》1961,49(1):208-216

Summary Comparisons were made of the extinctions as measured with a photoelectric condensation nucleus counter, Dublin School of Cosmic Physics Model 1957, when the «over-pressure method» or the «under-pressure method» with equal pressure expansion ratios were used for producing the adiabatic cooling of the sample in, the fogtube of the counter. Due to theSchlarb effect the extinction measured by the second method is smaller than that by the first. Tables and graphs for converting the extinction obtained by one method into that by the other are given. The advantages of the underpressure method are given and discussed.

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Zusammenfassung Es wird über die Vergleichung der Extinktionen, welche mit einem photo-elektrischen Kondensationskernzähler Modell 1957 der Schule für kosmische Physik in Dublin gemessen werden, berichtet, wenn, bei gleichem Druckexpansions-Verhältnis, die Druckerhöhungs- oder die Expansionsmethode in ein partielles Vakuum für die Erzeugung der adiabatischen Abkühlung der im Nebelrohr des Kernzählers eingeschlossenen Aerosolprobe benützt wird. Wie erwartet, ist als Folge desSchlarb-Effektes die mit der zweiten Methode gemessene Extinktion kleiner. Tabellen und Kurven werden mitgeteilt, welche die Umwandlung der mit der einen Methode erhaltenen Extinktion in jene der anderen ermöglichen, und die Vorteile der Vakuum-Expansions-Methode diskutiert.

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The research reported in this article has been supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Laboratories, through the European Office of the Air Research Division, United States Air Force under Contract AF 61 (052)-26 and by the Instrumentation Engineering Physics & Analysis Laboratory of the General Electric Co. Schenectady, New York under Retainer Agreement.  相似文献   

Further investigations of the fog in the photo-electric condensation nucleus counter     

L. W. Pollak  A. L. Metnieks 《Pure and Applied Geophysics》1959,42(1):89-107

Summary The effect on extinction of isothermal distillation, shrinking of the droplets by evaporation without recondensation of the liberated water vapour, coagulation and differential settling of the fog droplets which take place in the fog of a photo-electric nucleus counter and which can produce a small additional extinction («creep») in the first seconds after its formation, were numerically examined. The relative contribution of each process to the total creep observed is assessed. It is found that isothermal distillation can produce amounts of creep (up to 1.70%) which exceed considerably those caused by evaporation or coagulation. The results of these computations explain the occurrence of creep with concentrations greater than approx. 25 000 nuclei/cm³ in fog-tubes of 3.85 cm air-column diameter.That the disappearance of creep in fog-tubes of diameters 2.5 cm and less is due to the accelerated heat-flow from the walls of the narrow fog-tube was previously proved by reducing appropriately the diameter of the light pencil through the fog. In order to meet the objection that by restricting the cross section of the light pencil the fine structure of the fog comes into play, the increase in the travel time of the heat from the walls was achieved this time by using a photo-electric counter with a fog-tube of 8 cm diameter and a light beam of 2.8 cm diameter as in the «Standard Counter 1946». As expected, creep was found in every single measurement up to readings of 53%. Typical examples of the galvanometer pointer-movement and photographic records of the extinction during fog formation in such a wide fog-tube for readings between approx. 10 and 76% are given and their peculiarities discussed.The extinction over the range from 175 000 to 20 000 nuclei/cm³ was also measured with a red and a blue monochromatic interference filter and the results contrasted against the computed extinctions for these two wave lengths. It was ascertained that for the same number of nuclei the extinction for red light is in general larger than that for blue; the difference between the observed extinctions varies considerably, becoming zero or even negative. The most striking feature, however, is the different course of the extinction for the two wave lengths as a function of the number or size of the droplets.The size of the fog droplets in the counter was deduced from the extinction measurements for these two wave lengths and by collecting the falling droplets on coated slides. The radius of the droplets obtained by the optical method varies from 1.81 to 3.19 when the extinction decreases from 86 to 56%. The radius of the droplets as deduced from gelatine coated slides dyed with Naphtol Green B increases from 1.44 at 67.4% extinction (42 400 nuclei/cm³) to 6.30 at 15.6% (858 nuclei/cm³).

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Zusammenfassung Der Einflus der isothermalen Destillation, des Einschrumpfens der Tröpfchen durch Verdunstung ohne Wiederkondensation des freiwerdenden Wasserdampfes, des Zusammenfliessens und Absetzens der Nebeltröpfchen auf die Extinktion, welche im Nebel des photo-elektrischen Kernzählers stattfinden und die in den ersten Sekunden nach seiner Bildung eine kleine zusätzliche Extinktion (im folgenden Kriechen genannt) erzeugen können, wurde numerisch geprüft. Der entsprechende Beitrag jedes einzelnen der oben genannten Prozesse zum Gesamtbetrag des beobachteten Kriechens wurde abgeschätzt. Es wurde gefunden, dass isothermale Destillation zusätzliche Extinktions-Beträge (bis zu 1.70%) erzeugen kann, welche jene durch Verdunstung oder Zusammenfliessen der Tröpfchen verursachten, beträchtlich übersteigen. Die Resultate dieser Berechnungen erklären das Auftreten des Kriechens bei Konzentrationen grösser als ca. 25 000 Kerne per cm³ in Nebelrohren von 3.85 cm Luftsäulen-Durchmesser.Dass das Verschwinden des Kriechens in Nebelrohren mit einem Durchmesser von 2.5 cm und weniger dem beschleunigten Wärmefluss von den Wänden des engen Nebelrohres zuzuschreiben ist, wurde früher durch eine entsprechende Verengung des Lichtbündels, welches zur Durchleuchtung des Nebels verwendet wird, bewiesen. Um dem Einwand zu begegnen, dass bei so starker Verkleinerung des Querschnittes des Lichtbündels, wie sie benützt wurde, schon die Feinstruktur des Nebels eine Rolle spielt, wurde diesmal die Verlängerung der Laufzeit der Wärme von den Wänden durch Erweiterung des Nebelrohres auf 8 cm Durchmesser erzielt, während der Durchmesser des Lichtbündels mit 2.8 cm — wie im «Standard photo-elektrischen Kernzähler 1946» — unverändert belassen wurde. Entsprechend den Erwartungen wurde bei jeder einzelnen Messung bis zu Lesungen von 53% Kriechen festgestellt. Typische Beispiele der Bewegung des Galvanometer-Zeigers und photographische Aufzeichnungen der Extinktion während der Nebelbildung in einem solchen weiten Nebelrohr werden für Lesungen zsischen ca. 10 und 76% gegeben und ihre Eigentümlichkeiten besprochen.Die Extinktion für Konzentrationen zwischen 175 000 und 20 000 Kernen per cm³ wurde auch mit einem roten und blauen Interferenz-Filter gemessen und die Resultate den für diese zwei Wellenlängen berechneten Extinktionen gegenübergestellt. Es wurde festgestellt, dass bei der gleichen Kernzahl die Extinktion für rotes Licht im allgemeinen grösser ist als jene für blaues; die Differenz zwischen den beobachteten Extinktionen schwankt beträchtlich, wird null oder sogar negativ. Am auffallendsten ist jedoch der verschiedene Verlauf der Extinktion für die zwei Wellenlängen als Funktion der Zahl oder Grösse der Tröpfchen.Die Grösse der Nebeltröpfchen im Nebelrohr des photo-elektrischen Kernzählers wurde aus den Extinktions-Messungen in diesen zwei Wellenlängen und durch Auffangen der fallenden Tröpfchen auf Mikroskop-Objektträgern und Deckgläsern, welche mit gefärbter Gelatine überzogen waren, bestimmt. Der Radius der Tröpfchen, welcher mittels der optischen Methode ermittelt wurde, liegt zwischen 1.81 und 3.19 , wenn die Extinktion von 86 auf 56% abnimmt.Der Tröpfchenradius, wie er aus den Flecken auf den Mikroskopgläschen, deren Gelatineüberzug mit Naphtol Grün B eingefärbt war, bestimmt wurde, wächst von 1.44 bei 67.4% Extinktion (42 400 Kerne per cm³) auf 6.30 bei 15.6% (858 Kerne per cm³).

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, United States Air Force, under Contract AF 61(052)-26, through the European Office, ARDC in Brussels.  相似文献   

An improved model of the condensation nucleus counter with stereo-photomicrographic recording     

L. W. Pollak  J. Daly 《Pure and Applied Geophysics》1958,41(1):211-216

Summary A new model of the condensation nucleus counter with stereo-photomicrographic recording is described which is distinguished by perfect symmetry in its construction, reduced turbulence, two separate microscopes with photographic attachments and a novel dark-field illumination which eliminates completely fogging of the graticule even after prolonged use of the instrument. A view-finder microscope permits observations of the graticule so that the instrument can also be used for counting nuclei by eye. When the graticule is removed the droplets can be photographed in space stereoscopically.The use of the counter and its accessories is described and the dimensions and range of the instrument given.

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Zusammenfassung Es wird ein neues Model des Kondensationskernzählers mit stereo-photomikrographischer Registrierung beschrieben, welches sich durch vollkommene Symmetrie der Konstruktion, reduzierte Turbulenz, zwei gesonderte Mikroskope mit photographischen Zusatzeinrichtungen und einer neuartigen Dunkelfeldbeleuchtung auszeichnet, welche das Beschlagen der Zählplatte, selbst nach langem Gebrauche des Instrumentes, völlig eliminiert. Ein Suchermikroskop gestattet die Beobachtung des Zählglases, so dass das Instrument auch als Kernzähler für Augenbeobachtungen gebraucht werden kann. Wenn die Zählplatte entfernt wird, können die Tröpfchen im Raume stereoskopisch photographiert werden.Der Gebrauch des Kernzählers und seines Zugehörs wird beschrieben, sowie die Dimensionen des Instrumentes und der mit ihm mögliche Umfang der Kernzählungen angegeben.

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The research reported in this article has been sponsored and supported in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, United States Air Force, under Contract AF 61(052)-26, through the European Office, ARDC in Brussels.  相似文献   

A simple intergrating lightmeter     

L. W. Pollak 《Pure and Applied Geophysics》1958,40(1):200-202

Summary An integrating lightmeter consisting of three silicon photoelements in series directly connected to a low-inertia integrating motor with mechanical counter is described.

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Zusammenfassung Es wird ein summierender Beleuchtungsmesser beschrieben, der aus drei hintereinandergeschalteten Silizium-Photoelementen und einem mit ihnen direkt verbundenen integrierenden Motor mit Zählwerk kleiner Trägheit besteht.

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A condensation nucleus counter with stereo-photomicrographic recording     

L. W. Pollak  J. Daly 《Pure and Applied Geophysics》1957,36(1):27-34

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On the determination of the diffusion coefficient of heterogeneous aerosols by the dynamic method     

L. W. Pollak  A. L. Metnieks 《Pure and Applied Geophysics》1957,37(1):183-190

Summary It is shown that the marked influence of the air-flow on the value of the diffusion coefficient as determined by the dynamic method can be fully explained when heterogeneity of the condensation nuclei in the aerosol is assumed. A theory of the dynamic method for heterogeneous aerosols is given on the assumption that the diffusion loss of a mixture of condensation nuclei of different diffusion coefficients is the sum of the diffusion losse of its components. Procedures for resolving heterogeneous aerosols into their components using the dynamic method are developed. The accuracy attainable by one of the methods which requires no assumptions on the number of components in the aerosol under investigation is illustrated by a numerical example.

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Zusammenfassung Es wird gezeigt, dass der bemerkenswerte Einfluss der Luftstromgeschwindigkeit auf die Grösse des mit der dynamischen Methode bestimmten Diffusionskoeffizienten völlig erklärt werden kann, wenn Heterogenität der Kondensationskerne im Aerosol angenommen wird. Eine Theorie der dynamischen Methode für heterogene Aerosole wird unter der Annahme, dass der Diffusionsverlust eines Gemisches von Kondensationskernen mit verschiedenen Diffusionskoeffizienten gleich der Summe der Diffusionsverluste ihrer Komponenten ist, gegeben. Verfahren der Zerlegung heterogener Aerosole in ihre Komponenten mittels der dynamischen Methode werden entwickelt. Die mit einem der Verfahren, welches keine Annahme über die Zahl der in dem zu untersuchenden Aerosol vorhandenen Komponenten benötigt, erreichbare Genauigkeit wird an einem numerischen Beispiel illustriert.

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Comparison of photo-electric nuclei counters     

L. W. Pollak  T. Murphy 《Pure and Applied Geophysics》1953,25(1):44-60

Summary Three identical photo-electric nuclei counters have been compared in pairs using natural and artificially produced aerosols. The main results of comparisons were obtained in the laboratory under controlled conditions using nuclei stored in a gasometer, consisting of a radiosonde balloon inflated to a volume of 4000 litres. Because of its large size, it enables the constants in the decay law of condensation nuclei to be determined with greater accuracy than heretofore. The gasometer is more convenient, more easily stored after use and its cost is a very small fraction of that of a metal one. No effects detrimental to the stored gas or any other objection to its use have been found.The results of several thousand comparisons show that no two counters will record the same concentration of nuclei in samples taken simultaneously from the same enclosure. Each counter shows small random fluctuations of short period, ±3% of the concentration, with superimposed unpredictable variations of longer period. The differences in readings between any two counters depend on the concentration, the type and the relative amounts of the charged and uncharged nuclei in a sample. These differences, which seldom exceed ±20% of the concentration, are rather constant for several hours and even days. This feature enables allowances to be made for the differences and a routine of observations is suggested which has been successfully employed in the laboratory and in the open.Each counter exhibits, when operated continuously, a drift which consists of a tendency to indicate that the concentration of nuclei increases when a constant value or a slight decrease is expected theoretically.A study of the statistical analysis of the individual readings and a detailed investigation of the components of each counter have not lead to an elucidation and elimination of the differences between counters. The investigation of the differences is still proceeding.

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Zusammenfassung Drei identische photo-elektrische Kernzähler wurden paarweise mittels natürlicher und künstlich erzeugter Aerosole verglichen. Die Hauptresultate der Vergleichungen wurden im Laboratorium unter kontrollierten Bedingungen mit Hilfe von Kondensations-Kernen erhalten, welche in einem grossen Gasometer gespeichert worden waren. Dieser Gasometer besteht aus einen Radiosonde-Ballon, der auf ein Volumen von 4000 Litern aufgeblasen wurde. Wegen seiner Grösse ermöglicht er die Bestimmung der Konstanten des Abklingungs-Gesetzes der Kernkonzentration mit grösserer Genauigkeit als es bisher möglich war. Der neue Gasometer ist bequemer, kann, wenn nicht benötigt, leicht weggeräumt und aufbewahrt werden und kostet nur einen kleinen Bruchteil eines aus Metal hergestellten Gasbehälters. Es wurde kein schädlicher Einfluss der Gummihülle auf das gespeicherte Gas festgestellt und auf Grund unserer Beobachtungen besteht kein Einwand gegen die Benützung eines Gummigasometers.Die Resultate von mehreren tausend Vergleichungen lehren, dass keine zwei photoelektrischen Kernzähler die genau gleiche Konzentration der Kerne in Proben, welche gleichzeitig demselben Behälter entnommen werden, angeben. Jeder Kernzähler zeigt kurzperiodische, zufällige Schwankungen von ±3% der Konzentration, welche von nicht vorauszusagenden Variationen längerer Periode überlagert sind. Die Differenzen in den Lesungen irgend zweier photo-elektrischer Kernzähler hängen von der Konzentration der Kerne, ihrem Charakter und dem Verhältnis der Anzahl der geladenen und ungeladenen Kerne in der Probe ab. Diese Differenzen, welche selten ±20% der Konzentration übersteigen, sind während mehrerer Stunden und sogar Tage ziemlich konstant. Diese Eigenschaft ermöglicht es, die Differenzen in Rechnung zu ziehen und ein Beobachtungs-Schema vorzuschlagen, welches sowohl im Laboratorium als auch im Freien mit Erfolg angewendet wurde.Jeder photo-elektrische Kernzähler zeigte, wenn er ununterbrochen benützt wurde, einen Drift, der darin besteht, dass der Zähler eine kleine, mehr oder weniger stetige Zunahme in der Konzentration der Kerne vortäuscht, wenn konstante Kernzahl oder eine geringe Abnahme derselben theoretisch erwartet wird.Die statistische Analyse der Einzelmessungen und eine eingehende Untersuchung der Bestandteile jedes einzelnen photo-elektrischen Kernzählers hat zu keiner Aufklärung und Beseitigung der Differenzen der Kernzähler geführt. Die Untersuchung der Differenzen wird fortgesetzt.

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