Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лучи Рентгена - великие научные эксперименты

Плешивцев В.В., Френкель Е.Э.

Вольский военный институт материального обеспечения, Вольск Саратовской обл., Россия



Введение

В январе 1896 года весь земной шар облетело странное известие. Какомуто немецкому учёному удалось открыть неведомые лучи, обладающие загадочными свойствами.

Первое загадочное свойство лучей - они невидимы. Сколько бы вы ни напрягали зрение, разглядеть их невозможно. Они никак не окрашены - цвета у них нет.

Второе удивительное свойство - они проходят сквозь плотный картон, сквозь алюминий, сквозь толстые доски, сквозь оловянную бумагу. Непрозрачное для них прозрачно. От них не скроешься за деревянной стеной, за дверью.

Деревянная дверь пропускает их, как стеклянная.

И третье свойство лучей - есть вещества, на которые они производят необычное действие. Кристаллы платино-цианистого бария, виллемита, сернистого цинка внезапно вспыхивают ярким светом, чуть только на них упадут невидимые лучи. Под действием невидимых лучей чернеет фотографическая пластинка. И самый воздух чудесно меняется, когда его пронизывают невидимые лучи: он приобретает новое свойство - способность пропускать электрический ток.

Газеты, напечатавшие известие о лучах, только вскользь упомянули имя человека, который совершил необыкновенное открытие: Вильгельм Конрад Рентген.

Впрочем, это имя мало что говорило читающей публике: немногие знали, кто такой этот Рентген. Да и не все поверили газетному известию - лучи, да ещё и невидимые, да ещё и сквозь стенки проходят - мало ли что пишут в газетах!



Осторожный ученый

Вильгельм Конрад Рентген [2, с. 232] был профессором физики в баварском городишке Вюрцбурге.

Застенчивый профессор, тихим голосом читающий свои лекции с кафедры старинного университета, мало кому был известен, даже в своём собственном городе. Зато его хорошо знали учёные всего мира.

Во всех двадцати пяти германских университетах не было учёного, который работал бы добросовестнее, тщательнее, осторожнее, чем физик Рентген. Множество явлений изучил он в своей лаборатории, много произвёл точнейших измерений. Но далеко не обо всех своих работах, не обо всех своих опытах и открытиях сообщал Рентген в научные журналы. У него было строгое правило: он печатал статью о проделанных опытах только тогда, когда был окончательно убеждён в их точности. Если оставалось хоть малейшее сомнение в правильности опыта, осторожный учёный ничего о нём не писал.

Вильгельм Рентген Рентген остерегался скороспелых гипотез, поспешных догадок, фантастических предположений. Он доверял только опыту.

«Опыт - высший судья, - говорил Рентген, - только опыт решает судьбу гипотезы, только опыт даёт нам возможность узнать, следует ли сохранить гипотезу или нужно её отвергнуть. В этом-то и заключается вся сила физики: исследователь природы может быть совершенно уверен в себе, потому что у него всегда есть возможность проверить на опыте все свои предположения, все свои догадки. И если опыт не подтвердит догадку, значит, она неверна, как бы ни была она заманчива и остроумна».

В 1895 году Вильгельм Конрад Рентген принялся изучать, как течёт электрический ток сквозь разреженные газы.

Учёные исследовали это явление и до Рентгена. Немецкие физики Гольдштейн и Гитторф Иоганн Вильгельм Гитторф (нем. Johann Wielhelm Hittorf; 27.03.1824, Бонн - 28.11.1914, Мюнхен) - немецкий физик и химик. Основные работы сделаны Гитторфом в области электрохимии. Изучая процессы прохождения электрического тока через растворы электролитов, установил, что вблизи электродов скорости движения катионов и анионов различны. Исследовал спектры горячих газов и прохождение электрического тока через сильно разрежённые газы. Для этой цели изобрёл специальный прибор - трубку Гитторфа. Впервые наблюдал катодные лучи и описал их свойства. [2, с. 86] задолго до Рентгена пропускали электрический ток сквозь воздух, разреженный сильным воздушным насосом. Они построили специальные приборы, чтобы изучать этот ток, проделали первые опыты. Но многое еще оставалось неясным. Знаменитый физик Генрих Герц - тот самый Герц Гемнрих Румдольф Герц (нем. Heinrich Rudolf Hertz; 22.02.1857, Гамбург - 1.01.1894, Бонн) - немецкий физик. Окончил Берлинский университет, где его учителями были Герман фон Гельмгольц и Густав Кирхгоф. С 1885 по 1889 год был профессором физики Университета в Карлсруэ. С 1889 г. - профессор физики университета в Бонне. Основное достижение - экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Он подробно исследовал отражение, интерференцию, дифракцию и поляризацию электромагнитных волн, доказал, что скорость их распространения совпадает со скоростью распространения света, и что свет представляет собой не что иное, как разновидность электромагнитных волн. Результаты, полученные Герцем, легли в основу создания радио. , который открыл радиоволны, - утверждал, что электрический ток, текущий сквозь разрежённый газ, это тоже волны - колебания, похожие на колебания звука. Другую догадку высказал англичанин Крукс Уильям Крукс (англ. William Crookes; 17.06.1832, Лондон - 4.04.1919, там же) - английский химик и физик, член (с 1863 года) и президент (1913-15 г.) Лондонского Королевского общества, от которого он в 1875 году получил Королевскую золотую медаль. В 1897 г. королева Виктория пожаловала ему рыцарское звание. Крукс вошел в историю как человек, открывший таллий и впервые получивший гелий в лабораторных условиях. Крукс исследовал электрическую проводимость в газах при пониженном давлении и катодные лучи (в «трубках Крукса»), открыл явление сцинцилляции, изобрёл радиометр и спинтарископ (устройство, демонстрирующее выделение альфа-лучей под воздействием радия). Будучи прежде всего исследователем-практиком, Крукс с энтузиазмом принял и взял на вооружение метод спектрального анализа, открытый Бунзеном и Кирхгофом. В 1861 г. он открыл прежде неизвестный элемент (с ярко-зеленым цветом в эмиссионной части спектра) и назвал его таллием (от греческого thallos, «зелёный побег»), а в 1895 г. впервые в лабораторных условиях выявил гелий. Крукс считается пионером в исследовании газоразрядных трубок; его исследования послужили основой для всей последующей работы по изучению плазмы. . Он говорил, что электрический ток в разрежённом газе - это вовсе не волны, а потоки мельчайших, невидимых глазу частиц - электронов. С чудовищной скоростью - десятки тысяч километров в секунду! - летят они сквозь разрежённый газ.

Мнения ученых разделились. Одни считали, что прав Генрих Герц, другие - что прав Уильям Крукс. И только недоверчивый Рентген не участвовал в этом споре. Он не был не на стороне Герца, ни на стороне Крукса.

Он упорно воздерживался от каких-либо предположений и догадок: он утверждал, что для них ещё не наступило время и что нужно проделать как можно больше опытов, накопить как можно больше достоверных фактов.

В 1895 году, в последних числах октября, Рентген собрал у себя в лаборатории все нужные материалы и приборы и приступил к опытам.

рентген луч фотографический снимок

Положено начало великому открытию

Рентген взял стеклянный шар с двумя впаянными внутрь металлическими пластинками. К обеим пластинкам было приделано по проволочке. Концы проволочек торчали наружу сквозь стеклянную стенку шара.

Затем Рентген взял сильный воздушный насос и принялся выкачивать из шара воздух. Воздух уходил прочь, и его оставалось все меньше и меньше. Когда удалось выкачать воздуха столько, что в шаре осталась одна лишь миллионная часть его, Рентген запаял шар.

Прибор для пропускания электрического тока сквозь разрежённый газ был готов.

Теперь стоит только соединить концы проволочек, выходящих из шара, с полюсами машины, подающей электрическое напряжение, и ток потечёт внутрь шара сквозь разрежённый воздух от одной металлической пластинки до другой.

Машина, дающая высокое электрическое напряжение, у Рентгена была. Это была индукционная катушка - прибор, изобретённый в середине 19 столетия парижским механиком Румкорфом Генрих Даниэль Румкорф (нем. Heinrich Daniel Ruhmkorff; Ганновер, 15.01.1803 - Париж, 20.12.1877) - немецкий изобретатель, механик, создатель катушки Румкорфа - устройства для получения импульсов высокого напряжения. . С виду этот прибор похож на катушку с нитками, но только он гораздо больше обыкновенной катушки, и вместо ниток на него намотана проволока: десятки тысяч витков тончайшего электрического провода, покрытого надежной изоляцией (рис. 1).

Рис. 1 - Катушка Румкорфа

Катушка Румкорфа [2, с. 238] внутри не пустая. В неё вставлена другая катушка - несколько сот витков проволоки, и уже не тонкой, а толстой. Две обмотки - наружная и внутренняя - предназначаются для того, чтобы повышать напряжение электрического тока. Если через внутреннюю обмотку пропустить переменный, прерывистый электрический ток, то и по наружной обмотке потечёт прерывистый ток, но напряжение его будет в десятки, в сотни раз больше катушки Румкорфа - это преобразователь электрического тока: токи низкого напряжения она преобразует, превращает в токи высокого напряжения. При помощи катушки Румкорфа можно создавать мощные электрические разряды, электрически искры.

Индукционная катушка, которая была у Рентгена, давала электрические искры длиной в 10-15 см. Её-то он и соединил с концами проволочек своего стеклянного шара. Послышался сильный и частый треск - это в катушке Румкорфа задрожал молоточек, размыкающий и замыкающий прерывистый ток во внутренней обмотке. И сейчас же по всем виткам наружной обмотки пробежал другой ток - ток высокого напряжения. Он устремился по проволочкам в стеклянный шар и проложил себе дорогу сквозь разрежённый воздух. Он тёк от одной металлической пластинки до другой, и вот на стеклянных стенках шара вспыхнуло слабое зеленоватое сияние.

Так начались опыты Рентгена.

А через несколько дней, 8 ноября 1895 г., Рентген обнаружил необычайное явление.

Случилось это так.

Был вечер. Ассистенты, целый день трудившиеся над своими измерениями, усталые разошлись по домам. Рентген остался в лаборатории один. Он собирался работать до поздней ночи. Трещал молоточек индукционной катушки, зеленовато-жёлтый свет струился от стенок стеклянного баллона. Это был уже не первый баллон, не тот стеклянный шар, с которым Рентген начал свои опыты. В течение последней недели он изготовил несколько стеклянных баллонов, и все они были разные. Одни имели форму шара, другие - форму груши, третьи были узкими и длинными стеклянными трубками. В одних баллонах был разрежённый воздух, в других - разрежённый азот, водород, кислород. Но в каждый баллон - и в шар, и в трубку, и в грушу, и в баллон с кислородом, и в баллон с азотом были одинаково впаяны металлические пластинки, и изо всех баллонов торчали наружу тонкие проволочки. В этот вечер Рентген занимался тем, что по очереди придвигал свои баллоны к индукционной катушке и пропускал сквозь них электрический ток. Он хотел выяснить, как отражается на электрическом токе степень разреженности газа, форма баллона, форма и расположение металлических пластинок.

Результаты своих наблюдений Рентген аккуратно вносил в лабораторный дневник.

Часы пробили одиннадцать. Рентгена клонило ко сну. Он накрыл последний баллон плотным картонным футляром. Оставалось только разомкнуть ток в индукционной катушке, погасить свет и уйти. Но по рассеянности Рентген позабыл выключить катушку. Он погасил свет и уже направился было к дверям, когда треск молоточка вывел его из задумчивости. Рентген вернулся, и вот тутто его глазам представилось удивительное зрелище.

На столе - не на том столе, где стоял стеклянный баллон, а на соседнем - мерцало странное сияние. Тусклым зеленовато-жёлтым огнем горел какой-то маленький предмет. Рентген в темноте направился к столу, чтобы посмотреть, в чём там дело.

Оказалось, что светится кусочек бумаги. Бумага была не простая: она была покрыта с одной стороны толстым слоем плaтино-цианистого бария. Это вещество имеет обыкновение светиться, если на него упадут солнечные лучи. Но ведь на дворе ночь, в комнате полная тьма. Почему же светится платиноцианистый барий?

В полной тьме Рентген нащупал рубильник и разомкнул ток.

Бумага, которую он держал в руке, сейчас же перестала светиться.

Он снова выключил ток. Бумага засверкала снова. Снова выключил. И бумага опять погасла.

Рентген уже и не думал уходить из лаборатории.

Непонятное явление: лучи-икс

Рентген решил исследовать непонятное явление. Что заставляет бумагу светиться? Индукционная ли катушка, по обмотке которой бежит электрический ток, или стеклянный баллон, в котором ток проходит сквозь разрежённый газ?

Для проверки Рентген решил убрать баллон и соединить катушку с чем нибудь другим, ну хотя бы с двумя металлическими шариками, которыми пользуются в лаборатории для изучения электрических искр.

Так он и сделал. Опять затрещал молоточек, и снова побежал по катушке ток, но теперь уже он не уходил в баллон с разрежённым газом, а проскакивал электрической искрой между металлическим шариками.

Рентген посмотрел на бумагу с платино-цианистым барием. Бумага как бумага. Никакого сияния.

Тогда он снова соединил катушку с баллоном, и бумага вспыхнула снова.

Сомнений больше не оставалось: индукционная катушка тут ни при чём. Она одна не может заставить бумагу светиться. Всё дело в баллоне: когда сквозь баллон с разрежённым воздухом проходит электрический ток, тогда-то и светится платино-цианистый барий.

Значит, под действием тока стеклянный баллон с разрежённым газом приобретает какую-то особую, таинственную силу.

Что же это за невидимая сила, проходящая не только сквозь стеклянные стенки баллона, но и сквозь картонный футляр, прикрывающий этот баллон?

Всю ночь с 8 на 9 ноября 1895 года Рентген провел без сна у себя в лаборатории.

Рентген решил назвать неизвестное, вновь открытое им явление «лучами икс». Икс - это латинская буква. В алгебре этой буквой принято обозначать неизвестные величины.

И в самом деле, обнаруженная Рентгеном «сила» была совершенно неизвестной величиной.

Много ли знал о ней сам Рентген? Всего только три вещи.

Он знал, что для того, чтобы вызвать её, нужно сквозь баллон с разрежённым газом пропустить электрический ток.

Ещё он знал, что она заставляет платино-цианистый барий светиться.

И ещё он знал, что она свободно проходит сквозь картон: ведь платиноцианистый барий был отделён от баллона картонным футляром, и всё-таки лучи икс, испускаемые баллоном, достигли бумаги.

Вот и всё, что Рентген знал о лучах-икс. И он решил продолжать свои опыты до тех пор, пока неизвестная сила не превратится в известную.



Новые опыты и проверки

Наступили беспокойные для Рентгена дни.

Он всё ещё не был уверен в том, что его наблюдения верны. А что если всё это ему только показалось? Что если оп поддался оптическому обману, самовнушению? Действительно ли лучи-икс существуют?

Долгое время Рентген, по своему обыкновению, никому не рассказывал о неожиданном открытии. Его близкий друг, профессор зоологии Бовери, впоследствии вспоминал, что в ноябре 1895 года Рентген как-то вскользь сказал ему: «Кажется, я сделал интересное открытие, но нужно ещё проверить правильность моих наблюдений». А своим ассистентам Рентген не сказал даже и этого.

Он запирался один в своей лаборатории и с самого раннего утра до позднего вечера ставил опыт за опытом. Иногда он и ночи проводил за работой, только изредка урывая часок-другой для сна. После достопамятной ночи с 8 на 9 ноября у него в лаборатории появилась складная походная койка.

Окна в лаборатории оп завесил тяжёлыми тёмными шторами, опасаясь, что дневной свет может помешать ему увидеть слабое зелено-желтое свечение платино-цианистого бария.

Рентген изучал действие загадочных лучей.

Он поставил между светящейся бумагой и баллоном толстую книгу, в которой было больше тысячи страниц.

Бумажка продолжала светиться.

3начит, икс-лучи проникают не только через тонкий картон, но и через толстый слой бумаги, через книгу в тысячу страниц.

Рентген заменил книгу колодой карт. Икс-лучи победили и колоду. Тогда Рентген поставил между бумагой и баллоном две колоды сразу. Лучи взяли и это препятствие: бумага по-прежнему светилась, хотя и не так сильно, как раньше: доску толщиной в полтора дюйма, эбонитовую пластинку, лист оловянной бумаги.

Икс-лучи прошли и через доску, и через эбонит, и через оловянную бумагу.

И только тридцать листов этой оловянной бумаги, сложенных вместе, оказались для икс-лучей труднопреодолимой преградой: свечение платиноцианистого бария ослабело, померкло.

Значит, заключил Рентген, икс-лучи поглощаются оловом. Только ничтожная часть их прошла олово насквозь и достигла платино-цианистого бария, а все остальные оказались поглощёнными.

Рентген испытал и другие металлы: медь, серебро, золото, свинец, оказалось, что через тонкие слои металлов икс-лучи проходят свободно, а через толстые слои проникает только их ничтожная часть.

Вывод был ясен: все вещества проницаемы для икс-лучей, но только в различной степени. Бумага, дерево, эбонит прозрачны для них, как для солнечных лучей стекло.

А толстые слои металлов почти непроницаемы.

Убедившись в этом, Рентген решил усложнить свой опыт: взять какой-нибудь предмет, в котором были два вещества сразу: и проницаемое для икс лучей и непроницаемое для них. Ну, хотя бы дерево и металл.

Для опыта он выбрал деревянную шкатулку, в которой хранился целый набор латунных гирек. Рентген поставил шкатулку па пути икс-лучей.

Справятся ли лучи и с этой преградой?

Справились. 3елёно-желтый свет немедленно вспыхнул. Икс-лучи прошли через шкатулку так же, как они только что прошли через картон и еловую доску. Но в зелено-желтой полосе светящегося бария Рентген разглядел какие то тёмные пятна. Вглядевшись повнимательнее, он отчетливо разобрал очертания пятен.

Пятна имели форму латунных гирек. Это была тень латунных гирек, спрятанных в деревянной шкатулке.

Опыт за опытом проделывал Рентген. И каждый новый опыт открывал ему новые свойства загадочных лучей.

Собственными глазами видел он их удивительное действие, но осторожный исследователь привык не верить своим глазам.

Наконец ему пришло в голову проделать опыт с фотографической пластинкой. «Человеческий глаз может ошибаться, - думал Рентген, - но если фотографическая пластинка обнаружит невидимые лучи, то, значит, они существуют и на самом деле. Фотографическую пластинку не обманешь».

Задумано - сделало. На пути икс-лучей он поставил фотографическую пластинку. И что же? В эту же секунду пластинка почернела.

Оказалось, что икс-лучи - не игра воображения.

Рентген больше не сомневался в их существовании.

И он стал повторять все те опыты с невидимыми лучами, которые он делал раньше. Но только вместо бумаги, покрытой платино-цианистым барием, он теперь подставлял икс-лучам деревянную кассету с фотографической пластинкой. Ему уже не нужно было завешивать окна непроницаемыми шторами. Ведь солнечные лучи не могут пройти через деревянную кассету. А для невидимых икс-лучей деревянная кассета - не препятствие.

Рентген снова пропустил икс-лучи через шкатулку с гирьками, но на этот раз он подставил лучам не бумажку с барием, а фотографическую пластинку.

Через несколько минут оп проявил пластинку и отфиксировал её.

На пластинке отпечаталось отчётливое изображение гирек.

После этого Рентген проделал ещё один опыт, свой самый замечательный опыт.

Стеклянный баллон с разрежённым воздухом он поставил под стол. На стол он положил руку, а на руку - фотографическую пластинку в деревянной кассете. Потом включил ток.

Когда фотографическая пластинка была проявлена, на ней оказалось отчётливое, резкое изображение костей руки. Икс-лучи прошли через кожу, через мускулы, но не в силах были пройти через кости. Тень костей запечатлелась на фотографической пластинке.

Так Рентгену удалось сделать то, чего никто еще до него не делал, - сфотографировать свои собственные кости.

Слава на весь мир

28 декабря 1895 года Рентген закончил большую статью, в которой он подробно описал свои опыты с невидимыми лучами. Эту статью он отправил в журнал Вюрцбургского физико-медицинского общества. Статья сейчас же была сдана в печать. Но уже за несколько дней до того, как номер вюрцбургского журнала с подробной и обстоятельной статьей Рентгена был отпечатан и разослан подписчикам, весь мир узнал об открытии невидимых лучей.

Произошло это так. В Вене жил профессор Франц Экснер, большой приятель Рентгена ещё с тех времен, когда оба они были цюрихскими студентами. Экснеру Рентген написал о своем открытии в тот самый день, когда ему удалось сфотографировать кости собственной руки. В конверт вместе с письмом он вложил и удивительную фотографию.

С удивлением рассматривал Экснер полученный снимок. Он сразу понял, какое великое открытие совершил его друг. В тот же день рассказал он о новых лучах своим коллегам, профессорам Венского университета. А кое-кому даже продемонстрировал удивительный снимок.

Среди людей, которым посчастливилось увидеть первый рентгеновский снимок, был пражский физик Эрнст Лехер, случайно находившийся в Вене. Лexep был поражён. Он попросил Экснера дать ему фотографию хотя бы на полчаса. А надо сказать, что отец Эрнста Лехера был в то время редактором большой и широко распространённой венской газеты «Wiener Presse».

К нему-то и поспешил Лехер с драгоценной фотографией.

Когда редактор газеты увидел фотографию и выслушал взволнованный рассказ сына, он сразу же сообразил, какую сенсацию может он преподнести читателям в ближайшем номере своей газеты.

3 января 1896 года подписчики «Wiener Prеssе» получили номер газеты со статьей старика Лехера. В статье говорилось о великом открытии вюрцбургского профессора.

В середине января 1896 года статья Рентгена «О новом роде лучей» наконец появилась, и номер журнала с этой статьей был раскуплен в течение одного дня. Людей, желавших прочесть статью, оказалось так много, что её пришлось напечатать отдельной брошюрой, и в первый же месяц она вышла пятью изданиями.

Во всех лабораториях мира физики повторяли и проверяли опыты Рентгена. В Америке знаменитый изобретатель Эдисон, прочитав сообщение об икс-лучах, немедленно приступил к опытам и провёл в лаборатории несколько дней без отдыха и сна; на третий день, чтобы подбодрить своих ассистентов, еле державшихся на ногах от усталости, он приказал громко играть па органе, который стоял у него в лаборатории. В Париже физик Сеги устроил особый кабинет, в котором всякий желающий мог за деньги получить фотографический снимок своего собственного скелета. В Лондоне, в Берлине, в Петербурге, в Риме - во всех европейских столицах читались лекции о новых лучах и демонстрировались опыты. Не было ни опытов, ни лекций в одной только Вене: «мудрая» австрийская полиция запретила их. «Ввиду того, что по нашему ведомству не поступало официальных сведений о свойствах новых лучей, - так говорилось в постановлении венского полицмейстера, - строго воспрещается, производить какие бы то ни было опыты, впредь до выяснения вопроса и особого распоряжения полиции».

Рентген в одну неделю сделался знаменитостью. Никто уже больше не путал его фамилию; во всех газетах была напечатана его биография; дом его приступом брали корреспонденты. В газетных редакциях, в лабораториях, на улицах только и было разговору, что о невидимых лучах. Одни прославляли высшего учёного; другие говорили, что ничему не поверят, пока не увидят невидимые лучи собственными глазами; третьи опасались, что отныне житья не будет на белом свете: ведь теперь всякий прохожий может заглянуть сквозь стены в чужую квартиру; помилуйте, какая же после этого возможна частная жизнь? Уж не додумаются ли учёные, в конце концов, до того, что станут освещать лучами чужой мозг и читать чужие мысли? Владелец одного шляпного магазина в Лондоне даже поместил в газете объявление о том, что у него продаются специальные шляпы из особо плотного материала, непрозрачного для новых лучей. Всякий, кто наденет такую шляпу, может считать себя в безопасности: никакие лучи, видимые или невидимые, не обнаружат ни единой мысли у него в голове!

А в Америке одна газета сообщила, что какой-то молодой человек в штате Айова направил невидимые лучи на кусок свинца стоимостью в 13 центов и что же? Через три часа кусок свинца превратился в кусок чистейшего золота, стоимостью в 153 доллара. Другая газета уверяла, будто в Нью-Йорке в медико-хирургическом колледже, изобрели новый способ обучать студентов анатомии: икс-лучи отражаются от рисунков в анатомическом атласе, а затем попадают прямо в мозг студенту. «Это производит сильное впечатление на учащихся, - писала газета, - и во многих отношениях оказывается выгоднее и удобнее, чем обыкновенные способы обучения, которые практиковались до сих пор: рисунки накрепко отпечатываются в мозгу!»

Не правда ли, жаль, что это сообщение оказалось простой газетной уткой.

Прошло много лет с той поры, как вюрцбургский профессор Вильгельм Конрад Рентген открыл невидимые лучи, заставляющие светиться платиноцианистый барий.

В наше время лучи икс-лучи Рентгена никому больше не представляются чудом. Люди уже давно привыкли к ним. Рентгеновский снимок, показывающий нам строение наших легких, удивляет нас не более чем телефон на столе или автомобиль, проезжающий мимо наших окон. Учёные исследовали свойства таинственных лучей, инженеры и врачи научились пользоваться лучами, применять их на практике.

Лучи-икс, лучи-загадка перестали быть загадкой

Физики поняли, почему в баллоне с разрежённым газом, через который проходит электрический ток, возникают невидимые лучи. Они разгадали их происхождение, их природу.

Лучи Рентгена возникают тогда, когда в стеклянную стенку баллона ударяется поток электронов, с огромной скоростью мчащихся сквозь разрежённый газ.

Когда-то Герц и Крукс спорили о том, что такое электрический ток, проходящий в разрежённом газе: колебания ли это, волны или материальные частицы, заряженные электричеством? Оказалось, доля истины была в предположении обоих. Современные физики полагают, что электрический ток - это и то и другое сразу: и частицы, летящие с огромной скоростью, и особого рода колебания, волны. То же можно сказать и о лучах-икс. В тот самый момент, когда несущиеся сквозь газ электроны натыкаются на стеклянную стенку, в баллоне возникают новые волны-частицы. Они разбегаются по всем направлениям от стеклянной стенки, о которую ударились электроны. Волны-частицы, испускаемые стенкой, - это и есть лучи икс, открытые профессором Рентгеном.

И не только стекло, поставленное на пути электронов, испускает невидимые лучи. Сам Рентген, производя свои опыты, заметил, что если на пути электронов поставить металл, то и металл начнет испускать лучи и даже ещё сильнее, чем стекло. Позже было установлено, что, с каким бы твёрдым телом не столкнулись быстрые электроны, оно делается источником рентгеновских лучей.



Применение в жизни

В современных рентгеновских трубках лучи икс получаются от удара электронов об антикатод - массивный кусок тугоплавкого металла (железа или вольфрама). В трубку подают высокое электрическое напряжение. Чем выше напряжение, тем быстрее движутся электроны, тем энергичнее оказываются лучи Рентгена, испускаемые антикатодом, и тем легче проходят эти лучи сквозь тела, непроницаемые для видимого света.

Уже позже научились изготовлять мощные трубки, рассчитанные на электрическое напряжение в шестьсот - семьсот тысяч вольт. Электротехнические заводы давно уже наладили массовое производство рентгеновских трубок и рентгеновских аппаратов. Спрос на них растёт с каждым годом.

Какое же применение в жизни нашли себе невидимые лучи, которые открыл скромный профессор, гениальный немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген?

Больше всего они пригодились медикам. Вооружившись лучами Рентгена, врач фотографирует кости в живом человеческом теле, изучает явления, происходящие в легких, в желудке, в сердце. Дело в том, что для лучей Рентгена кости, не так прозрачны, как мускулы или железы. Потому и проступают тёмные очертания костей на фотографическом снимке, сделанном рентгеновскими лучами. А легкие отчетливо видны на снимке потому, что они прозрачнее, чем железы или мышцы. Но только изображения легких получаются не тёмные, а светлые.

Ну, а как желудок? Ведь он прозрачен для лучей Рентгена не больше и не меньше, чем все другие органы, находящиеся в брюшной полости человека. Как же возможно фотографировать желудок?

Немецкий ученый Ридер нашёл выход из этого затруднения. Пациенту предлагают съесть тарелку каши. Но каша это не простая, а особенная: в ней содержится сернокислый барий BaSO4. Сернокислый барий менее прозрачен для рентгеновских лучей, чем внутренние органы и мускульные ткани человеческого тела. К тому же он совершенно безвреден: каша с сернокислым барием не очень-то вкусна, но её можно безо всякой опасности для здоровья съесть сколько угодно. Как только желудок пациента наполнится сернокислым барием - врач немедленно делает рентгеновский снимок. И тогда темные очертания желудка отчётливо возникают на фоне окружающих тканей.

Сбылось всё то, о чём старый редактор Лехер писал в своей газете. Современные врачи уже и представить себе не могут, как это прежняя медицина обходилась без рентгеновских лучей. 3аболел ли кто туберкулёзом легких, расширением сердца или язвой желудка, ранен ли кто пулей, - врачи просвечивают больного лучами Рентгена, фотографируют поражённые органы тела. Взглянув на фотографический снимок, врач ясно видит, что творится в теле больного, распознаёт скрытую болезнь.

Но мало того, что лучи Рентгена часто помогают определить болезнь: некоторые тяжёлые болезни они и вылечивают.

Так, рентгеновская трубка оказалась в одно и то же время фонарём, освещающим внутренности живого тела, и сосудом, содержащим драгоценное лекарство. Правда, пользоваться этим лекарством следует с большим искусством: разрушая пораженные болезнью ткани, рентгеновские лучи могут нанести ущерб здоровым.

Ну, а неживое вещество? Способны ли лучи Рентгена проникать в неживые вещества и обнаруживать в них то, что скрыто от человеческих глаз?

Вот в литейном цехе отлили какую-нибудь деталь. На вид она хороша - казалось бы, лучше и не надо. А какова она внутри? Не попал ли в литье пузырёк воздуха, нет ли в глубине металла трещины, которая при малейшей перегрузке машины выведет деталь из строя?

На помощь инженеру приходят рентгеновские лучи. При первых опытах Рентгена невидимые лучи проникали только сквозь тонкие слои металла, а в толстых застревали, поглощались. Современные рентгеновские трубки с напряжением в сотни тысяч вольт испускают лучи гораздо более мощные, гораздо глубже «проникающие». Такие лучи легко проходят через слой стали толщиной в десять-пятнадцать сантиметров. От них не скроется ни одна трещинка, ни один пузырек.

Рентгеновский снимок сразу выводит на чистую воду малейший изъян внутри металла.

Зоркие лучи Рентгена несут ответственную службу на заводах. Но ещё более тонкую и сложную работу проделывают они в физических лабораториях.

Они помогают физикам изучать строение вещества.

В 1912 году немецкие физики Лауэ, Фридрих и Книппинг Метод Лауэ - метод исследования структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей. Метод назван в честь немецкого физика Макса фон Лауэ, по предложению которого в 1912 году физики Вальтер Фридрих (Walter Friedrich) и Пауль Книппинг (Рaul Кnipping) провели опыт. сделали такой опыт. Они пропустили пучок рентгеновских лучей через кристаллик сернистого цинка ZnSO4.

Пройдя сквозь кристаллик, лучи упали на фотографическую пластинку. Когда учёные проявили и отфиксировали пластинку, оказалось, что на ней отпечатался какой-то замысловатый узор, составленный из маленьких тёмных пятнышек.

Что за узор, откуда он? Лауэ сумел ответить на этот вопрос. Кристалл сернистого цинка состоит из атомов двух химических элементов: серы и цинка. Эти атомы расположены в пространстве стройными правильными рядами. Внутри кристалла, параллельно каждой его грани, идут, пересекаясь между собой, бесчисленные плоскости. Каждая из этих плоскостей - это геометрическая правильная сетка, составленная из атомов. Лучи Рентгена, проникая сквозь сетку, огибают атомы и рисуют узор на фотографической пластинке - узор из тёмных пятнышек. Эта не фотография кристалла.

Но изучая этот узор, Лауэ с помощью математического расчёта установил, как, в каком порядке расположены в кристалле атомы.

Лауэ и его сотрудники стали пропускать лучи Рентгена и через другие кристаллы - поваренную соль NaCl, берилл Al2[Be3(Si6O18)], сернокислый никель NiSO4. И каждый раз на фотографической пластинке отпечатывался узор из тёмных точек. Поваренная соль давала один узор, берилл - другой, сернокислый никель - третий (рис. 2).

Рис. 2 - Метод Лауэ (кристаллография)

Значит, во всех этих веществах атомы расположены сетками в своём, строго определённом порядке. Порядок этот у разных веществ разный: у сернистого цинка - один, у поваренной соли - другой, у берилла, у алмаза, у никеля, у графита - третий, четвертый, пятый. Атомы натрия и хлора в поваренной соли расположены кубами, атомы углерода в алмазе - четырехгранными пирамидами.

Сами атомы - это чрезвычайно мелкие частицы вещества. Размеры атома - десятимиллионная доля миллиметра. Их невозможно разглядеть даже в сверхсильный микроскоп. Но с помощью лучей, открытых Рентгеном, физики узнали с абсолютной достоверностью, как расположены атомы в кристаллах. В каком порядке и даже какое между ними расстояние. В 1913 году, через год после открытия Лауэ, русский физик Ю. Вульф и англичане, отец и сын Брэгги, один в России, а двое других в Англии, нашли (совершенно независимо друг от друга) способ с полной математической точностью определять в кристаллах расстояние между атомами. Оказалось, определять его можно, направляя на кристалл под разными углами рентгеновские лучи, и каждый раз измеряя при этом угол наклона.

Если бы в те годы вы спросили бы любого учёного-физика, возможно ли разглядеть, как расположены атомы в каком-нибудь теле, он ответил бы вам: «Невозможно и никогда не будет возможно».

Открытие Рентгена ещё раз доказало людям, что слово «невозможно» не имеет право существовать.



Заключение

По-разному делаются научные открытия. Лучи Рентгена были открыты в считанные дни и сразу нашли себе замечательные применения. Невидимые лучи дали возможность видеть насквозь - разглядеть внутреннее устройство непрозрачных живых тел, а в прозрачных кристаллах обнаружить «непрозрачные» атомы. Но это ещё не всё.

Икс-лучам суждено было разгадывать интереснейшие иксы не только в поле зрения микроскопа, но и телескопа. Если «гелий» спустился с небес на Землю, то рентгеновские лучи, напротив, совершили путь в обратном направлении - с Земли на небо.



Список использованных источников

1. Храмов Ю.А. Гитторф Иоганн Вильгельм // Физики: Биографический справочник / Под ред. А.И. Ахиезера. - М.: Наука, 1983. - 400 с.

Размещено на Allbest.ru