Рентгенівські промені | Журнал Популярна Механіка

  1. Виключений зі школи
  2. Успішна кар'єра
  3. катодні промені
  4. рутина
  5. X-промені
  6. X-промені в Росії
  7. остаточне відкриття

Найвідоміше наукове відкриття всіх часів і народів стало знаменитим практично миттєво.

У самому початку січня 1896 року директор Фізичного інституту Віденського університету Франц Екснер отримав відбиток статті «Попереднє повідомлення про новий різновид променів», опублікованій 28 грудня в «Відомостях Фізико-медичного товариства» невеликого баварського міста Вюрцбурга. Відбиток надіслав Екснер старий приятель, професор фізики Вюрцбургского королівського університету Вільгельм Рентген. Рентген стверджував, що виявив раніше невідомий випромінювання, вільно проникає крізь різні субстанції, включаючи і людську плоть. До тексту були додані фотографії. Найцікавіше виглядав знімок кисті руки, на якому були чітко видні кістки і суглоби.

Робота Рентген зацікавила Екснера настільки, що він негайно показав її колегам, серед яких виявився молодий фізик Ернст Лехера. Той розповів про роботу Рентген своєму батькові, редактору віденської газети Neue Freie Presse, і в Неділя 5 січня повідомлення про невидимих ​​променях, ілюстроване тим самим фото, з'явилося у нього на першій сторінці. Вже 6 січня лондонська Chronicle оповістила про відкриття англійську публіку. У той же день повідомлення з'явилося в нью-йоркській The Sun, а через чотири дні - в New York Times. 12 січня до неї зійшла лондонська Times, редактори якої спочатку визнали, що мова йде просто про новий метод фотографування.

Істинний першовідкривач Зараз вже достеменно відомо, що до листопада 1895 року дещо фізиків спостерігали на фотопластинках підписи Рёнтгеновского випромінювання Істинний першовідкривач Зараз вже достеменно відомо, що до листопада 1895 року дещо фізиків спостерігали на фотопластинках підписи Рёнтгеновского випромінювання. Серед них був і Ленард, який незабаром став кричати на весь світ про свій пріоритет. Однак жоден з них не зацікавився дивним феноменом і, тим більше, не приступив до його вивчення. Це зробив тільки справжній першовідкривач нових променів Вільгельм Конрад Рентген, за що і був в 1896 році удостоєний медалей Румкорфа і Маттеучі, в 1900 році отримав від Колумбійського університету медаль Барнарда, а роком пізніше - першу в світі Нобелівську премію з фізики. Плюс кілька орденів від урядів Баварії, Прусії та Італії. І всі ці нагороди абсолютно заслужені.

Відкриття виявилося зовсім несподіваним для сучасників, проте його взяли з величезним ентузіазмом. Уже в 1896 році нові промені згадували в 49 брошурах і 1044 статтях. Це був тріумф світового масштабу.

Виключений зі школи

Вільгельм Конрад Рентген народився 27 березня 1845 року. Його батько був заможним сукнарів - фабрикантом і торговцем в німецькому містечку Леннепе, в 40 км від Дюссельдорфа. Через три роки після народження Віллі його сім'я переїхала в нідерландський місто Апелдорн і прийняла голландське громадянство. Коли Вільгельму виповнилося 16 років, батько відправив його в Утрехт, в класичну гімназію, яка повинна була стати трампліном до університетській лаві. Для вступу до університету потрібно пред'явити гімназійний атестат (Matura) і здати вступні іспити.

Однак Вільгельм атестата не отримав. Однокласник одного разу намалював на дошці карикатуру на нелюбимого викладача. Оскаженілий наставник зажадав, щоб образник негайно зізнався. Оскільки весь клас мовчав, Вільгельм взяв провину на себе (за іншою версією, просто відмовився назвати винуватця). Учитель поскаржився директору, і Вільгельма виключили з гімназії з вовчим квитком. Це означало, що він ніколи не отримає атестата - в усякому разі, в Голландії.

Це означало, що він ніколи не отримає атестата - в усякому разі, в Голландії

Втім, на цей випадок в Утрехтском університеті існувала спеціальна процедура вступних іспитів. Вільгельм добре підготувався, але сталося так, що відповідати йому довелося гімназичного викладача, що голосував за його виключення, і він Рентген з тріском провалив. Всі шляхи до університетської освіти виявилися перекриті, і в кінці грудня 1862 Вільгельм вступив в дворічна технічне училище, яке благополучно закінчив. У 1865 році він кілька місяців відвідував Утрехтський університет як вільний слухач. Але такі заняття не відчиняли дороги до диплому, а значить, і до академічної кар'єрі, про яку мріяв юнак.

Успішна кар'єра

І тут Вільгельму пощастило. Приятель, син швейцарського інженера, порадив йому вступити до Вищого технічного училища в Цюріху (той самий, до речі, яке в 1900 році закінчив Альберт Ейнштейн). Вільгельма зарахували відразу, оскільки він представив паперу з Утрехтського університету, які свідчать про його блискучих успіхах в науках. Навчався він прекрасно і в 1868 році був випущений з дипломом інженера-механіка.

У роки навчання Вільгельм подружився з молодим, але вже відомим професором фізики Августом Кундтом, в лабораторії якого виконував навчальні практикуми. Під впливом Кундта (і за порадою засновника термодинаміки Рудольфа Клаузиса, який читав в училище лекції) молодий Рентген вирішив присвятити життя фізиці. У 1869 році він захистив докторську дисертацію в Цюріхському університеті, основою якої стали результати експериментів з газами, виконані на останньому курсі під керівництвом професора механіки Густава Зёнера. Після захисту Кундт взяв Рентген в асистенти.

Августа Кундта став добрим ангелом Рентген на багато років. У 1870 році він отримав кафедру фізики в університеті Вюрцбурга і переїхав туди разом зі своїм помічником. Через два роки Кундт і Рентген перебралися до Страсбурзького університету, де Рентген отримав право викладати. У 1888 році він повернувся в Вюрцбург в якості повного професора і директора університетського Фізичного інституту. У 1894 році університетський сенат обрав його ректором.

катодні промені

катодні промені

У другій половині XIX століття фізики вельми цікавилися катодними променями. Оскільки ця назва дещо застаріла, слід нагадати, що мова йде про потік електронів в тліючому розряді, що протікає в сильно розрідженому газі. В таких умовах значна частина частинок, емітованих нагрітим катодом, прискорюється поблизу нього електричним полем і направляється до позитивного електрода - анода. Якщо електроди знаходяться в скляній трубці, то електрони при зіткненні зі склом викликають його флюоресценцію. Колір світіння, природно, залежить від складу скла.
Вперше цей феномен спостерігав в 1859 році професор Боннського університету Юліус Плюкер, який експериментував з газовими розрядами в скляних вакуумних трубках. Такі трубки з парою впаяних в скло електродів в 1857 році почав робити університетський механік Генріх Гейслер (в 1855 році він винайшов ртутний вакуумний насос, який вперше дав можливість отримувати тиску порядку тисячних часток міліметра ртутного стовпа і тим самим відкрив шлях до експериментів з катодними променями) . Через десять років учень Плюкера Йоганн Вільгельм Гитторф виявив, що джерелом променів служить негативний електрод і що вони відхиляються в магнітному полі. У сімдесяті роки кілька вчених одночасно довели, що катодні промені несуть негативний заряд. Один з них, Ойген Гольдштейн, в 1876 році придумав назву «катодні промені».
Природа катодних променів була встановлена ​​після того, як в 1897 році британський фізик Джозеф Джон Томсон довів, що вони складаються з частинок з вимірної масою і зарядом, які він назвав електронами (до цього більшість співвітчизників Томсона вважали, що катодні промені - потік корпускул, в той час як німецькі фізики бачили в них коливання ефіру). Так що вивчення катодних променів (як і інших форм електричних розрядів в газах) вважалося в кінці минулого століття заняттям цікавим і перспективним.
Катодні промені в ті часи зазвичай отримували за допомогою вакуумних трубок, що носять ім'я їх винахідника, англійського фізика Вільяма Крукса, який багато займався газовими розрядами (з рідкісною проникливістю він стверджував, що такий розряд народжує четвертий стан матерії - сьогодні ми називаємо його плазмою). Це були модифіковані Гейслерова трубки - з двома катодами (емітером і маскою) і анодом, покритим фосфоресцирующим матеріалом. Трубками Крукса мали не тільки практично всі наукові фізичні лабораторії, але часом і шкільні кабінети фізики.

Здавалося, що Рентген досяг вищої точки свого життєвого шляху. Дві завидні адміністративні посади, створена його працями наукова лабораторія, одна з кращих в Німеччині, репутація блискучого багатостороннього фізика-експериментатора, десятки статей. Ще до повернення в Вюрцбург, будучи професором експериментальної фізики Гиссенского університету, він відкрив, що при русі діелектрика в електричному полі виникає електричний струм (великий голландський теоретик Гендрік Антон Лоренц назвав його струмом Рентген). Рентген займався вивченням теплових властивостей рідин і кристалів, дослідив магнетизм, проводив вимірювання піроелектричних і п'єзоелектричних явищ - всього і не перерахувати. У нього були прекрасні руки, і він зазвичай сам придумував і збирав прилади для дослідів і лекційних демонстрацій.

Залишалося спокійно працювати аж до почесної відставки і пенсії. Однак життя Рентген радикально змінилася незабаром після 50-річчя.

рутина

У червні 1894 року Рентген зацікавився експериментальними результатами щойно помер першовідкривача електромагнітних променів Генріха Герца та його асистента Філіпа Ленарда. На початку 1890-х Герц виявив, що катодні промені (див. Врізку) проходять через тонкі листочки металу (раніше було доведено, що металеві пластинки їх не пропускають). Ленард виготовив розрядну трубку з віконцем, герметично затягнутим алюмінієвою фольгою. Вакуум всередині трубки зберігався, так що катодні промені нормально генерувалися. Використовуючи в якості індикаторів речовини, флюоресцирующие під впливом катодного випромінювання, Ленард виявив, що воно виходить з трубки, але проходить в повітрі лічені сантиметри.

Рентген хотів перевірити ці результати, і восени 1895 року взявся за експерименти з розрядної трубкою власної конструкції. Спочатку робота йшла цілком рутинно, але 8 листопада сталося історична подія.

X-промені

Рентген страждав часткової колірної сліпотою, тому він не тільки зашторювати вікна своєї лабораторії, а й обертають розрядну трубку чорним папером - так було легше спостерігати флюоресценцію. Інакше він, мабуть, і не помітив би слабкого світіння, що виходить від листка паперу на робочому столі, що розташовується на відстані на пару метрів від включеної розрядної трубки. Наблизившись, він побачив, що зеленим світиться буква А, написана розчином ціаноплатініда барію.

Рентген був спантеличений. Катодні промені ніяк не могли подолати відстань від трубки до столу. І все ж причина світіння крилася саме в трубці, оскільки при відключенні струму світіння пропадало. І ось тоді, в найбільший момент свого життя, він вирішив дослідити цей феномен за допомогою пластинок, покритих платіносінеродістим барієм.

X-промені в Росії

X-промені в Росії

Російські фізики визнали роботу Рентген одними з перших. 5 січня 1896 Петро Миколайович Лебедєв розповів про неї на зборах московського Товариства любителів природознавства і негайно написав про це самому Рентген. На наступний день рижани Г. Б. фон Раутенфельд-Лінденру і Г. Е. Пфлаум зробили в міській гімназії перші в Росії рентгенівські знімки, обравши в якості об'єкту верхню щелепу риби-пили. В середині січня професор фізики Петербурзького університету Н.І. Боргман і його асистент А.Л. Гершун отримали кілька рентгенограм, і Боргман незабаром з великим тріумфом доповів про це у публічній лекції, що проходила в переповненому залі. Тоді ж в Москві рентгенівськими променями впритул зайнялися П.М. Лебедєв і П.В. Преображенський. Лебедєв на прохання професора хірургії Л.Л. Левшина зробив рентгенівські знімки декількох пацієнтів і таким чином став одним із засновників медичної рентгенології. А вже в березні директор петербурзького Клінічного інституту професор Н.В. Скліфосовський почав систематично використовувати рентгенівські промені для діагностики переломів кісток.

Рентген практично не виходив з лабораторії півтора місяці. Експерименти поглинули його настільки, що в перший тиждень він навіть нічого не записував - нечувана річ для німецького фізика. Багаторазово повторюючи серії дослідів і попутно удосконалюючи конструкцію розрядної трубки, Рентген переконався, що відкрив раніше невідоме випромінювання. Не знаючи природи цього явища, він назвав його Х-променями. Ця назва все ще застосовується в англомовних країнах, проте за прикладом Німеччини їх зазвичай називають рентгенівськими променями.

остаточне відкриття

В ході експериментів Рентген переконався, що випромінювання виходить з того ділянки трубки, куди падав пучок катодних променів (він змінював траєкторію пучка за допомогою магніту і визначав, де сильніше світиться платівка-індикатор). Учений з'ясував, що випромінювання не тільки змушує флюоресцировать барієвий препарат, але і засвічує загорнуті в чорний папір фотопластинки. Рентген зауважив, що Х-промені проникають крізь різні середовища. Саме тоді він зробив знамениту фотографію дерев'яного ящика, в якому проглядаються металеві гирьки-важки.

Рентген з самого початку підозрював, що його промені споріднені видимого світла, і тому намагався дослідити особливості їх відображення і заломлення. На жаль, його прилади не володіли такими можливостями. З повною переконливістю хвильова природа рентгенівських променів була продемонстрована тільки в 1912 році, коли майбутній Нобелівський лауреат Макс фон Лауе і його студенти Пауль Кніппінг і Вальтер Фрідріх виявили їх дифракцію на кристалічних решітках.

Рентген працював без лаборантів і довго не розповідав про своє відкриття колегам-фізикам (першим, хто про нього дізнався, був його друг - зоолог Теодор Бовери). 22 грудня він покликав в лабораторію дружину і зробив рентгенівський знімок її лівої руки, який незабаром облетіла всю світову пресу. Втім, ще до цього Рентген бачив зображення кісток власної руки, вміщеній між трубкою і флюоресцирующим екраном.

Тоді ж вчений зважився на публікацію. Він написав десятистраничного статтю і передав її секретарю Фізико-медичного товариства, якого і попросив потурбуватися її термінової публікацією. Як вже говорилося, 28 грудня стаття з'явилася в «Відомостях Фізико-медичного товариства» міста Вюрцбурга. Подальше належить історії.

Рентген продовжував займатися новими променями ще більше року. У березні 1896 року його опублікував ще одну статтю, а рівно через рік - третю і останню. Більше він до них не повертався.

Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №4, Грудень 2008 ).