Рентгеновские лучи. Марио Льоцци: Из истории физики

Савельева Ф.Н., к.т.н.

Получение рентгеновских лучей

В истории физики бывало часто, что противостоящие научные течения распределялись в соответствии с национальностью физиков. Отнюдь не следует считать это проявлением национализма. Это объясняется просто научными связями, личными отношениями, применением одного и того же или аналогичного экспериментального оборудования, а также единым языком.

Поэтому не удивительно, что полуголландец-полунемец Вильгельм Конрад Рентген (1845—1923) приступил к экспериментальному исследованию катодных лучей, придерживаясь взглядов Ленарда, который, как и все немецкие физики того времени, защищал волновую природу катодных лучей.

Будучи чрезвычайно внимательным экспериментатором, уже прославившимся в среде физиков того времени исследованиями в различных областях (сжимаемость жидкостей, удельная теплоемкость газов, магнитное действие диэлектриков, движущихся в электростатическом поле, и т. д.), Рентген с первых же опытов заметил, что фотографические пластины, помещенные вблизи разрядной трубки и защищенные обычным образом от действия света, часто оказывались засвеченными. О действии катодных лучей здесь не могло идти речи, ибо применявшаяся катодная трубка не имела алюминиевого окошка подобно трубке Ленарда и катодные лучи наружу выйти не могли. Очевидно, речь шла о новом явлении, возникающем, как это удалось установить через несколько дней, в разрядной трубке.

8 ноября 1895 г. в Вюрцбурге Рентген наблюдал новое поразительное явление. Если разрядную трубку обернуть черным картоном и поместить возле нее бумажный экран, смоченный с одной стороны платино-синеродистым барием, то при каждом разряде трубки на экране наблюдается флуоресцирующее свечение независимо от того, какая сторона бумаги повернута к трубке — смоченная или сухая.

В этом опыте прежде всего поражает то, что абсолютно непрозрачный для видимого излучения и ультрафиолета черный картон пропускает что-то, способное вызвать флуоресценцию экрана. Этот эффект получался не только с картоном: методически поставленная серия специальных опытов показала, что для этого агента более или менее прозрачны все тела. Точнее говоря, прозрачность убывает с увеличением плотности тела и его толщины.

«Если держать руку между разрядной трубкой и экраном, то видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний руки». Это было первое в истории рентгеноскопическое исследование.

Эти новые агенты, которые были названы Рентгеном для краткости Х-лучами, а мы их называем сейчас рентгеновскими лучами, вызывали флуоресценцию не только платино-синеродистого бария, но и других веществ, например фосфоресцирующих соединений кальция, уранового стекла, обычного стекла, известкового шпата, каменной соли и др. Они действуют также на фотопластинки, но не действуют на глаз человека.

Было неясно, преломляются ли эти лучи. Рентген не обнаружил преломления в призмах из воды и сероуглерода. Некоторые признаки преломления, как ему показалось, были замечены в опытах с эбонитовыми и алюминиевыми призмами. Опыты с мелким порошком каменной соли, с серебряным порошком, полученным электролитическим методом, и с цинковым порошком не обнаружили никакого различия в прохождении Х-лучей через порошок и через сплошной образец того же вещества. Отсюда можно было сделать вывод, что Х-лучи не испытывают ни преломления, ни отражения и что отсутствие этих явлений подтверждается тем, что Х-лучи невозможно сконцентрировать линзами.

Х-лучи возникают в точке, где катодные лучи соударяются со стеклом трубки. Действительно, отклоняя магнитом катодные лучи внутрь трубки, можно заметить одновременное смещение точки образования Х-лучей, всегда совпадающей с точкой, где кончаются катодные лучи. Для образования этого нового излучения не обязательно, чтобы катодные лучи соударялись именно со стеклом: это явление наблюдается и в разрядной трубке, изготовленной из алюминия.

Природа этого нового излучения оставалась загадочной. Одно было ясно — излучение это нельзя отождествлять с катодными лучами. Как и катодные лучи, оно вызывало флуоресценцию, оказывало химическое воздействие, распространялось прямолинейно и, следовательно, образовывало тени. Но Х-лучи не обладали характерным свойством катодных лучей — не отклонялись магнитным полем. Может быть, они той же природы, что и ультрафиолетовое излучение? Но тогда они должны были бы заметно отражаться, преломляться, поляризоваться. Учитывая наличие определенного сходства между Х-лучами и световыми, можно было предполагать, что в отличие от видимого излучения, которое есть не что иное, как поперечные колебания эфира, Х-лучи являются продольными колебаниями. Не могут ли оказаться Х-лучи проявлением этих продольных колебаний эфира, существование которых физикам до сих пор не удавалось установить?

Этим вопросом, повторяющим попытку объяснения природы катодных лучей, заканчивается первая работа Рентгена об Х-лучах, доложенная в декабре 1895 г. в Физическом институте Вюрцбургского университета.

Во второй работе, доложенной 5 марта 1896 г., содержалось два новых существенных факта. Первый был открыт Аугусто Риги, который едва ли знал об опытах Рентгена: под действием Х-лучей наэлектризованные тела разряжаются. Действуют не сами Х-лучи, а пронизываемый ими воздух, который приобретает свойство разряжать наэлектризованные тела. Вторым важным фактом, упомянутым еще в первой работе Рентгена, было то, что Х-лучи получаются при попадании катодных лучей не только на стекло разрядных трубок, но и на любое тело, не исключая жидкостей и газов. В зависимости от природы тела, на которое попадают катодные лучи, интенсивность получающегося Х-излучения оказывается различной. Эти наблюдения привели Рентгена уже в феврале 1896 г. к разработке трубки «фокус», в которой «катодом служит вогнутое зеркало из алюминия», а анодом — платиновая пластинка, помещенная в центре кривизны зеркала и наклоненная под углом 45° к оси зеркала. До появления термоэлектронных приборов трубки «фокус» были единственными установками для получения рентгеновских лучей при медицинских и физических исследованиях.

Новое открытие, о возможности применения которого в медицине и хирургии вскоре стали догадываться, взволновало не только ученых, но и широкую публику. Физические лаборатории осаждались врачами и больными. На бесчисленных публичных выступлениях с демонстрацией опытов вид скелета живых людей производил сильное впечатление и вызывал даже истерики среди присутствовавших. Рентген способствовал быстрому распространению своего открытия, со свойственным ему бескорыстием отказавшись от всякой возможности извлечь из него прибыль. Этот всеобщий интерес в немалой мер