|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Рентгенівське випромінювання. Історія та суть наукового відкриття
Довідник / Найважливіші наукові відкриття У січні 1896 року над Європою та Америкою прокотився тайфун газетних повідомлень про сенсаційне відкриття професора Вюрцбурзького університету Вільгельма Конрада Рентгена. Здавалося, не було газети, яка не надрукувала б знімок кисті руки, що належала, як з'ясувалося пізніше, Берті Рентген - дружині професора. А професор Рентген, замкнувшись у себе в лабораторії, продовжував посилено вивчати властивості відкритих променів. Відкриття рентгенівських променів дало поштовх новим дослідженням. Їх вивчення призвело до нових відкриттів, одним із яких стало відкриття радіоактивності. Німецький фізик Вільгельм Конрад Рентген (1845-1923) народився в Леннепі, невеликому містечку поблизу Ремшейда в Пруссії, і був єдиною дитиною в сім'ї процвітаючого торговця текстильними товарами Фрідріха Конрада Рентгена і Шарлотти Констанци (у дівоцтві Фровейн) Рентген. У 1862 році Вільгельм вступив до Утрехтської технічної школи. У 1865 році Рентгена зарахували студентом до Федерального технологічного інституту в Цюріху, оскільки він мав намір стати інженером-механіком. Через три роки Вільгельм отримав диплом, а ще за рік захистив докторську дисертацію у Цюріхському університеті. Після цього Рентгена було призначено Кундтом першим асистентом у лабораторії. Отримавши кафедру фізики у Вюрцбурзькому університеті (Баварія), Кундт взяв із собою та свого асистента. Перехід до Вюрцбурга став для Рентгена початком "інтелектуальної одіссеї". У 1872 році він разом з Кундтом перейшов до Страсбурзького університету і в 1874 році почав там свою викладацьку діяльність як лектор з фізики. У 1875 році Рентген став повним (дійсним) професором фізики Сільськогосподарської академії в Гогенхеймі (Німеччина), а в 1876 повернувся до Страсбурга, щоб приступити там до читання курсу теоретичної фізики. Експериментальні дослідження, проведені Рентгеном у Страсбурзі, стосувалися різних областей фізики і, за словами його біографа Отто Глазера, здобули Рентгену репутацію "тонкого класичного фізика-експериментатора". У 1879 р. Рентген був призначений професором фізики Гессенського університету, в якому він залишався до 1888 року, відмовившись від пропозицій зайняти кафедру фізики послідовно в університетах Єни та Утрехта. У 1888 році він повертається до Вюрцбургського університету як професора фізики та директора Фізичного інституту. У 1894 році, коли Рентген був обраний ректором університету, він почав експериментальні дослідження електричного розряду в скляних вакуумних трубках. Увечері 8 листопада 1895 року Рентген, як завжди, працював у своїй лабораторії, займаючись вивченням катодних променів. Близько опівночі, відчувши втому, він зібрався йти, Окинувши поглядом лабораторію, погасив світло і хотів було зачинити двері, як раптом помітив у темряві якусь пляму, що світилася. Виявляється світився екран із синьородистого барію. Чому він світиться? Сонце давно зайшло, електричне світло не могло викликати свічення, катодна трубка вимкнена, та ще й закрита чорним чохлом з картону. Рентген ще раз подивився на катодну трубку і дорікнув собі: виявляється, він забув її вимкнути. Намацавши рубильник, вчений вимкнув трубку. Зникло і свічення екрану; увімкнув трубку знову - і знову з'явилося світіння. Значить, свічення викликає катодна трубка! Але яким чином? Адже катодні промені затримуються чохлом, та й повітряний метровий проміжок між трубкою та екраном для них є бронею. Так почалося народження відкриття. Оговтавшись від хвилинного подиву, Рентген почав вивчати виявлене явище і нові промені, названі ним ікс-променями. Залишивши футляр на трубці, щоб катодні промені були закриті, він з екраном у руках почав рухатися лабораторією. Виявляється, півтора-два метри для цих невідомих променів не перешкода. Вони легко проникають через книгу, скло, станіоль... А коли рука вченого опинилася на шляху невідомих променів, він побачив на екрані силует її кісток! Фантастично і моторошно! Але це лише хвилина, бо наступним кроком Рентгена був крок до шафи, де лежали фотопластинки: треба побачене закріпити на знімку. Так розпочався новий нічний експеримент. Вчений виявляє, що промені засвічують платівку, що вони не розходяться сферично навколо трубки, а мають певний напрямок. Вранці знесилений Рентген пішов додому, щоб трохи перепочити, а потім знову почати працювати з невідомими променями. Більшість вчених негайно опублікували б таке відкриття. Рентген вважав, що повідомлення справить більше враження, якщо вдасться навести якісь дані про природу відкритих їм променів, вимірявши їх властивості. Тому він п'ятдесят днів напружено працював, перевіряючи всі припущення, які тільки спадали йому на думку. Рентген довів, що промені походили від трубки, а не від будь-якої іншої частини апаратури. Перед Новим роком, 28 грудня 1895 року, Рентген вирішив познайомити своїх колег із виконаною роботою. На тридцяти сторінках він описав виконані досліди, надрукував статтю у вигляді окремої брошури та розіслав її разом із фотографіями провідним фізикам Європи. "Флюоресценція видно, - писав Рентген у своєму першому повідомленні, - при достатньому затемненні і не залежить від того, чи підносити папір стороною, вкритою або не вкритою платино-синьородистим барієм. Флюоресценція помітна ще на відстані двох метрів від трубки". "Легко переконатися, що причини флюоресценції походять саме від розрядної трубки, а не від якогось місця провідника". Рентген припустив, що флюоресценція викликається якимись променями (він назвав їх Х-променями), що проходять через непроникний для звичайних світлових видимих і невидимих променів чорний картон чохла трубки. Тому він, перш за все, досліджував поглинальну здатність різних речовин по відношенню до Х-променів. Він виявив, що всі тіла проникні для цього агента, але по-різному. Промені проходили через переплетену книгу на 1000 сторінок, через подвійну колоду гральних карт. Ялинові дошки від 2 до 3 сантиметрів завтовшки поглинали промені дуже мало. Алюмінієва пластинка завтовшки близько 15 міліметрів хоті і сильно послаблювала промені, але не знищувала їх повністю. "Якщо тримати між розрядною трубкою та екраном руку, то видно темні тіні кісток у слабких контурах тіні самої руки". Промені діють на фотографічну платівку, причому "можна робити знімки у освітленій кімнаті, користуючись платівкою, укладеною в касету або паперову оболонку". Рентген було, проте, виявити ні відбиття, ні заломлення рентгенівських променів. Однак він встановив, що, якщо правильне відображення "не має місця, все ж таки різні речовини по відношенню до Х-променів поводяться так само, як і каламутні середовища по відношенню до світла". Таким чином, Рентген встановив важливий факт розсіювання рентгенівських променів речовиною. Проте всі спроби виявити інтерференцію рентгенівських променів дали негативний результат. Негативний результат дали спроби відхилення променів магнітним полем. Звідси Рентген зробив висновок, що Х-промені не ідентичні з катодним промінням, але збуджуються ними в скляних стінках розрядної трубки. На закінчення свого повідомлення Рентген обговорює питання про можливу природу відкритих їм променів: "Якщо поставити питання, чим власне є Х-промені (катодними променями вони бути не можуть), то, судячи з їхньої інтенсивної хімічної дії та флюоресценції, можна віднести їх до ультрафіолетового світла. Але в такому разі ми зараз же стикаємося із серйозними перешкодами. Дійсно, якщо Х-промені є ультрафіолетовим світлом, то це світло повинно мати властивості: а) при переході з повітря у воду, сірковуглець, алюміній, кам'яну сіль, скло, цинк і т. д. не відчувати жодного помітного заломлення; б) не відчувати скільки-небудь помітного правильного відбиття від зазначених тіл; в) не поляризуватися всіма уживаними засобами; г) поглинання його залежить від яких властивостей тіла, крім щільності. Отже, треба було б прийняти, що ці ультрафіолетові промені поводяться зовсім інакше, ніж відомі досі інфрачервоні, видимі та ультрафіолетові промені. На це я не міг наважитись і почав шукати інше пояснення. Певна спорідненість між новими променями та світловими променями, мабуть, існує. На це вказують тіньові зображення, флюоресценція та хімічні дії, що виходять при обох видах променів. Давно відомо, що крім поперечних світлових коливань, в ефірі можливі і поздовжні коливання. Деякі фізики вважають, що вони мають існувати. Існування їх, звичайно, поки що не доведено з очевидністю, і властивості їх тому експериментально ще не вивчені. Чи не повинні бути нові промені приписані поздовжнім коливанням в ефірі? Я повинен зізнатися, що все більше схиляюся до цієї думки, і я дозволяю собі висловити тут це припущення, хоча знаю, звичайно, що воно потребує подальших обґрунтувань». У березні 1896 року Рентген виступив із другим повідомленням. У цьому повідомленні він описує досліди з іонізуючої дії променів і вивчення порушення Х-променів різними тілами. В результаті цих досліджень він констатував, що "не виявилося жодного твердого тіла, яке під дією катодних променів не збуджувало б Х-променів". Це призвело до Рентгена до зміни конструкції трубки для отримання інтенсивних рентгенівських променів. "Я кілька тижнів з успіхом користуюся розрядною трубкою наступного пристрою. Катодом її є увігнуте дзеркало з алюмінію, в центрі кривизни якого під кутом 45 градусів до осі дзеркала міститься платинова платівка, яка є анодом". "У цій трубці Х-промені виходять з анода. Грунтуючись на дослідах з трубками різних конструкцій, я дійшов висновку, що для інтенсивності Х-променів не має значення, чи є місце збудження променів анодом чи ні". Тим самим було Рентгеном були встановлені основні риси конструкції рентгенівських трубок з алюмінієвим катодом і платиновим антикатодом. Відкриття Рентгена викликало величезний резонанс у науковому світі, а й у всьому суспільстві. Незважаючи на скромну назву, яку дав своїй статті Рентген: "Про новий род променів. Попереднє повідомлення", вона викликала величезний інтерес у різних країнах. Віденський професор Експер повідомив про відкриття нових невидимих променів у газету "Нова вільна преса" У Санкт-Петербурзі вже 22 січня 1896 досвіду Рентгена були повторені під час лекції у фізичній аудиторії університету. Промені Рентгена швидко знайшли практичне застосування в медицині та техніці, але проблема їх природи залишалася однією з найважливіших у фізиці. Рентгенівські промені знову порушили суперечку між прихильниками корпускулярної та хвильової природи світла, і ставилося безліч експериментів з метою вирішити проблему. У 1905 році Чарльз Баркла, Нобелівський лауреат 1917 року за дослідження рентгенівських променів (1877-1944), провів вимірювання цих розсіяних променів, скориставшись здатністю променів Рентгена розряджати наелектризовані тіла. Інтенсивність променів вдавалося визначити, вимірявши швидкість, з якою під їх дією розряджався електроскоп, скажімо, із золотими листочками. Баркла в блискучому експерименті досліджував властивості розсіяного випромінювання, викликавши вторинне його розсіювання. Він виявив, що випромінювання, розсіяне на 90 градусів, не вдавалося знову розсіяти на 90 градусів. Це переконливо свідчило у тому, що промені Рентгена є поперечні хвилі. Прибічники корпускулярної погляду теж не діяли. Вільям Генрі Брег (1862-1942) вважав свої дані доказом того, що промені Рентгена є частинками. Він повторив спостереження Рентгена і переконався у здатності рентгенівських променів розряджати заряджені тіла. Було встановлено, що цей ефект зумовлений утворенням іонів у повітрі. Брег встановив, що окремим газовим молекулам передається занадто велика енергія, щоб передача її могла здійснюватися лише малою частиною безперервного хвильового фронту. Цьому періоду явних протиріч - бо результати Баркла і Брегга неможливо було узгодити один з одним - раптово поклав 1912 року кінець один-єдиний експеримент. Цей експеримент здійснено завдяки щасливій комбінації ідей і людей і може вважатися одним із найбільших досягнень у фізиці. Перший крок було зроблено, коли аспірант Евальд звернувся до фізика-теоретика Макса Лауе (1879-1960). Ідея Евальда, яка зацікавила Лауе, полягала в наступному. Щоб перевірити, чи є рентгенівське проміння хвилями, потрібно провести дифракційний досвід. Однак будь-яка штучна дифрагуюча система явно занадто груба. А ось кристал є природними дифракційними гратами, значно дрібнішими, ніж будь-яка виготовлена штучно. Чи не може відбуватися дифракція рентгенівських променів на кристалах? Лауе не був експериментатором і потребував допомоги. Він звернувся за порадою до Зоммерфельда (1868-1951), але той не підтримав його, сказавши, що тепловий рух повинен сильно порушувати правильну структуру кристала Зоммерфельд відмовився дозволити одному зі своїх асистентів, Фрідріху, витрачати час на подібні безглузді досліди. На щастя, Фрідріх дотримувався іншого погляду і за допомогою свого друга Кніпінга (1883–1935) потай провів цей експеримент. Вони вибрали кристал сульфату міді - ці кристали були у більшості лабораторій - і зібрали установку. Перша експозиція не дала жодного результату; пластинка розташовувалась між трубкою - джерелом рентгенівських променів - і кристалом, оскільки вважалося, що кристал повинен діяти як відбивна дифракційна решітка. У другому досвіді Книппінг наполягав на тому, щоб розташувати фотографічні платівки з усіх боків навколо кристала: врешті-решт слід було враховувати будь-яку можливість. На одній із пластинок, розташованої за кристалом на шляху пучка рентгенівських променів, було виявлено ефект, який вони шукали. Так було відкрито дифракцію рентгенівських променів. У 1914 році за це відкриття Лауе був удостоєний Нобелівської премії. У 1913 році Г. В. Вульф в Росії, батько і син Бреггі в Англії повторили досліди Лауе та його друзів з однією істотною зміною: вони направили рентгенівські промені на кристали під різними кутами до їхньої поверхні. Порівняння рентгенівських зображень, отриманих у своїй на фотопластинках, дозволило дослідникам точно визначити відстані між атомами в кристалах. Бреггі були удостоєні Нобелівської премії за 1915 рік. Так у фізику прийшли два фундаментальні наукові факти: рентгенівські промені мають такі ж хвильові властивості, як і світлові промені; за допомогою рентгенівських променів можна досліджувати не тільки внутрішню будову людського тіла, а й зазирнути в глиб кристалів. За рентгенівськими знімками вчені тепер могли легко відрізнити кристали від аморфних тіл, виявити зрушення ланцюжків атомів у глибині непрозорих для світла металів і напівпровідників, визначити, які зміни у структурі кристалів відбуваються при сильному нагріванні та глибокому охолодженні, при стисканні та розтягуванні. Рентген не взяв патенту, подарувавши своє відкриття усьому людству. Це дозволило конструкторам різних країн світу винаходити різноманітні рентгенівські апарати. Лікарі хотіли за допомогою рентгенівських променів дізнатися якнайбільше про недуги своїх пацієнтів. Незабаром вони змогли судити не тільки про переломи кісток, а й про особливості будови шлунка, розташування виразок і пухлин. Зазвичай шлунок прозорий для рентгенівських променів, і німецький вчений Рідер запропонував годувати хворих перед фотографуванням... кашею із сірчанокислого барію. Сірчанокислий барій нешкідливий для організму і значно менш прозорий для рентгенівських променів, ніж м'язи чи внутрішні тканини. На знімках стали видно будь-які звуження або розширення органів травлення людини. У пізніших рентгенівських трубках потік електронів випромінює розпечена вольфрамова спіраль, проти якої розташований антикатод із тонких пластин заліза або вольфраму. З антикатода електрони вибивають сильний потік рентгенівських променів. Потужні джерела променів Рентгена знайшли поза Землі. У надрах нових та наднових зірок йдуть процеси, під час яких виникає рентгенівське випромінювання великої інтенсивності. Вимірюючи потоки рентгенівського випромінювання, що приходять до Землі, астрономи можуть судити про явища, що відбуваються за багато мільярдів кілометрів від нашої планети. Виникла нова галузь науки - рентгеноастрономія. Техніка XX століття не могла б без рентгенівського аналізу отримати у своє розпорядження те чудове сузір'я різноманітних матеріалів, які вона має сьогодні. Автор: Самін Д.К.
▪ Основний закон електростатики
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ У Сонячній системі відкрили нову планету ▪ Навігатор у лобовому склі автомобіля ▪ Спальний мішок, який збереже астронавтам зір ▪ Світовий океан став глибшим на 8 сантиметрів ▪ Автомобільний Wi-Fi підвищить безпеку на дорозі
▪ розділ сайту Історії з життя радіоаматорів. Добірка статей ▪ стаття Ієхіел-Лейб Файнзільберг (Ілля Ільф). Знамениті афоризми ▪ стаття Хто намалював перші картини? Детальна відповідь ▪ стаття Навчання з охорони праці. Довідник ▪ стаття УМЗЧ на мікросхемі TDA7294 Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page