Открытие рентгеновских лучей кратко
Обновлено: 30.06.2024
Но ещё за 8 лет до этого — в 1887 году Никола Тесла в дневниковых записях зафиксировал результаты исследования рентгеновских лучей и испускаемое ими тормозное излучение , однако ни Тесла, ни его окружение не придали серьёзное значение этим наблюдениям. Кроме этого, уже тогда Тесла предположил опасность длительного воздействия рентгеновских лучей на человеческий организм [ источник не указан 310 дней ].
Некоторые источники называют первооткрывателем рентгеновских лучей австро-венгерского физика Ивана Павловича Пулюя (родом из Галиции), который начал интересоваться разрядами в вакуумных трубках за 10 лет до опубликования открытия Рентгеном. По этим утверждениям, Пулюй заметил лучи, которые проникают через непрозрачные предметы и засвечивают фотопластинки. В 1890 году им были якобы получены и даже опубликованы в европейских журналах фотографии скелета лягушки и детской руки, однако дальнейшим изучением лучей и получением патента он не занимался. Это мнение опровергается в посвящённой Пулюю монографии Р. Гайды и Р. Пляцко, где подробно анализируются истоки и развитие этой легенды, и в других работах по истории физики. Пулюй действительно сделал большой вклад в изучение физики рентгеновского излучения и в методику его применения (например, он первым обнаружил появление электропроводности в газах, облучаемых рентгеновскими лучами), но уже после открытия Рентгена.
Катодно-лучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом . При работе этой трубки возникают рентгеновские лучи. Это было показано в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение фотопластинок[ источник не указан 310 дней ]. Однако никто из них не осознал значения сделанного ими открытия и не опубликовал своих результатов.
Одним из важных открытий конца XIX в., повлиявших на ход всей дальнейшей научной деятельности, оказалось открытие рентгеновских лучей. Познакомимся кратко с этими лучами, с их основными свойствами, с применением в науке и технике.
Открытие рентгеновских лучей
В конце XIX в. многие физики изучали потоки электронов в газоразрядных трубках. Электроны испускались раскаленным катодом, но сам электрон в то время еще не был открыт, поэтому такие потоки назывались катодными лучами.
При исследовании этих лучей в 1895 г. немецкий физик В. Рентген обнаружил, что рядом с катодной трубкой происходит засвечивание фотопластинки, даже если она не была освещена.
Рис. 1. В. Рентген.
Заинтересовавшись этим явлением, Рентген предположил, что катодная трубка — это источник невидимого излучения, которое и является причиной засветки фотоэмульсии (поскольку сами катодные лучи засветку не вызывают).
Одновременно выяснилось, что рядом с катодной трубкой начинают светиться бумажные экраны, пропитанные специальным составом, реагирующим на ультрафиолетовое излучение, — тетрацианоплатинатом бария (химическая формула $Ba[Pt(CN)_4]$).
Но самое удивительное было то, что когда Рентген держал руку между экраном и катодной трубкой, на экране были видны четкие тени не только от руки, но и от костей кисти.
Свойства рентгеновских лучей
Сразу возникло предположение, что рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение. В этом случае они должны демонстрировать волновые свойства и в частности способность к дифракции. Однако никакой дифракции на узких щелях обнаружить не удалось. Следовательно, рентгеновские лучи либо имели другую природу, отличную от электромагнитной, либо имели настолько малую длину волны, что расстояние между используемыми щелями было слишком большим.
Предположение о малой длине волны подтвердилось, когда в качестве дифракционной решетки были взяты кристаллы. Узкие пучки лучей, прошедшие сквозь кристаллическую решетку, демонстрировали на экране четкую дифракционную картину. Выяснилось, что длина волны рентгеновских лучей значительно меньше и сравнима с размерами атомов.
В настоящее границы диапазона рентгеновских лучей приняты за $0.005…10$нм (частота излучения — $3×10^…6×10^$Гц). В длинноволновой части рентгеновские лучи граничат с ультрафиолетовым излучением, в коротковолновой — с гамма-лучами.
Рис. 2. Шкала рентгеновского излучения.
Из-за более короткой длины волны энергия рентгеновских лучей выше энергии УФ-излучения, поэтому оно обладает высокой проникающей способностью, что обусловило его применение в медицине и научных исследованиях.
Спектр рентгеновского излучения бывает двух типов: непрерывный и линейчатый. Непрерывный спектр еще называют спектром торможения, поскольку он образуется при резком торможении быстрых электронов веществом. Линейчатый спектр образуется при переходах электронов в атомах с уровня на уровень и характеризует свойства самого вещества.
Применение рентгеновских лучей
Рентгеновские лучи находят широкое применение. Наиболее известно медицинское использование рентгеновских лучей: они позволяют достаточно хорошо рассмотреть внутренние структуры организма, а в сочетании с компьютером — и строить объемную 3D-модель изучаемого органа (КТ-томография).
Также рентгеновские лучи находит применение в науке и технике в рентгеноструктурном анализе. По дифракционной картине можно определять пространственное расположение атомов вещества, состав молекул и их связи.
Еще одна сфера применения рентгеновских лучей — дефектоскопия, с их помощью возможно обнаруживать очень малые дефекты в изделиях, не обнаружимые другими методами.
Рис. 3. Применение рентгеновских лучей.
Что мы узнали?
Рентгеновские лучи были открыты при опытах с катодными трубками В. Рентгеном. Эти лучи представляют собой электромагнитное излучение высокой проникающей способности с очень малой длиной волны. В настоящее время рентгеновские лучи используются в медицине, рентгеноструктурном анализе, дефектоскопии и других областях.
Рентгеновские лучи нашли широкое применение в медицине и рентгеноструктурном анализе. Благодаря дифракции на атомах с помощью рентгеновских лучей была установлена пространственная структура кристаллов и строение нити молекулы ДНК. Открыты они были относительно недавно — лишь 150 лет назад. Поговорим кратко об истории открытия рентгеновских лучей.
Исследование катодных лучей
В середине XIX в. многие физики занимались исследованиями электрических явлений. Одним из таких явлений был газовый разряд. Газ при низком давлении начинал светиться под действием высокого напряжения.
Одновременно было обнаружено, что катод в баллоне (катодной трубке) испускает невидимые лучи, которые были названы катодными. Катодные лучи вызывали свечение некоторых химических соединений, по этому свечению их и определяли. В конце XIX в. было доказано, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов).
Рис. 1. Катодные лучи.
Открытие В. Рентгена
Одним из физиков, занимавшихся изучением катодных трубок, был немецкий физик В. Рентген. Он заметил два явления, связанных с катодной трубкой:
- Фотопластинки, находящиеся рядом, засвечивались, даже если они не вынимались из темного конверта.
- Начинали светиться экраны, покрытые составом, реагирующим на ультрафиолетовое излучение — тетрацианоплатинатом бария (химическая формула $Ba[Pt(CN)_4]$).
Заинтересовавшись наблюдениями, В. Рентген установил, что они вызывались не катодными лучами, а каким-то другим излучением, генерируемым катодной трубкой. Это излучение он назвал X-лучами.
Свойства X-лучей заметно отличались от свойств катодных лучей. Во-первых, они не взаимодействовали ни с электрическим, ни с магнитным полем.
Во-вторых, их проникающая способность была больше, чем проникающая способность катодных лучей.
Наконец, самым важным было то, что при прохождении сквозь вещество X-лучи ослаблялись пропорционально плотности вещества. Таким образом, если внутри образца, облученного X-лучами, существовали неоднородности, на экране эти неоднородности давали четкие очертания.
Последнее свойство было обнаружено случайно. Рука экспериментатора оказалась между катодной трубкой и экраном, на экране появилась ее тень, на которой были видны не только внешние очертания кисти, но и очертания костей. Появилась возможность получать снимки внутренних органов без хирургического вмешательства. Первым рентгеновским снимком в истории был снимок кисти руки жены В. Рентгена, Анны-Берты, с кольцом на пальце.
Рис. 2. Первый рентгеновский снимок руки с кольцом.
Нобелевская премия была учреждена в 1901 г., и первая премия по физике была присуждена за открытие рентгеновских лучей. При этом в наградной речи подчеркивалась практическая важность открытия.
Рис. 3. Нобелевская премия.
Что мы узнали?
Ученый без аттестата
Выдающийся физик родился в 1845 году в довольно развитом немецком городе Дюссельдорфе. Как и многим выдающимся в своем ремесле людям, ему плохо давались иные дисциплины, кроме физики. Дело обстояло настолько плохо, что Вильгельм не сумел получить аттестат об окончании школы. Впрочем, юноша не стал отчаиваться и записался на лекционный курс в Утрехтский университет. Там талантливого ученика заметил весьма известный физик по фамилии Кундт, сделал своим ассистентом, и вот Рентген уже сам ведущий профессор университета в Страсбурге. А в 1894-м – ректор Вюрцбургского университета. В университете он получил доступ к самому современному оборудованию, что вкупе с трудолюбием Вильгельма дало известный результат.
Вильгельм Конрад Рентген
Увидел руку насквозь
8 ноября 1895 года Вильгельм Рентген, уходя из лаборатории, погасил свет, но заметил, что одна баночка почему-то светится. Он вспомнил, что забыл выключить вакуумную трубку. Действительно, после отключения трубки, которая находилась в другой части комнаты, свечение прекратилось. Физик стал изучать это явление, предположив, что свечение вызвано каким-то лучом. Он подставлял на его пути различные предметы, сквозь них беспрепятственно излучение проходило. Когда он поставил ящик с гирями, то увидел лишь очертания гирь. А когда его рука попала случайно под излучение, Рентген обнаружил, что видит свою руку насквозь, то есть видит кости. Далее последовало еще больше экспериментов с Х-лучами. Наконец, Вильгельм Рентген опубликовал большой научный труд, который вызвал потрясающий восторг среди научного сообщества физиков и медиков.
Нобелевская
За свое открытие Рентген был удостоен Нобелевской премии в области физики в 1901 году. Сам ученый не был гордецом и лишь продолжил изучать возможные области применения рентгеновских лучей. Но, по сути, это открытие послужило колоссальным толчком в развитии медицины, ведь раньше у врачей не было иного способа заглянуть внутрь человека, не прибегнув к хирургическому вмешательству. Вдобавок исследования Рентгена послужили основой для такого ответвления в науке, как рентгенология, которая занимается диагностикой заболеваний по рентгеновским снимкам. А в наши дни рентгеновские лучи используют также для определения подлинности ювелирных украшений или картин, проверки багажа в аэропортах и метро, в промышленности и многом другом.
Читайте также: