Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Врачи прошлых веков и не мечтали о том, чтобы, заглянуть внутрь живого человека, не делая для этого никаких разрезов. Для них это было сказкой, а в наши дни стало обыденной реальностью. Современные врачи даже не представляют, как можно обходиться в диагностике многих заболеваний без рентгена. Сегодня это считается самым распространенным видом диагностических исследований. Но в свое время открытие рентгеновских лучей Вильгельмом Конрадом Рентгеном стало переворотом в науке и в медицине в том числе. Как же это произошло?

Будущий ученый родился в 1845 году в Германии близ Дюссельдорфа. Его путь в науку был нелегким. Проблемы начались еще в школе, откуда Рентген был исключен, не получив аттестат зрелости. Но это не помешало ему заниматься самостоятельно. Он слушал лекции в Утрехтском университете, изучал машиностроение в Цюрихе. Известный физик Август Кундт взял любознательного и талантливого молодого человека к себе в ассистенты. Прошло несколько лет, и Рентген стал профессором в Страсбурге, а с 1894 года он — ректор Вюрцбургского университета.

Вильгельм Конрад Рентген

Открытие рентгеновских лучей произошло 8 ноября 1895 года. В тот день Рентген допоздна работал в своей лаборатории. Уже собираясь уходить, он затушил лампу и вдруг в темноте увидел легкое зеленоватое свечение. Светилось вещество в баночке, стоящей на столе. Рентген увидел, что забыл отключить один прибор – электронную вакуумную трубку. Он отключил трубку – свечение исчезло, снова включил – появилось. Самым удивительным было то, что прибор стоял в одном углу лаборатории, а баночка со светящимся веществом – в другом. Значит, решил ученый, от прибора исходит какое-то неизвестное излучение.

Понимая, что столкнулся с новым явлением, Рентген начал внимательно исследовать загадочные лучи. Напротив трубки он установил экран и, чтобы определить силу излучения, помещал между ними разные предметы. Книга, доска, листы бумаги – все они оказались прозрачными для лучей. Рентген подставил под лучи коробку с набором гирь. На экране стали хорошо видны их тени. Под пучок лучей случайно попала рука ученого. Рентген замер на месте. Он увидел собственные двигающиеся кости руки. Костная ткань подобно металлу оказалась непроницаема для лучей. Первой о выдающемся открытии рентгеновских лучей узнала жена ученого. Рентген с помощью Х-лучей сфотографировал руку фрау Берты. Это был первый в истории рентгеновский снимок.

Рентген продолжал исследование открытых лучей, проверяя и перепроверяя полученные результаты. Свое открытие он

первый в истории рентгеновский снимок

описал в рукописи «О новом виде лучей», которую отправил в Вюрцбургское физико-медицинское общество.

Открытие рентгеновских лучей потрясло весь мир. Физики с восторгом приняли открытие Рентгена и назвали в его честь новые лучи рентгеновскими. Сам Рентген спокойно отнесся к своему открытию. О значении лучей для диагностики в медицине он понял сразу. Несколько позже ученый выяснил, что с их помощью можно легко определять качество различных изделий. В наше время рентгеновские лучи применяют во разных областях науки и техники. С их помощью искусствоведы могут точно определять подлинность картин, отличать драгоценные камни от подделок, а таможенникам стало легче задерживать контрабандистов.

Но, основное место применение этих лучей – медицинские учреждения. Уже через год после открытия рентгеновские лучи стали использовать для диагностики переломов. Но возможности лучей оказались значительно шире. В медицине была образована новая область – рентгенология. Современная медицинская техника с помощью рентгеновского излучения исследует любые внутренние органы. При этом изображение можно видеть не только на пленке, а и на экране монитора. Рентгеновские лучи применяются не только в диагностике, а и в лечении некоторых заболеваний, например, онкологических.

Однако рентгеновское излучение имеет и отрицательные качества. При неправильном использовании оно становится опасным для здоровья. Ни сам Рентген, ни его современники не знали об этом и работали, не применяя никаких мер предосторожности. Многие физики в то время получили тяжелые лучевые ожоги. Лишь годы спустя были определены безопасные дозы облучения и созданы средства защиты.

В 1901 году Вильгельм Рентген был удостоен первой Нобелевской премии в области физики. Все полученные деньги ученый передал университету, работая в котором совершил свое открытие. Прожил Рентген до 78 лет и, будучи неустанным тружеником, он до последних дней своей жизни занимался научными исследованиями.

Рентгеновские лучи видят насквозь... (Фото: itsmejust, Shutterstock)

Немецкий физик , профессор и ректор Вюрцбургского университета (Бавария), экспериментируя в одиночестве в университетской лаборатории, неожиданно открыл «всепроникающие» лучи, которые во всем мире вслед за ним теперь называют «Х-лучами» («Икс-лучами»), а в России – «рентгеновыми» или «рентгеновскими».

А дело было так. 1895 года, когда его ассистенты уже ушли домой, Рентген продолжал работать. Он снова включил ток в катодной трубке, закрытой со всех сторон плотной чёрной бумагой. Кристаллы платиноцианистого бария, лежавшие неподалёку, начали светиться зеленоватым цветом. Учёный выключил ток – свечение кристаллов прекратилось. При повторной подаче напряжения на катодную трубку, свечение в кристаллах, никак не связанных с прибором, возобновилось.

В результате дальнейших исследований учёный пришёл к выводу, что из трубки исходит неизвестное излучение, названное им впоследствии икс-лучами.
Эксперименты Рентгена показали, что икс-лучи возникают в месте столкновения катодных лучей с преградой внутри катодной трубки. Учёный сделал трубку специальной конструкции – антикатод был плоским, что обеспечивало интенсивный поток икс-лучей. Благодаря этой трубке (она впоследствии будет названа рентгеновской) он изучил и описал основные свойства ранее неизвестного излучения, которое получило название – рентгеновское.

Как оказалось, икс-излучение способно проникать сквозь многие непрозрачные материалы; при этом оно не отражается и не преломляется. Рентгеновское излучение ионизирует окружающий воздух и засвечивает фотопластины. Также Рентгеном были сделаны первые снимки с помощью рентгеновского излучения.

Открытие немецкого учёного очень сильно повлияло на развитие науки. Эксперименты и исследования с использованием рентгеновских лучей помогли получить новые сведения о строении вещества, которые вместе с другими открытиями того времени заставили пересмотреть целый ряд положений классической физики.

Через короткий промежуток времени рентгеновские трубки нашли применение в медицине и различных областях техники. За это эпохальное открытие, положившее начало атомно-ядерной науке, Рентгену в 1901 году была присуждена первая в истории по физике.

Вконтакте

Одноклассники

• 1330

  1330

  Ипатьевский монастырь расположен там, где река Кострома впадает в Волгу. Он знаменит тем, что в нем был благословлен на царство Михаил Федорович – первый царь из династии Романовых.Ипатьевский монастырь Святой Троицы – древнейший из сохранившихся архитектурных ансамблей Поволжья. В 1958 году комплекс зданий и сооружений отнесен к числу республиканских историко-архивных музеев-заповедников. Впе...

• 1783

  1783

  27 марта 1783 года 27-летний Моцарт передал валторнисту Йозефу Игнацу Лейтгебу авторскую рукопись партитуры только что законченного концерта ми-бемоль мажор для валторны со струнным оркестром. Игнац Лейтгеб являлся ближайшим другом композитора. На тот момент он считался одним из лучших музыкантов Европы и при этом держал в Вене сырную лавку, открытую, кстати, на деньги, одолженные у отца Моцар...

• 1893

Рентгеновское излучение, с точки зрения физики, это электромагнитное излучение, длина волн которого варьируется в диапазоне от 0,001 до 50 нанометров. Было открыто в 1895 немецким физиком В.К.Рентгеном.

По природе эти лучи являются родственными солнечному ультрафиолету. В спектре самыми длинными являются радиоволны. За ними идет инфракрасный свет, который наши глаза не воспринимают, но мы ощущаем его как тепло. Далее идут лучи от красного до фиолетового. Затем - ультрафиолет (А, В и С). А сразу за ним рентгеновские лучи и гамма-излучение.

Рентгеновское может быть получено двумя способами: при торможении в веществе проходящих сквозь него заряженных частиц и при переходе электронов с высших слоев на внутренние при высвобождении энергии.

В отличие от видимого света эти лучи имеют очень большую длину, поэтому способны проникать через непрозрачные материалы, не отражаясь, не преломляясь и не накапливаясь в них.

Тормозное излучение получить проще. Заряженные частицы при торможении испускают электромагнитное излучение. Чем больше ускорение этих частиц и, следовательно, резче торможение, тем больше образуется рентгеновского излучения, а длина его волн становится меньше. В большинстве случаев на практике прибегают к выработке лучей в процессе торможения электронов в твердых веществах. Это позволяет управлять источником этого излучения, избегая опасности радиационного облучения, потому что при отключении источника рентгеновское излучение полностью исчезает.

Самый распространенный источник такого излучения - Испускаемое ей излучение неоднородно. В нем присутствует и мягкое (длинноволновое), и жесткое (коротковолновое) излучения. Мягкое характеризуется тем, что полностью поглощается человеческим телом, поэтому такое рентгеновское излучение вред приносит в два раза больше, чем жесткое. При чрезмерном электромагнитном облучении в тканях организма человека ионизация может привести к повреждению клеток и ДНК.

Трубка - это с двумя электродами - отрицательным катодом и положительным анодом. При разогревании катода из него испаряются электроны, затем они ускоряются в электрическом поле. Сталкиваясь с твердым веществом анодов, они начинают торможение, которое сопровождается испусканием электромагнитного излучения.

Рентгеновское излучение, свойства которого широко используются в медицине, базируется на получении теневого изображения исследуемого объекта на чувствительном экране. Если диагностируемый орган просвечивать пучком параллельных друг другу лучей, то проекция теней от этого органа будет передаваться без искажений (пропорционально). На практике источник излучения более похож на точечный, поэтому его располагают на расстоянии от человека и от экрана.

Чтобы получить человек помещается между рентгеновской трубкой и экраном или пленкой, выступающими в роли приемников излучения. В результате облучения на снимке костная и другие плотные ткани проявляются в виде явных теней, выглядят более контрастно на фоне менее выразительных участков, которые передают ткани с меньшим поглощением. На рентгеновских снимках человек становится «полупрозрачным».

Распространяясь, рентгеновское излучение может рассеиваться и поглощаться. До поглощения лучи могут проходить сотни метров в воздухе. В плотном веществе они поглощаются гораздо быстрее. Биологические ткани человека неоднородны, поэтому поглощение ими лучей зависит от плотности ткани органов. поглощает лучи быстрее, чем мягкие ткани, потому что содержит вещества, имеющие большие атомные номера. Фотоны (отдельные частицы лучей) поглощаются разными тканями организма человека по-разному, что и позволяет получать контрастное изображение с помощью рентгеновских лучей.

В 1895 немецкий физик Рентген , проводя опыты по прохождению тока между двумя электродами в вакууме, обнаружил, что экран, покрытый люминесцентным веществом (солью бария) светится, хотя разрядная трубка закрыта черным картонным экраном – так было открыто излучение, проникающее через непрозрачные преграды, названное Рентгеном Х-лучами. Было обнаружено, что рентгеновское излучение, невидимое для человека, поглощается в непрозрачных объектах тем сильнее, чем больше атомный номер (плотность) преграды, поэтому рентгеновские лучи легко проходят через мягкие ткани человеческого тела, но задерживаются костями скелета. Были сконструированы источники мощных рентгеновских лучей, позволяющие просвечивать металлические детали и находить в них внутренние дефекты.

Немецкий физик Лауэ предположил, что рентгеновские лучи являются таким же электромагнитным излучением, как лучи видимого света, но с меньшей длиной волны и к ним применимы все законы оптики, в том числе возможна дифракция. В оптике видимого света дифракция на элементарном уровне может быть представлена как отражение света от системы штрихов – дифракционной решетки, происходящее только под определенными углами, при этом угол отражения лучей связан с углом падения, расстоянием между штрихами дифракционной решетки и длиной волны падающего излучения. Для дифракции нужно, чтобы расстояние между штрихами было примерно равно длине волны падающего света.

Лауэ предположил, что рентгеновские лучи имеют длину волны, близкую к расстоянию между отдельными атомами в кристаллах, т.е. атомы в кристалле создают дифракционную решетку для рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи, направленные на поверхность кристалла, отразились на фотопластинку, как предсказывалось теорией.

Любые изменения в положении атомов влияют на дифракционную картину, и, изучая дифракцию рентгеновских лучей,можно узнать расположение атомов в кристалле и изменение этого расположения при любых физических, химических и механических воздействиях на кристалл.

Сейчас рентгеноанализ используется во многих областях науки и техники, с его помощью узнали расположение атомов в существующих материалах и создали новые материалы с заданными структурой и свойствами. Последние достижения в этой области (наноматериалы, аморфные металлы, композитные материалы) создают поле деятельности для следующих научных поколений.

Возникновение и свойства рентгеновского излучения

Источником рентгеновских лучей является рентгеновская трубка, в которой есть два электрода – катод и анод. При нагреве катода происходит электронная эмиссия, электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода. От обычной радиолампы (диода) рентгеновскую трубку отличает, в основном, более высокое ускоряющее напряжение (более 1 кВ).

Когда электрон вылетает из катода, электрическое поле заставляет его лететь по направлению к аноду, при этом скорость его непрерывно возрастает, электрон несет магнитное поле, напряженность которого растет с ростом скорости электрона. Достигая поверхности анода электрон резко тормозится, при этом возникает электромагнитный импульс с длинами волн в определенном интервале (тормозное излучение). Распределение интенсивности излучения по длинам волн зависит от материала анода рентгеновской трубки и приложенного напряжения, при этом со стороны коротких волн эта кривая начинается с некоторой пороговой минимальной длины волны, зависящей от приложенного напряжения. Совокупность лучей со всеми возможными длинами волн образует непрерывный спектр, и длина волны, соответствующая максимальной интенсивности, в 1,5 раза превышает минимальную длину волны.

При увеличении напряжения рентгеновский спектр резко меняется за счет взаимодействия атомов с высокоэнергетичными электронами и квантами первичных рентгеновских лучей. Атом содержит внутренние электронные оболочки (энергетические уровни), количество которых зависит от атомного номера (обозначаются буквами K, L, М и т.д.) Электроны и первичные рентгеновские лучи выбивают электроны из одних энергетических уровней на другие. Возникает метастабильное состояние и для перехода к стабильному состоянию необходим перескок электронов в обратном направлении. Этот скачок сопровождается выделением кванта энергии и возникновением рентгеновского излучения. В отличие от рентгеновских лучей с непрерывным спектром, у этого излучения очень узкий интервал длин волн и высокая интенсивность (характеристическое излучением) (см . рис.). Количество атомов, определяющих интенсивность характеристического излучения, очень велико, например, для рентгеновской трубки с медным анодом при напряжении 1 кВ токе 15 мА за 1 с характеристическое излучение дают 10 14 –10 15 атомов. Эта величина вычисляется как отношение общей мощности рентгеновского излучения к энергии кванта рентгеновского излучения из К-оболочки (К-серия рентгеновского характеристического излучения). Общая мощность рентгеновского излучения при этом составляет всего 0,1% от потребляемой мощности, остальная часть теряется, в основном, за счет перехода в тепло.

Вследствие высокой интенсивности и узкого интервала длин волн характеристическое рентгеновское излучение является основным типом излучения, используемым в научных исследованиях и при технологическом контроле. Одновременно с лучами К-серии генерируются лучи L и М-серий, имеющих значительно большие длины волн, но применение их ограничено. K-серия имеет две составляющие с близкими длинами волн a и b , при этом интенсивность b -составляющей в 5 раз меньше, чем a . В свою очередь a -составляющая характеризуется двумя очень близкими длинами волн, интенсивность одной из которых в 2 раза больше, чем другой. Чтобы получить излучение с одной длиной волны (монохроматическое излучение), разработаны специальные методы, использующие зависимость поглощения и дифракции рентгеновских лучей от длины волны. Увеличение атомного номера элемента связано с изменением характеристик электронных оболочек, при этом чем больше атомный номер материала анода рентгеновской трубки, тем меньше длина волны К-серии. Наиболее широко применяются трубки с анодами из элементов с атомными номерами от 24 до 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) и длинами волн от 2,29 до 0,712 А (0,229 – 0,712 нм).

Кроме рентгеновской трубки, источниками рентгеновского излучения могут быть радиоактивные изотопы, одни могут непосредственно испускать рентгеновское излучение, другие испускают электроны и a -частицы, генерирующие рентгеновское излучение при бомбардировке металлических мишеней. Интенсивность рентгеновского излучения радиоактивных источников обычно значительно меньше, чем рентгеновской трубки (за исключением радиоактивного кобальта, используемого в дефектоскопии и дающего излучение очень малой длины волны – g -излучение), они малогабаритны и не требуют электроэнергии. Синхротронное рентгеновское излучение получают в ускорителях электронов, длина волны этого излучения значительно превышает получаемую в рентгеновских трубках (мягкое рентгеновское излучение), интенсивность его на несколько порядков выше интенсивности излучения рентгеновских трубок. Есть и природные источники рентгеновского излучения. Радиоактивные примеси обнаружены во многих минералах, зарегистрировано рентгеновское излучение космических объектов, в том числе и звезд.

Взаимодействие рентгеновских лучей с кристаллами

При рентгенографическом исследовании материалов с кристаллической структурой анализируют интерференционные картины, возникающие в результате рассеяния рентгеновских лучей электронами, принадлежащими атомам кристаллической решетки. Атомы считаются неподвижными, их тепловые колебания не учитываются и все электроны одного и того же атом считаются сосредоточенными в одной точке – узле кристаллической решетки.

Для вывода основных уравнений дифракции рентгеновских лучей в кристалле рассматривается интерференция лучей, рассеянных атомами, расположенными вдоль прямой в кристаллической решетке. На эти атомы под углом, косинус которого равен a 0 , падает плоская волна монохроматического рентгеновского излучения. Законы интерференции лучей, рассеянных атомами, аналогичны существующим для дифракционной решетки, рассеивающей световое излучение в видимом диапазоне длин волн. Чтобы на большом расстоянии от атомного ряда амплитуды всех колебаний складывались, необходимо и достаточно, чтобы разность хода лучей, идущих от каждой пары соседних атомов, содержала целое число длин волн. При расстоянии между атомами а это условие имеет вид:

а (a – a 0) = h l ,

где a – косинус угла между атомным рядом и отклоненным лучом, h – целое число. Во всех направлениях, не удовлетворяющих этому уравнению, лучи не распространяются. Таким образом, рассеянные лучи образуют систему коаксиальных конусов, общей осью которых является атомный ряд. Следы конусов на плоскости, параллельной атомному ряду, – гиперболы, а на плоскости, перпендикулярной ряду, – круги.

При падении лучей под постоянным углом полихроматическое (белое) излучение разлагается в спектр лучей, отклоненных под фиксированными углами. Таким образом, атомный ряд является спектрографом для рентгеновского излучения.

Обобщение на двумерную (плоскую) атомную решетку, а затем на трехмерную объемную (пространственную) кристаллическую решетку дает еще два аналогичных уравнения, в которые входят углы падения и отражения рентгеновского излучения и расстояния между атомами по трем направлениям. Эти уравнения называются уравнениями Лауэ и лежат в основе рентгеноструктурного анализа.

Амплитуды лучей, отраженных от параллельных атомных плоскостей складываются и т.к. количество атомов очень велико, отраженное излучение можно зафиксировать экспериментально. Условие отражения описывается уравнением Вульфа – Брэгга2d sinq = nl , где d – расстояние между соседними атомными плоскостями, q – угол скольжения между направлением падающего луча и этими плоскостями в кристалле, l – длина волны рентгеновского излучения, n – целое число, названное порядком отражения. Угол q является углом падения по отношению именно к атомным плоскостям, которые не обязательно совпадают по направлению с поверхностью исследуемого образца.

Разработано несколько методов рентгеноструктурного анализа, использующих как излучение со сплошным спектром, так и монохроматическое излучение. Исследуемый объект при этом может быть неподвижным или вращающимся, может состоять из одного кристалла (монокристалл) или многих (поликристалл), дифрагированное излучение может регистрироваться с помощью плоской или цилиндрической рентгеновской пленки или перемещающегося по окружности детектора рентгеновского излучения, однако во всех случаях при проведении эксперимента и интерпретации результатов используется уравнение Вульфа – Брэгга.

Рентгеноанализ в науке и технике

С открытием дифракции рентгеновских лучей в распоряжении исследователей оказался метод, позволяющий без микроскопа изучить расположение отдельных атомов и изменения этого расположения при внешних воздействиях.

Основное применение рентгеновских лучей в фундаментальной науке – структурный анализ, т.е. установление пространственного расположения отдельных атомов в кристалле. Для этого выращивают монокристаллы и проводят рентгеноанализ, изучая как расположения, так и интенсивности рефлексов. Сейчас определены структуры не только металлов, но и сложных органических веществ, в которых элементарные ячейки содержат тысячи атомов.

В минералогии методом ретгеноанализа определены структуры тысяч минералов и созданы экспресс-методы анализа минерального сырья.

У металлов сравнительно простая кристаллическая структура и рентгеновский метод позволяет исследовать ее изменения при различных технологических обработках и создавать физические основы новых технологий.

По расположению линий на рентгенограммах определяют фазовый состав сплавов, по их ширине – число, величину и форму кристаллов, по распределению интенсивности в дифракционном конусе – ориентировку кристаллов (текстуру).

С помощью этих методик изучают процессы при пластической деформации, включающие в себя дробление кристаллов, возникновение внутренних напряжений и несовершенств кристаллической структуры (дислокаций). При нагреве деформированных материалов изучают снятие напряжений и рост кристаллов (рекристаллизация).

При рентгеноанализе сплавов определяют состав и концентрацию твердых растворов. При возникновении твердого раствора меняются межатомные расстояния и, следовательно, расстояния между атомными плоскостями. Эти изменения невелики, поэтому разработаны специальные прецизионные методы измерения периодов кристаллической решетки с точностью на два порядка превышающей точность измерения при обычных рентгеновских методах исследования. Сочетание прецизионных измерений периодов кристаллической решетки и фазового анализа позволяют построить границы фазовых областей на диаграмме состояния. Рентгеновским методом можно также обнаружить промежуточные состояния между твердыми растворами и химическими соединениями – упорядоченные твердые растворы, в которых атомы примеси расположены не хаотически, как в твердых растворах, и в то же время не с трехмерной упорядоченностью, как в химических соединениях. На рентгенограммах упорядоченных твердых растворов есть дополнительные линии, расшифровка рентгенограмм показывает, что атомы примеси занимают определенные места в кристаллической решетке, например, в вершинах куба.

При закалке сплава, не испытывающего фазовых превращений, может возникать пересыщенный твердый раствор и при дальнейшем нагреве или даже выдержке при комнатной температуре твердый раствор распадается с выделением частиц химического соединения. Это эффект старениея и проявляется он на рентгенограммах как изменение положения и ширины линий. Исследование старения особенно важно для сплавов цветных металлов, например, старение превращает мягкий закаленный алюминиевый сплав в прочный конструкционный материал дуралюмин.

Наибольшее технологическое значение имеют рентгеновские исследования термической обработки стали. При закалке (быстром охлаждении) стали происходит бездиффузионный фазовый переход аустенит – мартенсит, что приводит к изменению структуры от кубической к тетрагональной, т.е. элементарная ячейка приобретает форму прямоугольной призмы. На рентгенограммах это проявляется как расширение линий и разделение некоторых линий на две. Причины этого эффекта – не только изменение кристаллической структуры, но и возникновение больших внутренних напряжений из-за термодинамической неравновесности мартенситной структуры и резкого охлаждения. При отпуске (нагреве закаленной стали) линии на рентгенограммах сужаются, это связано с возвращением к равновесной структуре.

В последние годы большое значение приобрели рентгеновские исследования обработки материалов концентрированными потоками энергии (лучами лазера, ударными волнами, нейтронами, электронными импульсами), они потребовали новых методик и дали новые рентгеновские эффекты. Например, при действии лучей лазера на металлы нагрев и охлаждение происходят настолько быстро, что в металле при охлаждении кристаллы успевают вырасти только до размеров в несколько элементарных ячеек (нанокристаллы) или вообще не успевают возникнуть. Такой металл после охлаждения выглядит как обычный, но не дает четких линий на рентгенограмме, а отраженные рентгеновские лучи распределены по всему интервалу углов скольжения.

После нейтронного облучения на рентгенограммах возникают дополнительные пятна (диффузные максимумы). Радиоактивный распад также вызывает специфические рентгеновские эффекты, связанные с изменением структуры, а также с тем, что исследуемый образец сам становится источником рентгеновского излучения.

Сегодня мы продолжаем наш рассказ о нобелевских лауреатах. Второй выпуск нашей рубрики «Как получить Нобелевку» посвящен первому в истории лауреату в области физики, человеку, давшему свое имя не только единице дозы облучения, но и целому диапазону электромагнитного излучения. Итак, встречайте - настоящий Х-man, Вильгельм Конрад Рентген.

Родился 27 марта 1845 года в Леннепе, Королевство Пруссия, умер 10 февраля 1923 года в Мюнхене.

Лауреат Нобелевской премии по физике 1901 года. Формулировка Нобелевского комитета: «В знак признания исключительных услуг, которые он оказал науке открытием замечательных лучей, названных впоследствии в его честь» (In recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequently named after him) .

Учителем Рентгена можно назвать блестящего экспериментатора Августа Кундта, который работал профессором физики в знаменитой ETH Zurich (Швейцарская высшая техническая школа Цюриха). Именно туда Вильгельм поступил в 1865 году, поскольку хотел стать инженером-механиком. Однако Кундт (кстати, бывший учителем и открывшего давление света Петра Лебедева), увидев незаурядные способности 20-летнего юноши, настоятельно советовал ему заняться физикой, и в 1869 году Рентген стал ассистентом Кундта. Затем вместе с учителем он переехал в Вюрцбург, потом в Страсбург. Постепенно сам Рентген уже обретал славу тончайшего экспериментатора. С 1874 года (Рентгену - 29) он сам стал преподавателем Страсбургского университета. Затем следует Гиссен и снова Вюрцбург, где в 1894 году он становится ректором университета. Казалось бы, 49 лет, важная, почетная и денежная должность, чего еще надо? Но Рентген взялся за исследования в области, в которой, казалось, все уже сделано: электрический разряд в вакуумной трубке. Например, в трубке Крукса.

Уильям Крукс с лучевой трубкой

Wikimedia Commons

Это стеклянный сосуд с двумя электродами в противоположных концах, из которого выкачан почти весь воздух. Уильям Крукс, создатель этого прибора, обнаружил, что при достаточном разрежении воздуха стекло на противоположном катоду конце трубки начинает флуоресцировать желто-зеленым светом, видимо, под действием некоего излучения, которое было названо катодными лучами.

Несколько слов нужно, конечно, сказать о самом Уильяме Круксе. Известнейший ученый, открывший таллий и получивший в лабораторных условиях гелий, был заядлым спиритистом. В 1874 году он, будучи 42 лет от роду, в самом расцвете научных сил, опубликовал статью, в которой заявлял, что спиритизм - это научно, и явления духов происходят на самом деле. Скандал был такой, что Круксу пришлось на много лет «залечь на дно» - дождаться того, что его научный авторитет станет незыблем, как и позиции в Королевском научном обществе, дождаться рыцарского титула (1897) и в 1898 году совершить каминг-аут в духе тех лет, заявив, что он убежденный спиритуалист. Им Крукс и оставался до самой смерти в 1919 году. Так что с 1913 по 1915 год Лондонское королевское общество возглавлял, по-нашему, лжеученый (но только в этом).

Но вернемся к Рентгену и катодным трубкам. К 1895 году казалось, что все в этих трубках уже известно. И мало кто мог догадаться, что пройдет всего два года, и при помощи трубки Крукса будет совершено два важнейших открытия, принесших две Нобелевских премии по физике. О втором мы еще поговорим, когда начнем разговор о лауреате 1906 года, первооткрывателе электрона, «Джей-Джей» Томсоне.

А мы продолжим рассказ о Рентгене. 8 ноября, пятничным вечером, Рентген по традиции остался допоздна в лаборатории. Ассистенты ушли домой, было сравнительно темно. В лаборатории стояла катодная трубка, закрытая черным картоном. Он включил ток в ней и увидел, что лежавшая рядом бумага, покрытая кристаллом комплексного соединения бария и платины, засветилась зеленым светом. Так ученый, которому уже пошел шестой десяток, сделал одно из самых великих открытий в истории физики - рентгеновское излучение или Х-лучи. На тщательную проверку всего (он был очень скрупулезен) Рентген потратил две недели.

28 декабря 1895 года в Annalen der Physik вышла первая статья Рентгена «О новом виде лучей». Вся суть была уже в первом абзаце: «Если пропускать разряд большой катушки Румкорфа через трубку Гитторфа, Крукса, Ленарда или любой другой прибор, то наблюдается следующее явление. Кусок бумаги, покрытой платиносинеродистым барием (Ba∙4H 2 O ), при приближении к трубке, закрытой достаточно плотно прилегающим к ней чехлом из тонкого черного картона, при каждом разряде вспыхивает ярким светом: начинает флуоресцировать. Флуоресценция видна при достаточном затемнении и не зависит от того, подносить ли бумагу стороной покрытой или не покрытой платиносинеродистым барием. Флуоресценция заметна еще на расстоянии двух метров от трубки. Легко убедиться, что причины флуоресценции исходят именно от разрядной трубки, а не от какого-нибудь места в проводке».

Очень заметна тщательность Рентгена в экспериментах. На первых страницах той же статьи перечислены предметы и вещества, которые Рентген испытал на проницаемость: бумага, книга в 1000 страниц, двойная колода карт, лист станиоля, еловые доски разной толщины, алюминиевая пластинка, диски из эбонита, стекло со свинцом и стекло без свинца, вода, сероуглерод и другие жидкости в слюдяных сосудах, собственная рука... «Если держать между разрядной трубкой и экраном руку, то видны темные тени костей в слабых очертаниях самой руки». Очень скоро был сделан и знаменитый снимок руки в рентгеновских лучах.

Слева рука жены Рентгена, справа - Келликера

Wikimedia Commons

На этой фотографии левой руки хорошо видно обручальное кольцо - это снимок руки жены Рентгена, Анны Берты Людвиг Рентген. Но очень часто публикуют другой снимок, под этим же названием, и тоже с кольцом на пальце. Но этот снимок - портрет кисти (простите за каламбур) немецкого анатома и гистолога Альберта фон Келликера, друга Рентгена. Этот снимок был сделан 23 января 1896 года.

Так было найдено первое медицинское применение новому открытию. Уже в 1896 году Джон Фрэнсис Холл-Эдвардс из Бирмингенма применил Х-лучи в медицине: сначала, 11 января, он сделал рентгеновский снимок кисти руки с введенной в нее стерильной иглой. А уже 14 февраля того же года им была выполнена первая операция, во время которой он, как хирург, руководствовался рентгеновским снимком. Чуть позже (1899) он стал первым официальным радиологом в мировой медицине. Ему же принадлежит честь использования рентгеновских лучей в военной медицине: в 1900 году в Южной Африке подразделение Холла-Эдвардса применяло рентген в военно-полевом госпитале во время англо-бурской войны. О количестве раненых, спасенных благодаря рентгеновским аппаратам в Первую мировую, можно не говорить, ведь оно исчисляется сотнями тысяч. Очень важно: Рентген отказался от патента на сами лучи и на способ получения рентгеновского изображения, считая, что это должно принадлежать человечеству.

Естественно, что слава, свалившаяся на Рентгена, оказалась оглушительной (он ненавидел свою известность). И естественно, что первый «Нобель» по физике достался именно ему.

Номинаций на самую первую Нобелевскую премию оказалось не очень много: 11 человек были номинированы 29 раз. И абсолютное большинство было за Рентгеном - 16 номинаций! Чуть ли не единственный случай такого превосходства. Среди прочих кандидатов можно отметить получивших «Нобеля» по физике Йоханнеса Ван-дер-Ваальса, Питера Зеемана, Гульермо Маркони, Филиппа фон Ленарда и Анри Беккереля, будущего нобелиата по химии Сванте Аррениуса (этот уникальный человек был номинирован и по химии, и по физике, и по медицине), а также не получившего премию Уильяма Томсона, более известного нам как лорд Кельвин.

Интересно другое: как и Аррениус, Рентген уже в 1906 году мог стать первым в истории дважды нобелевским лауреатом: начиная с 1906 года его абсолютно заслуженно пять раз номинировали на Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Еще один интересный факт из «нобелевской» истории Рентгена: сам он шесть раз номинировал коллег на премию. В 1901 и 1903 году - уже упомянутого Уильяма Томсона, в 1905 - другого Томсона, «Джей-Джей» (говорят, только после того, как самолично удостоверился в существовании электрона, до тех пор он запрещал произносить это слово в лаборатории). И, удивительное дело, несмотря на то, что сам Рентген держался подальше от «новой физики», тем не менее в 1917 году он номинировал на «Нобеля» Макса Планка, а в 1922 году - Нильса Бора. На получение премии Рентген не поехал.

Сам первооткрыватель же продолжил свои штудии. Как писал работавший с ним Абрам Иоффе, в первый год после открытия Рентгена об Х-лучах вышло более 1000 статей и более сотни научных работ. «Но в течение 12 лет ни одна работа не добавила ничего существенного к тому, что сумел сделать Рентген».

А уж о тех возможностях, которые открыли рентгеновские лучи науке, можно не говорить. Вот только несколько примеров.

Менее чем через 20 лет после открытия лучей отец и сын, Уильям Генри и Уильям Лоуренс Брэгги, поняли, что, используя рентгеновское излучение, а точнее, дифракцию рентгеновских лучей на кристалле вещества, можно узнать структуру кристаллической решетки. Так появился рентгеноструктурный анализ, а «семейный подряд» получил Нобелевскую премию по физике 1915 года (Брэгг-младший так и вовсе стал самым молодым естественнонаучным лауреатом премии за все времена: награда досталась ему в 25 лет!). Но мало кто знает, что попытку установить строение кристаллов при помощи Х-лучей предпринял сам Рентген.

Позже оказалось, что таким образом можно определять и структуру белков, главное - вырастить из них кристаллы. Этот процесс - настоящее искусство, и впервые его удалось осуществить британскому химику Дороти Кроуфут-Ходжкин, которая в 1964 году удостоилась за свои работы Нобелевской премии по химии (всего женщины получали высшую научную награду в этой категории четыре раза). Кстати, четвертая женщина, Ада Йонат, получившая премию в 2009 году за изучение строения рибосомы, пользовалась тем же рентгеноструктурным анализом.

Вильгельм Конрад Рентген относился к ученым «старой школы», где незаурядные успехи в науке очень часто сочетались с личной скромностью и незаурядными личностными качествами. В 1917 году Германия уже проигрывала войну. Продукты распределялись по продовольственным карточкам. Многие друзья и ученые присылали Рентгену посылки с маслом и сахаром, однако Рентген сдавал все свои посылки для распределения среди горожан. С огромным трудом власти заставили Рентгена, потерявшего 24 килограмма, перейти на улучшенный паек. По первому призыву государства ученый отдал и все свои капиталы, размещенные в голландских ценных бумагах.

В 1919 году умерла его любимая жена. В 1920 году Рентген ушел со всех постов и остался почти без средств. Для того чтобы успеть перед смертью посетить любимые с женой места в Швейцарии, Рентген целый год отказывался от кофе и других излишеств. Тем не менее он успел в своей жизни все.