Промені, які не знають перешкод
Під час цих дослідів Рентген випадково повернув екран, звернувши його до трубки тією стороною, яка не була покрита платиново-сінеродістим барієм. На свій подив вчений побачив, що платиново-ціаністий барій сяє як і раніше. Таємниче випромінювання вільно проникає не тільки крізь стінки футляра, а й крізь картон екрану.
Промені не знають перешкод!
Вчений зміцнив свій екран на штативі перед футляром з катодного трубкою і почав серію дослідів. Він взяв підвернувся під руку річний комплект якогось журналу в палітурці і заступив їм катодний трубку. Однак екран продовжував світитися. Том в тисячу сторінок був для нових променів прозорий.
Вчений брав листочки станіолю, скляні лінзи і призми, шматки алюмінію, сургучною палички, обрізки дощок. І всі ці матеріали виявлялися або зовсім прозорими для нових променів, або відкидали на екран бліду тінь. Гірше проходили промені крізь листове залізо, мідні пластинки, свинцеве скло або дошки, пофарбовані свинцевими білилами. Важкі метали - золого, платина і особливо свинець - виявилися майже непроникні для нового виду променів.
Перепробувавши всі, що знайшлося в лабораторії, Рентген підніс до екрана свою руку і побачив її тіньове зображення. М'язи давали ніжну, ледве помітну тінь, кістки позначалися більш різко, а золота обручка на пальці відкинуло на екран густо-чорну смужку.
Рентген зрозумів, що він - перший в світі людина, яка бачить свій власний скелет, і може спостерігати, як рухаються кістки його руки, коли він ворушить пальцями або стискає їх в кулак.
Рентген вирішив, що як тільки він закінчить перші досліди і з'ясує всі особливості нових променів, то повідомлення про них опублікує не в фізичному журналі, а в медичному. Адже нові промені можуть стати неоціненно корисними для лікарів, особливо хірургів. Промені покажуть, де застрягла куля у пораненого, позбавлять його від болісної болю при пошуках кулі в рані зондом. Вони виявлять характер перелому і покажуть, як змістилися зламані кістки. Промені дозволять спостерігати діяльність внутрішніх органів. Завдяки новим променям медицина стане зрячою!
Протягом зими 1895-1896 року Рентген невтомно досліджував новий вид променів. Він дав їм назву ікс-промені, тобто промені невідомі, що підлягають з'ясуванню.
У своїх подальших дослідженнях Рентген застосував фотографію, так як виявилося, що ікс-промені викликають почорніння фотографічної емульсії.
Для фотографування ікс-променями не було потрібно фотоапарата. Предмет клали на фотопластинку, загорнуту в чорний папір, і підносили до катодного трубці. Знімки в ікс-промені виходили не гірше звичайних.
Непрозоре стає прозорим
Фотографування за допомогою ікс-променів - або, як казав Рентген, виготовлення тіньових картин - стало одним з улюблених занять вченого, і він досяг в ньому великого мистецтва. На фотографіях непрозорі предмети виходили прозорими. Рентген, наприклад, сфотографував в ікс-промені мисливську рушницю. На знімку чітко видно, що лівий ствол заряджений дробом, а правий - кулею і що в металі стовбура є раковина (рис. 46).
Головне завдання, яке вчений поставив собі, - було дізнатися, де виникають ікс-промені, яка їхня природа?
Місце виникнення променів Рентген знайшов без особливих зусиль. Загороджуючи окремі частини катодного трубки товстої свинцевою пластинкою, він встановив, що ікс-промені виходять з зеленого плями в склі трубки, тобто з того місця, куди падає катодний промінь.
Для перевірки свого спостереження Рентген взяв сильний магніт і підніс його до трубки. Підкоряючись магніту, катодний промінь відхилився в сторону, зелене пляма, що світиться теж перемістилося, а разом з ним пересунувся і ту ділянку, з якого виходили ікс-промені. Отже, ікс-промені виникають саме в склі трубки, і причиною їх утворення є вплив катодних променів на скло.
Переконавшись в цьому, Рентген вніс удосконалення в катодний трубку. Всередині трубки на шляху катодних променів він помістив металеву пластинку, яку тепер називають електрод. Катодні промені, б'ючись об пластинку антикатода, викликали появу ікс-променів. Метал виявився для цієї мети більш відповідним матеріалом, ніж скло, і катодний трубка стала більш потужною. Катодну трубку, призначену для отримання ікс-променів, назвали рентгенівської трубкою (рис. 47).
Рентген встановив, що проникаюча здатність (або як її називають - жорсткість) ікс-променів залежить від напруги струму, підведеного до трубки; чим більше різниця потенціалів в рентгенівській трубці, тим «жорсткіше» промені. При малої різниці потенціалів ікс-промені виходять «м'які», Такі промені застосовують для просвічування людського тіла, дерева, картону. Більш «жорсткі» промені мають здатність проникати крізь сталь і інші метали.
Першу частину поставленої собі завдання Рентген вирішив.
Щоб з'ясувати природу ікс-променів Рентген застосував уже випробуваний прийом - він спробував впливати на них сильним магнітом і електричним полем. Але ні магніт, ні електричне поле помітного дії на ікс-промені не надали. Як і світлові промені, ікс-промені магнітним або електричним полем не відхиляються.
Це доводило, що ікс-промені, народжені катодного трубкою, за своїми властивостями різко відрізняються від катодних променів, і, отже, їх природа - різна.
Ось і все, що дізнався Рентген про свої променях. Яка їхня природа, в чому причина їх виникнення, як вони утворюються - цього вчений не пояснив.
Він і не міг цього пояснити, тому що не визнавав існування електрона, не хотів прийняти нової прогресивної електронної теорії. А тим часом електронна теорія робила успіх за успіхом і легко змогла пояснити і причину перегарту анодної частини нитки лампочки, бентежить Едісона, і загадкову природу ікс-променів, не розгадану Рентгеном, і цілий ряд інших явищ.
Шкідливий стає корисним
Термоелектронна емісія, губівшая лампочки Едісона, виявилася не тільки шкідливим явищем. Вона була використана вченими в багатьох приладах і в тому числі для вдосконалення рентгенівських трубок. Шкідливий стало корисним.
У сучасній рентгенівській трубці катодом служить коротка спіраль з тугоплавкої вольфрамової дроту. Ця спіраль розжарюється електричним струмом напругою в 8 - 12 вольт і служить джерелом електронів.
Електрони масами вилітають з розпеченого дроту, але утворити навколо неї хмари не можуть: до анода рентгенівської трубки прикладено високу напругу - не менше 50 000 вольт.
Гігантська різниця потенціалів, подібно урагану, підхоплює вилетіли електрони від катода і стрімко забирає їх до анода.
Швидкість польоту електронів в рентгенівській трубці досягає 200 000 км в секунду і більше, тоді як швидкість гвинтівкової кулі становить лише 800 метрів в секунду. Куля при її порівняно невеликій швидкості, вдарившись об броню, розплавляється. У момент удару енергія руху кулі перетворюється в теплоту.
У момент удару електрона об поверхню анода або антикатода енергія його руху також перетвориться. Частина її витрачається на те, щоб розгойдати атоми металу анода (анод сильно нагрівається, і його доводиться охолоджувати проточною водою), частина ж енергії електронів перетворюється в енергію квантів нового потужного випромінювання - виходять рентгенівські промені.
Тут відбувається явище, що трохи нагадує те, що відбувається в оболонці атома, коли утворюються кванти видимого світла. Кожен «стрибок» електрона в оболонці атома з більш високого рівня на більш низький народжує квант світла. Причому енергія кванта в точності дорівнює енергії, втраченої атомом при одному «стрибку» електрона.
У рентгенівській трубці електрони здійснюють набагато більші стрибки - вони перелітають з катода на анод. По дорозі електрони сильно розганяються в електричному полі і при ударі втрачають велику енергію.
Чим більшу різницю потенціалів проходить електрон, тим більшу швидкість він набуває і тим більше енергії втрачає при ударі, а отже, тим більше енергія випромінюваних рентгенівських квантів.
В сучасних рентгенівських апаратах застосовується напруга від 50 тисяч і до двох мільйонів вольт. При цьому виникають такі жорсткі промені, що з їх допомогою фотографують внутрішню будову дуже великих металевих виробів: валів машин, стінок парових котлів і т. Д.
У приладах, створених радянськими вченими Терлецким і Векслером, вдається розганяти електрони до швидкостей, що наближаються до швидкості світла!
Вдаряючись об анод, такі електрони народжують промені, які перевершують по своїй проницающей здатності навіть гамма-промені, які утворюються в атомах радіоактивних елементів при їх розпаді. Потужні радянські рентгенівські апарати перетворилися в прилади для отримання і використання гамма-випромінювання.
Штучні гамма-промені дають можливість просвічувати шари важких металів великої товщини.
Ця перемога радянської науки показує, як вчені, проникаючи в сутність явищ, навчаються управляти ними і використовувати їх для практичних цілей.