Непрозрачное становится прозрачным

 

Фотографирование с помощью икс‑лучей – или, как говорил Рентген, изготовление теневых картин – стало одним из любимых занятий ученого, и он достиг в нем большого искусства. На фотографиях непрозрачные предметы получались прозрачными. Рентген, например, сфотографировал в икс‑ лучах охотничье ружье. На снимке отчетливо видно, что левый ствол заряжен крупной дробью, а правый – пулей и что в металле ствола есть раковина (рис. 46).

Рис. 46. Рентгеновский снимок охотничьего ружья.

 

Главная задача, которую ученый поставил себе, – было узнать, где возникают икс‑лучи, какова их природа?

Место возникновения лучей Рентген нашел без особого труда. Загораживая отдельные части катодной трубки толстой свинцовой пластинкой, он установил, что икс‑лучи исходят из зеленого пятна в стекле трубки, то есть из того места, куда падает катодный луч.

Для проверки своего наблюдения Рентген взял сильный магнит и поднес его к трубке. Повинуясь магниту, катодный луч отклонился в сторону, зеленое светящееся пятно тоже переместилось, а вместе с ним передвинулся и тот участок, из которого исходили икс‑лучи. Следовательно, икс‑лучи возникают именно в стекле трубки, и причиной их образования служит воздействие катодных лучей на стекло.

Убедившись в этом, Рентген внес усовершенствование в катодную трубку. Внутри трубки на пути катодных лучей он поместил металлическую пластинку, которую теперь называют антикатодом. Катодные лучи, ударяясь о пластинку антикатода, вызывали появление икс‑лучей. Металл оказался для этой цели более подходящим материалом, чем стекло, и катодная трубка стала более мощной. Катодную трубку, предназначенную для получения икс‑лучей, назвали рентгеновской трубкой (рис. 47).

Рис. 47. Схема рентгеновской трубки – видны катод и антикатод.

 

Рентген установил, что проникающая способность (или как ее называют – жесткость) икс‑лучей зависит от напряжения тока, подведенного к трубке; чем больше разность потенциалов в рентгеновской трубке, тем «жестче» лучи. При малой разности потенциалов икс‑лучи получаются «мягкие». Такие лучи применяют для просвечивания человеческого тела, дереза, картона. Более «жесткие» лучи обладают способностью проникать сквозь сталь и другие металлы.

Первую часть поставленной себе задачи Рентген решил.

Чтобы выяснить природу икс‑лучей Рентген применил уже испытанный прием – он попробовал воздействовать на них сильным магнитом и электрическим полем. Но ни магнит, ни электрическое поле заметного действия на икс‑лучи не оказали. Как и световые лучи, икс‑лучи магнитным или электрическим полем не отклонялись.

Это доказывало, что икс‑лучи, рожденные катодной трубкой, по своим свойствам резко отличаются от катодных лучей, и, следовательно, их природа – различна.

Вот и все, что узнал Рентген о своих лучах. Какова их природа, в чем причина их возникновения, как они образуются – этого ученый не объяснил.

Он и не мог этого объяснить, потому что не. признавал существования электрона, не хотел принять новой прогрессивной электронной теории. А между тем электронная теория делала успех за успехом и легко смогла объяснить и причину перекала анодной части нити лампочки, смущавшего Эдисона, и загадочную природу икс‑лучей, не разгаданную Рентгеном, и целый ряд других явлений.

Рис. 48. Рентгеноснимок ноги в ботинке.

 

Вредное становится полезным

 

Термоэлектронная эмиссия, губившая лампочки Эдисона, оказалась не только вредным явлением. Она была использована учеными во многих приборах и в том числе для усовершенствования рентгеновских трубок. Вредное стало полезным.

В современной рентгеновской трубке катодом служит короткая спираль из тугоплавкой вольфрамовой проволоки. Эта спираль накаливается электрическим током напряжением в 8–12 вольт и служит источником электронов.

Электроны массами вылетают из раскаленной проволоки, но образовать вокруг нее облака не могут: к аноду рентгеновской трубки приложено высокое напряжение – не менее 50 000 вольт.

Гигантская разность потенциалов, подобно урагану, подхватывает вылетевшие электроны от катода и стремительно уносит их к аноду.

Скорость полета электронов в рентгеновской трубке достигает 200 000 километров в секунду и более, тогда как скорость винтовочной пули составляет только 800 метров в секунду. Пуля при ее сравнительно небольшой скорости, ударившись о броню, расплавляется. В момент удара энергия движения пули преобразуется в теплоту.

В момент удара электрона о поверхность анода или антикатода энергия его движения также преобразуется. Часть ее тратится на то, чтобы раскачать атомы металла анода (анод сильно нагревается, и его приходится охлаждать проточной водой), часть же энергии электронов преобразуется в энергию квантов нового мощного излучения – получаются рентгеновские лучи.

Тут происходит явление, несколько напоминающее то, что происходит в оболочке атома, когда образуются кванты видимого света. Каждый «прыжок» электрона в оболочке атома с более высокого уровня на более низкий рождает квант света. Причем энергия кванта в точности равна энергии, потерянной атомом при одном «прыжке» электрона.

В рентгеновской трубке электроны совершают гораздо большие прыжки – они перелетают с катода на анод. По дороге электроны сильно разгоняются в электрическом поле и при ударе теряют большую энергию.

Чем большую разность потенциалов проходит электрон, тем большую скорость он приобретает и тем больше энергии теряет при ударе, а следовательно, тем больше энергия излучаемых рентгеновских квантов.

В современных рентгеновских аппаратах применяется напряжение от 50 тысяч и до двух миллионов вольт. При этом возникают такие жесткие лучи, что с их помощью фотографируют внутреннее строение очень крупных металлических изделий: валов машин, стенок паровых котлов и т. д.

В приборах, созданных советскими учеными Терлецким и Векслером, удается разгонять электроны до скоростей, приближающихся к скорости света!

Ударяясь об анод, такие электроны рождаю г лучи, которые превосходят по своей проницающей способности даже гамма‑лучи, образующиеся в атомах радиоактивных элементов при их распаде. Мощные советские рентгеновские аппараты превратились в приборы для получения и использования гамма‑излучения.

Искусственные гамма‑лучи дают возможность просвечивать слои тяжелых металлов большой толщины.

Эта победа советской науки показывает, как ученые, проникая в сущность явлений, научаются управлять ими и использовать их для практических целей.