Ентгенови промені були, відкриті в 1895 році німець-ким фізиком Рентгеном під час роботи з прилади-ром, що представляє закриту з усіх боків стеклян-ву трубку, з якої майже повністю видалений повітря.
Подібна трубка зображена на малюнку 3. Усередині неї укріплені дві металеві пластинки (електроди), від яких назовні відходять тонкі дроту, впаяні в скло.
Якщо таку трубку включити в електричний ланцюг, то за певних умов через неї може йти еле-ктріческій струм. Електричний струм в трубці представ-ляет собою потік дрібних заряджених частинок, з яких складається будь-яка речовина: електронів та іонів. Така трубка називається розрядної *). •
Рентген в1 своїй роботі цікавився саме свій ствами електричного струму, що йде через газ. У нього були трубки різних форм і розмірів, і вчений хотів з'ясувати, як відбивається на електричному струмі форма і розміри трубок.
У цю ніч учений так і не пішов додому. Він почав з'ясовувати, чому в кімнаті, в якій діє раз-рядна трубка, платиново-ціаністий барій світиться.
Скоро Рентгену вдалося встановити причину цього світіння. Виявилося, що один з електродів трубки ставав джерелом невидимих променів, які обла-дали багатьма чудовими властивостями; і самим вудь-вітельно була їх здатність проходити через тіла, непрозорі для видимого світла!
Виявилося, що під дією нових невідомих лу-чий повітря ставало хорошим провідником електрич-пра. Наелектризовані тіла швидко втрачали свій заряд, якщо поблизу від них працював джерело променів Рентгена.
Невідомі промені, як з'ясувалося, надавали віз-дію на фотографічну пластинку, подібне дей-ствию видимого світла.
Відкриття Рентгена викликало великий інтерес. Ба-Гії вчені почали вивчати нові промені, прагнучи вияс-нить їх фізичну природу.
Одним з перших почав працювати з невідомими лу-чами знаменитий український вчений, винахідник радіо, А. С. Попов, який побудував першу вУкаіни ориги-нальную трубку для отримання нових променів. Первое1 час природа цих променів здавалася зовсім зага-дочной і незрозумілою. Саме тому їх назвали
Мал. 4. Схема пристрою електричні-ської лампочки.
Спочатку «Х-променями» (ікс-променями), тобто «невідомими променями». В даний час, однак, ці промені прийнято називаються вать рентгено-вимі або рент-геновскімі.
Сучасні рент-геновскіе трубки 'влаштовані дещо інакше, ніж трубка, з якої працював Рентген.
Як же влаштована і як працює со-тимчасова рентгенів-ська трубка?
Для того щоб краще зрозуміти це, порівняємо її з обик-Новен електричні-ської лампочкою, з-бражённой на ри-рисунку 4.
Вона складається зі скляного тонко-сотенного балона (міхура), до якого міцно прикреп-льон металевий ковпачок, званий цоколем. Усередині балона в скляній ніжці впаяні два дроти, під-провідні ток; вони з'єднані металевою спіраллю, яка виготовляється з найтоншої вольфрамової про-Волочка. Вольфрам - це рідкісний і дуже тугоплавкий метал. Він розплавляється тільки при температурі, пре-вищувати 3 ТОВ градусів. З балона електричної лампочки повністю викачується повітря, і після цього
Балон запаюється. Для «запалювання» електричної лампочки потрібно пропустити через неї електричний струм. Рух електричного струму по проводах нагадує протягом рідини по трубах, тільки по дротах тече не рідина, а пересуваються електрони, тобто мілину-чайшего частинки, що несуть на собі негативний заряд.
Зазвичай електрони знаходяться всередині атомоз, з ко-торих і складаються всі навколишні нас тіла. Усередині ато-мов електрони утримує електрична сила притому-вання до позитивно зарядженого ядра атома. Але в деяких речовинах, наприклад в металах »атоми рас-покладаються таким чином, що зв'язок окремих - електро-нів з ядрами слабшає, електрони стають свобод-ними, тобто можуть вільно пересуватися з металі між атомами.
Ось такі-то «вільні електрони» і утворюють електричний струм в металі.
Той провідник, по якому електрони притікає до вольфрамової нитки лампи, називається отрицатель-ним. а - той, за яким вони йдуть геть, - поклади- 'тельним.
Атоми металу не беруть участі в цьому дві-жении електронів уздовж провідника, вони залишаються на своїх місцях і утворюють атомну решітку, остов провідника.
При своєму - рух по провіднику електрони став-киває з атомами решітки.
В результаті цих численних зіткнень плавний рух потоку електронів уздовж провідника порушується. Окремі електрони при ударі різко ме-ють напрямок свого руху. Виникає беспо-рядочное їх рух по різних напрямках всередині металу.
Удари електронів розгойдують атоми, які на-чина. коливатися, кожен біля свого місця в ре-шётке.
Енергія коливань атомів є теплова енергія, що виділяється, при, проходженні електричного струму по провіднику.
При звичайній температурі електрони металу, сво-бодні пересуваючись, всередині нього, не можуть в той же вре-ма - вибратися назовні. Атоми, що втратили електрони ,,
Заряджені позитивно, вони - притягують назад всередину металу ті електрони, які потрапляють на по-поверхню.
Але при досить високій температурі швидкості руху електронів настільки зростають, що такі швидкі електрони виявляються здатними подолати сили тяжіння і вирватися з металу назовні.
Тому розпечене тіло, а в нашому випадку - шляхом утворення, буде випускати на всі боки електрони.
Навколо світиться нитки звичайної лампочки об-разуется зазвичай ціле хмарка з електронів, вилетівши-ших з неї.
Мал. 5. Схема рентгенівської трубки.
Подивимося тепер на малюнок 5. Тут зображена схема пристрою рентгенівської трубки.
У такій трубці також є розпечена нитка, ис-пускає електрони. Але на відміну від звичайної лампи шляхом утворення приєднана до негативного-ному проводу джерела напруги. У той же час позитивний дріт введений всередину лампи у вигляді осо-бого електрода, який називається анодом.
Позитивно заряджений анод притягує елект-ку, випущені розжареної ниткою (катодом). По-цьому вилетіли з катода електрони вже не обра-товують електронного хмарки біля його поверхні, а уст-ремляются до анода. Їм на зміну розпечена нитка ис-пускає нові. У такій лампі піде електричний
Струм - потік електронів, з великою швидкістю летять від катода до анода.
Для того щоб нитка весь час залишалася нагре-тій, використовується спеціальний джерело електричного струму, зображений на малюнку 5 '.
Так влаштовані рентгенівські трубки. Джерелом рентгенівського проміння є анод, бомбардований по-струмом швидких електронів. В рентгенівських трубках елек-трони рухаються з великою швидкістю, нд багато разів перевищує швидкість гарматного снаряда. Якби електрон з такою швидкістю пустити рухатися навколо Землі, він зробив би кругосвітню подорож мен-ше, ніж за секунду.
Поверхня анода рентгенівської трубки під час її роботи піддається безперервному обстрілу електро-нами, поточними з катода. Подібно до того як при уда-рах молота об метал метал розігрівається, розігрівається і поверхня анода рентгенівської трубки, осо-бенно ту ділянку, який обстрілюється електронам ^. У цьому місці, званому фокусною плямою, ме-талл може навіть частково проплавити. Тут-то, як виявив Рентген, і зароджуються крім виділяю-щегося тепла рентгенових промені. Вони поширюються від фокусної плями на всі боки.
Ми знаємо тепер, що рентгенових промені виникають, коли швидко летять електрони, стикаючись з ато-мами речовини, втрачають при цих зіткненнях свою енергію. Частина енергії електрона йде при цьому на розкачку атомів речовини, то-ееть на підвищення його температури, а частина енергії випромінюється у вигляді рент-генів променів, у вигляді променевої енергії.
Всякий раз, коли електрон рухається з прискоренням або уповільненням, він випускає електромагнітні віл-ни. Чим більше прискорення або уповільнення електрона, тим коротше довжина випускаються електромагнітних хвиль.
Як наразі встановлено, видиме світло також іспус-. кається електронами, що коливаються всередині атомів.
Швидкий електрон, б'ючись об поверхню анода, майже відразу зупиняється. В цьому випадку дуже ве-лико гальмування електрона, а тому що випускаються при цьому електромагнітні хвилі - рентгенових промені # 9632; - обла-дають довжиною хвилі приблизно в 1 ТОВ разів меншою, ніж довжина хвилі видимого світла.
Чим швидше рухалися електрон перед ударом, тим більша втрата швидкості відбудеться, тим коротше довжина хвилі рентгенівського проміння.
Але швидкість електрона залежить від. того електричні-ського напруги, яке докладено між катодом. і діодом, саме це напруга і прискорює електрон [3]).
Тому в залежності від того, яка напруга докладемо ми до рентгенівської трубки, ми будемо підлозі-чати різні промені. Меншу напругу дає нам м'які промені (довші хвилі), а більше - жорсткі промені (хвилі коротші).
На малюнку 6 показана рентгенівська трубка, примі-няемое в медичних рентгенівських кабінетах. Вона со-стоїть зі скляної трубки, довжиною близько 70 сантімет-рів. Середня частина трубки роздута у вигляді кулі. Всередину її впаяні з одного боку - катод (позначений бук-вої К) (вольфрамова дріт), з іншого боку - анод (А). Катод, зазвичай закінчується цоколем, як у електричної лампочки, має підвідний ток прово-локи і вольфрамову спіраль, більш товсту, ніж у звичайній лампочці. Анод і катод рентгенівської трубки з'єднані з джерелом електричної напруги. Спіраль катода нагрівається за допомогою окремого вспо-могательною джерела струму.
Для роботи рентгенівської трубки не годиться широко використовуваний в побуті і на виробництві струм низької на -
• напруги. Його напруга 120 або 220 вольт (вольт - # 9632; одиниця. Виміру напруги).
Щоб привести в дію рентгенівську трубку, потрібен струм з напругою в 50 ТОВ-500 000 і йолее вольт, тобто струм дуже високої напруги. Для перетворення струму низької напруги в високовольтн-ний струм застосовуються спеціальні прилади, які називаються електричними трансформаторами *).
Від трансформатора висока напруга подається до рентгенівської трубки або за допомогою металевих проводів - шин, укріплених на достатньому расстоя-ванні від стелі за допомогою спеціальних ізоляторів, або за спеціальним високовольтного кабелю.
Загальний вигляд сучасної рентгенівської установки з рентгенівською трубкою в захисному чохлі - кожусі по-казан на малюнку 7.
Відкриті в кінці минулого століття промені Рентгена по-лучілі наш час широке поширення. В Со-Радянському Союзі є численна мережу рентгеноз - ських установок і рентгенівських кабінетів - в хворих-цах, госпіталях, наукових установах, ветеринарних лікарнях і на заводах. У Мобкве, Ленінграді та дру-гих великих центрах вашої країни організовані спе-ціальні рентгенівські інститути.
*) Про трансформаторах дивись ту ж книжку Е. І. Адіровіч «Електричний ЇСК».
У цих інститутах проводиться глибоке вивчення природи рентгенівського проміння, а також методів їх 'ис-користування.
При дослідженні рентгенівського проміння відразу постає питання 'про їх виявленні. Справді, яким обра-зом спостерігають невидимі промені?
Для цього використовують різні їх властивості. Одне з властивостей рентгенівського проміння полягає в тому, що вони ви-викликають світіння деяких хімічних речовин. Адже саме завдяки цій властивості Рентген і відкрив ці промені.
Якщо в темряві розкрити коробочку з таким вещест-вом, то ми нічого не побачимо. Але варто тільки увійти з нею в кімнату, де працює рентгенівська установка, і підійти до неї так, щоб рентгенових промені потрапили на світиться складу, як в ту ж мить він засяє яскравим світлом, колір якого залежить від того, яке ве-суспільством ми взяли , і буде світитися до тих пір, поки рентгенових промені падають на нього. При цьому самосветя - щееся речовина залишається холодним. Варто тільки ви-ключить ток в трубці, як світіння припиняється.
Світіння посилюється, якщо піднести коробку зі све-тящімся складом ближче до рентгенівської трубки.
Таке власне холодне свічення тіл під дей-наслідком якого-небудь опромінення називається флюорес-ценціей. Ця здатність цілого ряду речовин све-тися під дією рентгенівського проміння і використовується для їх виявлення. Однак користуватися порошком для спостереження рентгенових одержанні незручно. Тому для спостереження світіння хімічних речовин ПІД дёй- 'наслідком рентгенівського проміння виготовляють спеціальні флюоресцирующие екрани.
Для виготовлення такого екрану беруть великий лист картону і покривають його тонким шаром клею, в якому розмішаний порошок світиться складу, наприклад сер-ність цинк. Таким шляхом одна сторона картону буде рівномірно покрита шаром речовини, що світиться. Кар-тон вставляють в дерев'яну рамку, а з того боку, з якою спостерігають світіння, покривають шматком свин-цового скла.
Свинцеве скло - це прозоре для видимих лу-чий скло, до складу якого входить важкий метал - # 9632; свинець. Таке скло дозволяє бачити світіння сірчано-стого цинку, але в той же час затримує рентгенових промені, завдяки чому вони не потрапляють на лікарів і про-обслуговуючих персонал рентгенівського кабінету. Переді-зберігання обслуговуючого персоналу від тривалого віз-дії рентгенівського проміння необхідно, так як ці промені можуть викликати небезпечні опіки на людському тілі.
Ми вже писали, що одним з чудових властивостей рентгенівського проміння є їх здатність проходити через тіла, непрозорі для видимого світла. Але раз-особисті речовини пропускають промені не в однаковій сте-пені. Промені поглинаються, затримуються тілом. Від-ходить це тому, що електромагнітні хвилі рентген-нових променів взаємодіють з електричними зоря-дами, що знаходяться всередині атомів речовини. Це легко бачити на наступному досвіді. Якщо між рентгенівською трубкою і флюоресцирующим екраном поставити пла-Стінка алюмінію, світіння екрану стане слабшою; чим товще буде стоїть на шляху рентгенівського проміння пла-Стінка, тим слабкіше буде світитися екран. Якщо вирізати в цій платівці букви або яку-небудь фігуру, то промені легше пройдуть через вирізане місце, і в відповідаю-щем місці екран засяє яскравіше. Це більш яскраве місце покаже форму і положення вирізу. Виріз може бути не наскрізним, і можна навіть зробити його всередині шматка металу, а потім загородити ще одним шаром алюмінію-ня. Тоді за допомогою видимих променів світла цей виріз НЕ буде помітний. Але на екрані, що світиться під дей-наслідком рентгенівського проміння, знову з'явиться більш яскраве місце, так як тут променям довелося пройти меншу товщу матеріалу. На цьому-то методі й грунтується просвіти-чування непрозорих тіл променями Рентгена. Світиться екран можна замінити фотографічної платівкою.
До перших спроб отримання рентгенівських фотографій справив сам Рентген незабаром після відкриття мм «ікс - променів». Його досліди показали, що під дією рентген-нових променів фотографічна пластинка чорніє так само, як і під дією сонячних променів. Це дало можли-ність розробити спосіб фотографування рентгенів-ських зображень.
На малюнку 8 показано, яким чином виходить рентгенівський знімок з шматка металу, всередині якого є раковина (порожнеча). Шматок просвічує ме-Таллах з раковиною поміщається на шляху рентгенових
Променів. Промені, пройшовши через шматок, потрапляють далі на. фотографічну пластинку, на якій, і виходить, фотографія металу.