Відкриття
Рентгенівське випромінювання було відкрите у 1895 році німецьким фізиком Рентгеном під час роботи із закритою з усіх боків скляною трубкою, з якої майже повністю видалене повітря. Всередині неї були прикріплені дві металеві пластинки (електроди), від яких назовні відходили тонкі дроти, впаяні в скло. Якщо таку трубку включити в електричний ланцюг, то при відомих умовах через неї може пройти електричний струм. Електричний струм у трубці – це потік дрібних заряджених частинок, з яких складається будь-яка речовина: електронів та іонів. Така трубка називається розрядною.
Рентген у своїй роботі цікавився саме властивостями електричного струму, що проходить через газ. У нього були трубки різних форм і розмірів, і вчений хотів з'ясувати, як впливають на електричний струм форма і розміри трубок.
Одного разу пізно ввечері Рентген закінчував роботу в лабораторії. Він закрив трубку картонним футляром, загасив світло і хотів вимкнути електричний струм, що ще проходив через трубку, як раптом побачив осторонь від неї на столі предмет, що світиться. Виявилося, що світився шматок картону, покритий особливим складом: платино-ціановою сіллю барію. Ця речовина відрізняється тим, що починає світитися, якщо на неї падає видиме світло. Але була ніч, в кімнаті було темно, а екран світився. Рентген вимкнув струм у трубці. Екран перестав світитися.
Вчений почав з'ясовувати, чому в кімнаті, в якій діє розрядна трубка, платино-ціановий барій світиться. Скоро Рентгену вдалося встановити причину цього свічення. Виявилося, що один з електродів трубки ставав джерелом невидимих променів, які володіли багатьма цікавими властивостями. Найдивовижнішою була їх здатність проходити через тіла, непрозорі для видимого світла.
Виявилося, що під дією нових невідомих променів повітря ставало хорошим провідником електрики. Наелектризовані тіла швидко втрачали свій заряд, якщо поблизу від них працювало джерело променів Рентгена. Невідомі промені, як з'ясувалося, здійснювали вплив на фотографічну пластинку, подібний до дії видимого світла.
Спочатку природа цих променів здавалася зовсім загадковою, тому їх назвали «Х-променями» (ікс-променями), тобто «невідомими променями». У нас їх прийнято називати рентгенівським випромінюванням.
Будова рентгенівської трубки
У рентгенівській трубці є розпечена нитка, яка випромінює електрони. Вона під’єднана до негативного проводу джерела струму. Водночас позитивний провід введений всередину лампи у вигляді особливого електрода, який називається анодом.
Позитивно заряджений анод притягує електрони, викинуті розпеченою ниткою (катодом). Електрони, які покинули катод не утворюють електронної хмарки біля його поверхні, а прямують до анода. Їм на зміну розпечена нитка випускає нові. У такій лампі піде електричний струм – потік електронів, які з великою швидкістю летять від катода до анода.
Джерелом рентгенівського випромінювання є анод, що бомбардується потоком швидких електронів. У рентгенівських трубках електрони рухаються з великою швидкістю – якби електрон з такою швидкістю пустити рухатися навколо Землі, він зробив би кругосвітню подорож менше, ніж за секунду. Поверхня анода рентгенівської трубки під час її роботи безперервно обстрілюється електронами, які випромінює катод. При цьому поверхня анода рентгенівської трубки розігрівається, особливо та ділянка, яка обстрілюється електронами. У цьому місці, названому фокусною плямою, метал може навіть частково плавитися. Ось тут, як виявив Рентген, і зароджується крім тепла, що виділяється, рентгенівське випромінювання. Воно поширюються від фокусної плями в усі сторони.
Зараз відомо, що рентгенівські промені виникають тоді, коли електрони, які летять з великою швидкістю, зіштовхуючись з атомами речовини, втрачають при цих зіткненнях свою енергію. Частина енергії електрона при цьому витрачається на розкачуку атомів речовини, тобто на підвищення її температури, а частина енергії випромінюється у вигляді рентгенівських променів, у вигляді променевої енергії.
Кожен раз, коли електрон рухається з прискоренням або сповільненням, він випромінює електромагнітні хвилі. Чим більше прискорення чи сповільнення електрона, тим коротша довжина електромагнітних хвиль. Як встановлено, видиме світло також випромінюється електронами, що рухаються всередині атомів.
Швидкий електрон, б'ючись об поверхню анода, майже відразу зупиняється. У цьому випадку відбувається дуже велике гальмування електрона, а тому генеровані при цьому електромагнітні хвилі – рентгенівське випромінювання – мають довжину хвилі приблизно у 1000 разів меншу, ніж довжина хвилі видимого світла.
Як виявити рентгенівське випромінювання?
Для цього використовують різні його властивості. Одна з властивостей рентгенівського випромінювання полягає в тому, що воно викликають світіння деяких хімічних речовин. Адже саме завдяки цій властивості Рентген і відкрив його. Якщо в темряві розкрити коробочку з такою речовиною, то ми нічого не побачимо. Але варто лише увійти з нею в кімнату, де працює рентгенівська установка, і підійти до неї так, щоб рентгенівське випромінюванння потрапило на речовину, як в ту ж мить вона засяє яскравим світлом, колір якого залежить від того, яку речовину ми взяли. Вона світитиметься доти, поки на неї падатимуть рентгенівські промені. При цьому речовина залишається холодною. Варто тільки вимкнути струм у трубці, як світіння припиняється. Світіння посилюється, якщо піднести коробку з речовиною ближче до рентгенівської трубки.
Таке холодне свічення тіл під дією будь-якого опромінення називається флюоресценцією. Ця здатність деяких речовин світитися під дією рентгенівського випромінювання і використовується для його виявлення. Проте користуватися порошком для спостерігання за рентгенівськими променями незручно. Тому для цього виготовляють спеціальні флуоресцентні екрани.
Рентгенівські знімки
Перші досліди одержання рентгенівських фотографій здійснив сам Рентген. Його досліди показали, що під дією рентгенівського випромінювання фотографічна пластинка чорніє так само, як і під дією сонячних променів. Це дало можливість розробити спосіб фотографування рентгенівських зображень.
Рентгенівські знімки не схожі на звичайні фотографії. На цих знімках виявляється внутрішня будова просвіченого тіла. Це пояснюється тим, що рентгенівські промені, проходячи крізь тіла, затримуються ними в різній степені. Поглинання рентгенових променів залежить від товщини і густини тіла і властивостей самих рентгенівських променів. Чим більша густина тіла, його маса, і чим воно товстіше, тим сильніше ним затримується рентгенівське випромінювання.
При просвічуванні руки рентгенівські промені затримуються і м'язами і кістками, але так як кістки мають більшу густину ніж м'язи, то вони затримують рентгенівське випромінювання більше, ніж м'язи. Метали затримують рентгенівські промені сильніше, ніж м'язи чи кістки. Тому якщо в людському тілі є частинки металу (дробинки, кулі, осколки), то ці частки видно ще чіткіше, ніж кістки і м'язи.
З відомих металів найлегше промені проходять через алюміній. Вони можуть пройти крізь шар алюмінію товщиною у половину метра. Найбільше затримує рентгенівське випромінювання свинець. Шар цього металу товщиною в кілька міліметрів поглинає його майже повністю.
Читайте також:
- Вплив радіації на організм людини
- Що таке радіоактивність
- Виявлені нові джерела гамма-випромінювання
- Космічні джерела радіовипромінювання
- Космічні промені ультрависоких енергій
