трусики женские украина

На головну

Рентгенівські промені. Маріо Льоцци: З історії фізики - Наука і техніка

Савельева Ф.Н., к.т.н.

Отримання рентгенівських променів

В історії фізики бувало часто, що протистоячі наукові течії розподілялися відповідно до національності фізиків. Аж ніяк не треба вважати це виявом націоналізму. Це пояснюється просто науковими зв'язками, особистими відносинами, застосуванням одного і того ж або аналогічного експериментального обладнання, а також єдиною мовою.

Тому не дивно, що полуголландец-полунемец Вільгельм Конрад Рентген (1845-1923) приступив до експериментального дослідження катодних променів, дотримуючись поглядів Ленарда, який, як і всі німецькі фізики того часу, захищав хвильову природу катодних променів.

Будучи надзвичайно уважним експериментатором, що вже прославився в середовищі фізиків того часу дослідженнями в різних областях (стисливість рідин, питома теплоємність газів, магнітна дія діелектриків, рухомих в електростатичному полі, і т. д.), Рентген з перших же дослідів помітив, що фотографічні пластини, вміщені поблизу розрядної трубки і захищені звичайним образом від дії світла, часто виявлялися засвіченими. Про дію катодних променів тут не могло йти мові, бо катодна трубка, що застосовувалася не мала алюмінієвого віконця подібно трубці Ленарда і катодні промені назовні вийти не могли. Очевидно, мова йшла про нове явище, виникаюче, як це вдалося встановити через декілька днів, в розрядній трубці.

8 листопада 1895 р. в Вюрцбурге Рентген спостерігав нове разюче явище. Якщо розрядну трубку обгорнути чорним картоном і вмістити біля неї паперовий екран, змочений з одного боку платино-синеродистым барієм, то при кожному розряді трубки на екрані спостерігається флуоресціюючий свічення незалежно від того, яка сторона паперу повернена до трубки - змочена або суха.

У цьому досвіді передусім вражає те, що абсолютно непрозорий для видимого випромінювання і ультрафиолета чорний картон пропускає щось, здатне викликати флуоресценцію екрана. Цей ефект виходив не тільки з картоном: методично поставлена серія спеціальних дослідів показала, що для цього агента більш або менш прозорі всі тіла. Точніше говорячи, прозорість убуває із збільшенням густини тіла і його товщини.

«Якщо тримати руку між розрядною трубкою і екраном, то видно темні тіні кісток на фоні більш світлих контурів руки». Це було перше в історії рентгеноскопическое дослідження.

Ці нові агенти, які були названі Рентгеном скорочено Х-променями, а ми їх називаємо зараз рентгенівськими променями, викликали флуоресценцію не тільки платино-синеродистого барію, але і інших речовин, наприклад фосфоруючих з'єднань кальцію, уранового скла, звичайного скла, вапняного шпата, кам'яної солі і інш. Вони діють також на фотопластини, але не діють на око людини.

Було неясно, чи заломлюються ці промені. Рентген не виявив заломлення в призмах з води і сероуглерода. Деякі ознаки заломлення, як йому показалося, були помічені в дослідах з ебонітовими і алюмінієвими призмами. Досліди з дрібним порошком кам'яної солі, з срібним порошком, отриманим електролітичним методом, і з цинковим порошком не виявили ніякої відмінності в проходженні Х-променів через порошок і через суцільний зразок тієї ж речовини. Звідси можна було зробити висновок, що Х-промені не випробовують ні заломлення, ні відображення і що відсутність цих явищ підтверджується тим, що Х-промені неможливо сконцентрувати лінзами.

Х-промені виникають в точці, де катодні промені соударяются зі склом трубки. Дійсно, відхиляючи магнітом катодні промені всередину трубки, можна помітити одночасне зміщення точки утворення Х-променів, завжди співпадаючої з точкою, де кінчаються катодні промені. Для утворення цього нового випромінювання не обов'язково, щоб катодні промені соударялись саме зі склом: це явище спостерігається і в розрядній трубці, виготовленій з алюмінію.

Природа цього нового випромінювання залишалася загадковою. Одне було ясне - випромінювання це не можна ототожнювати з катодними променями. Як і катодні промені, воно викликало флуоресценцію, надавало хімічний вплив, розповсюджувалося прямолінійно і, отже, утворювало тіні. Але Х-промені не володіли характерною властивістю катодних променів - не відхилялися магнітним полем. Можливо, вони тієї ж природи, що і ультрафіолетове випромінювання? Але тоді вони повинні були б помітно відбиватися, заломлюватися, поляризуватися. Враховуючи наявність певної схожості між Х-променями і світловими, можна було передбачати, що на відміну від видимого випромінювання, яке є не що інакше, як поперечні коливання ефіру, Х-промені є подовжніми коливаннями. Чи Не можуть виявитися Х-промені виявом цих подовжніх коливань ефіру, існування яких фізикам досі не вдавалося встановити?

Цим питанням, що повторює спробу пояснення природи катодних променів, закінчується перша робота Рентгена про Х-промені, докладена в грудні 1895 р. в Фізичному інституті Вюрцбургського університету.

У другій роботі, докладеній 5 березня 1896 р., містилося два нових істотних факту. Перший був відкритий Аугусто Риги, який навряд чи знав про досліди Рентгена: під дією Х-променів наелектризовані тіла розряджаються. Діють не самі Х-промені, а повітря, що пронизується ними, яке набуває властивості розряджати наелектризовані тіла. Другим важливим фактом, згаданим ще в першій роботі Рентгена, було те, що Х-промені виходять при попаданні катодних променів не тільки на скло розрядних трубок, але і на будь-яке тіло, не виключаючи рідин і газів. У залежності від природи тіла, на яке попадають катодні промені, інтенсивність Х-випромінювання, що виходить виявляється різною. Ці спостереження привели Рентгена вже в лютому 1896 р. до розробки трубки «фокус», в якій «катодом служить угнуте дзеркало з алюмінію», а анодом - платинова пластинка, вміщена в центрі кривизни дзеркала і нахилена під кутом 45° до осі дзеркала. До появи термоэлектронных приладів трубки «фокус» були єдиними установками для отримання рентгенівських променів при медичних і фізичних дослідженнях.

Нове відкриття, про можливість застосування якого в медицині і хірургії невдовзі стали догадуватися, стурбувало не тільки вчених, але і широких публіку. Фізичні лабораторії осаждались лікарями і хворими. На незліченних публічних виступах з демонстрацією дослідів вигляд скелета живих людей справляв сильне враження і викликав навіть істерики серед тих, що були присутніх. Рентген сприяв швидкому поширенню свого відкриття, з властивим йому безкорисливістю відмовившись від всякої можливості витягнути з нього прибуток. Цей загальний інтерес в чималій мірі сприяв швидкому прогресу рентгенотехники. У нашу задачу не входить розгляд її розвитку. Досить, мабуть, однієї лише цифри, щоб дати уявлення про пройдений шлях: в 1896 р. рентгенографія руки вимагала експозиції 20 хвилин, зараз для цього досить нікчемної частки секунди.

Відкриття рентгенівських променів привело до надзвичайно важливих наслідків як в області наукових досліджень, так і в області практичних додатків-в медицині і в промисловості. Можна, мабуть, без перебільшення сказати, що з цього винаходу починається нова історія.

10 грудня 1901 р. у великому залі Музичної академії в Стокгольмі в присутності наслідного принца Швеції, що представляв короля, комітет по присудженню Нобелівських премій в знак вдячності вчених і людства присудив Рентгену першу Нобелівську премію по фізиці. Тепер може показатися символичным, що уперше так почесна міжнародна відзнака була присуджена саме за відкриття рентгенівських променів.

Природа рентгенівських променів

В міру того як область застосування рентгенівських променів розширялася, дослідження їх походження і їх природи ставало все більш насущною необхідністю теоретичної фізики.

Перше пояснення походження рентгенівських променів, дане самим Рентгеном, було невдовзі прийнято одностайно: рентгенівські промені виникають при зіткненні катодних променів, т. е. електронів, з тілами, зокрема з антикатодом розрядної трубки.

Але яка їх природа? Гіпотеза Рентгена про те, що це подовжні хвилі, була неприйнятна по ряду причин. Не можна було також погодитися з тією, що висувалася перший час гіпотезою про корпускулярном характер рентгенівського випромінювання. Згідно з електромагнітною теорією, швидка зміна швидкості зарядженого тіла спричиняє електромагнітне випромінювання, так що якщо прийняти, що причиною рентгенівських променів є різке гальмування електронів на антикатоді (а таке припущення здається необхідним), то ми приходимо до висновку, що рентгенівські промені являють собою електромагнітне випромінювання. Але як же тоді пояснити, що для рентгенівських променів не вдається спостерігати звичайних оптичних явищ - відображення, заломлення, поляризації, дифракції? На це відповідали так: електромагнітне обурення, виникаюче при зіткненні електронів з антикатодом, не є періодичним; відсутність періодичності, т. е. відсутність певної довжини хвилі, могло б пояснити аномальну поведінку рентгенівських променів в порівнянні із звичайними електромагнітними хвилями. За відсутністю кращого аж до 1912 р. фізики задовольнялися таким поясненням.

Однак багато які фізики звертали увагу на те, що для пояснення негативних результатів спроб спостереження звичайних оптичних явищ в дослідах з рентгенівськими променями зовсім не обов'язково позбавляти електромагнітне обурення хвильового характеру, при якому воно схоже зі світловими хвилями. Досить покласти довжину хвилі рентгенівських променів надзвичайно малої, щоб пояснити всі особливості їх поведінки.

Це легко зрозуміти з аналогії зі звуком, що часто застосовувалася в учбових цілях в першому десятиріччі нашого віку. Звукові хвилі, довжина хвилі яких змінюється від часткою сантиметра до 20 м і більш, відбиваються від тіл досить великих розмірів, наприклад від стіни. А від тіл малих розмірів, скажемо від вертикального стовпа в полі, вони не відбиваються. Це пояснюється тим, що в утворенні відображеної хвилі повинно брати участь велике число елементарних хвиль, вихідних з всіх точок перешкоди, на які падає хвиля. Як з того факту, що звукова хвиля не відбивається від окремого стовпа, не можна робити висновку про відсутність періодичності в хвилі, так і з того, що немає або не виявлено відображення рентгенівських променів, не можна робити висновку про те, що вони не мають хвильової структури. Досить було б покласти довжину хвилі рентгенівських променів менше відстані між молекулами речовини, щоб кожна молекула поводилася як окремий вертикальний стовп у разі звукової хвилі, так що не було б ніякого відображення, а була б лише дифракція рентгенівських променів.

Фізики, що дотримувалися цієї точки зору, природно, намагалися виявити не відображення, а дифракцію рентгенівських променів на надзвичайно тонких щілинах, що диктувалося передбачуваною малістю довжини хвилі рентгенівських променів.

Але штучно зроблені щілини, як би тонкі вони ні були, виявлялися дуже грубими, так і ясно було, що навряд чи можна знайти механічний спосіб нанесення штрихів, видалених на відстань порядку молекулярних розмірів. Але ось молодому німецькому фізику Максу Лауе (1879- 1959), учню Макса Планка, прийшла в голову смілива ідея. Була відома стара теорія будови кристалів, висхідна ще до Аюй. Ця теорія, виходячи з характерного явища регулярного відшаровування кристалів, приймала, що кристали утворяться сукупністю тісно примикаючих надзвичайно малих частинок в формі паралелепіпеда, названими Аюй «інтегруючими молекулами». Пізнє Л. Зеєбер (1835 р.), Г. Делафосс (1843 р.) і в найбільш суцільній формі А. Браве (1849-1851 рр.) модернізували уявлення Аюй, замінивши «інтегруючі молекули» точковими молекулами, розташованими на постійних надзвичайно малих відстанях один від одного у цілком регулярному каркасі.

Якщо кристал дійсно володіє структурою, передбачуваною Браве, то він повинен поводитися як дифракційна гратка, або, вірніше, як сукупність дифракційних граток з паралельними площинами, т. е. просторова гратка, як її називають. Якби була встановлена дифракція рентгенівських променів на кристалах, то одночасно були б так би мовити, убиті два зайці: доведена хвильова природа рентгенівських променів і дано експериментальне підтвердження гіпотезі Браве про будову кристалів.

Розробивши кількісну теорію цього явища, Лауе провів відповідний досвід в Мюнхене спільно з Паулем Кніппінгом (1883-1935) і Вальтером Фрідріхом (рід. в 1883 р.). Застосована для експерименту установка була досить простій: певна кількість паралельних свинцевих пластинок захищала невеликий кристал (наприклад, кам'яної солі) від прямого впливу рентгенівських променів. У всіх свинцевих пластинах були пророблені крихітні отвори, розташовані по одній прямій. Проходячи ці отвори, пучок рентгенівських променів попадав на кристал і далі проходив на фотопластину, захищену чорним папером від стороннього опромінювання. Після декількох часів експозиції пластинка була виявлена. Була виявлена темна пляма на лінії центрів отворів в свинцевих пластинах, зумовлена прямою дією рентгенівських променів, і велике число інших плям різної інтенсивності, розташованих регулярним образом навколо центральної плями, відповідно до симетрії кристала.

Цей досвід невдовзі був повторюваний багатьма фізиками в різних варіантах і всебічно проаналізований. Все це привело до висновку, що фігури, що виходять на фотопластинах дійсно являють собою дифракційні картини. На основі отриманих результатів Брегги (батько і син) запропонували модифікацію теорії Браве, передбачивши, що у вузлах кристалічної гратки розташовуються атоми кристала, па яких і відбувається дифракція. Ясно, що прийняття фізиками теорії Бреггов привело до корінної зміни традиційного уявлення про молекулу. Ми не можемо тут входити в деталі теорії Лауе і обговорювати численні теоретичні і експериментальні слідства з неї. Досить відмітити лише дві обставини: дослідження дифракційних фігур дозволяє визначити довжину хвилі вживаного рентгенівського випромінювання, а знаючи довжину хвилі, можна отримати зведення про структуру кристала. Довжини хвиль рентгенівських променів виявилися в середньому в тисячу разів менше середньої довжини хвилі видимого світла, т. е. набагато коротше за довжини хвиль ультрафіолетового випромінювання. Рентгенівські промені також дають цілий спектр хвиль, аналогічний спектру видимого випромінювання.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайта http://www.portal-slovo.ru

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка