О том что рентгеновские лучи. Возникновение и свойства рентгеновского излучения

Вильгельм Конрад Рентген.

Наука рентгенология получила своё название в честь профессора Вюрцбургского университета Вильгельма Конрада Рентгена, открывшего рентгеновское излучение 8 ноября 1895 г. Само открытие Рентген совершил неожиданно для себя: поздним вечером, уходя из лаборатории, учёный погасил свет в комнате и заметил в темноте зеленоватое свечение, флюоресценцию, исходившую от экрана, покрытого кристаллами платино-синеродистого бария. Как оказалось, кристаллы отреагировали на воздействие на них расположенной неподалёку электровакуумной (круксовой) трубки, которая в тот момент находилась под высоким напряжением. При отключении тока свечение экрана прекращалось, а при повторном включении снова возобновлялось. Трубка была обёрнута в чёрную светонепроницаемую бумагу, поэтому Рентген предположил, что при прохождении через неё электрического тока она испускает какие-то невидимые лучи, способные проникать через непрозрачные среды и возбуждать кристаллы бария. Эти неизвестные лучи Рентген назвал X-лучами.

Через 50 дней учёный представил председателю Вюрцбургского физико-медицинского общества рукопись из 17 страниц, содержащую описание открытых им лучей. Этот день, 28 декабря 1895 г., вошёл в историю как официальная дата открытия рентгеновских лучей. Вместе с рукописью учёный представил также первую рентгенограмму, сделанную ранее, 22 декабря, на которой была запечатлена рука его жены Берты Рентген. После того как женщина увидела рентгеновский снимок своей руки, она, не разбираясь в тонкостях физики, была настолько впечатлена, что воскликнула: «Я видела свою смерть».

Вечером 23 января доктор Рентген прочитал лекцию в наполненной аудитории Вюрцбургского физико-медицинского общества. После дискуссии о проведённых экспериментах Рентген пригласил председателя общества Альберта фон Кёлликера, известного анатома, сделать снимок его руки с помощью новых X-лучей. Когда готовое изображение было продемострировано аудитории, она разразилась оглушительными овациями. Доктор фон Кёлликер, впечатлённый открытием, предложил назвать новые лучи рентгеновскими - его предложение аудитория встретила аплодисментами.

Открытие рентгеновских лучей вызвало широкий резонанс среди учёных всего мира, в том числе и среди российских учёных. В начале января 1896 г. брошюра Рентгена была опубликована. В течение нескольких недель она была переведена на русский, английский, французский и итальянский языки, и уже в конце января А. С. Попов изготовил первый в нашей стране рентгеновский аппарат, с помощью которого русские учёные повторили эксперимент Рентгена, сделав в России первую рентгенограмму. Фотография полученного снимка была размещена в русском переводе брошюры Рентгена, опубликованном в этом же месяце в Петербурге под названием «Новый род лучей».

Вильгельм Рентген продолжал изучать своё открытие, и к маю 1897 г. он окончательно сформулировал все основные свойства X-лучей, опубликовав ещё две научных статьи. Наиболее ценным практическим свойством рентгеновского излучения, нашедшем широкое применение в науке и медицине, оказалась его способность проникать через непрозрачные тела. В 1901 г. Вильгельм Рентген был удостоен за своё открытие первой Нобелевской премии в области физики. Впоследствии науку, изучающую воздействие рентгеновских лучей на организм, назвали рентгенологией.

Первый рентгеновский снимок, на котором запечатлена рука жены учёного, Берты Рентген, и её обручальное кольцо.

Годом рождения ветеринарной рентгенологии в России можно считать 1896 г., когда С.С. Лисовский впервые применил рентгеновские лучи для просвечивания собаки. В 1899 г. М.А. Мальцев помимо просвечивания произвёл также снимки головы, шеи и конечностей собаки, плюсны и пута лошади, а также пясти коровы; для фиксации животных во время исследования учёный применял наркоз. Спустя три года в лаборатории Харьковского ветеринарного института была собрана рентгеновская установка, с помощью которой диагностировали переломы костей и вывихи, определяли инородные тела, а также проводили исследования плодов у мелких домашних животных.

Однако эти исследования были единичными, они проводились на примитивных аппаратах, собранных своими силами. Лишь к 1924 г. в мастерских бывшего СССР было начато производство рентгеновских аппаратов, и благодаря Г.В. Домрачёву и А.И. Вишнякову из Казанского и Ленинградского ветеринарных институтов данный вид исследования получил широкое применение в ветеринарии.

Впоследствии мастерские по производству рентгеновских аппаратов превратились в рентгеновские заводы, которые к 1931 г. стали выпускать аппараты, пригодные для исследования не только мелких животных, но и крупных, благодаря чему в 1932 г. в Ленинградском, Харьковском и Казанском ветеринарных институтах, были оборудованы первые рентгеновские кабинеты.

Рентгенограмма руки анатома Альберта фон Кёлликера, сделанная 23 января 1896 г. В.К. Рентгеном во время его публичной лекции на заседании физико-медицинского общества.

С этого момента в бывшем СССР начинается интенсивное развитие ветеринарной рентгенологии, существенный вклад в которую внесли многие советские ветеринарные рентгенологи. Среди наиболее значимых открытий можно выделить следующие:

В 1931 г. А. И. Вишняковым была написана первая книга по рентгенодиагностике болезней животных «Основы ветеринарной рентгенологии»
В 1935 г. выходит книга проф. А. В. Синева «Клиническая диагностика внутренних болезней домашних животных»
В 1939 г. появляется книга А. Ю. Тарасевича «Хромоты сельскохозяйственных животных»
В 1940 г. издаётся объёмный учебник А. И. Вишнякова «Ветеринарная рентгенология», в котором описываются принципы рентгенофизики, рентгенотехники, а также приводится обширный и систематизированный материал по рентгенодиагностике различных заболеваний животных и рентгенотерапии
А.А. Веллером опубликованы статьи по использованию рентгеновского исследования в армейских условиях. Веллер также изучал возможности диагностики заболеваний конечностей, холки и кишечника у лошадей
Г. Г. Воккен опубликовал целый ряд работ по возрастной и сравнительной рентгеноанатомии животных, рентгеноостеологии, антропологии и ангиологии

Ветеринарные рентгенологи России и бывшего СССР внесли большой вклад в ветеринарную науку по таким вопросам, как определение минерального обмена у сельскохозяйственных животных и птиц, диагностика болезней органов дыхания крупных и мелких животных, диагностика болезней органов пищеварения, сравнительные рентгеноанатомические исследования у сельскохозяйственных животных, определение места и глубины залегания инородных тел.

В связи с появлением в настоящее время ещё более совершенных рентгеновских аппаратов возможности исследования животных значительно увеличились. Активно развивается цифровая рентгенография, которая благодаря многократному улучшению качества изображения постепенно вытесняет классическую, аналоговую рентгенографию.

Рентгеновское излучение - вид излучения с частотой в диапазоне от 3*10 16 до 3*10 20 Гц.

История открытия X-лучей

Рентгеновские лучи открыл в 1895 году немец Вильгельм Рентген. В конце 19 века ученые занимались исследованием газового разряда при малом давлении. При этом в газоразрядной трубке создавались потоки электронов, движущихся с большой скоростью. Исследованием этих лучей занялся и В.Рентген.

Он заметил, что если поместить рядом с газоразрядной трубкой фотопластинку, то она будет засвечена, даже если её завернуть в черную бумагу. Продолжая ставить опыты, Рентген обернул газоразрядную трубку бумагой смоченной в растворе платиносинеродистого бария. Бумага начала светиться.

Рентген был любопытный, и между бумагой и трубкой поместил свою руку, в надежде, наверное, на то, что и она начнет светиться, но этого не произошло. Зато на бумаге экране остались видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний кисти руки. Рентген предположил, что это какое-то неизвестное излучение, которое обладает очень сильным проникающим эффектом.

Он назвал эти лучи Х-лучами. Впоследствии эти лучи стали называть рентгеновскими.

Свойства рентгеновского излучения

На рентгеновские лучи никакого воздействия не оказывает электромагнитное поле . При этом они практически не испытывали преломлений и не отражались. Появилось предположение, что рентгеновские лучи - это электромагнитные волны, которые излучаются при торможении электронов.

Они имеют очень маленькую длину волны , вследствие чего обладают такой высокой проникающей способностью.

Теперь внимание ученых было приковано к исследованию рентгеновских лучей. Пытались обнаружить дифракцию этих лучей. Пропускали их через щели в пластинках, но не обнаружили никакого эффекта. Спустя некоторое время, немец Макс Лауэ предложил пропускать рентгеновские лучи через кристаллы.

Обосновывал он это тем, что возможно длина волн рентгеновского излучения сравнима с размерами атомов, и поэтому на искусственных щелях дифракции добиться не удастся. Поэтому следует использовать кристаллы, у которых есть четкая структура и расстояние между атомами приблизительно равно размеру самих атомов. Предположения Лауэ были подтверждены.

После пропускания рентгеновских лучей через кристалл, на экране появлялась примерно следующая картина.

Появление дополнительных маленьких пятнышек можно было объяснить только явлением дифракции рентгеновских лучей на внутренней структуре кристалла. При дальнейшем исследовании оказалось, что длинна волны рентгеновского излучения по порядку величины действительно была равна размеру атомов.

Рентгеновские лучи получили широкое распространение на практике. В медицине, научных исследованиях, в технике. С помощью рентгеновских лучей проводят дефектоскопию различных конструкций, поиск черных дыр и переломов в костях людей.

Несмотря на то, что с момента открытия рентгеновских лучей прошло уже больше сотни лет, этот научный прорыв до сих пор считается одним из самых серьезных событий в области медицины, позволивший перевести процесс диагностики множества разнообразных заболеваний на принципиально новый уровень. Сложно себе представить, но до 1895 года у врачей не было никакой другой возможности заглянуть внутрь живого человеческого тела безоперационным путем.

Разумеется, это серьезно осложняло процесс лечения, да и определить наличие многих заболеваний было практически невозможно. Именно по этой причине медицина того времени достаточно ненадежна, а врачи очень часто не могли дать никаких гарантий своим пациентам. Но все это изменилось 8 ноября 1895 года благодаря работе одного из самых трудолюбивых и талантливых физиков 19 века - Вильгельма Конрада Рентгена. Но обо всем по порядку, ведь сама личность ученого заслуживает не меньше внимания, чем его главное открытие.

Долгий путь Вильгельма Конрада Рентгена

Вильгельм родился в 1845 году в достаточно большом и развитом немецком городе Дюссельдорфе. С самого раннего возраста он проявлял большой интерес к физике, а вот с другими науками дела у него обстояли намного хуже. По этой причине он не смог полноценно закончить школу и получить аттестат зрелости. Тем не менее, молодой человек не отчаялся, и самостоятельно записался на лекции в Утрехтском университете, где в то время преподавал популярный физик Август Кундт. Он заметил целеустремленного юношу, и довольно скоро взял его в свои ассистенты. Так Рентген получил полноценное высшее образование, а через несколько лет даже занял должность одного из ведущих профессоров физики в Страсбургском университете. Параллельно с этим он проводил массу исследований, писал научные работы, и его потенциал был отмечен тем, что в 1894 году его назначили на должность ректора в Вюрцбургском университете.

Стоит отметить, что это помогло ему получить в свое распоряжение самое современное оборудование для исследований, а также достаточно времени для работы, которое он не стал тратить впустую.

Уникальное открытие, которое перевернуло мир

8 ноября 1895 года Вильгельм Рентген как всегда работал в своей лаборатории допоздна. Когда он уже собирался уходить, было темно и, выключив все приборы и свет, заметил, что баночка с прозрачной жидкостью в одном из углов лаборатории начала светиться зеленым светом. Немного подумав, Рентген заметил, что в спешке не выключил один аппарат – вакуумную трубку. После ее выключения свечение пропало, и ученый начал изучать свое случайное открытие. Дело было в том, что банка с жидкостью стояла в другом конце комнаты, а значит, вакуумная трубка испускала особый луч. Чтобы проверить его свойства физик начал ставить на его пути разнообразные предметы – лист бумаги, картона, стекло и даже деревянные доски. Сквозь все эти предметы луч проходил без малейших сложностей. А вот когда он поставил на пути коробку с металлическими гирями, то смог увидеть их четкие очертания.

Ученый продолжал эксперименты в течение нескольких часов, и в процессе его рука также попала в зону действия луча. То, что увидел ученый, шокировало его - он видел свою руку насквозь, а непрозрачными остались только кости.

Спустя несколько дней напряженных исследований он сделал первый в мире рентгеновский снимок, сфотографировав X-лучами руку своей жены Берты. За этим последовало еще множество разнообразных экспериментов, суть которых он раскрыл в своей научной работе, получившей большую популярность в физико-медицинском научном сообществе.

Это открытие произвело настоящий фурор, и новые лучи назвали рентгеновскими в честь их первооткрывателя. Сама ученый отнесся к своему открытию достаточно спокойно, и будучи человеком обстоятельным и последовательным, начал активно исследовать особенности и потенциальные сферы применения своего открытия. Уже через год он узнал о большинстве особенностей данных лучей. За свою работу в 1901 году Рентген получил Нобелевскую премию в области физики.

Значение открытия рентгеновских лучей

Открытие рентгеновских лучей стало мощным толчком для развития медицины. На основе исследований Рентгена появилось еще одно ответвление науки, под названием рентгенология, занимавшаяся диагностикой заболеваний по снимкам. Начиная с определения переломов, исследователи смоли определять множество разнообразных заболеваний. А с развитием онкологических заболеваний рентгеновские лучи стали использоваться не только для поиска злокачественных новообразований, но и для их лечения.

Стоит также отметить, что открытие Рентгена оказалось настолько значимым и важным, что и по сей день, данные лучи используют во многих сферах жизни. Их активно применяют в ювелирном деле для определения подлинности драгоценных камней, в искусстве с их помощью можно быстро отличить подлинник от подделки. Важнейшую роль рентгеновские лучи играют в вопросах безопасности, ведь с их помощью на таможенных зонах и в аэропортах стало намного проще анализировать содержимое большого количества багажа на предмет оружия или взрывчатки. Также эти лучи применяются во многих сферах промышленности и науки, благодаря чему открытие Вильгельма Рентгена заслуженно можно считать одним из самых значимых достижений всех времен в области физики.

Изобретение рентгеновского излучения позволило сделать гигантские шаги как в развитии медицины, так и в научном прогрессе вообще. Вряд ли кто-то видел в мальчике по имени Вильгельм Конрад Рентген неординарную личность и будущего большого ученого. Он родился в 1845 году в Германии, недалеко от Дюссельдорфа. История говорит, что учеба в школе не давалась ему легко. Его исключили из неё и он так и не получил аттестат зрелости.

Вильгельм Конрад Рентген

Однако это не остановило любознательного молодого человека. Рентген стал сам изучать те науки, которые были ему интересны. Он стал посещать лекции Утрехтского университета. Известный учёный-физик Август Кундт обратил внимание на старательного студента и предложил ему быть ассистентом. И вот уже спустя несколько лет, молодой Рентген становится профессором в Страсбурге. Ещё позже, в 1894 году, ему предложили место ректора Вюрцбургского университета. Параллельно с ректорской работой он занимается и научной.

Научная случайность

Эту находку называют случайностью. Однако это не так. Только талантливый учёный смог бы увидеть в этой случайности новое открытие.

В 1894 г. Рентген занимался экспериментальной работой, исследуя электрический разряд в стеклянных вакуумных трубках. В 1895 году 8 ноября он изучал свойства катодных лучей. Уже стемнело, он стал собираться домой, выключил свет. И увидел, что экран из синеродистого бария, за которым находилась катодная трубка, светится. Это было странно, ведь электрический свет не мог заставить его светиться, катодная трубка закрыта картонным чехлом, но, как оказалось, не выключена. Он выключил трубку – свечение исчезло.

Так было выяснено, что свечение экрана было вызвано определенным светом, исходящим от катодной трубки.

При этом ни картонный чехол, ни метровый слой воздуха между ними не явились преградой для излучения. Это явление не могло не заинтересовать ученого. Он стал проверять способность этого излучения проходить сквозь разные предметы и материалы. Одни пропускали их, другие нет. То есть, некоторые вещества отражали эти лучи, другие частично, а иные не отражали совсем. Он назвал эти лучи Х-лучами. После этого ещё около 50 дней учёный работал, исследуя эти лучи. Он доказал, что именно катодная трубка излучает подобные лучи.

Случайно или нет, он подставил под лучи свою руку и увидел изображение костных структур кисти. Оказалось, что мягкие ткани кисти хорошо пропускали свет нового излучения, а костные структуры, наоборот, как и металл, оказались совершенно непроницаемы для лучей.

Первый известный рентгенологический снимок, который вошёл в историю, стал снимок руки супруги ученого. 28 декабря 1895 г. он описал свое открытие. Рукопись «О новом виде лучей» заняла 30 страниц. Рентген отправил её нескольким ученым физикам в Европе. Представил свое открытие и на суд Вюрцбургского физико-медицинского общества. Его открытие сразу заинтересовало мир ученых. Физики назвали новые обнаруженные лучи рентгеновскими, в честь их открывателя.

Исследования излучения продолжались. В 1896 г. Рентген в своём втором сообщении подробно описывает разные свойства обнаруженных и описанных им ранее лучей, а также проведенные с ними опыты. Он написал об их ионизирующем воздействии, о возбуждении разными телами. Описал изменения, внесенные им в строение катодной трубки.

1901 году за открытие новых лучей ученый Вильгельм Рентген получил Нобелевскую премию, которую сразу передал своему университету. Рентген не оформил на себя патент на своё открытие, подарив его человечеству. Он прожил 78 лет. Большую часть своей жизни он трудился и сделал ещё немало для науки.

К сожалению, о вредном для организма человека воздействии рентгеновского излучения стало известно позже.

Оказалось, что физики, постоянно работавшие с этими лучами и не применявшие никакой защиты, обнаруживали у себя тяжелые лучевые ожоги и прочие проявления лучевой болезни. Понятие о величине безопасной дозы излучения для человека и защиты от него было определено позже.

Новые открытия с помощью рентгеновских лучей

Дальнейшие исследования лучей привели к новым научным достижениям. Одним из них стало открытие радиоактивности.

Дифракция рентгеновских лучей

Другими учёными были открыты новые свойства этих лучей. Чарльз Баркл в 1917 г. получил Нобелевскую премию за свой труд о возможности измерять рассеянные лучи, применяя лучи рентгена при разряжении наэлектризованных тел. В 1914 г. Лауэ получил её за исследование дифракции лучей. В 1915 г. ученые отец и сын Брэгги стали обладателями этой премии за точное определение межатомного расстояния в кристаллах с использованием рентгеновских лучей.

Применение рентгеновских лучей

Первоначально особенности этого излучения были востребованы только в медицине. Уже через год рентгенологические лучи получили широкое распространение в травматологии и ортопедии.

Благодаря этим лучам, можно выяснить особенности и дефекты внутреннего строения желудка и всего ЖКТ. Так, учёный Ридер из Германии, выяснил, что если дать выпить больному кашицу с непроницаемым для рентгеновских лучей барием, то, будучи хорошо видным на снимке, он покажет все изгибы заполненного им внутреннего просвета ЖКТ и его дефекты. Также можно определить время, за которое барий покидает разные отделы ЖКТ, и судить, таким образом, о скорости его перистальтики.

Лучевая терапия широко применяется сегодня как метод лечения онкологических патологий.

Сферы применения рентгеновских лучей разнообразны

Позже рентгеновские лучи нашли своё применение и в других областях. Свойства рентгеновского света помогают установить подлинность картин, драгоценных камней, определять на таможне запрещённые к провозу предметы, не открывая чемоданов. Кроме того, оказалось, что благодаря свойствам рентгеновского света, лучи помогают заглянуть глубоко внутрь кристаллов, определять их особенности.
История развития и использования рентгеновских лучей не остановилась и на этом. Позже, возникла наука рентгеноастрономия. Оказалось, что процессы, происходящие на новых звёздах, тоже формируют интенсивные рентгеновские лучи. Изучая разные особенности излучения, ученые судят о происходящих на звёздах процессах.

Испускаются при участии электронов, в отличие от гамма-излучения, которое является ядерным. Искусственно рентгеновское излучение создается путем сильного ускорения заряженных частиц и путем перехода электронов с одного энергетического уровня на другой с высвобождением большого количества энергии. Устройства, на которых можно получить - это рентгеновские трубки и ускорители заряженных частиц. Естественными источниками его являются радиоактивно нестабильные атомы и космические объекты.

История открытия

Оно было сделано в ноябре 1895 года Рентгеном — немецким ученым, который обнаружил эффект флуоресценции платино-цианистого бария во время работы катодолучевой трубки. Он описал характеристики этих лучей довольно подробно, включая способность проникать сквозь живые ткани. Они были названы ученым икс-лучами (X-rays), название "рентгеновские" прижилось в России позднее.

Чем характеризуется этот вид излучения

Логично, что особенности данного излучения обусловлены его природой. Электромагнитная волна — вот что такое рентгеновское излучение. Свойства его следующие:

Рентгеновское излучение - вред

Разумеется, в момент открытия и долгие годы после того никто не представлял себе, насколько оно опасно.

К тому же, примитивные устройства, продуцирующие эти электромагнитные волны, в силу незащищенной конструкции создавали высокие дозы. Правда, предположения об опасности для человека этого излучения ученые выдвигали и тогда. Проходя сквозь живые ткани, рентгеновское излучение оказывает биологическое действие на них. Основным влиянием является ионизация атомов веществ, из которых состоят ткани. Самым опасным этот эффект становится по отношению к ДНК живой клетки. Последствиями воздействия рентгеновских лучей становятся мутации, опухоли, лучевые ожоги и лучевая болезнь.

Где применяются икс-лучи

Медицина. Рентгенодиагностика — “просвечивание” живых организмов. Рентгенотерапия — воздействие на опухолевые клетки.
Наука. Кристаллография, химия и биохимия используют их для выявления строения вещества.
Промышленность. Выявление дефектов металлических деталей.
Безопасность. Рентгеновское оборудование применяют для обнаружения опасных предметов в багаже в аэропортах и других местах.