ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І отримуй щотижневі новини науки і технологій

    Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

    Читати

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Повідомлення успішно надіслано

    Для пошуку
    введіть назву запису
    Наука — 26.02.20
    Ілюстрації: Каталіна Маєвська
    Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
    Ctrl+Enter.
    Людина Х: дослідження Івана Пулюя

    Найпоширеніший міф про Івана Пулюя – буцімто це він, а не Рентґен, насправді відкрив невидимі промені, відомі тепер як рентгенівські або Х-промені. Хибність цього міфу показують публікації самого Пулюя. Проте за місяць після публікації Рентґена про своє відкриття (публікація вийшла на початку січня 1896 року, але подана до журналу 28 грудня) Іван Пулюй встиг провести цілу низку дослідів, і вже 13 лютого опублікувати їхні результати у «Доповідях Віденської академії наук». До 175-річчя вченого, яке відсвяткували цього року, публікуємо український переклад цієї статті.

     

    Більше про те, чим жив і що робив Іван Пулюй, читайте тут.

    ПРО ВИНИКНЕННЯ РЕНТГЕНІВСЬКИХ
    ПРОМЕНІВ ТА ЇХНЮ ФОТОГРАФІЧНУ ДІЮ

    Über die Entstehung der Röntgenstrahlen und ihre
    photographische Wirkung

    проф. І. Пулюй

     

    В. Рентґен повідомив, що відкрив невидимі промені; їхня фотографічна дія викликала жвавий інтерес у широких колах науковців. Він відзначив, що, за результатами експериментальних спостережень, стінки розрядної трубкиЕлектровакуумна або газорозрядна трубка – трубка, наповнена дуже розрідженим газом (максимально близьким до вакуума, наскільки це було можливо в ті часи) і підключена до електрики за допомогою двох електродів., на які падали видимі катодні променіКатодні промені або електронні пучки — потоки електронів з катода електровакуумного приладу., флуоресціювали найбільше, і їх слід розглядати як джерело, з якого нові промені розходяться у всіх напрямках (тобто Рентґен на базі спостережень припускав, що нові невидимі промені виходять з того місця скляної поверхні трубки, на яке падає пучок катодних променів – прим. ред.).

     

    Це припущення базується на спостереженні, що коли катодні промені всередині розрядного апарата відхиляти за допомогою магніту, то нові невидимі промені ззовні апарата також виходять з іншого місця, а саме, з місця, куди падають видимі катодні промені. Крім того, за даними В. Рентґена, такі промені спостерігаються не тільки в склі, а і в алюмінії, як він виявив, коли обгорнув апарат алюмінієвою пластинкою завтовшки 2 мм.

     

    Щоб експериментально перевірити припущення В. Рентґена щодо місця виникнення нових променів, я скористався їх широким розходженням після виходу з апарата і спробував знайти місце їхнього виходу графічно за розміром тіні, яку залишало на фотопластинці залізне кільце заввишки у 20 і завтовшки в 11 мм. Внутрішній діаметр 56 мм, зовнішній діаметр 79,2 мм.

    Для цих дослідів використовувалась розрядна трубка (рис.1), розташована симетрично відносно металевого кільця r2 на заданій відстані. Діаметр кулі розрядної трубки становив 82 мм, а відстань катодаКатод – Електрод певного приладу, приєднаний до негативного полюсу джерела струму. a від анодаАнод – електрод, від якого в газі чи електроліті напрямлений струм. b – 160 мм. Анод b розташований навпроти катода, хоча за високого ступеня розрідження, який в цьому випадку був потрібний, видимі катодні промені, всупереч припущенню КруксаВільям Крукс – британський хімік і фізик, досліджував катодні промені до Пулюя., поширюються виключно в напрямку анода, і, як показав експеримент, на боці катода, який був відвернутий від анода, промені В. Рентґена майже не з’являлися (Крукс у своїх доповідях стверджував, що катодні промені у вакуумі рухаються від катода по прямій лінії, незалежно від позиції анода – прим. ред.).

     

    Якщо нові промені проходять нормально (перпендикулярно – прим. ред.) до поверхні скляної сферичної посудини (газорозрядної трубки – прим. ред.), нижня частина якої сильно фосфоресціює, то металеве кільце, непрозоре для нових променів, на фотографічній пластинці має давати таку кільцеву тінь “ssnn“, немов промені виходять із центру m кулі.

     

    Враховуючи висоту r n металевого кільця та ширину ns тіні кільця, можна графічно знайти відстань від місця виходу променів до фотографічної пластинки. Якщо вершина конусу променів розташована у точці m, то припущення В. Рентґена (що промені виходять з поверхні, на яку падають катодні промені – прим. ред.) вірне. Якщо вершина збігається з катодом а на висоті 125 мм, то промені виходять з нього.

     

    З кільцем були проведені два досліди: в першому з них відстань від місця втоплення аноду до фотографічної пластинки дорівнювала 65, в другому — 101 мм. Фотопластинка була загорнута у чорну шкіру, що дуже зручно для роботи.

    Були отримані тіньові знімки (рис. 2 і 3). Слід зазначити, що внутрішній діаметр тіньового кільця (тобто відбитку тіні кільця на фотопластинці – прим. ред.) на 1,5 мм більший, ніж залізного, тому що між ним і фотографічною пластинкою був ще шар шкіри завтовшки близько 2 мм (див. рис. 2). У випадку рис. З ця розбіжність становить близько 1,2 см.

     

    Чим менша відстань розрядного апарата до залізного кільця, тим менш виразний зовнішній контур тіньового кільця. Пояснюється це тим, що промені заломлюються на верхніх краях залізного кільця і, в такий спосіб невидиме випромінювання проникає за залізне кільце (на фотопластинку під кільцем – прим. ред.).

     

    Результати графічної реконструкції з використанням зовнішніх контурів тіньового кільця в обох випадках збігаються: нові промені, схоже, виходять з середини кулі, а не з катода a, а можливо, у контексті припущення В. Рентґена, з поверхні скляної кулі саме перпендикулярно до неї.

     

    З цього можна було б зробити висновок, що фосфоресційна скляна стінка (скляна пластинка, яка світиться під дією катодних променів – прим. ред.) всередині (трубки – прим. ред.) має давати пучок майже паралельних променів. На краях пласкої скляної стінки випромінювання, згідно із принципом ГюйґенсаПринцип Гюйґенсафізичний принцип, згідно з яким будь-яка точка простору, якої досягла хвиля, є джерелом вторинних хвиль, що розповсюджуються у всіх напрямках., мало б розсіюватися. Крім того, слід було б очікувати, що увігнута фосфоресційна скляна стінка створить конічний пучок променів, що легко перевірити експериментально.

    Для перевірки припущення В. Рентґена щодо місця виходу нових променів іншим методом я скористався їхньою властивістю викликати флуоресценцію, що дозволило безпосередньо спостерігати, звідки і в якому напрямку виходять невидимі промені. Для цього була використана так звана фосфоресційна лампа, яку я сконструював 14 років тому для проєкційних цілей, і яка описана в цих доповідях. Вона має кільцевий катод (рис. 4), випромінювання від якого падає на вкритий сульфатом кальцію овальний слюдяний екран і створює таку сильну фосфоресценцію, що під час світіння цієї лампи можна читати на відстані 4 — 5 м.

     

    Якщо припущення пана В. Рентґена про місце виходу нових променів вірне, то в моїй лампі вони повинні виникати не на скляній стінці, а на фосфоресційному екрані, і бути скеровані вздовж нормалі (перпендикулярно до пластинки – прим. ред.). Далі можна було б очікувати, що невидиме випромінювання в цьому випадку буде значно сильніше, ніж у звичайних трубках, в яких тільки скляні стінки відносно слабко фосфоресціюють. Експерименти підтвердили ці очікування. Коли лампа була закрита циліндричним ковпачком з картону і нормально (перпендикулярно – прим. ред.) до поверхні фосфоресційного слюдяного екрана був розташований паперовий екран, вкритий платино-барієвим ціанідом, то сильніша флуоресцентна дія невидимих променів виявляла не лише місце їхнього виникнення, а й напрямок їхнього поширення. Можна було виразно бачити дещо затемнену смугу, нахилену відносно площини слюдяного екрана, а праворуч і ліворуч від неї — світлі флуоресцентні смуги  (див рис. 4).

     

    Коли флуоресцентний екран був встановлений вертикально відносно катода, то флуоресцентна дія була слабкою, коли паралельно — дуже сильною.

     

    Детальні дослідження розподілу інтенсивності невидимих променів за допомогою більших фотографічних пластинок показали, що промені виходять з того боку екрана, який повернуто до катода, так ніби вони відбиваються від нього згідно із законом геометричної оптикиЗакон геометричної оптики – кут відбивання дорівнює куту падіння. Однак в мене не вистачило часу для детального дослідження цього питання.

     

    У випадку звичайного навантаження ця лампа (рис. 4) забезпечує таку інтенсивність невидимих променів, що двох секунд достатньо для отримання виразного зображення; з дуже дрібними елементами потрібен значно більший час експозиції, але у кілька разів менший, ніж у випадку звичайних розрядних апаратів.

     

    Ця лампа створює майже паралельні промені і робить відносно виразні проєкційні та незатінені знімки з рельєфних та видовжених об’єктів. Тільки однорідні пластинки з однаковою товщиною дають чисті тіньові знімки.

    Нові форми фосфоресційних ламп

     

    Хоча вже згадана фосфореційна лампа створює нові промені великої інтенсивності і краще підходить для фотографічних цілей, ніж всі інші відомі мені розрядні трубки, для забезпечення рівномірного розподілу невидимих променів пропоную нові форми своєї лампи (рис. 5, 6).

    Анод з дроту розташований симетрично відносно катода і з одного боку прикріплений. Протилежна до аноду скляна стінка пофарбована сульфатом кальцію. Крім того, у кулі міститься сульфат кальцію у формі порошку для того, щоб, трясучи апарат, можна було створювати нові частинки на шляху видимих катодних променів, оскільки екран та скляні стінки під час тривалого впливу катодних променів чорніють.

    Лампи, показані на рис. 5 і 6, використовуються у випадку пульсуючого постійного струмуПульсуючий постійний струм — це струм, який змінює своє значення з плином часу, але не змінює (як змінний струм) свій напрямок.. На рис. 7 показана ще одна лампа для пульсуючого змінного струму, однак вона може використовуватись також у випадку постійного струму. Для утворення пульсуючого змінного струму за допомогою пристрою РумкорфаКотушка Румкорфа, індукційна котушка — пристрій для отримання імпульсів високої напруги. у вторинне (електричне – прим. ред.) коло слід увімкнути послідовно лампу та лейденську банку. Електроди лампи в цьому випадку діють по черзі як катоди та надсилають свої промені у кулю, яка вкрита всередині світною фарбою.

     

    Фотографічні знімки за допомогою нових променів

     

    Для перших фотографічних знімків я використовував один із описаних вище розрядних апаратів. Він схожий на зображений на рис. 1, лише анод прикріплений збоку, а на його місці закріплена пектолітова деталь, яка у тіні слюдяного екрана використовується для освітлення, хоча до неї досягають прямолінійні катодні промені.

     

    Інший апарат сферичної форми має дві додаткові трубки завдовжки близько 10 см, на кінцях яких розташовані електроди у формі дисків. Трубки розташовані на сфері і повернуті одна відносно одної на 90°. Це дозволяє отримувати катодні промені в ортогональних напрямках (під прямими кутами, перпендикулярні один до одного – прим. ред.). Перпендикулярно до обох цих напрямків у скляній кулі розташовані два відмінні за формою екрани з тонкого алюмінієвого листка. Експерименти з цією трубкою дали блискучі результати. Час експозиції залежав від розмірів об’єктів, необхідної виразності знімка, та коливався в межах 1/4 — 2 годин.

     

    З багатьох знімків, зроблених у моїй лабораторії, слід навести знімок руки дванадцятирічної дівчинки. Порівняно з відомим знімком руки, зробленим В. Рентґеном, на ньому можна побачити виразне зображення не лише кісток пальців, але й внутрішніх кісток руки, епіфізівКістковий епіфіз — закруглений, частіше розширений, кінцевий відділ трубчастої кістки, яка формує суглоб із суміжною кісткою за допомогою зчленування їх суглобових поверхонь. і верхніх частин променевої кістки та суглобів.

     

    Оскільки перші повідомлення про дивну фотографічну дію нових променів показали, що хірургія може мати користь від фотографій (того, що всередині – прим. ред.) непрозорих предметів, то я вирішив точніше визначити межі їхнього можливого використання в хірургії.

     

    Я сфотографував уражену туберкульозом руку, зламану руку тринадцятирічного хлопця, застрелену морську свинку, долоню пана з Кельна, голову юнака, в якій вже декілька років сидить револьверна куля діаметром 6 мм, причому він почуває себе добре, прострілене коліно та мертвонароджену дитину. Крім різних тварин і предметів я фотографував руки чотирьох- та дванадцятирічних дітей. В останніх випадках з використанням лампи, зображеної на рис. 4, для отримання виразних та чудових знімків досить було експозиції 7 — 8 хв. На столі руки дітей закріплювались за допомогою рядна, цілком прозорого для нових променів, та розташовувались на загорненій у шкіру фотографічній пластинці.

     

    Вражена туберкульозом рука мала вкорочену фалангу вказівного пальця, який був внаслідок цього коротшим, ніж мізинець. Хворі ділянки кісток відрізнялися від здорових за відтінком. На знімку руки зі зламаною кісткою передпліччя було виразно видно, що на стику вже виник кістковий мозоль, тоді як у променевої кістки була відсутня частина, яку вийняли з рани під час нагноєння.

     

    Револьверна куля у руці була розташована всередині верхньої частини кісток та заросла кістковим мозолем. У голові навіть за півгодинної експозиції револьверної кулі не було видно. Між головою та фотографічною пластиною була розташована ще й контрольна куля, але і її не було видно на знімку. Це свідчить про те, що використаний нами апарат не забезпечує потрібної інтенсивності променів для просвітлення голови дорослої людини. Слід підкреслити, що для отримання цього знімка використовувався не апарат, зображений на рис. 4, а інша, дуже слабка лампа.

     

    Не вдалося отримати і зображення кульок дробу в стегні ноги, тому що, як гадаю, випромінювання лампи було відносно невеликої інтенсивності та дуже розсіяне. Остання обставина свідчить про те, що малі об’єкти можна виразно сфотографувати лише тоді, коли вони розташовані близько до фотопластинки. За великої відстані від фотопластинки отримати зображення малих об’єктів не вдасться.

     

    Коли голка під час фотографування була розташована між долонею та фотопластинкою, вона давала виразне зображення, і її зовсім не було видно на знімку, коли вона була на поверхні руки.

     

    Із двох або більшої кількості знімків стороннього об’єкта, зроблених під променями з різними кутами, можна судити про його віддаленість від пластинки за виразністю зображення.

     

    Паралельні промені дають можливість отримувати виразні зображення таких дрібних об’єктів, як голка, на певній відстані від пластинки.

     

    Кульки дробу, які залишилися в тілі вбитої тварини, дали виразне зображення через невелику товщину м’яких тканин. Мертвонароджена дитина була сфотографована за допомогою старого розрядного апарата, але, за виразом проф. Чіярі, зображення кісткових утворень майже чудове. Можна було виразно побачити також хребет до голови, який лише частково лежав на пластинці, ребра грудної клітини, в якій серце та печінка давали сильніше затемнення.

     

    Причина виникнення нових променів

     

    Той факт, що тіло, яке під впливом катодних променів фосфоресціює сильніше, випромінює також і рентгенівські промені, дозволяє вже зараз висловити деякі припущення стосовно причини їхнього виникнення. Не виключено, що і нові, і видимі катодні промені все-таки виходять з катода і в дуже розріджених газах всередині скляної трубки (але не зовні її у звичайному повітрі) відхиляються магнітом. Однак мені здається дуже ймовірним, що насправді відбувається перетворення катодних променів на невидимі під час взаємодії з матеріальними об’єктами.

     

    У термінах теорії про променисту електродну речовину, надрукованої у 1881 та 1882 рр., я вважаю, що перетворення катодних променів відбуваються у наступний спосіб.

     

    Під впливом струму та високої напруги з катода вириваються матеріальні частинки (частинки матеріалу електрода та газу) та прискорюються перпендикулярно до поверхні катода. Ці частинки мають негативний статичний заряд і завдяки конвекції створюють струм між обома електродами та скляними стінками (зараз ми знаємо, що ці частинки – це електрони; електрон відкрили наступного року після публікації цієї статті, але ще у вищезгаданих статтях про променисту електродну речовину Пулюй висловлює на основі спостережень переконання, що катодні промені – це потік дрібних негативно заряджених частинок; таке припущення висловлював до нього математик і фізик Юліус Плюккер, який відкрив катодні промені, проте більшість інших науковців притримувалися інших поглядів – прим. ред.). Якщо ці матеріальні негативно заряджені частинки зустрічають стінки посудини або інші тверді тіла, то крім зіткнення матеріальних молекул відбувається також вирівнювання їхніх електричних зарядів, причому без струсу ефірних оболонок молекул. Місце зіткнення на скляній стінці або екрані стає місцем утворення ефірних хвиль, як у випадку струни або пластинки, які обдуваються безперервним потоком повітря та поширюють у всіх напрямках акустичні хвилі з різною частотою. Вкритий сульфатом кальцію екран під час зіткнення з ефірними хвилями випромінює характерне для нього світло.

     

    За тогочасними уявленнями про електрику вважалося, що всі тіла у нейтральному стані містять певну визначену кількість специфічної речовини, званої ефіром. Якщо ефіру в тілі менше за цю норму, то воно негативно заряджене, якщо більше – то позитивно. Електромагнітне випромінювання – власне світло, – вважалося хвилями ефіру. Зараз ми знаємо, що рентгенівські промені – це електромагнітні хвилі, що утворюються під час взаємодії електрона з електронною оболонкою атома, що доволі близько до пояснення, яке тут запропонував Пулюй.

     

    Поряд з видимими променями фосфоресценції виникають також невидимі промені з іншим періодом коливань (ще одне слушне припущення Пулюя, яке згодом підтвердилося – видиме світло, спровоковане катодними променями, і нове невидиме випромінювання мають одну природу і відрізняються лише за частотою. Зараз ми знаємо, що рентгенівські промені – це короткохвильове електромагнітне випромінювання з діапазоном частот між ультрафіолетовим та гамма-випромінюванням – прим. ред.). Ці промені і є відкриті паном В. Рентґеном невидимі промені. Можливо, це повздовжні (як припускав Рентґен – прим. ред.), а не поперечні коливання, як світло фосфоресценції, хоча до цього часу немає жодних серйозних підстав для таких припущень.

     

    Апріорі можна стверджувати, що тіло, в якому під впливом катодних променів легко збуджується фосфоресценція, дає також інтенсивне (рентгенівське – прим. ред.) випромінювання.

     

    Варто навести ще одне спостереження. У тому випадку, якщо вакуумні трубки без електродів, розрядні лампи, радіометри (тут йдеться конкретно про радіометр Крукса. крильчатка з чотирма лопатками, зрівноважена на голці всередині скляної колби з невеликим розрідженням. При попаданні на крильчатку світлового променя крильчатка починає обертатися, що іноді неправильно пояснюють тиском світла  прим. ред.)
    та інші вакуумні апарати розташувати на шляху рентгенівських променів, то в темній кімнаті вони виявляють розрядні явища та випромінюють тим сильніше, чим ближче розташовані до апарата. Якщо використовувати апарат, зображений на рис. 1, світіння безелектродної трубки виникає зразу, якщо b є катод. Ця обставина дозволяє зробити висновок, що електричний заряд у вакуумній трубці виникає не через апарат Румкорфа.

     

    Тут йдеться про іонізацію газів, яку викликає рентгенівське випромінювання – під впливом цих променів від атомів у молекулах газу відривається електрон, внаслідок чого утворюються заряджені частинки – іони. Тоді ще не був відомий електрон, тож суть цього явища Пулюй не міг пояснити, але він перший у своїй статті фіксує явище виникнення електричного заряду у розрідженому газі під дією нового випромінювання, що, як ми тепер знаємо, викликається іонізацією.

     

    Статті
    Промо
    Проєкт інтелект. Воєнний сезон. Епізод 5: NFT та Україна

    Чи можна написати «Проєкт інтелект» на гривні й продати за мільйони доларів як NFT?

    Людина
    Від батька до сина: що таке генеалогія і як досліджувати свій рід

    Що таке ДНК-генеалогія і як далеко кожний з нас може просунутися у вивченні свого роду?

    Наука
    Екологічно чиста отрута: уривок з книжки «Зоологічна екскурсія супермаркетом»

    Чому краще утриматися від «дикого» промислу морепродуктів, особливо у водоймах, де цвіте вода?

    Наука
    Передумови приходу диктаторів до влади: Італія, Німеччина, РФ

    Що стало передумовами приходу диктаторів до влади на прикладі фашистської Італії, нацистської Німеччини та путінської росії? Розповідає співавтор і ведучий каналу «Історія Без Міфів» Владлен Мараєв.

    Людина
    Як кожен з нас може подякувати військовим і допомогти їм з адаптацією

    Як змінюється світосприйняття військових і що ми можемо зробити, аби висловити їм вдячність і допомогти в адаптації до мирного життя?