ФІЗИКА - Золота колекція рефератів - 2018

РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

Кінець XIX ст. відзначений найбільшим відкриттям Вільгельма Конрада Рентгена, то вказало нові напрямки у вивченні електричних явищ, які обумовлюють появу й існування життя.

Становить інтерес сам процес цього відкриття. Працюючи в грудні 1895 р. з розрядною трубкою, біля якої знаходився флуоресціюючий екран (що світиться в певних умовах), покритий платиносинеродним барієм, Рентген виявив світіння екрана. Будучи допитливим дослідником, він відразу накрив розрядну трубку чорним чохлом — світіння екрана не припинилося. Після кількаразових повторних спостережень Рентген дійшов висновку, що світіння викликається не відомими до того променями, які він назвав ікс-променями, невидимими для ока. Світіння цих променів він виявляв через перешкоди: колоду карт, книгу завтовшки до 1000 сторінок, ялинову дошку завтовшки 2-3 см, алюмінієву пластину завтовшки до 15 мм. І головне, що він писав про це явище: «Якщо тримати між розрядною трубкою й екраном руку, то видно обриси контурів кісток руки. Промені діють на фотографічну пластину й можна зробити знімок руки, користуючись пластиною, поміщеною в касету або товстий папір».

Рентген зазначає, що новий рід променів відрізняється від ультрафіолетових, катодних променів і світлових, інфрачервоних, хоча деяка спорідненість між всіма цими променями існує.

Відкриття Рентгеном «нових променів» викликало загальний інтерес, про що свідчать численні публікації в газетах і наукових журналах. У багатьох лабораторіях усього світу почалася успішна перевірка відкриття Рентгена й дослідження можливості створення рентгенівського апарата. Особливо великий інтерес до нового випромінювання виявили лікарі. Саме цим можна пояснити винятковий прогрес у розвитку джерел випромінювання й приладів-реєстраторів.

Що ж відкрив Рентген? Він виявив, що якщо через скляну трубку з двома впаяними електродами, з якої викачане повітря до тиску близько 10^-3 Па, пропустити електричний струм, то з неї виходять особливі, невидимі для ока промені. Виявилося, що ці промені мають чудові властивості. Більшість властивостей цих променів, названих згодом рентгенівськими, були вивчені самим Рентгеном і описані в його перших трьох роботах в 1895-1898 р. Ним також були вказані ті безпосередні практичні напрямки, у яких ці промені можуть використовуватися. Найголовніші властивості рентгенівських променів такі.

Це насамперед сильна проникна здатність. Усі тіла виявилися прозорими для рентгенівських променів. Прозорість різних тіл для цих променів різна й для того самого тіла залежить від його товщини. Жодне тіло не є для рентгенівських променів повністю прозорим: частина енергії рентгенівських променів при проходженні шару тіла будь-якої товщини поглинається ним, і пучок променів, що пройшов через такий шар, матиме меншу інтенсивність, ніж той, що падає на цей шар. Завдяки цій властивості рентгенівські промені набули широкого застосування в медицині при просвічуванні хворих для визначення стану внутрішніх органів, перелому кісток, присутності сторонніх предметів, а також у промисловості при дослідженні металевих виливків на наявність раковин і тріщин, при дослідженні зварених швів тощо.

Рентгенівські промені мають здатність викликати світіння деяких тіл. Наприклад, картон, покритий подвійною піаністок» сіллю барію й платини, світиться під дією рентгенівських променів жовтувато-зеленим світлом. Якщо між рентгенівською трубкою й екраном помістити яке-небудь неоднорідне тіло, наприклад, руку, то кістки руки затримають промені сильніше, а м’язи — слабкіше, і на екрані вийде тінь кістяка п’ясті руки, тому що в тих місцях екрана, куди падає менше енергії променів, світіння буде слабкішим.

Рентгенівські промені діють на фотографічну пластинку. Подібно до променів світла, вони викликають її почорніння. Ця властивість дозволяє фотографувати ту тіньову картину, що виходить при просвічуванні досліджуваних тіл.

Характеризуються вони також здатністю йонізувати гази. Ця властивість дозволяє не тільки виявляти промені, але й судити про їхню інтенсивність, вимірюючи, наприклад, виниклий йонізаційний струм.

Рентгенівські промені характеризуються біохімічною дією. Про біохімічну дію рентгенівських променів на живий організм відомо багато чого, але далеко не все. Ця властивість набула широкого застосування в медицині при лікуванні шкірних захворювань і захворювань внутрішніх органів.

Природа рентгенівських променів залишалася невідомою протягом 17 років із часу відкриття їх Рентгеном. Тільки 1912 р. удалося дослідним шляхом довести, що вони мають ту ж природу, що й промені видимого світла, тобто є електромагнітними коливаннями, але з дуже малою довжиною хвилі.

Незабаром після відкриття рентгенівських променів Рентген та інші дослідники відзначили подібність між ними й променями видимого світла. На це вказує також те, що рентгенівські промені поширюються прямолінійно, не відхиляються ні електричним, ні магнітним полями.

Але, з іншого боку, не вдалося виявити для цих променів ні відбиття від дзеркал, ні переломлення при проходженні їх через призми, тобто не вдавалося виявити

тих явищ, які властиві світловим променям і які вказують на їхню хвильову природу.

Можна було подумати, однак, що зазначені явища не можуть бути виявлені для рентгенівських променів тому, що довжина їхньої хвилі дуже мала й, отже, будь- яке дзеркало буде їх тільки розсіювати, як матове скло розсіює світлові промені. Точно так само штучні дифракційні решітки повинні бути занадто грубими для променів дуже короткої довжини хвилі. Якщо ж скористатися як дифракційною решіткою природною решіткою, яку утворюють правильно розташовані в кристалі атоми, то очікується, що при проходженні рентгенівських променів через кристал спостерігатиметься явище дифракції.

Уперше ідея про використання кристала як природної дифракційної решітки була висловлена 1910 р. професором Московського університету П. М. Лебедєвим. Однак поставлені ним досліди не були доведені до кінця у зв’язку з тим, що він пішов з університету.

Ця ідея підтвердилася дослідом, виконаним 1912 р. німецьким фізиком М. Лауе. Тонка пластинка кристала була поміщена перпендикулярно напрямку вузького пучка рентгенівських променів; за кристалом на відстані близько 40 мм розташовувалася фотографічна пластинка, поміщена в конверт із чистого наперу. Після освітлення кристала рентгенівськими променями протягом декількох годин на виявленій фотопластинці замість однієї плями, що лежить на шляху пучка рентгенівських променів, які пройшли через кристал, вийшов ряд плям, симетрично розташованих навколо основної, центральної плями. Розташування цих плям, як виявилося, залежить від роду кристала і його орієнтування щодо пучка променів. Цей результат пояснюється тим, що рентгенівські промені, розсіяні окремими атомами кристала, інтерферують між собою, подібно до світлових променів, які проходять крізь дифракційну решітку. Причому в деяких напрямках унаслідок інтерференції розсіяні промені підсилюються й дають темні плями на фотопластинці, в інших напрямках послабляються й не досягають її. Лауе запропонував також математичну теорію цього явища, що цілком відповідає дослідним результатам, і тим довів електромагнітну природу рентгенівських променів.

Це відкриття лягло в основу сучасного вчення про будову кристалічних тіл, з одного боку, і з іншого боку — в основу рентгеноскопії, тобто вимірювання довжини хвилі рентгенівських променів і вивчення рентгенівських спектрів. Украй важливий комплекс цих відкриттів і зробив революцію в медицині.

Широке застосування рентгенівських променів почалося вже в перше десятиліття, особливо воно було прогресивним у медицині. Сотні тисяч людей завдяки правильній, чіткій і своєчасній діагностиці були врятовані від недуг. Широко розвивається також рентгенотерапія, вона застосовується навіть при такому страшному захворюванні, як рак. Тисячі дослідників захоплено вивчають механізм дії цього випромінювання па живий об’єкт. Дискусії, обговорення, суперечливі думки. Багато корисного, але однозначної відповіді дотепер немає.

Звернемося до фактів. Корисне застосування рентгенівських променів є очевидним. Але очевидним є також інше — випромінювання небезпечне. Сотні лікарів і медичних працівників, які обслуговують рентгенівські установки, загинули. Ефективні захисні заходи були розроблені значно пізніше. З ініціативи й за безпосередньою участю директора Рентгенівського інституту професора Л. М Неменова 1925 р. уперше у світі були розроблені й затверджені Правила безпеки при роботах з рентгенівськими апаратами будь-якого призначення. Невиконання цих Правил прирівнювалося до карного злочину й суворо каралося. Значно пізніше такі правила з’явилися також в інших країнах. І ці заходи виправдали себе: значно знизилася кількість захворілих від впливу випромінювання при обслуговуванні рентгенівських установок.

Чому випромінювання виліковує або губить людей? Біофізиками запропонована безліч гіпотез про причини такого парадокса. Найбільш правильною видається така гіпотеза. При короткочасному опроміненні із застосуванням захисних заходів, відповідно до яких здійснюється опромінення тільки ураженої ділянки тіла й органа, змінюється динаміка електричної системи або систем на рівні зміни електрофізики елементарних частинок. Короткочасне й локальне опромінення впорядковує електрофізику елементарних взаємодій, при тривалішому опроміненні або опроміненні більшими дозами відбувається її порушення без подальшого відновлення. Результати дослідження фізики взаємодії опромінення з біооб’єктом є підбадьорливими. І проблема наукового обгрунтування захисних заходів і методів лікування буде вирішена. А поки неухильне виконання організаційних медико- технічних заходів і нагромадження досвіду вилікування дозволяють застосовувати рентгенівське випромінювання там, де воно перевірене показаннями. Відзначимо хоча б одну галузь. Установлено, що стерилізація рентгенівськими променями повітря від шкідливих бактерій, застосовувана в післяопераційний період, підвищує ефективність вилікування хворого.

Перераховані вище галузі застосування рентгенівського випромінювання представляють найменшу частину нового наукового напрямку у вивченні впливу електрики на важливі пронеси життєдіяльності людини. Майбутнє покаже, що це — один з напрямків пошуку відповіді на питання, що таке живе й неживе.