Рентгеновские лучи: история открытия и применения

Министерство образования Российской Федерации

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химии

Реферат по дисциплине Концепция современного естествознания

На тему Рентгеновские лучи: история открытия и применение

Выполнил студент 024 группы	Е.О. Спицына
Проверил	Г.Г. Охотникова
Реферат выполнен с оценкой ____________

Благовещенск 2003

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

8 ноября 1895 г. профессор университета баварского города Вюрцбурга на юге Германии Вильгельм Конрад Рентген (1845–1923) впервые наблюдал, неизвестные ранее лучи, проникающие через непрозрачные преграды. Затем на собрании Вюрцбургского физико-медицинского общества 28 декабря 1895 года ректор Вюрцбургского университета 50-летний Вольфганг К. Рентген впервые сообщил о новом роде лучей, открытых им 8 ноября 1895 года, а также о первых результатах исследования их свойств.

Он установил, что вакуумная трубка, обернутая в черную бумагу, при включении высокого напряжения испускала неизвестные ранее лучи, которые засвечивали фотоматериалы (также завернутые в черную бумагу) и заставляли светиться флюоресцирующие вещества. Лучи проходили не только через бумагу, но и через книгу, деревянный ящик и листовой алюминий. Они давали теневые изображения различных предметов в деревянной и бумажной упаковке и, что произвело наиболее сильное впечатление - Рентген увидел изображение скелета своей руки, помещенной между упакованной в черную бумагу трубкой и флюоресцирующим экраном /3/.

Пожалуй ни до, ни после Рентгена ни одно физическое открытие не вызвало столь мощного резонанса не только в Германии, но и во всем мире. Интерес возбудили уже первые фотографии, которые сделал Рентген еще до своего первого доклада. Это были изображения буссоли, деревянного ящика, в котором были видны находящиеся внутри разновесы, и, наконец, самая знаменитая - фотография левой руки госпожи Рентген, сделанная 22 декабря 1895 года.

Повсюду говорили о новых лучах. Открывший их был героем дня, предметом удивления и почитания, жертвой шуток и карикатур. Уже в середине января Рентген был вызван ко двору в Берлин. Перед кайзером и придворным обществом он сделал сообщение о своих лучах и показал некоторые опыты. 23 января 1896 года он выступал в переполненном зале своего института в Вюрцбурге перед Физико-медицинским обществом. В заключение почтенный почти 80- летний анатом Альберт фон Келликер под аплодисменты собравшихся предложил в будущем вместо «Х-лучи» говорить «рентгеновские лучи». Однако Рентген неизменно придерживался ранее избранного им названия Х-лучи, которое и получило распространение в англоязычных странах. В Германии и России используется название «рентгеновские лучи».

Физики во многих лабораториях тотчас подтвердили опыты Рентгена. Одновременно в европейских и американских журналах появилось большое число публикаций сенсационного характера, порой курьезные. Так одна лондонская фирма начала рекламировать белье, защищающее от Х-лучей, а в сенат одного из американских штатов был внесен законопроект, требующий запретить применение Х-лучей в театральных биноклях.

Научные издания откликнулись на появление рентгеновских лучей беспримерным числом публикаций. В 1896 году вышло более 50 книг и 1000 статей, посвященных открытию Рентгена.

В то же время сам Рентген, продолжая работать над исследованием своих лучей, подтвердил сложившуюся к тому времени среди физиков репутацию крупнейшего экспериментатора (о других его работах см. ниже). В трех небольших статьях, опубликованных на протяжении одного года после первого сообщения, дано настолько исчерпывающее описание свойств рентгеновских лучей, что сотни работ, последовавшие затем в течение 12 лет, не смогли ни прибавить, ни изменить чего-либо существенного. И это несмотря на то, что среди авторов было не мало выдающихся физиков.

Рентген первый осознал практическую важность своего открытия. Фотоснимок руки определил блестящую судьбу рентгеновских лучей в медицине. В первом опубликованном сообщении он также обратил внимание на применимость лучей для контроля качества изделий и материалов. В третьем сообщении в подтверждение этого приведен снимок двустволки заряженной патроном; при этом более отчетливо были видны внутренние дефекты оружия. Вскоре рентгеновские лучи начали применяться в криминалистике, искусствоведении и других областях /4/.

1. Биография В.К. Рентгена

В. Рентген стал автором своего открытия в возрасте 50 лет, занимая пост ректора Вюрцбургского Университета и имея репутацию одного из лучших экспериментаторов своего времени. Краткая его биография такова. Родился 27 марта 1845 года близ Дюссельдорфа. Отец был состоятельным торговцем и владельцем фабрики сукна, мать - умная и разбирающаяся в делах женщина, была родом из Амстердама. Детские годы Рентгена в связи с переездом семьи прошли в Голландии. Известно, что он был исключен из школы и не смог получить аттестат зрелости. Поэтому путь в высшую школу был для него закрыт. Вначале в качестве вольнослушателя он посещал естественно-научные лекции в Утрехтском университете. Затем изучал машиностроение в Высшей технической школе в Цюрихе, где впоследствии стал учеником известного физика Августа Кундта.

В 1870 г. в возрасте 25 лет вместе с А.Кундтом, в качестве его ассистента В.Рентген переходит в Вюрцбургский университет, который спустя еще 25 лет станет местом его триумфального открытия. Однако в то время успешной карьере его в Вюрцбурге все еще мешало отсутствие аттестата об окончании школы. В 1872 г. опять вместе с Кундтом он переезжает в Страсбург, где в 1974 году получает право на преподавание несмотря на отсутствие аттестата зрелости. На следующий год Рентген становится профессором физики и математики в Гоенгейме, а через год возвращается в Страсбург уже в качестве экстраординарного профессора математической физики /2/.

То, что Рентгену доверили этот предмет, показывает, что его уровень соответствовал теоретическим требованиям физической науки того времени. Он, конечно, не был физиком - теоретиком в собственном смысле, и вся его любовь была отдана экспериментальному исследованию, но необходимыми физику математическими средствами он владел свободно. Подобно Фарадею, Рентген обладал способностью представлять содержание физических теорий в осязаемо наглядных формах. По словам А.Зоммерфельда, он не нуждался в «математическом костыле». В его рукописях формулы встречаются редко /9/.

В 1879 году Рентген получил кафедру экспериментальной физики в университете Гиссена. Только теперь в 34 года он получил возможность самостоятельно заниматься экспериментальной физикой. Охотнее всего Рентген работал с простыми приборами. С их помощью он достигал результатов высочайшей точности. Подобно Герцу, Маху, Оствальду и другим естествоиспытателям уходящего Х1Х он обладал высокоразвитыми ремесленными навыками. Он отлично умел строить сам аппараты, необходимые для исследования и преподавания. При этом он изобрел немало приспособлений, о которых сообщал в специальных публикациях. Так, например, на протяжении десятилетий в физических лабораториях платинированные стаканы паялись по инструкции, составленной Рентгеном.

Рентген всю жизнь высоко ценил ремесло и как развлечение, и как противовес умственному труду. Ему казалось преимуществом то, что радость успеха здесь не заставляет себя ждать. «Я всегда находил, - писал он в последние годы, - что механическая работа именно в то время, когда дух занят менее приятными вещами, может принести настоящее удовлетворение. Всегда сразу видишь готовый и желаемый результат своих усилий, а в духовной области это далеко не всегда происходит так быстро».

Всего за время своей более чем пятидесятилетней деятельности Рентген опубликовал около 50 научных работ. Они посвящены довольно широкому кругу вопросов - жидкости, растворы, газы, кристаллы, магнетизм, пьезо- и пиро-электричество, электро- и пьезо-оптические свойства. По свидетельству его ученика А.Ф.Иоффе каждая работа печаталась только тогда, когда результаты ее Рентген считал совершенно законченными. Значительная часть работ носила измерительный характер. Причем всегда он стремился к наивысшей точности. «Многие его измерения оставались рекордными и через 40 лет ( с / с , сжимаемость и др.). Однако этой точности он добивался не усложнением аппаратуры и многочисленными поправками (подобно, например, Реньо), а применением нового, целесообразно продуманного метода, который в корне устранял важнейшие ошибки и позволял получать новые результаты при помощи простых, часто самодельных приборов, отвечающих его вкусу, как он сам выразился в одной из своих заметок» /7/.

Имя Рентгена вошло в историю физики благодаря еще одному открытию, которое он сделал в годы пребывания в Гиссене, еще до своего возвращения в Вюрцбург. Речь идет о классическом опыте Рентгена - демонстрации тока, возникающего при движении диэлектрика в электрическом поле. Лоренц назвал его Рентгеновским током, и так он и вошел в физическую терминологию и литературу, как важное подтверждение электродинамики Фарадея - Максвелла - Лоренца.

Три работы, выполненные Рентгеном в 1895-1896гг по исследованию невидимых лучей, то есть в совершенно новой области, дают хорошее представление о методах его работы. В них содержится огромное количество материала. Они позволили составить весьма стройное представление о свойствах рентгеновских лучей (или, в современной терминологии, - об особенностях их взаимодействия с веществом), которое, как упоминалось выше, просуществовало без всяких добавлений 12 лет, несмотря на большое число работ по рентгеновским лучам, появившихся за это время. Вот некоторые результаты классических работ Рентгена:

1. Отражение и поглощение. Рентген заметил, что лучи не отражаются заметно даже от хорошо полированных поверхностей. Можно было, однако, думать, что разница (по сравнению со светом) здесь только количественная: коэффициент отражения лучей очень мал. Но вместо того, чтобы улучшением измерительных приборов измерить эту малую величину, Рентген устанавливает, что истолченное в порошок и цельное вещество одинаково прозрачны для рентгеновских лучей; отсюда следует, что многочисленные поверхности отдельных зерен истолченного тела отражают и рассеивают лучей не больше, чем внутренность целого тела. Рентген дает совершенно точное описание рассеяния и поглощения лучей, сравнивая тело с комнатой, полной табачного дыма, сквозь которую проходит луч света. Каждый атом внутри тела и на его поверхности рассеивает лучи одинаково и тем сильнее, чем больше его атомный вес. Рентген ставит вопрос, идентичны ли рассеянные лучи с первичными и совершенно правильно предполагает, что, наряду с отклоненными первичными лучами, появляются еще другие, всегда более мягкие лучи, создаваемые атомами рассеивающего тела. Сама характеристика жесткости лучей по их поглощаемости, сохранившаяся и после открытия Лауэ, наряду с количественной спектроскопией, принадлежит Рентгену.

2. Ионизация. Рентген обнаружил эффект разрежения наэлектризованного тела под влиянием лучей и сейчас же установил, что главную роль в этом явлении играет ионизация воздуха. Лучи, проходящие мимо наэлектризованного тела разряжают его так же, как и лучи, прямо на него падающие. Однако и этот эффект можно приписать вторичным лучам, вызванным в воздухе и попадающим на тело. Рентген показывает, что если засосать через длинную трубку освещенный лучами воздух, то он сохраняет способность разряжать заряженное тело. Поместив на пути ионизированного воздуха в трубке ватную пробку, можно лишить воздух его способности снимать заряды с тел. Чтобы удостовериться, что причина этого явления лежит в соприкосновении ионизированного воздуха с поверхностями пор в вате, а не в замедлении движущегося в трубке воздуха, Рентген помещает ту же пробку в такое место трубы, через которое воздух проходит еще до ионизации (по другую сторону освещенного лучами участка трубы). Движение воздуха в трубке замедляется одинаково, куда бы ни поместить пробку, между тем как разряжающая способность сохраняется только в том случае, если ионы не соприкасались с ватой.

3. Первые же опыты с лучами приводят Рентгена к правильной конструкции трубки: наклонный платиновый антикатод, вогнутый алюминиевый катод. Сделанные им тогда же снимки являются образцами экспериментального искусства. Так, он получил, например, изображение надписи, выгравированной на стволе охотничьего ружья: предельное достижение и для современной рентгеновской техники.

4. О необыкновенном экспериментальном чутье Рентгена свидетельствуют его настойчивые попытки обнаружить эффект, через 17 лет открытый Лауэ. Установив, что лучи рассеиваются каждым атомом, Рентген заключает, что при правильном расположении атомов, имеющем место в кристалле, рассеяние и поглощение должны зависеть от направления. Он ищет это явление в обстановке, весьма напоминающей опыты Лауэ и Фридриха, но только с фотографической пластинкой, прижатой к кристаллу. Более тонких представлений о дифракции или интерференции у него быть не могло, так как волновая природа лучей не была известна. Но и основные соображения Рентгена настолько убедительны, что в каждой из 3 работ он повторяет свою уверенность в существовании эффекта, несмотря на то что все его попытки дали отрицательный результат. Если бы даже и случай, столь благоприятствовавший ему в открытии лучей, заставил Рентгена поставить фотографическую пластинку на правильное место, то все же при малой мощности тогдашних трубок он вряд ли мог бы обнаружить искомый эффект. Ведь и первые опыты Фридриха, знавшего, что он ищет, дали отрицательный результат, и только наугад поставленная Книппингом на пути лучей фотографическая пластинка привела к открытию Лауэ. В 1895 и 1896 гг. не было еще почвы для нового открытия, но Рентген знал, где его искать.

Следует отметить, что все это исследование в совершенно новой области было проведено самыми элементарными средствами: единственный «прибор», которым пользовался Рентген,- это электроскоп с листочком. Для изучения каждого свойства лучей им были придуманы новые чрезвычайно остроумные методы, не раз затем использованные в самых различных случаях.

Четыре года спустя после своего открытия Рентген принимает предложение перейти в Мюнхенский университет, где он оставался до конца своей жизни 10 февраля 1923г. Он был директором Физического института университета и одновременно руководил Государственным физико-метрономическим собранием /7/.

2. История открытия рентгеновских лучей

Очевидцев открытия Рентгена не было. Сам он не рассказывал об истоках опыта, выполненного 8 ноября 1895 г., когда при включении обернутой в светонепроницаемую бумагу высоковольтной вакуумной трубки впервые наблюдал действие неизвестного излучения. Оно сводилось к вспышкам маленьких флуоресцирующих кристаллов, лежащих на лабораторном столе, и бледно-зеленому свечению бумажной ширмочки, покрытой платиносинеродистым барием. Один из биографов первооткрывателя, пожалуй, вернее всего отразил мотивы его дальнейших шагов. «Счастье, явившееся столь неожиданно, «великий жребий», как позднее сказал Рентген, который ему выпал, он хотел заслужить как исследователь, представив совершенно «безупречные результаты». И представил!

Перед этим четверть века он работал в физических лабораториях университетов Вюрцбурга, Страсбурга, Гисена и снова Вюрцбурга, до 1872 г. под руководством искусного физика-экспериментатора А. Кундта, потом самостоятельно. Он выполнил ряд исследований, требующих тщательных измерений свойств газов и кристаллов. По словам его ученика А.Ф.Иоффе, он «добивался большой точности... не усложнением аппарата и многочисленными поправками, а применением нового, целесообразно придуманного метода, который в корне устранял важнейшие ошибки и позволял добиваться точности при помощи простых, часто самодельных приборов» /5/.

Натолкнувшись на неизвестное явление, ученый на протяжении семи недель в полном одиночестве работал в одной из комнат своей лаборатории, изучая свойства Х-лучей. Он велел приносить себе пищу в университет и поставить там кровать, чтобы избежать сколько-нибудь значительных перерывов в работе. Сколько вздора об этом затворничестве ученого бытовало среди физиков! Только в конце своего «одиночества» (по некоторым сведениям, 22 декабря) он приоткрыл тайну, сделав снимок в Х-лучах руки своей жены Берты с обручальным кольцом, показанный наряду с другими снимками в сообщении В.Рентгена 28 декабря 1895 г. Сообщение, которое он направил на имя председателя Физико-медицинского общества Вюрцбургского университета, было незамедлительно напечатано и выпущено в свет отдельной брошюрой.

Открытие Рентгена быстро, даже по меркам современных средств обмена информацией, приобрело широкую известность. В ночь со 2 на 3 января содержание доклада Рентгена об Х-лучах стало известно редактору венской газеты «Neue Deutsche Presse», и наутро газета вышла с броским аншлагом на первой полосе огромными буквами: «СЕНСАЦИОННОЕ ОТКРЫТИЕ». А вечером 6 января телеграфом из Лондона на весь мир передавалось: «Даже шум военной тревоги не в силах был бы отвлечь внимание от замечательного триумфа науки, весть о котором докатилась до нас из Вены. Сообщается, что профессор Вюрцбургского университета Роутген открыл свет, который проникает при фотографировании через дерево, мясо и большинство других органических веществ. Профессору удалось сфотографировать металлические гири в закрытой деревянной коробке, а также человеческую руку, причем видны лишь кости, в то время как мясо невидимо». Дальше последовала лавина публикаций: только за один год свыше тысячи статей по новым лучам. Опыты с ними в течение нескольких недель были повторены в физических лабораториях многих стран /6/.

Во всех европейских столицах – Лондоне, Париже, Берлине, Петербурге и т.д. – читались публичные лекции об открытии Рентгена и демонстрировались опыты. Только в Вене австрийская полиция наложила на их демонстрацию строжайший запрет ввиду того, что в полицию «не поступало официальных сведений о свойствах новых лучей, а потому строго воспрещается производить какие-либо опыты впредь до выяснения вопроса и особого распоряжения полиции» /3/.

3. Применение рентгеновских лучей

3.1. Применение рентгеновских лучей в мире

Уже в первых опытах Рентген заметил, что открытые им лучи практически не отражаются. Он писал: «Можно заключить, что ни одно из исследовавшихся веществ не дает правильного отражения Х-лучей». Длительное время считалось, что создание эффективных рентгеновских зеркал невозможно. Углубленное исследование физики коротковолнового излучения сравнительно недавно позволило найти решение задачи путем использования многослойных отражающих покрытий. Они представляют собой структуру из множества пар чередующихся слоев нанометровой толщины с различным значением диэлектрической проницаемости, нанесенных таким образом, что период чередования слоев постоянен или изменяется по определенному закону. В этом случае даже весьма незначительное отражение от каждой границы десятков или сотен слоев зеркала благодаря отражению синфазных волн дает суммарный коэффициент отражения рентгеновских лучей в несколько десятков процентов при любых углах вплоть до нормального падения. На подложку – полированную пластинку кремния или плавленого кварца – поочередно наносятся электронно-лучевым, магнетронным или лазерным напылением слои тяжелых металлов (W, Mo, Ni, Re...) и слои легких элементов (C, B, Be, Si). С помощью зеркал с многослойными покрытиями реализуется фокусирующая и изображающая рентгеновская оптика нормального падения. Перспективы же этой оптики означают создание мощных рентгеновских лазеров, уникальных рентгеновских микроскопов, технологических установок рентгеновской литографии для производства интегральных микросхем нового поколения, а также развитие таких ветвей науки, как рентгеновская астрономия, рентгеновская голография, химический и биофизический микроанализ /3/.

Быстрее всего рентгеновские лучи проникли во врачебную практику. Уже в 1896 году они стали использоваться для целей диагностики. Физик Вилли Вин, в то время доцент Берлинского Университета, руководил такими исследованиями в Берлинском военном госпитале. Вначале новые лучи применяли главным образом для установления переломов. Но скоро сфера их применения значительно расширилась. Наряду с рентгенодиагностикой развивалась ренгенотерапия. Рентгеновские лучи начали применяться для лечения рака, туберкулеза и других болезней. Вначале была неизвестна опасность рентгеновского излучения и врачи работали без каких бы то ни было мер защиты. Поэтому очень часты были лучевые травмы. Многие физики получили медленно заживающие раны или рубцы. Сотни исследователей и техников, работавших с рентгеновскими лучами, стали в первые десятилетия жертвами лучевой смерти. Так как лучи на первых порах применяли без проверенной опытом точной дозировки, рентгеновское излучение нередко становилось губительным и для больных.

Одним из первых нашел техническое применение открытию Рентгена американец Эдисон. Он создал удобный демонстрационный аппарат и уже в мае 1896 года организовал в Нью-Йорке рентгеновскую выставку, на которой посетители могли разглядывать собственную руку на светящемся экране. После того, как помощник Эдисона умер от тяжелых ожогов, которые он получил при постоянных демонстрациях, изобретатель прекратил дальнейшие опыты с рентгеновскими лучами.

Конец ХIХ - начало ХХ века было эпохой великих открытий, приведших к возникновению новых разделов физики. Достаточно напомнить о работах Пьера и Марии Кюри, Резерфорда, Майкельсона. Несмотря на это рентгеновская физика долгое время оставалась одним из наиболее актуальных и привлекательных для молодых ученых направлений. Рентгеновские методы постепенно превратились в мощное орудие научных исследований не только в физике, но и в материаловедении, химии, биологии, медицине. Это легко проследить на протяжении истории всей науки.

Роль рентгеновских методов в современной науке и технике характеризует развитие работ по синхротронному излучению. Их в меньшей мере коснулась общая тенденция снижения финансирования науки. Во многих странах Европы, Северной и Южной Америки, Азии уже в течение 20 лет сооружаются эти дорогостоящие источники рентгеновского излучения. Общее число их уже превышает 70. Они функционируют как центры коллективного пользования и оснащаются, как правило, самой современной аппаратурой.

Говоря о современных достижениях рентгеновской физики и техники, прежде всего нужно назвать новые источники излучения - ондуляторы и вигглеры. Проходя через них, электронные пучки специализированных синхротронов генерируют мощные когерентные рентгеновские пучки. Следует также назвать новые оптические элементы - многослойные зеркала и зонные пластинки, которые используются для управления пучками и построения изображений в рентгеновских лучах. Благодаря этим достижениям, последние 10-15 лет особенно быстро развиваются рентгеновская астрономия, рентгеновская микроскопия клеток и других биологических объектов, микроанализ и другие разделы материаловедения. В США и Японии финансируются крупные программы по применению рентгеновской литографии для производства интегральных микросхем нового поколения. Наконец появились уже рентгеновские лазеры, правда лишь в «мягком» диапозоне длин волн, как правило, свыше 100 А. Пока еще это лабораторные установки и число их невелико, но работы продолжаются /7/.

3.2. Применение рентгеновских лучей в Росии

B Россию рентгеновские лучи проникли практически мгновенно. Реакцию научной общественности и учащейся молодежи на сообщение, сделанное В. Рентгеном в Вюрцбурге 28 декабря 1895 года, можно назвать молниеносной.

Вот хронология некоторых последовавших за этим событий.

5 января 1896 года - П.Н.Лебедев делает доклад о рентгеновских лучах на Собрании Общества любителей естествознания в Москве, о чем Лебедев письменно информирует Рентгена.

6 января Г.Б. Раутенфельд-Линденру и физик Г.Э. Пфлаум в Рижской городской гимназии сделали снимки верхней челюсти рыбы - пилы. Это были первые в России рентгенограммы.

12 -16 января - Н.И. Боргман и А.Л.Гершун в Петербургском университете получают отпечатки различных предметов, включая кисть человека. Результаты были оглашены на заседании физического семинара 22 января. По этому поводу газета «Петербургский вестник» от 25 января 1896 года писала: «Если бы большая аудитория Технического общества была в пять раз больше, и если бы она вмещала не тысячу, а пять тысяч человек, то и тогда в ней не досталось места всем желающим попасть на лекцию профессора Боргмана. Взрыв аплодисментов, шумные крики «ура» были наградой профессору за его сообщение, впервые научно ознакомившее нашу публику с великим открытием нашего времени». В.Рентгену была отправлена телеграмма:»Петербургская студенческая молодежь, собравшаяся в физической лаборатории санкт-петербургского университета на блестящую демонстрацию рентгеновских лучей профессором Боргманом и его ассистентами Гершуном и Скобельцыным, горячо приветствует профессора Рентгена с его открытием».

31 января в С-Петербурге вышла в свет статья В.Рентгена «Новый род лучей» в переводе И.И.  Боргмана. На титуле брошюры красовалась рентгенограмма кисти руки, произведенная на указанной выше лекции (выдержка продолжалась 10 минут).

15-16 января – П.Н. Лебедев и П.В.Преображенский в Москве наладили получение рентгеновского излучения. 17-21 января – в Физической лаборатории Московского университета и Александровском коммерческом училище были произведены снимки руки, рыбы, лягушки, костей кисти. П.Н.Лебедев совместно с ассистентом хирургической клиники приват-доцентом С.В.Березовским изготовили в физической лаборатории Московского университета снимки больных по просьбе хирурга - профессора Л.Л.Левшина. В частности, в одном случае был обнаружен кусок стеклянной бусы, а в двух других - обломок иглы.

П.Н.Лебедев отправил В.К. Рентгену письмо, датированное 20-ым января 1896 года, которое характеризует личное отношение видного русского физика к открытию рентгеновских лучей и его автору.

Помимо Петербурга, Москвы и Риги, собщения об открытии В.Ренгена были сделаны в ряде других городов. Казанский профессор Д.А. Гольдгаммер выступил с докладами 5 января и 26 января. Профессор физики Императорского университета Св. Владимира в Киеве 3 февраля опубликовал обзорную статью, в которой предсказал новому методу большое будущее. 21 февраля харьковский профессор А.К.Белоусов сделал сообщение на тему: «Результаты светописи по способу Рентгена при определении некоторых повреждений». 29 января в газете «Киевлянин» была заметка о том, что в Киевском университете в клинике профессора Л.А.Малиновского была рентгенологически точно определена игла в мягких тканях. 29 января в клинике профессора В.А. Ратимова в Военно-медицинской академии был найден обломок швейной иглы в мягких тканях руки; 30 января он был удален.

Особый исторический интерес представляет увлечение новым методом А.С.Попова. Он был тогда преподавателем минного офицерского класса в Кронштадте. При участии С.С. Колотева в январе 1896 г. он изготовил рентгеновскую трубку и начал экспериментировать с ренгенографией. Об этом было извещено в кронштадтской газете «Котлин» 2 февраля. В той же газете 6 февраля указывалось, что накануне А.С.Попов показывал прекрасные рентгенограммы простейших объектов (циркули в футляре, ключи, медали и пр.) Известно, что в 1896 г. А.С.Попов лично произвел просвечивание раненного ружейной дробью. В том же году он при содействии главного врача Кронштадтского военного госпиталя организует первый рентгеновский кабинет на флоте. Поразительно, что эти исследования А.С.Попов вел одновременно со своими знаменитыми работами по генерации и передаче радиоволн! (7 мая 1895 года он продемонстрировал свой радиоприемник, а 24 марта 1896 года передал на расстояние 250 м радиограмму «Генрих Герц».)

Другой выдающийся современник В. Рентгена, невропатолог В.М.Бехтерев 15 февраля 1896 года выступил на экстренном научном собрании врачей клиники душевных и нервных болезней Военно-медицинской академии с докладом: «Что может ожидать нервная патология и психиатрия от открытия Рентгена». «Целый ряд нервных страданий, - говорил докладчик, - обусловлен изменениями в костях черепа и позвоночника, изменениями, которые могут быть распознаны с помощью лучей Рентгена...». Отметив далее, что тела богатые фосфорнокислыми солями задерживают лучи Рентгена, он продолжал: «Поэтому можно думать, что при известных условиях удастся снять сквозь череп поверхность серого вещества, богатого названными солями». Cовсем удивительно звучат следующие слова ученого: «...инъицируя мозговые сосуды желатиной с сернокислым хинином, поглощающими лучи Рентгена, удастся, может быть, фотографировать эти сосуды ин ситу». В.М.Бехтерев в последующем был организатором первого в нашей стране нейрорентгенологического отделения в институте, носящем ныне его имя /10/.

Вслед за первыми демонстрационными опытами началось применение рентгеновских лучей в практической медицине. Уже с марта 1896 года 60- летний профессор Н.В. Cклифосовский, директор Клинического института в Петербурге стал пользоваться рентгенографией для диагностики переломов костей. Для этого больные доставлялись в Физическую лабораторию Военно-медицинской академии. В это же время в Академии была создана комиссия, в которую вошел В.М.Бехтерев и другие врачи разных специальностей. Комиссия ходатайствовала перед Военным советом об отпуске Физической лаборатории 5000 рублей для опытов с рентгеновским излучением в применении к медицинским целям. Сумма была ассигнована и к концу года в Клиническом госпитале была устроена «радиографическая лаборатория». В 1896 году в лаборатории было снято около 200 рентгенограмм. Студент Военно-медицинской академии Н.В.Вихров 24 марта 1897 года на заседании Антропологического общества продемонстрировал изобретенный им прибор для стереоскопического рассматривания рентгенограмм. В августе того же года на международном съезде врачей в Москве доцент С.С.Березовский доложил о личном опыте применения рентгенограмм во время греко-турецкой войны.

В Русско-японскую войну 1904-1905 гг. на местах военных действий при лазаретах и госпиталях были уже развернуты рентгеновские кабинеты. Во время Цусимского сражения 19 мая 1905г на прославившемся впоследствии крейсере «Аврора» по инициативе старшего врача В.С.Кравченко впервые на борту военного корабля рентгеновский метод был применен в боевой обстановке для обследования раненных.

В 1914 году в России было 142 рентгеновских кабинета в 31 городе, в том числе 50 в Петрограде. 19 декабря 1916 года в здании Московского университета прошел первый Всероссийский съезд рентгенологов, собравший 150 участников. На нем были рассмотрены проблемы гражданской и военной рентгеновской науки и практики. В результате съезда рекомендованы введение преподавания рентгенологии в вузах и запрещение врачам других специальностей производить рентгеновские исследования. Было решено созвать следующий съезд в 1917 году в Петрограде, но из-за революционных событий это не было осуществлено.

В первый же год Советской власти, решением Наркомпроса от 23 сентября 1918 года в Петрограде по инициативе крупного врача-рентгенолога М.И. Неменова, а также физиков A.Ф. Иоффе (который в 1903-1906 гг. работал в лаборатории Рентгена в Мюнхене) и Д.С.Рождественского был организован Государственный рентгенологический, радиологический и раковый институт. В этом институте планировалось параллельно с изучением терапевтических свойств рентгеновских лучей поставить физические исследования, имевшие целью перекинуть мост между физическими характеристиками излучения и их биологическим эффектом. Одновременно намечалось организовать в стране производство рентгеновских аппаратов, которые в основном в то время ввозились из-за рубежа. В 1919 г. перед зданием этого института, на улице, получившей имя В.Рентгена, еще при жизни ему был воздвигнут памятник. Он находится в Петербурге, на Петроградской стороне недалеко от площади Льва Толстого.

22 апреля 1922 года в Институте биологической физики за день до операции по извлечению пули было произведено рентгеновское просвечивание В.И.Ленину, получившему ранение в 1918 г.. Об этом говорит мемориальная доска, установленная в одном из помещений дома № 4 на Миусской площади в Москве, которое занимает сейчас Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН. В период с 1920 по 1924гг. в Киеве, Харькове, Ростове-на-Дону и Москве открываются научные и учебные заведения рентгеновского профиля. Наконец, в 1927г. в Ленинграде был организован завод «Буревестник», а в 1930 г. в Москве - Рентгеновский завод. Рентгеновская аппаратура в СССР начала производиться серийно.

Сейчас, несмотря на значительное уменьшение финансирования науки и связанное с этим резкое сокращение притока молодежи, продолжают работать научные школы и коллективы, накопившие ранее значительный опыт в области рентгеновской науки и техники. Ряд российских ученых-рентгенщиков работает в зарубежных научных центрах и занимает там ведущие позиции. В России физикой рентгеновского излучения и его применениями, поддерживая тесные международные связи, занимается насколько групп в Новосибирске, Москве, Петербурге, Н.Новгороде, Черноголовке, Троицке, Томске, Обнинске, Ростове-на-Дону и других городах. Работы финансируются Российским фондом фундаментальных исследований и Министерством науки и технической политики Российской Федерации /11/.

Один из проектов, которым руководит доктор биологических наук, профессор С.В.Савельев, объединил ученых НИИ морфологии человека и Физического института РАН. Его цель - получение объемных изображений массивных биологических объектов с субмикронным пространственным разрешением. Дело в том, что, несмотря на обширный парк существующих микроскопов, пока еще не создан инструмент, позволяющий изучать живой многоклеточный организм без его травматизации. Авторы проекта предполагают решить эту задачу, используя и развивая достижения современной рентгеновской физики.

Заключение

О важности открытия рентгеновских лучей можно судить по тому что, рентгеновским лучам обязаны такие великие открытия, как структура молекул гемоглобина, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков, ответственных за фотосинтез (премии 1962 и 1988 гг.).

Открытие Рентгена вызвало огромный интерес в научном мире. Его опыты были повторены почти во всех лабораториях мира. В Москве их повторил П. Н. Лебедев. В Петербурге изобретатель радио А. С. Попов экспериментировал с X-лучами, демонстрировал их на публичных лекциях, получая различные рентгенограммы. В Кембридже Д. Д. Томсон немедленно применил ионизирующее действие рентгеновских лучей для изучения прохождения электричества через газы. Его исследования привели к открытию электрона.

Рентген оставил о себе впечатление человека замкнутого, скромного, необычайно строгого по отношению к себе и к другим. Рентген любил работать уединенно. Его ассистент узнал об открытии рентгеновского тока лишь из протоколов Берлинской академии наук. Избрав какую-либо проблему, он работал тайком, не давая никому возможности понять методы его работы. Это объясняет, почему об истории открытия лучей известно очень мало. День открытия 8 ноября 1895 года он много раз называл точно, но процесс открытия в деталях не описан нигде.

Рентген прекрасно понимал большое научное и технологическое значение своего открытия, но ему была абсолютно чужда мысль о денежной эксплуатации своего открытия. Он считал, что результаты исследований, полученные в университетской лаборатории и на университетском оборудовании, должны свободно использоваться всеми. Он не думал об охране авторских прав и отказался от предложения Берлинского всеобщего электрического общества передать ему за высокую сумму право на использование патентов всех его будущих открытий. Рентген не одобрял шумихи вокруг своего имени и продолжал работать, не допуская никаких отклонений от того метода работы, который считал единственно приемлемым.

Сочетание в нем скромности, бескорыстности и в то же время чувства собственного достоинства отмечалось многими современниками. В письме вюрцбургского ассистента Рентгена Макса Вина рассказывается о том, как свободно - к ужасу многих сановников - чувствовал себя ученый во время доклада о своем открытии при Берлинском дворе. Много позднее, когда Рентген уже был в Мюнхене, кайзер посетил там вновь открытый отдел немецкого музея шедевров естествознания и техники. Выслушав пояснения Рентгена в физическом разделе, кайзер пытался объяснить Рентгену артиллерийский, но не мог ничего сказать, кроме общеизвестных тривиальных фраз. Рентген прямо так ему это и сказал, после чего Вильгельм, отвернувшись, немедленно ушел, оскорбленный в своей гордости военного специалиста.

По ходу своей карьеры Рентген отклонил много лестных предложений занять очень престижные должности: кафедра физики Берлинского университета (после смерти Друде), президент «Physikalisch - technische Reichanstalt» (после ухода знаменитого экспериментатора Кольрауша), академик Берлинской академии (после смерти Вант Гоффа; еще через два года это место занял Эйнштейн), издатель журнала «Анналы физики и химии» (после ухода Густава Видемана), директор Имперского физико-технического института в Берлине (первым главой которого был Гельмгольц). До перехода в Вюрцбург он отклонил подобные предложения из Йены и Утрехта.

Рентген был единственным лауреатом в истории Нобелевского фонда, который вопреки ожиданиям не читал доклада. Согласно принятой процедуре выступление Рентгена должно было состояться в течение шести месяцев после присуждения. Из письма его жены следует, что летом 1902 года он обратился в Стокгольм с просьбой назначить подходящий срок для доклада. Одна из формулировок ответного послания Шведской Академии позволила ему, однако, заключить, что, по уставу, нет обязательства читать доклад. «Мой муж не заставил повторять это себе дважды, - и ответил, что он очень благодарен за намек и охотно отказывается при таких обстоятельствах от чтения доклада.» Он считал, что все основное о своем открытии он исчерпывающе изложил в трех статьях.

В 1917 году вследствие блокады в Германии царил голод, и все население получало распределявшиеся по карточкам продукты питания. Рентген имел в Голландии много друзей, посылавших ему породовольственные посылки с маслом и сахаром. Однако, считая, что при таком положении в стране никто не должен пользоваться привилегиями, он все свои посылки сдавал государству для общего распределения. За год он потерял более двадцати килограм веса, и только когда врачи заявили, что еще месяц такой жизни приведет его к смерти, он согласился принять повышенный больничный паек.

В целом, как писал А.Ф. Иоффе, «рентгеновы лучи впервые пробили брешь во внешней оболочке атома, положили этим начало открытий атомной физики и в ходе исторического развития привели к освобождению атомной энергии».

Рентгеновская наука находится сейчас на подъеме, и нет сомнения в том, что лучи, открытые первым нобелевским лауреатом, профессором В.Рентгеном 100 лет назад, будут, как и прежде, приносить пользу и удивлять человечество своими уникальными свойствами.

Библиографический список

1. Асланов А.А. Инструментальные методы рентгеноструктурного анализа: Учебное пособие. Москва, 1983. – 288 с.

2. Астахов А.В., Широков Ю.М. Курс физики. Москва, 1980. – 360 с.

3. Гернек Ф. Пионеры атомного века, М.: Прогресс, 1974. – 189 с.

4. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Учебное пособие. Москва, 2000. – 720 с.

5. Дмитриева В.Ф. Физика. Москва, 1993. – 415 с.

6. Енохович А.С. Краткий словарь по физике. Москва, 1976. – 288 с.

7. Иоффе А.Ф., Вильгельм Конрад Рентген. Биографический очерк. Москва,1933. – 289 с.

8. Курс физики / Под ред. Лозовского. Санкт-Петербург, 2000. – 576 с.

9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учебное пособие. Москва, 1996. – 320 с.

10. Столяров С.Н., «Рентгена опыт», Физико-энциклопедический словарь, Изд-во «Cоветская энциклопедия», Москва, 1965. – 591 с.

11. Трофимова Т.И. Курс физики. Учебное пособие. Москва, 2001. – 542 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

8 ноября 1895 г. профессор университета баварского города Вюрцбурга на юге Германии Вильгельм Конрад Рентген (1845–1923) впервые наблюдал неизвестные ранее лучи, проникающие через непрозрачные преграды. Затем на собрании Вюрцбургского физико-медицинского общества 28 декабря 1895 года ректор Вюрцбургского университета 50-летний Вольфганг К. Рентген впервые сообщил о новом роде лучей, открытых им 8 ноября 1895 года, а также о первых результатах исследования их свойств.

Он установил, что вакуумная трубка, обернутая в черную бумагу, при включении высокого напряжения испускала нeизвестные ранее лучи, которые засвечивали фотоматериалы (также завернутые в черную бумагу) и заставляли светиться флюоресцирующие вещества. Лучи проходили не только через бумагу, но и через книгу, деревянный ящик и листовой алюминий. Они давали теневые изображения различных предметов в деревянной и бумажной упаковке и, что произвело наиболее сильное впечатление - Рентген увидел изображение скелета своей руки, помещенной между упакованной в черную бумагу трубкой и флюоресцирующим экраном.

Пожалуй ни до, ни после Рентгена ни одно физическое открытие не вызвало столь мощного резонанса не только в Германии, но и во всем мире. Интерес возбудили уже первые фотографии, которые сделал Рентген еще до своего первого доклада. Это были изображения буссоли, деревянного ящика, в котором были видны находящиеся внутри разновесы, и наконец самая знаменитая - фотография левой руки госпожи Рентген, сделанная 22 декабря 1895 года.

Повсюду говорили о новых лучах. Открывший их был героем дня, предметом удивления и почитания, жертвой шуток и карикатур. Уже в середине января Рентген был вызван ко двору в Берлин. Перед кайзером и придворным обществом он сделал сообщение о своих лучах и показал некоторые опыты. 23 января 1896 года он выступал в переполненном зале своего института в Вюрцбурге перед Физико-медицинским обществом. В заключение почтенный почти 80- летний анатом Альберт фон Келликер под аплодисменты собравшихся предложил в будущем вместо "Х-лучи" говорить "рентгеновские лучи". Однако, Рентген неизменно придерживался ранее избранного им названия Х-лучи, которое и получило распространение в англо-язычных странах. В Германии и России используется название "рентгеновские лучи".

Физики во многих лабораториях тотчас подтвердили опыты Рентгена. Одновременно в европейских и американских журналах появилось большое число публикаций сенсационного характера, порой курьезные. Так одна лондонская фирма начала рекламировать белье, защищающее от Х-лучей, а в сенат одного из американских штатов был внесен законопроект, требующий запретить применение Х-лучей в театральных биноклях.

Научные издания откликнулись на появление рентгеновских лучей беспримерным числом публикаций. В 1896 году вышло более 50 книг и 1000 статей, посвященных открытию Рентгена.

В то же время сам Рентген, продолжая работать над исследованием своих лучей, подтвердил сложившуюся к тому времени среди физиков репутацию крупнейшего экспериментатора (о других его работах см. ниже). В трех небольших статьях, опубликованных на протяжении одного года после первого сообщения, дано настолько исчерпывающее описание свойств рентгеновских лучей, что сотни работ, последовавшие затем в течение 12 лет, не смогли ни прибавить, ни изменить чего-либо существенного. И это несмотря на то, что среди авторов было не мало выдающихся физиков.

Рентген первый осознал практическую важность своего открытия. Фотоснимок руки определил блестящую судьбу рентгеновских лучей в медицине. В первом опубликованном сообщении он также обратил внимание на применимость лучей для контроля качества изделий и материалов. В третьем сообщении в подтверждение этого приведен снимок двустволки заряженой патроном; при этом более отчетливо были видны внутренние дефекты оружия. Вскоре рентгеновские лучи начали применяться в криминалистике, искуствоведении и других областях.

1. История открытия ренгеновских лучей

Очевидцев открытия Рентгена не было. Сам он не рассказывал об истоках опыта, выполненного 8 ноября 1895 г., когда при включении обернутой в светонепроницаемую бумагу высоковольтной вакуумной трубки впервые наблюдал действие неизвестного излучения. Оно сводилось к вспышкам маленьких флуоресцирующих кристаллов, лежащих на лабораторном столе, и бледно-зеленому свечению бумажной ширмочки, покрытой платиносинеродистым барием. Один из биографов первооткрывателя, пожалуй, вернее всего отразил мотивы его дальнейших шагов. «Счастье, явившееся столь неожиданно, «великий жребий», как позднее сказал Рентген, который ему выпал, он хотел заслужить как исследователь, представив совершенно «безупречные результаты». И представил!

Перед этим четверть века он работал в физических лабораториях университетов Вюрцбурга, Страсбурга, Гисена и снова Вюрцбурга, до 1872 г. под руководством искусного физика-экспериментатора А.Кундта, потом самостоятельно. Он выполнил ряд исследований, требующих тщательных измерений свойств газов и кристаллов. По словам его ученика А.Ф.Иоффе, он «добивался большой точности... не усложнением аппарата и многочисленными поправками, а применением нового, целесообразно придуманного метода, который в корне устранял важнейшие ошибки и позволял добиваться точности при помощи простых, часто самодельных приборов».

Натолкнувшись на неизвестное явление, ученый на протяжении семи недель в полном одиночестве работал в одной из комнат своей лаборатории, изучая свойства Х-лучей. Он велел приносить себе пищу в университет и поставить там кровать, чтобы избежать сколько-нибудь значительных перерывов в работе. Сколько вздора об этом затворничестве ученого бытовало среди физиков! Только в конце своего «одиночества» (по некоторым сведениям, 22 декабря) он приоткрыл тайну, сделав снимок в Х-лучах руки своей жены Берты с обручальным кольцом, показанный наряду с другими снимками в сообщении В.Рентгена 28 декабря 1895 г. Сообщение, которое он направил на имя председателя Физико-медицинского общества Вюрцбургского университета, было незамедлительно напечатано и выпущено в свет отдельной брошюрой.

Открытие Рентгена быстро, даже по меркам современных средств обмена информацией, приобрело широкую известность. В ночь со 2 на 3 января содержание доклада Рентгена об Х-лучах стало известно редактору венской газеты «Neue Deutsche Presse», и наутро газета вышла с броским аншлагом на первой полосе огромными буквами: «СЕНСАЦИОННОЕ ОТКРЫТИЕ». А вечером 6 января телеграфом из Лондона на весь мир передавалось: «Даже шум военной тревоги не в силах был бы отвлечь внимание от замечательного триумфа науки, весть о котором докатилась до нас из Вены. Сообщается, что профессор Вюрцбургского университета Роутген открыл свет, который проникает при фотографировании через дерево, мясо и большинство других органических веществ. Профессору удалось сфотографировать металлические гири в закрытой деревянной коробке, а также человеческую руку, причем видны лишь кости, в то время как мясо невидимо». Дальше последовала лавина публикаций: только за один год свыше тысячи статей по новым лучам. Опыты с ними в течение нескольких недель были повторены в физических лабораториях многих стран.

Во всех европейских столицах – Лондоне, Париже, Берлине, Петербурге и т.д. – читались публичные лекции об открытии Рентгена и демонстрировались опыты. Только в Вене австрийская полиция наложила на их демонстрацию строжайший запрет ввиду того, что в полицию «не поступало официальных сведений о свойствах новых лучей, а потому строго воспрещается производить какие-либо опыты впредь до выяснения вопроса и особого распоряжения полиции».

2. Применение рентгеновских лучей

Уже в первых опытах Рентген заметил, что открытые им лучи практически не отражаются. Он писал: «Можно заключить, что ни одно из исследовавшихся веществ не дает правильного отражения Х-лучей». Длительное время считалось, что создание эффективных рентгеновских зеркал невозможно. Углубленное исследование физики коротковолнового излучения сравнительно недавно позволило найти решение задачи путем использования многослойных отражающих покрытий. Они представляют собой структуру из множества пар чередующихся слоев нанометровой толщины с различным значением диэлектрической проницаемости, нанесенных таким образом, что период чередования слоев постоянен или изменяется по определенному закону. В этом случае даже весьма незначительное отражение от каждой границы десятков или сотен слоев зеркала благодаря отражению синфазных волн дает суммарный коэффициент отражения рентгеновских лучей в несколько десятков процентов при любых углах вплоть до нормального падения. На подложку – полированную пластинку кремния или плавленого кварца – поочередно наносятся электронно-лучевым, магнетронным или лазерным напылением слои тяжелых металлов (W, Mo, Ni, Re...) и слои легких элементов (C, B, Be, Si). С помощью зеркал с многослойными покрытиями реализуется фокусирующая и изображающая рентгеновская оптика нормального падения. Перспективы же этой оптики означают создание мощных рентгеновских лазеров, уникальных рентгеновских микроскопов, технологических установок рентгеновской литографии для производства интегральных микросхем нового поколения, а также развитие таких ветвей науки, как рентгеновская астрономия, рентгеновская голография, химический и биофизический микроанализ.

Быстрее всего рентгеновские лучи проникли во врачебную практику. Уже в 1896 году они стали использоваться для целей диагностики. Физик Вилли Вин, в то время доцент Берлинского Университета, руководил такими исследованиями в Берлинском военном госпитале. Вначале новые лучи применяли главным образом для установления переломов. Но скоро сфера их применения значительно расширилась. Наряду с рентгенодиагностикой развивалась ренгенотерапия. Рентгеновские лучи начали применяться для лечения рака, туберкулеза и других болезней. Вначале была неизвестна опасность рентгеновского излучения и врачи работали без каких бы то ни было мер защиты. Поэтому очень часты были лучевые травмы. Многие физики получили медленно заживающие раны или рубцы. Сотни исследователей и техников, работавших с рентгеновскими лучами, стали в первые десятилетия жертвами лучевой смерти. Так как лучи на первых порах применяли без проверенной опытом точной дозировки, рентгеновское излучение нередко становилось губительным и для больных.

Одним из первых нашел техническое применение открытию Рентгена американец Эдисон. Он создал удобный демонстрационный аппарат и уже в мае 1896 года организовал в Нью - Йорке рентгеновскую выставку, на которой посетители могли разглядывать собственную руку на светящемся экране. После того, как помощник Эдисона умер от тяжелых ожогов,которые он получил при постоянных демонстрациях, изобретатель прекратил дальнейшие опыты с рентгеновскими лучами.

Конец ХIХ - начало ХХ века было эпохой великих открытий, приведших к возникновению новых разделов физики. Достаточно напомнить о работах Пьера и Марии Кюри, Резерфорда, Майкельсона. Несмотря на это рентгеновская физика долгое время оставалась одним из наиболее актуальных и привлекательных для молодых ученых направлений. Рентгеновские методы постепенно превратились в мощное орудие научных исследований не только в физике, но и в материаловедении, химии, биологии, медицине. Это легко проследить на протяжении истории всей науки.

Роль рентгеновских методов в современной науке и технике характеризует развитие работ по синхротронному излучению. Их в меньшей мере коснулась общая тенденция снижения финансирования науки. Во многих странах Европы, Северной и Южной Америки, Азии уже в течение 20 лет сооружаются эти дорогостоящие источники рентгеновского излучения. Общее число их уже превышает 70. Они функционируют как центры коллективного пользования и оснащаются, как правило, самой современной аппаратурой.

Говоря о современных достижениях рентгеновской физики и техники, прежде всего нужно назвать новые источники излучения - ондуляторы и вигглеры. Проходя через них, электронные пучки специализированных синхротронов генерируют мощные когерентные рентгеновские пучки. Следует также назвать новые оптические элементы - многослойные зеркала и зонные пластинки, которые используются для управления пучками и построения изображений в рентгеновских лучах. Благодаря этим достижениям, последние 10-15 лет особенно быстро развиваются рентгеновская астрономия, рентгеновская микроскопия клеток и других биологических объектов, микроанализ и другие разделы материаловедения. В США и Японии финансируются крупные программы по применению рентгеновской литографии для производства интегральных микросхем нового поколения. Наконец появились уже рентгеновские лазеры, правда лишь в "мягком" диапозоне длин волн, как правило, свыше 100 А. Пока еще это лабораторные установки и число их невелико,но работы продолжаются.

В 1901 году его автор стал первым Нобелевским лауреатом по физике. В. Рентген стал автором своего открытия в возрасте 50 лет, занимая пост ректора Вюрцбургского Университета и имея репутацию одного из лучших экспериментаторов своего времени. Краткая его биография такова. Родился 27 марта 1845 года близ Дюссельдорфа. Отец был состоятельным торговцем и владельцем фабрики сукна, мать - умная и разбирающаяся в делах женщина, была родом из Амстердама. Детские годы Рентгена в связи с переездом семьи прошли в Голландии. Известно, что он был исключен из школы и не смог получить аттестат зрелости. Поэтому путь в высшую школу был для него закрыт. Вначале в качестве вольнослушателя он посещал естественно-научные лекции в Утрехтском университете. Затем изучал машиностроение в Высшей технической школе в Цюрихе, где впоследствии стал учеником известного физика Августа Кундта.

В 1870 г. в возрасте 25 лет вместе с А.Кундтом, в качестве его ассистента В.Рентген переходит в Вюрцбургский университет, который спустя еще 25 лет станет местом его триумфального открытия. Однако в то время успешной карьере его в Вюрцбурге все еще мешало отсутствие аттестата об окончании школы. В 1872 г. опять вместе с Кундтом он переезжает в Страсбург, где в 1974 году получает право на преподавание несмотря на отсутствие аттестата зрелости. На следующий год Рентген становится профессором физики и математики в Гоенгейме, а через год возвращается в Страсбург уже в качестве экстраординарного профессора математической физики.

То, что Рентгену доверили этот предмет, показывает, что его уровень соответствовал тeоретическим требованиям физической науки того времени. Он, конечно, не был физиком - теоретиком в собственном смысле, и вся его любовь была отдана экспериментальному исследованию, но необходимыми физику математическими средствами он владел свободно. Подобно Фарадею, Рентген обладал способностью представлять содержание физических теорий в осязаемо наглядных формах. По словам А.Зоммерфельда, он не нуждался в "математическом костыле". В его рукописях формулы встречаются редко.

В 1879 году Рентген получил кафедру экспериментальной физики в университете Гиссена. Только теперь в 34 года он получил возможность самостоятельно заниматься экспериментальной физикой. Охотнее всего Рентген работал с простыми приборами. С их помощью он достигал результатов высочайшей точности. Подобно Герцу, Маху, Оствальду и другим естествоиспытателям уходящего Х1Х он обладал высокоразвитыми ремесленными навыками.Он отлично умел строить сам аппараты, необходимые для исследования и преподавания. При этом он изобрел немало приспособлений, о которых сообщал в специальных публикациях. Так, например, на протяжении десятилетий в физических лабораториях платинированные стаканы паялись по инструкции, составленной Рентгеном.

Рентген всю жизнь высоко ценил ремесло и как развлечение, и как противовес умственному труду. Ему казалось преимуществом то, что радость успеха здесь не заставляет себя ждать. «Я всегда находил, - писал он в последние годы, - что механическая работа именно в то время, когда дух занят менее приятными вещами, может принести настоящее удовлетворение. Всегда сразу видишь готовый и желаемый результат своих усилий, а в духовной области это далеко не всегда происходит так быстро».

Всего за время своей более чем пятидесятилетней деятельности Рентген опубликовал около 50 научных работ. Они посвящены довольно широкому кругу вопросов - жидкости, растворы, газы, кристаллы, магнетизм, пьезо- и пиро-электричество, электро- и пьезо-оптические свойства. По свидетельству его ученика А.Ф.Иоффе каждая работа печаталась только тогда, когда результаты ее Рентген считал совершенно законченными. Значительная часть работ носила измерительный характер. Причем всегда он стремился к наивысшей точности. "Многие его измерения оставались рекордными и через 40 лет ( с / с , сжимаемость и др.). Однако этой точности он добивался не усложнением аппаратуры и многочисленными поправками (подобно, например, Реньо), а применением нового, целесообразно продуманного метода, который в корне устранял важнейшие ошибки и позволял получать новые результаты при помощи простых, часто самодельных приборов, отвечающих его вкусу, как он сам выразился в одной из своих заметок».

Имя Рентгена вошло в историю физики благодаря еще одному открытию, которое он сделал в годы пребывания в Гиссене, еще до своего возвращения в Вюрцбург. Речь идет о классическом опыте Рентгена - демонстрации тока, возникающего при движении диэлектрика в электрическом поле. Лоренц назвал его Рентгеновским током, и так он и вошел в физическую терминологию и литературу, как важное подтверждение электродинамики Фарадея - Максвелла - Лоренца.

Три работы, выполненные Рентгеном в 1895-1896гг по исследованию невидимых лучей, то-есть в совершенно новой области, дают хорошее представление о методах его работы. В них содержится огромное количество материала. Они позволили составить весьма стройное представление о свойствах рентгеновских лучей (или, в современной терминологии, - об особенностях их взаимодействия с веществом), которое, как упоминалось выше, просуществовало без всяких добавлений 12 лет, несмотря на большое число работ по рентгеновским лучам, появившихся за это время. Вот некоторые результаты классических работ Рентгена:

1. Отражение и поглощение. Рентген заметил, что лучи не отражаются заметно даже от хорошо полированных поверхностей. Можно было, однако, думать, что разница (по сравнению со светом) здесь только количественная: коффициент отражения лучей очень мал. Но вместо того, чтобы улучшением измерительных приборов измерить эту малую величину, Рентген устанавливает, что истолченное в порошок и цельное вещество одинаково прозрачны для рентгеновских лучей; отсюда следует, что многочисленные поверхности отдельных зерен истолченного тела отражают и рассеивают лучей не больше, чем внутренность целого тела. Рентген дает совершенно точное описание рассеяния и поглощения лучей, сравнивая тело с комнатой, полной табачного дыма, сквозь которую проходит луч света. Каждый атом внутри тела и на его поверхности рассеивает лучи одинаково и тем сильнее, чем больше его атомный вес. Рентген ставит вопрос, идентичны ли рассеянные лучи с первичными и совершенно правильно предполагает, что, наряду с отклоненными первичными лучами, появляются еще другие, всегда более мягкие лучи, создаваемые атомами рассеивающего тела. Сама характеристика жесткости лучей по их поглощаемости, сохранившаяся и после открытия Лауэ, наряду с количественной спектроскопией, принадлежит Рентгену.

2. Ионизация. Рентген обнаружил эффект разрежения наэлектризованного тела под влиянием лучей и сейчас же установил, что главную роль в этом явлении играет ионизация воздуха. Лучи, проходящие мимо наэлектризованного тела разряжают его так же, как и лучи, прямо на него падающие. Однако и этот эффект можно приписать вторичным лучам, вызванным в воздухе и попадающим на тело. Рентген показывает, что если засосать через длинную трубку освещенный лучами воздух,то он сохраняет способность разряжать заряженное тело. Поместив на пути ионизированного воздуха в трубке ватную пробку, можно лишить воздух его способности снимать заряды с тел. Чтобы удостовериться, что причина этого явления лежит в соприкосновении ионизированного воздуха с поверхностями пор в вате, а не в замедлении движущегося в трубке воздуха, Рентген помещает ту же пробку в такое место трубы, через которое воздух проходит еще до ионизации (по другую сторону освещенного лучами участка трубы). Движение воздуха в трубке замедляется одинаково, куда бы ни поместить пробку, между тем как разряжающая способность сохраняется только в том случае, если ионы не соприкасались с ватой.

3. Первые же опыты с лучами приводят Рентгена к правильной конструкции трубки: наклонный платиновый антикатод, вогнутый алюминиевый катод. Сделанные им тогда же снимки являются образцами экспериментального искусства. Так, он получил, например, изображение надписи, выгравированной на стволе охотничьего ружья: предельное достижение и для современной рентгеновской техники.

4. О необыкновенном экспериментальном чутье Рентгена свидетельствуют его настойчивые попытки обнаружить эффект, через 17 лет открытый Лауэ. Установив, что лучи рассеиваются каждым атомом, Рентген заключает, что при правильном расположении атомов, имеющем место в кристалле, рассеяние и поглощение должны зависить от направления. Он ищет это явление в обстановке, весьма напоминающей опыты Лауэ и Фридриха, но только с фотографической пластинкой, прижатой к кристаллу. Более тонких представлений о дифракции или интерференции у него быть не могло, так как волновая природа лучей не была известна. Но и основные соображения Рентгена настолько убедительны, что в каждой из 3 работ он повторяет свою уверенность в существовании эффекта, несмотря на то что все его попытки дали отрицательный результат. Если бы даже и случай, столь благоприятствовавший ему в открытии лучей, заставил Рентгена поставить фотографическую пластинку на правильное место, то все же при малой мощности тогдашних трубок он вряд ли мог бы обнаружить искомый эффект. Ведь и первые опыты Фридриха, знавшего, что он ищет, дали отрицательный результат, и только наугад поставленная Книппингом на пути лучей фотографическая пластинка привела к открытию Лауэ. В 1895 и 1896 гг. не было еще почвы для нового открытия, но Рентген знал, где его искать.

Следует отметить, что все это исследование в совершенно новой области было проведено самыми элементарными средствами: единственный "прибор", которым пользовался Рентген,- это электроскоп с листочком. Для изучения каждого свойства лучей им были придуманы новые чрезвычайно остроумные методы, не раз затем использованные в самых различных случаях.

Четыре года спустя после своего открытия Рентген принимает предложение перейти в Мюнхенский университет, где он оставался до конца своей жизни 10 февраля 1923г. Он был директором Физического института университета и одновременно руководил Государственным физико-метрономическим собранием.

Рентген оставил о себе впечатление человека замкнутого, скромного, необычайно строгого по отношению к себе и к другим. Рентген любил работать уединенно. Его ассистент узнал об открытии рентгеновского тока лишь из протоколов Берлинской академии наук. Избрав какую-либо проблему, он работал тайком, не давая никому возможности понять методы его работы. Это объясняет почему об истории открытия лучей известно очень мало. День открытия 8 ноября 1895 года он много раз называл точно, но процесс открытия в деталях не описан нигде.

В то же время Рентгену была абсолютно чужда мысль о денежной эксплоатации своего открытия. Он считал, что результаты исследований, полученные в университетской лаборатории и на университетском оборудовании, должны свободно использоваться всеми. Он не думал об охране авторских прав и отказался от предложения Берлинского всеобщего электрического общества передать ему за высокую сумму право на использование патентов всех его будущих открытий.

Сочетание в нем скромности, бескорыстности и в то же время чувства собственного достоинства отмечалось многими современниками. В письме вюрцбургского ассистента Рентгена Макса Вина рассказывается о том, как свободно - к ужасу многих сановников - чувствовал себя ученый во время доклада о своем открытии при Берлинском дворе. Много позднее, когда Рентген уже был в Мюнхене, кайзер посетил там вновь открытый отдел немецкого музея шедевров естествознания и техники. Выслушав пояснения Рентгена в физическом разделе, кайзер пытался объяснить Рентгену артиллерийский, но не мог ничего сказать, кроме общеизвестных тривиальных фраз. Рентген прямо так ему это и сказал, после чего Вильгельм, отвернувшись, немедленно ушел, оскорбленный в своей гордости военного специалиста.

По ходу своей карьеры Рентген отклонил много лестных предложений занять очень престижные должности: кафедра физики Берлинского университета (после смерти Друде), президент "Physikalisch - technische Reichanstalt" (после ухода знаменитого экспериментатора Кольрауша), академик Берлинской академии (после смерти Вант Гоффа; еще через два года это место занял Эйнштейн), издатель журнала "Анналы физики и химии" (после ухода Густава Видемана), директор Имперского физико-технического института в Берлине (первым главой которого был Гельмгольц). До перехода в Вюрцбург он отклонил подобные предложения из Йены и Утрехта.

Рентген был единственным лауреатом в истории Нобелевского фонда, который вопреки ожиданиям не читал доклада. Согласно принятой процедуре выступление Рентгена должно было состояться в течение шести месяцев после присуждения. Из письма его жены следует, что летом 1902 года он обратился в Стокгольм с просьбой назначить подходящий срок для доклада. Одна из формулировок ответного послания Шведской Академии позволила ему, однако, заключить, что, по уставу, нет обязательства читать доклад. "Мой муж не заставил повторять это себе дважды, - и ответил, что он очень благодарен за намек и охотно отказывается при таких обстоятельствах от чтения доклада." Он считал, что все основное о своем открытии он исчерпывающе изложил в трех статьях.

В 1917 году вследствие блокады в Германии царил голод, и все население получало распределявшиеся по карточкам продукты питания. Рентген имел в Голландии много друзей, посылавших ему породовольственные посылки с маслом и сахаром. Однако, считая, что при таком положении в стране никто не должен пользоваться привилегиями, он все свои посылки сдавал государству для общего распределения. За год он потерял более двадцати килограм веса, и только когда врачи заявили, что еще месяц такой жизни приведет его к смерти, он согласился принять повышенный больничный паек.

3. Применение ренгеновских лучей в Росии

B Россию рентгеновские лучи проникли практически мгновенно. Реакцию научной общественности и учащейся молодежи на сообщение, сделанное В.Рентгеном в Вюрцбурге 28 декабря 1895 года, можно назвать молниеносной.

Вот хронология некоторых последовавших за этим событий.

5 января 1896 года - П.Н.Лебедев делает доклад о рентгеновских лучах на Собрании Общества любителей естествознания в Москве, о чем Лебедев письменно информирует Рентгена.

6 января Г.Б. Раутенфельд-Линденру и физик Г.Э. Пфлаум в Рижской городской гимназии сделали снимки вехней челюсти рыбы - пилы. Это были первые в России рентгенограммы.

12 -16 января - Н.И.Боргман и А.Л.Гершун в Петербургском университете получают отпечатки различных предметов, включая кисть человека. Результаты были оглашены на заседании физического семинара 22 января. По этому поводу газета "Петербургский вестник" от 25 января 1896 года писала: "Если бы большая адитория Технического общества была в пять раз больше, и если бы она вмещала не тысячу, а пять тысяч человек, то и тогда в ней не досталось места всем желающим попасть на лекцию профессора Боргмана. Взрыв аплодисментов, шумные крики "ура" были наградой профессору за его сообщение, впервые научно ознакомившее нашу публику с великим открытием нашего времени". В.Рентгену была отправлена телеграмма:"Петербургская студенческая молодежь, собравшаяся в физической лаборатории СПБ. ун-та на блестящую демонстрацию рентгеновских лучей проф. Боргманом и его ассистентами Гершуном и Скобельцыным, горячо приветствует проф. Рентгена с его открытием".

31 января в С-Петербурге вышла в свет статья В.Рентгена "Новый род лучей" в переводе И.И.Боргмана. На титуле брошюры красовалась рентгенограмма кисти руки, произведенная на указанной выше лекции (выдержка продолжалась 10 минут).

15-16 января-П.Н.Лебедев и П.В.Преображенский в Москве наладили получение рентгеновского излучения. 17-21 января-в Физической лаборатории Московского университета и Александровском коммерческом училище были произведены снимки руки, рыбы, лягушки, костей кисти. П.Н.Лебедев совместно с ассистентом хирургической клиники приват-доцентом С.В.Березовским изготовили в физической лаборатории Московского университета снимки больных по просьбе хирурга - профессора Л.Л.Левшина. В частности, в одном случае был обнаружен кусок стеклянной бусы, а в двух других - обломок иглы.

Мы приводим здесь письмо П.Н.Лебедева к В.К.Рентгену датированное 20-ым января 1896 года, которое характеризует личное отношение видного русского физика к открытию рентгеновских лучей и его автору.

Помимо Петербурга, Москвы и Риги, собщения об открытии В.Ренгена были сделаны в ряде других городов. Казанский профессор Д.А.Гольдгаммер выступил с докладами 5 января и 26 января. Профессор физики Императорского университета Св. Владимира в Киеве 3 февраля опубликовал обзорную статью, в которой предсказал новому методу большое будущее. 21 февраля харьковский профессор А.К.Белоусов сделал сообщение на тему: "Результаты светописи по способу Рентгена при определении некоторых повреждений". 29 января в газете "Киевлянин" была заметка о том, что в Киевском университете в клинике профессора Л.А.Малиновского была рентгенологически точно определена игла в мягких тканях. 29 января в клинике профессора В.А.Ратимова в Военно-медицинской академии был найден обломок швейной иглы в мягких тканях руки; 30 января он был удален.

Особый исторический интерес представляет увлечение новым методом А.С.Попова. Он был тогда преподавателем минного офицерского класса в Кронштадте. При участии С.С.Колотева в январе 1896 г. он изготовил рентгеновскую трубку и начал экспериментировать с ренгенографией. Об этом было извещено в кронштадтской газете "Котлин" 2 февраля. В той же газете 6 февраля указывалось, что накануне А.С.Попов показывал прекрасные рентгенограммы простейших объектов (циркули в футляре, ключи, медали и пр.) Известно, что в 1896 г. А.С.Попов лично произвел просвечивание раненного ружейной дробью. В том же году он при содействии главного врача Кронштадтского военного госпиталя организует первый рентгеновский кабинет на флоте. Поразительно, что эти исследования А.С.Попов вел одновременно со своими знаменитыми работами по генерации и передаче радиоволн! ( 7 мая 1895 года он продемонстрировал свой радиоприемник, а 24 марта 1896 года передал на расстояние 250 м радиограмму "Генрих Герц".)

Другой выдающийся современник В.Рентгена, невропатолог В.М.Бехтерев 15 февраля 1896 года выступил на экстренном научном собрании врачей клиники душевных и нервных болезней Военно-медицинской академии с докладом: "Что может ожидать нервная патология и психиатрия от открытия Рентгена". "Целый ряд нервных страданий, - говорил докладчик, - обусловлен изменениями в костях черепа и позвоночника, изменениями, которые могут быть распознаны с помощью лучей Рентгена...". Отметив далее, что тела богатые фосфорнокислыми солями задерживают лучи Рентгена, он продолжал: "Поэтому можно думать, что при известных условиях удастся снять сквозь череп поверхность серого вещества, богатого названными солями". Cовсем удивительно звучат следующие слова ученого: "...инъицируя мозговые сосуды желатиной с сернокислым хинином, поглощающими лучи Рентгена, удастся, может быть, фотографировать эти сосуды ин ситу". В.М.Бехтерев в последующем был организатором первого в нашей стране нейрорентгенологического отделения в институте, носящем ныне его имя.

Вслед за первыми демонстрационными опытами началось применение рентгеновских лучей в практической медицине. Уже с марта 1896 года 60- летний профессор Н.В.Cклифосовский, директор Клинического института в Петербурге стал пользоваться рентгенографией для диагностики переломов костей. Для этого больные доставлялись в Физичекую лабораторию Военно-медицинской академии. В это же время в Академии была создана комиссия, в которую вошел В.М.Бехтерев и другие врачи разных специальностей. Комиссия хадатайствовала перед Военным советом об отпуске Физической лаборатории 5000 рублей для опытов с рентгеновским излучением в применении к медицинским целям. Сумма была ассигнована и к концу года в Клиническом госпитале была устроена "радиографическая лаборатория". В 1896 году в лаборатории было снято около 200 рентгенограмм. Студент Военно-медицинской академии Н.В.Вихров 24 марта 1897 года на заседании Антропологического общества продемонстрировал изобретенный им прибор для стереоскопического рассматривания рентгенограмм. В августе того же года на международном съезде врачей в Москве доцент С.С.Березовский доложил о личном опыте применения рентгенограмм во время греко-турецкой войны.

В Русско-японскую войну 1904-1905 гг. на местах военных действий при лазаретах и госпиталях были уже развернуты рентгеновские кабинеты. Во время Цусимского сражения 19 мая 1905г на прославившемся впоследствии крейсере "Аврора" по инициативе старшего врача В.С.Кравченко впервые на борту военного корабля рентгеновский метод был применен в боевой обстановке для обследования раненных.

В 1914 году в России было 142 рентгеновских кабинета в 31 городе, в том числе 50 в Петрограде. 19 декабря 1916 года в здании Московского университета прошел первый Всероссийский съезд рентгенологов, собравший 150 участников. На нем были рассмотренны проблемы гражданской и военной рентгеновской науки и практики. В результате съезда рекомендованы введение преподавания рентгенологии в вузах и запрещение врачам других специальностей производить рентгеновские исследования. Было решено созвать следующий съезд в 1917 году в Петрограде, но из-за революционых событий это не было осуществлено.

В первый же год Советской власти, решением Наркомпроса от 23 сентября 1918 года в Петрограде по инициативе крупного врача-рентгенолога М.И.Неменова, а также физиков A.Ф.Иоффе (который в 1903-1906 гг. работал в лаборатории Рентгена в Мюнхене) и Д.С.Рождественского был организован Государственный рентгенологический, радиологический и раковый институт. В этом институте планировалось параллельно с изучением терапевтических свойств рентгеновских лучей поставить физические исследования, имевшие целью перекинуть мост между физическими характеристиками излучения и их биологическим эффектом. Одновременно намечалось организовать в стране производство рентгеновских аппаратов, которые в основном в то время ввозились из-за рубежа. В 1919 г. перед зданием этого института, на улице, получившей имя В.Рентгена, еще при жизни ему был воздвигнут памятник. Он находится в Петербурге, на Петроградской стороне недалеко от площади Льва Толстого.

22 апреля 1922 года в Институте биологической физики за день до операции по извлечению пули было произведено рентгеновское просвечивание В.И.Ленину, получившему ранение в 1918 г.. Об этом говорит мемориальная доска, установленная в одном из помещений дома N4 на Миусской площади в Москве, которое занимает сейчас Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН. В период с 1920 по 1924гг. в Киеве, Харькове, Ростове-на-Дону и Москве открываются научные и учебные заведения рентгеновского профиля. Наконец, в 1927г. в Ленинграде был организован завод "Буревестник", а в 1930 г. в Москве - Рентгеновский завод. Рентгеновская аппаратура в СССР начала производиться серийно.

Сейчас, несмотря на значительное уменьшение финансирования науки и связанное с этим резкое сокращение притока молодежи, продолжают работать научные школы и коллективы, накопившие ранее значительный опыт в области рентгеновской науки и техники. Ряд российских ученых-рентгенщиков работает в зарубежных научных центрах и занимает там ведущие позиции. В России физикой рентгеновского излучения и его применениями, поддерживая тесные международные связи, занимается насколько групп в Новосибирске, Москве, Петербурге, Н.Новгороде, Черноголовке, Троицке, Томске, Обнинске, Ростове-на-Дону и других городах. Работы финансируются Российским фондом фундаментальных исследований и Министерством науки и технической политики Российской Федерации.

Один из проектов, которым руководит доктор биологических наук, профессор С.В.Савельев, объединил ученых НИИ морфологии человека и Физического института РАН. Его цель - получение объемных изображений массивных биологических объектов с субмикронным пространственным разрешением. Дело в том, что, несмотря на обширный парк существующих микроскопов, пока еще не создан инструмент, позволяющий изучать живой многоклеточный организм без его травматизации. Авторы проекта предполагают решить эту задачу, используя и развивая достижения современной рентгеновской физики.

Заключение

О важности открытия рентгеновских лучей можно судить по тому что, рентгеновским лучам обязаны такие великие открытия, как структура молекул гемоглобина, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков, ответственных за фотосинтез (премии 1962 и 1988 гг.).

Открытие Рентгена вызвало огромный интерес в научном мире. Его опыты были повторены почти во всех лабораториях мира. В Москве их повторил П. Н. Лебедев. В Петербурге изобретатель радио А. С. Попов экспериментировал с X-лучами, демонстрировал их на публичных лекциях, получая различные рентгенограммы. В Кембридже Д. Д. Томсон немедленно применил ионизирующее действие рентгеновских лучей для изучения прохождения электричества через газы. Его исследования привели к открытию электрона.

Рентген прекрасно понимал большое научное и технологическое значение своего открытия, но ему была чужда мысль о его торгашеском использовании. Считая, что результаты, полученные в научной лаборатории, могут и должны использоваться всеми, он решительно отверг предложение Берлинского электрического общества продать за большую сумму право на использование патентов будущих его открытий. Рентген не одобрял шумихи вокруг своего имени и продолжал работать, не допуская никаких отклонений от того метода работы, который считал единственно приемлемым.

Рентгеновская наука находится сейчас на подъеме, и нет сомнения в том, что лучи, открытые первым нобелевским лауреатом, профессором В.Рентгеном 100 лет назад, будут, как и прежде, приносить пользу и удивлять человечество своими уникальными свойствами.

В целом, как писал А.Ф. Иоффе, «рентгеновы лучи впервые пробили брешь во внешней оболочке атома, положили этим начало открытий атомной физики и в ходе исторического развития привели к освобождению атомной энергии».

Библиографический список

1. Рентген В.К., О новом роде лучей, М.Л.,1933.

Иоффе А.Ф., "Вильгельм Конрад Рентген. Биографический очерк.", там же.

Столяров С.Н., "Рентгена опыт", Физико-энциклопедический словарь, Изд-во "Cоветская энциклопедия", Москва, 1965.

Гернек Ф., Пионеры атомного века, "Прогресс", Москва, 1974.

А.Ф.Иоффе, "Историческое значение открытия Рентгена", Известия Академии наук СССР, сер. физ., 1946, т.10, N4.

Кудрявцев П.С. История физики. гос. уч. пед. изд. Мин. прос. РСФСР. М., 1956

Кудрявцев П. С. Курс истории физики М.: Просвещение, 1974

Храмов Ю. А. Физики: Библиографический справочник. 2-е издание, испр. и дополн. М.: Наука, главная ред. физ.-мат. лит., 1983

Первый нобелевский лауреат
Вильгельм РЕНТГЕН

К 100-летию присуждения Нобелевских премий

Увидеть новое – большая заслуга. А увидев, не пройти мимо, то есть действительно поверить
в новизну открывшегося – заслуга не меньшая. Напротив – гораздо большая.                           
Д.Данин

8 ноября 1895 г. профессор университета баварского города Вюрцбурга на юге Германии Вильгельм Конрад Рентген (1845–1923) впервые наблюдал неизвестные ранее лучи, проникающие через непрозрачные преграды. 27 ноября того же года шведский изобретатель и промышленник Альфред Бернхард Нобель (1833–1896) подписал в Париже завещание. Этим судьбоносным событиям довелось встретиться через пять лет.

Менее страницы из четырех в завещании было посвящено пожертвованию, прославившему имя А.Нобеля. Его идея состояла в том, чтобы «...перевести капитал в ценные бумаги, создав фонд, доходы которого выплачивать в виде премии тем, кто за предшествующий год внес наибольший вклад в прогресс человечества». Доходы следовало разделить на пять частей для награждения за важные открытия, изобретения или усовершенствования в области физики, химии, физиологии (медицины), а также за «наиболее значительное литературное произведение идеалистической направленности» и «весомый вклад в сплочение народов, ликвидацию или сокращение постоянных армий или в развитие мирных инициатив». После решения множества юридических и финансовых проблем и преодоления драматических коллизий завещание было признано законным. 26 июня 1900 г. король Швеции и Норвегии Оскар II утвердил Устав фонда и специальные правила, регламентирующие действия комитетов по присуждению премий.

При уточнении устава было принято расширительное толкование завещания: решено было рассматривать работы, выполненные не только в одном – предыдущем – году, но и в течение нескольких ближайших лет, а также «забытые» работы, значение которых было оценено сравнительно недавно. Существенным оказалось правило присуждать премии только действующим ученым, писателям и общественным личностям. Завещатель полагал, что премия будет способствовать интенсификации творчества награжденных.

Осуществление довольно призрачной надежды А.Нобеля, изложенной в завещании, было достигнуто проявлением беспримерной энергии его душеприказчиков Р.Сульмана и Р.Миллеквиста. Решающую роль в признании законным завещания и организации фонда Нобеля сыграла позиция членов русской ветви Нобелей, которые вслед за племянником Альфреда Нобеля Эммануэлем Людвиговичем Нобелем (1859–1932), одним из крупнейших предпринимателей в России, поддержали положения завещания, несмотря на ущемление их формальных имущественных прав.

В результате Фонд А.Нобеля был образован, и Нобелевские комитеты по всем номинациям премий в 1901 г. (100 лет назад) приступили к работе, чтобы к середине ноября вынести решение о присуждении премий, а 10 декабря 1901 г., в день кончины А.Нобеля, в торжественной обстановке, в Стокгольме, вручить лауреатам дипломы, золотые медали и премии в виде денежного чека.

Первую Нобелевскую премию по физике присудили 56-летнему В.Рентгену – за сделанное пятью годами ранее открытие лучей, которые носят его имя (сам ученый всегда называл их Х-лучами). К этому времени он был известным ученым, профессором Мюнхенского университета и директором Физического института. Давно нет необходимости популярно объяснять, что стоит за словом «рентген», ставшим нарицательным, тем не менее история открытия рентгеновских лучей, условия и методы работы их первооткрывателя продолжают интересовать многих.



Очевидцев открытия Рентгена не было. Сам он не рассказывал об истоках опыта, выполненного 8 ноября 1895 г., когда при включении обернутой в светонепроницаемую бумагу высоковольтной вакуумной трубки впервые наблюдал действие неизвестного излучения. Оно сводилось к вспышкам маленьких флуоресцирующих кристаллов, лежащих на лабораторном столе, и бледно-зеленому свечению бумажной ширмочки, покрытой платиносинеродистым барием. Один из биографов первооткрывателя, пожалуй, вернее всего отразил мотивы его дальнейших шагов. «Счастье, явившееся столь неожиданно, ’’великий жребий’’, как позднее сказал Рентген, который ему выпал, он хотел заслужить как исследователь, представив совершенно ’’безупречные результаты’’». И представил!

Перед этим четверть века он работал в физических лабораториях университетов Вюрцбурга, Страсбурга, Гисена и снова Вюрцбурга, до 1872 г. под руководством искусного физика-экспериментатора А.Кундта, потом самостоятельно. Он выполнил ряд исследований, требующих тщательных измерений свойств газов и кристаллов. По словам его ученика А.Ф.Иоффе, он «добивался большой точности... не усложнением аппарата и многочисленными поправками, а применением нового, целесообразно придуманного метода, который в корне устранял важнейшие ошибки и позволял добиваться точности при помощи простых, часто самодельных приборов».

Натолкнувшись на неизвестное явление, ученый на протяжении семи недель в полном одиночестве работал в одной из комнат своей лаборатории, изучая свойства Х-лучей. Он велел приносить себе пищу в университет и поставить там кровать, чтобы избежать сколько-нибудь значительных перерывов в работе. Сколько вздора об этом затворничестве ученого бытовало среди физиков! Только в конце своего «одиночества» (по некоторым сведениям, 22 декабря) он приоткрыл тайну, сделав снимок в Х-лучах руки своей жены Берты с обручальным кольцом, показанный наряду с другими снимками в сообщении В.Рентгена 28 декабря 1895 г. Сообщение, которое он направил на имя председателя Физико-медицинского общества Вюрцбургского университета, было незамедлительно напечатано и выпущено в свет отдельной брошюрой.

Открытие Рентгена быстро, даже по меркам современных средств обмена информацией, приобрело широкую известность. В ночь со 2 на 3 января содержание доклада Рентгена об Х-лучах стало известно редактору венской газеты «Neue Deutsche Presse», и наутро газета вышла с броским аншлагом на первой полосе огромными буквами: «СЕНСАЦИОННОЕ ОТКРЫТИЕ». А вечером 6 января телеграфом из Лондона на весь мир передавалось: «Даже шум военной тревоги не в силах был бы отвлечь внимание от замечательного триумфа науки, весть о котором докатилась до нас из Вены. Сообщается, что профессор Вюрцбургского университета Роутген [! – А.К., В.У.] открыл свет, который проникает при фотографировании через дерево, мясо и большинство других органических веществ. Профессору удалось сфотографировать металлические гири в закрытой деревянной коробке, а также человеческую руку, причем видны лишь кости, в то время как мясо невидимо». Дальше последовала лавина публикаций: только за один год свыше тысячи статей по новым лучам. Опыты с ними в течение нескольких недель были повторены в физических лабораториях многих стран.

Во всех европейских столицах – Лондоне, Париже, Берлине, Петербурге и т.д. – читались публичные лекции об открытии Рентгена и демонстрировались опыты. Только в Вене австрийская полиция наложила на их демонстрацию строжайший запрет ввиду того, что в полицию «не поступало официальных сведений о свойствах новых лучей, а потому строго воспрещается производить какие-либо опыты впредь до выяснения вопроса и особого распоряжения полиции».

В России уже в январе 1896 г. А.С.Попов в Кронштадте, изготовив с помощью С.С.Колотова вакуумную трубку Крукса, получил рентгеновские снимки для публичных демонстраций. В письме В.Рентгену профессор И.И.Боргман 3 (15) февраля 1896 г. сообщал результаты экспериментов с Х-лучами, выполненных им совместно с А.Л.Гершуном. В приложении к книге с переводом сообщения об открытии Х-лучей был приведен снимок рентгенограммы и утверждалось, что «отпечаток при помощи лучей Рентгена был получен в Физической лаборатории Петербургского университета 12 января, первый снимок руки сделан был 16 января». Вклад в исследование рентгеновских лучей в России в первые годы после открытия Рентгена внесли также другие русские исследователи: П.Н.Лебедев, Б.Б.Голицын, О.Д.Хвольсон, Ю.В.Вульф, А.Ф.Иоффе и др. Н.Г.Егоров организовал первую в России рентгеновскую лабораторию, а А.С.Попов – первый рентгеновский кабинет в Кронштадтском госпитале. В 1897 г. газеты писали, что студент Военно-медицинской академии Н.В.Вихрев сконструировал прибор, с помощью которого можно было делать одновременно два рентгеновских снимка с двух разных точек. Совмещая оба снимка, исследователь получал объемное изображение.

С момента открытия стало ясно практическое предназначение Х-лучей, прежде всего медицинское. Уже в 1896 г. их использовали для диагностики, немного позже – для терапии. Через 13 дней после сообщения Рентгена, 20 января 1896 г., в Дартмунде* (штат Нью-Гемпшир, США) врачи с помощью рентгеновских лучей наблюдали перелом руки пациента. Медики получили исключительно ценный инструмент. Под руководством А.С.Попова рентгеновскими аппаратами были оборудованы крупные корабли российского флота. Так, на крейсере «Аврора» во время Цусимского сражения были рентгенологически обследованы около 40 раненых матросов, что избавило их от мучительных поисков осколков с помощью зонда.

По-видимому, первым открытие Рентгена в рекламно-коммерческих целях применил Т.Эдисон: в мае 1896 г. он в Нью-Йорке организовал выставку, где желающие могли разглядывать на экране изображение своих конечностей в рентгеновских лучах. Но после того как его помощник умер от ожогов Х-лучами, Эдисон прекратил все опыты с ни- ми. Однако, несмотря на опасность, работы с новыми лучами, расширяясь и углубляясь, продолжались.

При всем колоссальном интересе к открытому явлению, понадобилось около 10 лет, чтобы в знаниях об Х-лучах добавилось что-то новое: английский физик Ч.Баркла доказал их волновую природу и открыл характеристическое (определенной длины волны) рентгеновское излучение. Еще через 6 лет Макс фон Лауэ разработал теорию интерференции Х-лучей на кристаллах, предложив использовать кристаллы в качестве дифракционных решеток. В том же 1912 г. эта теория получила экспериментальное подтверждение в опытах В.Фридриха и П.Книппинга.

Научное значение открытия Рентгена раскрывалось постепенно, что подтверждается присуждением еще семи нобелевских премий за работы в области рентгеновских лучей:

– в 1914 г., за открытие дифракции рентгеновских лучей (М. фон Лауэ);
– в 1915 г., за изучение структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей (отцу и сыну Брэггам);
– в 1917 г., за открытие характеристического рентгеновского излучения (Ч.Баркле);
– в 1924 г., за исследования спектров в диапазоне рентгеновских лучей (К.Сигбану);
– в 1927 г., за открытие рассеяния рентгеновских лучей на свободных электронах вещества (А.Комптону);
– в 1936 г., за вклад в изучение молекулярных структур с помощью дифракции рентгеновских лучей и электронов (П.Дебаю);
– в 1979 г., за разработку метода осевой (рентгеновской) томографии (А.Кормаку и Г.Хаунсфилду).

Кроме того, рентгеновским лучам обязаны такие великие открытия, как структура молекул гемоглобина, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков, ответственных за фотосинтез (премии 1962 и 1988 гг.).

Рентген прекрасно понимал большое научное и технологическое значение своего открытия, но ему была чужда мысль о его торгашеском использовании. Считая, что результаты, полученные в научной лаборатории, могут и должны использоваться всеми, он решительно отверг предложение Берлинского электрического общества продать за большую сумму право на использование патентов будущих его открытий. Рентген не одобрял шумихи вокруг своего имени и продолжал работать, не допуская никаких отклонений от того метода работы, который считал единственно приемлемым.

Академик А.Ф.Иоффе в декабре 1945 г. на заседании cессии отделения физико-математических наук АН СССР, посвященном 50-летию открытия рентгеновских лучей, сказал: «Я думаю, что совершенно закономерно, что из многих исследователей, в течение 40 лет работавших среди рентгеновых лучей, их заметил только один Рентген, исключительно тонкий и точный экспериментатор – наблюдатель в самом высоком смысле этого слова».

Хотя вопросы об авторстве Рентгена были однозначно решены сразу после опубликования им основополагающих статей, его неоднократно обвиняли в плагиате. Особенно это проявилось в годы фашизма в Германии, где известные физики Ф.Ленард и И.Штарк были ярыми нацистами. И.Штарк в год 90-летия Рентгена в апрельском номере 1935 г. «Physikalische Zeitschrift» опубликовал статью, в которой пытался доказать, что Рентген наблюдал Х-лучи с помощью трубки, сконструированной Ленардом, и что эти лучи, по сути, ленардовы. Этот казуистический выпад Штарка обнажил и отверг Макс Вин, один из бывших ассистентов Рентгена. Он в августовском номере того же журнала заявил: «Наблюдение флуоресценции было исходной точкой открытия Рентгена. В какой форме трубки впервые наблюдалась флуоресценция, не имеет особого значения, так как во всех вакууммированных трубках появляются более или менее интенсивные лучи».

Рентген был безупречным исследователем и цельным человеком в науке и жизни. По воспоминаниям, это был очень суровый и замкнутый профессор. Он проводил свои опыты, как правило, в одиночестве. Это не исключало того, что в его лаборатории учились и работали физики, ставшие известными в первой четверти ХХ в.: М.Вин (1866–1938), А.Ф.Иоффе (1880–1960), В.Фридрих (1883–1968), П.Книппинг (1883–1935), Р.Ладенбург (1882–1952) и др. А.Ф.Иоффе вспоминал: «Редко можно было видеть улыбку на лице Рентгена. Но я видел, с какой трогательной заботливостью он относился к своей больной жене, как разглаживались его морщины, когда его увлекал научный вопрос, когда мы ходили на лыжах или слетали на салазках с гор... Рентген был человеком аскетической скромности... В Мюнхене, живя с женой и ее осиротевшей племянницей, Рентген вел скромный, замкнутый образ жизни. Точно в 8 часов начинал работать в институте и в 6 часов вечера возвращался домой; как и все, имел двухчасовой отдых от 12 до 2... Не могу также не вспомнить о деликатности, с которой Рентген устраивал мой отдых в Швейцарии. Он приглашал меня на свой счет в качестве ассистента в тот швейцарский отель, где жил сам, якобы для обсуждения нашей совместной работы» (А.Ф.Иоффе. Встречи с физиками. – М.: Физматгиз, 1962, с. 27, 29).

В.К.Рентген в письме Л.Цендеру (1905 г.) писал: «В русском докторе Иоффе я имею очень способного приват-доцента. Я работаю с ним уже два года и совместно произвел огромное количество материала, публиковать который мне боязно» (Ф.Гернек. Пионеры атомного века. – М.: Прогресс, 1974, с. 99).

Ученый Рентген был скромным, законопослушным человеком, бюргером от науки. Даже получать Нобелевскую премию он ездил в Стокгольм по ходатайству в Министерство церковных и школьных дел Баварии. Это ходатайство об отпуске было написано 6 декабря 1901 г., за три дня до получения премии, и в полной мере соответствовало стилю времени и нравам высшей школы Германии. В нем ученый писал: «По доверительному сообщению Королевской Шведской академии наук почтительнейше и покорнейше нижеподписавшийся получил первую Нобелевскую премию за 1901 год. Королевская Шведская академия придает особое значение тому, чтобы удостоенные премии принимали ее лично в Стокгольме в день вручения (10 декабря текущего года). Так как эти премии обладают исключительно высокой ценностью и в высшей степени почетны, то почтительнейше и покорнейше нижеподписавшийся полагает, что должен последовать, хотя и не с легким сердцем, желанию Королевской Шведской академии, а потому он просит предоставить ему отпуск в продолжение следующей недели» (там же, с. 94–95).

Рентген был единственным лауреатом в истории Нобелевского фонда, кто не читал Нобелевской лекции. Летом 1902 г. он обратился в Стокгольм с запросом о сроке ее прочтения. Ответ из Швеции позволил ему считать, что в Уставе фонда отсутствует положение об обязательной процедуре чтения лекции. Учтя это обстоятельство, Рентген заявил, что он охотно отказывается от публичного выступления с докладом. Он мало участвовал в публичных мероприятиях, никогда не принимал участия в ежегодных съездах физиков, естествоиспытателей и врачей, отвергал всякие чествования со стороны власть имущих, однако был подлинным патриотом Германии.

В целом, как писал А.Ф.Иоффе, «рентгеновы лучи впервые пробили брешь во внешней оболочке атома, положили этим начало открытий атомной физики и в ходе исторического развития привели к освобождению атомной энергии».

Возможности, заложенные в физических свойствах рентгеновских лучей, несмотря на 105-летнюю историю их изучения и использования, до сих пор полностью не реализованы. Это видно, например, из интенсивного развития в последние три десятилетия рентгеновской оптики. С учетом существенно различных характеристик лучей в областях жесткого (длины волн 0,01–1 нм), мягкого (1–30 нм) и ультрамягкого (30–100 нм) излучений созданы и продолжают создаваться прецизионные методы исследования разнородных веществ, высокие технологии изготовления рентгенооптических элементов и уникальных промышленных рентгеновских приборов и устройств.

Оптические характеристики материалов в рентгеновском диапазоне обладают рядом особенностей, не свойственных характеристикам видимого излучения. Это относится к таким кардинальным свойствам лучей, как преломление и отражение.

Показатель преломления лучей в рентгеновской области спектра для всех веществ мало отличается от единицы. Вследствие этого элементы типа линз и призм в рентгенооптике практически не используются. Причина ясна: фокусное расстояние собирающей линзы из никеля радиусами поверхностей 1 см для лучей длиной волны 0,1 нм составляет примерно 100 м.

Об опытах по преломлению новых лучей Рентген в первой публикации сообщал: «Установив проницаемость тел довольно большой толщины, я поспешил исследовать поведение Х-лучей при прохождении через призму: отклоняются они ею или нет. Опыты с водой и сероуглеродом в слюдяных призмах с преломляющим углом около 30 градусов не дали никакого отклонения ни на флуоресцирующем экране, ни на фотографической пластинке. Для сравнения при тех же условиях наблюдалось отклонение лучей света. Отклоненные изображения были удалены от неотклоненных на расстояние от 10 до 20 мм. С призмами из эбонита и алюминия с преломляющим углом также в 30 градусов я получил на фотографической пластинке снимки, на которых как будто можно было заметить отклонение. Но это было весьма неясно. Во всяком случае, если отклонение вообще существует, то оно настолько мало, что показатель преломления Х-лучей в указанных веществах мог быть не больше 1,05».

Однако аналогами обычных линз в ультрамягком рентгеновском излучении служат обладающие высоким пространственным разрешением зонные пластинки Френеля, состоящие из системы чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец строго заданной ширины. Зонная пластинка Френеля, увеличивающая за счет дифракции энергетическую освещенность в точке наблюдения подобно собирающей (положительной) линзе, в качестве рентгенооптического элемента была предложена в 1952 г. Такие пластинки служат основным узлом в сканирующих и изображающих рентгеновских микроскопах с использованием синхротронного излучения.

Уже в первых опытах Рентген заметил, что открытые им лучи практически не отражаются. Он писал: «Можно заключить, что ни одно из исследовавшихся веществ не дает правильного отражения Х-лучей». Длительное время считалось, что создание эффективных рентгеновских зеркал невозможно. Углубленное исследование физики коротковолнового излучения сравнительно недавно позволило найти решение задачи путем использования многослойных отражающих покрытий. Они представляют собой структуру из множества пар чередующихся слоев нанометровой толщины с различным значением диэлектрической проницаемости, нанесенных таким образом, что период чередования слоев постоянен или изменяется по определенному закону. В этом случае даже весьма незначительное отражение от каждой границы десятков или сотен слоев зеркала благодаря отражению синфазных волн дает суммарный коэффициент отражения рентгеновских лучей в несколько десятков процентов при любых углах вплоть до нормального падения. На подложку – полированную пластинку кремния или плавленого кварца – поочередно наносятся электронно-лучевым, магнетронным или лазерным напылением слои тяжелых металлов (W, Mo, Ni, Re...) и слои легких элементов (C, B, Be, Si). С помощью зеркал с многослойными покрытиями реализуется фокусирующая и изображающая рентгеновская оптика нормального падения. Перспективы же этой оптики означают создание мощных рентгеновских лазеров, уникальных рентгеновских микроскопов, технологических установок рентгеновской литографии для производства интегральных микросхем нового поколения, а также развитие таких ветвей науки, как рентгеновская астрономия, рентгеновская голография, химический и биофизический микроанализ.


Различные типы рентгеновских трубок, появившихся в 1896 г.

Радио- и рентгеновское излучение, а также радиоактивность – открытия, «спрессованные» во времени примерно в десять месяцев, стали спусковым крючком для развития экспериментальной физики ХХ в. Память о первооткрывателях этих явлений А.С.Попове, В.Рентгене и А.Беккереле неувядаема. Об этом, например, свидетельствует деятельность музея-лаборатории в Вюрцбурге, в которой Рентген сделал свое открытие. В исторической лаборатории все сохраняется без изменений, и она вместе с прилегающими помещениями образует мемориал. Здесь демонстрируются документальные фильмы на немецком, английском, французском и японском языках. В честь 100-летия со времени присуждения ученому Нобелевской премии, проводятся специальные мероприятия для поддержания благодарной памяти.

Вместе с В.Рентгеном первые Нобелевские премии в 1901 г. были присуждены нидерландскому физико-химику Якову Хендрику Вант-Гоффу (1852–1911) по химии – за открытие законов химической динамики и осмотического давления в растворах – и немецкому бактериологу Эмилю Адольфу Берингу (1854–1917) по физиологии и медицине – за работы по серотерапии и прежде всего за использование ее в борьбе против дифтерии. Премию Мира получил швейцарский общественный деятель Анри Жан Дюнан (1828–1910), инициатор создания международного общества Красного креста в 1863 г., а литературную премию – французский поэт Франсуа Арман Сюлли-Прюдом (1839–1907) – за философские поэмы и книгу стихов «Напрасная нежность». Каждый из первых лауреатов Нобелевского фонда – яркая творческая личность. Это фактически сразу придало премиям фонда Нобеля большую весомость.

В этой связи по сей день справедливыми остаются слова П.Л.Капицы: «Несмотря на большие изменения в жизни науки, одна вещь осталась [за столетие] – это Нобелевская премия... Другой такой премии, пользующейся подобным международным авторитетом, не существует».

Череда блестящих физиков-лауреатов Нобелевской премии по физике ХХ в. началась с В.Рентгена, заслуги которого трудно преувеличить. В год сто-летнего юбилея премий в конце века премию Нобеля, как известно, получил российский физик Ж.И.Алфёров, возглавляющий Физико-технический институт, основанный учеником Рентгена А.Ф.Иоффе и носящий имя основателя. Надо надеяться, что имена ученых России еще не раз пополнят списки лауреатов Нобелевской премии, которая остается самой престижной научной наградой.

* Мы не нашли такого города в географическом атласе. – Ред.

А.И.Климин,
В.А.Урвалов, почетный член
НТОРЭС им. А.С.Попова, С.-Петербург

http://top.list.ru/jump?from=20470