Читаем Рентгеновы лучи онлайн бесплатно

Скан: AAW, обработка, формат Djv: DNS, 2011

Редактор В. Т. Хозяинов. Техн. редактор М.А.Панкратова.

Подписано к печати 25/XI 1949 г. 2 печ. л. 1,78 уч. — изд. л. 36,105 тип. зн. в печ. листе. А-15802. Тираж 200 000 экз. Цена книги 50 коп. Заказ № 1919.

3-я типография «Красный пролетарий» Главполиграфиздата при Совете Министров СССР. Москва, Краснопролетарская, 16.

Цена 50 к.

Народной фантазией создано много сказок о чудесных вещах, с помощью которых люди приобретают необычайное могущество, совершают необыкновенные подвиги. Кто из нас в детстве не слыхал или не читал о волшебном ковре-самолёте, семимильных сапогах, замечательном серебряном блюдечке или шапке-невидимке!

На ковре-самолёте герой сказки в одно мгновение переносится по воздуху из одной страны в другую. Семимильные сапоги позволяют ему шагать так быстро, что за ним никто не может угнаться. Серебряное блюдечко показывает всё, что происходит в любом другом месте света. А шапка-невидимка делает героя невидимым.

Ещё совсем недавно, пятьдесят — сто лет назад, эти сказки были лишь мечтой народа; всё, о чём в них рассказывалось, казалось неосуществимым. В наше время это уже не так. Многое из того, о чём в сказках мечтал народ, ныне, благодаря упорному, часто самоотверженному труду учёных, стало действительностью.

Ежедневно по необъятным пространствам нашей родины, выполняя мирную и оборонную работу, летают тысячи самолётов. А семимильные сапоги — ведь это мотоциклы, автомобили, быстроходные катера! Мыслимо ли пешеходу угнаться за мотоциклом или автомобилем, которые могут пробежать в одну минуту три километра? Даже всевидящее «серебряное блюдечко» уже не удивляет современных людей: это телевизор — прибор, который с помощью радиоволн передаёт изображения на далёкие расстояния. Много и других чудесных вещей изобрёл человек для того, чтобы облегчить и улучшить свою работу и жизнь.

В нашей книжке мы расскажем об одном из таких открытий: о невидимых рентгеновых лучах. Эти замечательные лучи обладают способностью проходить сквозь вещества, непроницаемые для видимого света — сквозь металл, бумагу, кожу. Всевозможные оптические приборы: лупы, бинокли, микроскопы улучшают человеческое зрение, но с их помощью можно рассматривать только поверхность непрозрачных тел. Большинство же окружающих нас предметов — пласты земли, растения, металлы, тела людей и животных — непрозрачны, то-есть не пропускают световых лучей. Между тем иногда бывает очень важно заглянуть внутрь какого-нибудь тела или предмета, не разрушая его. Например, в случае заболевания или повреждения внутренних органов, при переломах костей часто крайне необходимо заглянуть внутрь человеческого тела, осмотреть больные места.

Это можно сделать с помощью рентгеновых лучей. Чтобы обнаружить, например, местонахождение пули или осколка в теле раненого, достаточно лишь «просветить» раненное место рентгеновыми лучами; тогда можно увидеть, где находится пуля или осколок. Рентгеновы лучи позволяют видеть содержимое закрытых предметов (ящика, кошелька, коробки), пустоты в кусках металла и многое другое. Для этого не требуется ни разрезать, ни раскрывать, ни разрушать вещи. Как лампа, зажжённая в тёмной комнате, позволяет увидеть всё, что в этой комнате находится, или как солнечный луч, падающий на прозрачный стакан с налитым в него чаем и опущенной в него ложкой, позволяет увидеть и ложку, и чай, и чаинки, так и пучок рентгеновых лучей, падающий на непрозрачный кусок металла, позволяет обнаружить в нём раковины или пустоты, невидимые снаружи.

У рентгеновых лучей есть и другие чрезвычайно существенные свойства, используя которые можно обнаружить особенности строения тела, невидимые ни в один микроскоп. Эти лучи помогают также узнать, из каких частей состоит то или иное вещество, то-есть определить его химический состав.

Задачей настоящей книжки и является рассказать читателю о свойствах, природе и способах получения рентгеновых лучей; о том, какую пользу они приносят науке и технике.

Наши глаза — один из самых необходимых органов. Глаза — орган зрения. При помощи них мы воспринимаем свет и благодаря этому «видим» окружающий нас мир.

Световые лучи, проникая через зрачок внутрь глаза, оказывают определённое действие на чувствительные окончания нервов, которыми заполнена задняя сторона глаза. Это воздействие по нервам передаётся в мозг, где отдельные возбуждения складываются в целую картину того, что находится перед нашими глазами [1]).

Обычно принято под светом понимать только такие лучи, которые помогают нам видеть окружающее. Главным источником такого видимого света для нас является Солнце.

Солнечный или, как часто говорят, дневной свет представляет собой световые лучи, испускаемые Солнцем — громадным раскалённым газовым шаром.

Солнечная энергия, приносимая нам светом, — главный источник жизни на Земле. Само возникновение жизни на Земле стало возможным благодаря солнечному теплу.

Дневной свет называют естественным светом. Помимо него, люди широко пользуются и другим так называемым искусственным светом. Источники искусственного света всем известны, — это электрические лампы, свечи, керосиновые и газовые горелки.

Свет давно привлекал внимание учёных, они стремились выяснить его природу и свойства. Теперь мы знаем, что видимый нами свет составляет лишь небольшую часть существующих в природе лучей.

Уже на примере солнечного излучения мы обнаруживаем, что кроме видимого света есть и невидимый свет. Действительно, Солнце не только освещает, но и нагревает тела. Вместе с видимым светом к нам доходят и невидимые тепловые лучи Солнца; их называют инфракрасными лучами.

Такие же невидимые тепловые лучи испускают все нагретые тела. Поднесите руку к какому-либо нагретому телу (утюгу, печке) и вы почувствуете идущую от него теплоту. Эта теплота и есть не что иное, как поток тепловых лучей, испускаемых нагретым телом. Тепловые лучи распространяются от него во все стороны и вызывают у человека лишь ощущение тепла. Глаз человека их не замечает. Сколько бы мы ни смотрели в тёмной комнате на горячий утюг, мы его всё равно не увидим. Тело человека также испускает тепловые лучи.

С другой стороны, всем хорошо известно, что солнечные лучи вызывают так называемый загар. Мы знаем, однако, что человек загорает только на открытом воздухе. Если мы будем находиться под стеклянной крышей, которая нисколько не уменьшает видимого света, то не загорим совсем.

Объясняется это тем, что кроме видимых и тепловых лучей Солнце посылает к нам ещё и другие лучи, получившие название ультрафиолетовых. Ультрафиолетовые лучи не проходят через стекло и частично задерживаются даже воздухом. Они-то и вызывают загар кожи. Поэтому человек особенно легко загорает высоко в горах, где слой воздуха, через который проходят солнечные лучи, меньше, и не может загореть под стеклянной крышей.

Ни инфракрасные, ни ультрафиолетовые лучи нашими глазами не воспринимаются. Этим же свойством обладают и рентгеновы лучи.

Если подойти к работающему рентгеновскому аппарату, то при всём старании нельзя заметить в воздухе каких-либо лучей, хотя аппарат излучает потоки рентгеновых лучей и многие из них попадают непосредственно в глаза наблюдателя.

Другой пример — радио. Человек не замечает радиоволн, хотя они распространяются вокруг Земли. Глаза и уши человека не приспособлены для того, чтобы увидеть или услышать радиоволны. А в том, что радиоволны существуют, легко убедиться. Для этого достаточно лишь «настроить» на определённую волну радиоприёмник (т. е. поймать одну из «путешествующих» вокруг нас радиоволн) и можно слышать человеческую речь, музыку, пение, передаваемые на расстояния в многие тысячи километров.

Если нагревать кусок железа, то вначале он остаётся тёмным, хотя по мере разогревания испускает всё больше и больше невидимых тепловых лучей. Но при определённой температуре тела мы увидим, что оно начинает светиться, сначала чуть заметным красноватым свечением, затем яркокрасным, жёлтым и, наконец, ярким белым светом. Это простое наблюдение указывает на близкое родство лучей тепловых и лучей видимого света.

Вызывающие загар ультрафиолетовые лучи могут быть обнаружены также по их действию на фотопластинку. При помощи этих лучей мы можем делать фотоснимки в совершенно «тёмной» комнате. Кроме того, под действием ультрафиолетовых лучей многие тела начинают светиться видимым светом.

Исследуя белый свет, идущий от Солнца, учёные установили, что на самом деле он является сложным. Считают, что белый солнечный свет состоит из семи основных цветов: красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового (так называемых семи цветов радуги).

Если лучи света проходят из одного прозрачного тела в другое, то они преломляются, т. е. изменяют своё направление. Это легко обнаружить, если посмотреть сбоку на стакан воды, в который опущена ложка (рис. 1). Ложка кажется изломанной. Это происходит потому, что лучи света, идущие от той части ложки, которая находится в воде, при переходе из воды в воздух отклоняются от прямолинейного пути.

Очень легко поставить опыт разложения белого света на его составные части. Для этого надо пропустить луч света через простой прибор, называемый призмой, Призма — это кусок стекла, ограниченный тремя плоскими гранями (рис. 2).

Рис. 1. Ложка в стакане.

Проходя через призму, световой луч преломляется два раза. При этом различные составные части белого света отклоняются на разные углы.

В результате этого из призмы, на которую падает белый свет, выходят по разным направлениям лучи различных цветов. Если поставить на пути этих лучей экран, то мы увидим картину, которая называется спектром. Спектр видимого света показан на рисунке 2.

Такое разложение белого света в спектр мы часто наблюдаем на небе после дождя в виде радуги, когда солнечные лучи, падающие на Землю, проходят через капли дождя. В радуге, как всякий может убедиться, цвета располагаются именно в том порядке, какой был указан выше.

Рис. 2. Разложение света в призме.

Если бы наш глаз был более приспособленным, то за красным цветом радуги мы обнаружили бы её продолжение, состоящее из невидимых инфракрасных лучей, а за фиолетовым — ультрафиолетовые лучи.

Сейчас точно установлено, что все рассмотренные выше лучи: видимые световые (от красного до фиолетового), инфракрасные и ультрафиолетовые, а кроме того всевозможные радиоволны, интересующие нас рентгеновы лучи и, наконец, гамма-лучи (особого сорта лучи, испускаемые радиоактивными телами), несмотря на различные названия, имеют одинаковую природу.

Какова же эта природа? И в чём, в таком случае, заключается различие между названными лучами?

Природа всех этих лучей связана с электрическими и магнитными явлениями.

Напомним всем хорошо известный опыт. Если мы, рассыпав по столу железные опилки, поднесём к нему магнит, то опилки, до того спокойно лежавшие, подскочат со стола и прилипнут к магниту. Значит, на железные опилки в присутствии магнита действует сила, притягивающая их. Говорят, что вокруг магнита появилось магнитное поле.

Такой же опыт можно проделать с наэлектризованными телами. Результат будет тот же: и вокруг заряженного электричеством тела появляется поле, которое называется электрическим. Попавшие в такое поле заряженные тела будут притягиваться или отталкиваться от тела, образовавшего поле, в зависимости от знаков и зарядов.

Электрическое и магнитное поля связаны между собой. При изменении электрического поля всегда появляется поле магнитное и наоборот.

Световые лучи, как видимые, так и невидимые, и представляют собой такие связанные между собой электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве в виде волн.

Эти волны носят название электромагнитных.

Таким образом, все перечисленные выше лучи составляют одну семью электромагнитных волн.

В чём же отличие их друг от друга?

Все видели волны, которые разбегаются по спокойной поверхности воды, если бросить в неё камень. Расстояние от одного гребня до соседнего гребня таких волн носит название длины волны. Волны от брошенного камня имеют длину в несколько сантиметров. Длина волны морских волн значительно больше. Все названные выше электромагнитные волны отличаются друг от друга длиной волны. Радиоволны бывают длинные (в несколько километров) и короткие (в несколько метров или даже сантиметров). Инфракрасные и видимые лучи намного короче. Так, зелёные видимые лучи имеют длину волны, равную 5 стотысячным долям сантиметра. Волны рентгеновых лучей ещё короче: их длины лежат в пределах от десятимиллиардной до стомиллионной доли сантиметра. Ещё меньше длина волны гамма-лучей.

Ниже все известные лучи приведены в одной таблице, которая образует так называемую шкалу электромагнитных волн.

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Рентгеновы лучи были открыты в 1895 году немецким физиком Рентгеном во время работы с прибором, представляющим закрытую со всех сторон стеклянную трубку, из которой почти полностью удалён воздух.

Подобная трубка изображена на рисунке 3. Внутри неё укреплены две металлические пластинки (электроды), от которых наружу отходят тонкие проволоки, впаянные в стекло.

Если такую трубку включить в электрическую цепь, то при известных условиях через неё может итти электрический ток. Электрический ток в трубке представляет собой поток мельчайших заряженных частиц, из которых состоит всякое вещество: электронов и ионов. Такая трубка называется разрядной[2]).

Рентген в своей работе интересовался именно свойствами электрического тока, идущего через газ. У него были трубки разных форм и размеров, и учёный хотел выяснить, как отражается на электрическом токе форма и размеры трубок.

Однажды поздно вечером Рентген один кончал работу в лаборатории. Он закрыл трубку картонным футляром, потушил свет и хотел выключить электрический ток, шедший ещё через трубку, как вдруг увидел в стороне от неё на столе светящийся предмет. Оказалось, что это светится кусок картона, покрытый особым составом: платиново-синеродистой солью бария. Это вещество замечательно тем, что начинает светиться, если на него падает видимый свет. Но была ночь, в комнате было темно, а экран светился. Рентген выключил ток в трубке. Экран перестал светиться.

В эту ночь учёный так и не ушёл домой. Он начал выяснять, почему в комнате, в которой действует разрядная трубка, платиново-синеродистый барий светится.

Скоро Рентгену удалось установить причину этого свечения. Оказалось, что один из электродов трубки становился источником невидимых лучей, которые обладали многими замечательными свойствами; и самым удивительным была их способность проходить через тела, непрозрачные для видимого света!

Оказалось, что под действием новых неизвестных лучей воздух становился хорошим проводником электричества. Наэлектризованные тела быстро теряли свой заряд, если поблизости от них работал источник лучей Рентгена.

Неизвестные лучи, как выяснилось, оказывали воздействие на фотографическую пластинку, подобное действию видимого света.