Fysik

Röntgenupptäckt


Införandet

På sen eftermiddag den 8 november 1895, när alla hade avslutat sin arbetsdag, var den tyska fysikern Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) fortfarande i sitt lilla laboratorium under hans tjänares vakande ögon. När Roentgen i det mörka rummet, upptagen sig med iakttagelse av ledningen av elektricitet genom ett Crookes-rör, fångade tjänaren i hög spänning, hans öga: "Lärare, titta på skärmen!".

I närheten av vakuumröret fanns en barium-platina-cyanidbelagd skärm, på vilken projicerade en oväntad ljusstyrka som resulterade från fluorescensen hos materialet. Roentgen vände skärmen så att ansiktet utan det lysrörande materialet vänd mot Crookes röret; ändå observerade han fluorescensen. Det var då han bestämde sig för att lägga handen framför röret, så att hans ben projicerade på skärmen. Roentgen observerade för första gången vad som kom att kallas röntgenstrålar.

Ovanstående stycke kan vara en dramatisering av vad som faktiskt hände den dagen, men det faktum att historia registrerar är att denna fantastiska upptäckt hade en rungande återverkan, inte bara i det vetenskapliga samfundet, utan också i massmedia. Till exempel, redan 1896, mindre än ett år efter upptäckten, hade cirka 49 böcker och broschyrer och 1 000 artiklar redan publicerats om ämnet. En undersökning av Jauncey i den amerikanska tidningen St Louis Post-Dispatch, visar att mellan 7 januari och 16 mars 1896 publicerades fjorton anteckningar om upptäckten och andra relaterade studier.

De mest kända referenserna till detta fynd tenderar emellertid att bagatellisera författarens meriter och betonar den framgångsrika aspekten av observation. Denna förvrängda syn på Roentgens arbete elimineras först när man blir medveten om sina konton. 50 år gammal vid röntgenupptäckten, och mindre än 50 publicerade artiklar, var Roentgens favoritämnen de fysiska egenskaperna hos kristaller och tillämpad fysik (1878 presenterade han ett telefonlarm och 1879 en aneroidbarometer). ). Han publicerade bara tre verk på röntgenstrålar och var i slutet av sitt liv inte mer än 60. För en Nobelprisinnehavare i fysik är detta en relativt intrycksfull mängd. Denna "lilla" produktion kan vara en följd av dess strikta kriterier för utvärdering av de erhållna resultaten. Så vitt någon vet var han så försiktig att han aldrig behövde granska de publicerade resultaten. När du läser dina två första artiklar om röntgenstrålar kan du se riktigheten i ditt arbete.

Förutom den obestridliga betydelsen inom medicin, teknik och aktuell vetenskaplig forskning har röntgenupptäckten en historia full av nyfikna och intressanta fakta som visar Roentgens enorma insikt. Till exempel klagade Crookes till och med på fotografinmatningsfabriken för Ilford för att ha skickat honom "slörda" papper. Dessa ljusskyddade papper placerades vanligtvis nära deras katodstrålerör, och röntgenstrålarna som producerades där (ännu inte upptäckta) döljer dem. Andra fysiker har observerat detta "fenomen" med slöja papper, men har aldrig relaterat det till att vara nära katodstrålerör! Mer nyfiken och spännande är det faktum att Lenard "snubblat" på röntgenstrålar före Roentgen, men inte märkte. Så det verkar som om det inte bara var en chans som gynnade Roentgen; Upptäckten av röntgenstrålarna var "fallande mogen", men den behövde någon tillräckligt subtil för att identifiera dess ikonoklastiska aspekt. För att förstå varför är det nödvändigt att följa katodstrålarnas historia.

Katodstrålar och Lenardstrålar kontra Röntgenstrålar

1838 genomförde Faraday en serie experiment med elektriska urladdningar i sällsynta gaser, vilket definitivt kopplade hans namn till upptäckten av katodstrålar. På grund av de tekniska svårigheterna med att producera vakuum av god kvalitet fick dessa verk dock ny kraft 20 år senare. Denna nya fas, som inleddes omkring 1858 av den tyska fysikern Julius Plücker (1801-1868), gav resultat som utmanade mänsklig intelligens i nästan fyrtio år tills en god förståelse av fenomenet uppnåddes. Valören katodstrålar (Kathodenstrahlen) introducerades av den tyska fysikern Eugen Goldstein (1850-1931) 1876, när han presenterade tolkningen att dessa strålar var vågor i eter. En motsatt tolkning, försvarad av engelska, fångade också uppmärksamhet från tidens vetenskapliga värld. För Crookes laddades katodstrålar molekyler, som utgör materiens fjärde tillstånd (Detta namn används idag när vi refererar till plasma, vilket är exakt vad du får när du producerar en elektrisk urladdning i en tunn gas!). År 1897 avslutade Thomson kontroversen genom att visa att katodstrålar var elektroner. Under dessa 40 år tyder ett antal observationer, kommentarer och hypoteser på att flera forskare har "förvrängt dörren till röntgenupptäckt." Anderson listar några av dessa indikationer; I sina två första verk hänvisar Roentgen till de möjligheter Lenard hade att upptäcka.

I en artikel publicerad 1880 nämner Goldstein att en fluorescerande skärm skulle kunna upphetsas även när den skyddas från katodstrålar. Detta arbete publicerades på tyska och engelska och måste ha känt till nästan alla forskare som är involverade i dessa studier, men under de kommande femton åren ifrågasatte ingen det faktum att skärmen fluorescerade även utan att drabbas av katodstrålar! Thomson kom också nära; Ett år före upptäckten av röntgen, rapporterade han att han hade observerat fosforescens i glasstycken flera centimeter bort från vakuumröret.

Av alla forskare verkar Lenard ha varit närmast Roentgens upptäckt. I fortsättningen av sin lärare, Heinrich Hertz, genomförde Lenard experiment för att verifiera om katodstrålar som producerats i ett Crookes-rör kunde observeras utanför. För detta ändamål konstruerade han ett Crookes-rör med ett litet aluminiumfönster (ungefär 0,0025 mm tjockt) på motsatt sida av katoden och började observera katodstrålar utanför röret genom dess interaktion med fosforescerande material. Senare blev dessa strålar kända som smala strålar. 1894 publicerar Lenard, i den tyska tidningen Annalen der Physik, hans första observationer, bland vilka sticker ut:

  1. Lenard-strålar sensibiliserade en fotografisk platta.
  2. En elektriskt laddad aluminiumskiva urladdad när den placerades i strålens väg, även när denna skiva placerades mer än 8 cm (det maximala området för katodstrålar i luften). När handen placerades framför balken försvann den elektriska chockeffekten. Lenard skrev på dessa resultat och skrev: "Det kan inte sägas om vi observerar en åtgärd av katodstrålarna på aluminiumfönsterytan, eller på luften, eller slutligen på den laddade skivan! Men den sista handlingen är mycket osannolik på stora avstånd från fönstret ".
  3. Strålarna avböjdes kontinuerligt av ett magnetfält; det vill säga, några strålar avböjdes mer än andra, och det var några som inte avböjde.

Av allt som är känt idag följer att Lenard-strålar bestod av katodstrålar (elektroner) och röntgenstrålar, men han trodde att de bara var katodstrålar! Det räckte att han hade använt ett ganska tjockt aluminiumfönster så att elektronerna inte kunde passera genom det för att ha en röntgenstråle! Enligt Anderson blev Lenard djupt besviken över att ha missat denna upptäckt och använde aldrig Roentgens namn när han hänvisade till röntgenstrålar.