К вопросу о рентгеновских лучах
К ВОПРОСУ О РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ (1)*
Невозможно смотреть на эту небольшую грушевидную лампу Крукса бе з чувства, которое сродни благоговейному трепету, если вспомнить все то, что она сделала для научного прогресса: во-первых, полученные ее создателем впечатляющие результаты, во-вторых, блистательная работа Ленарда, и, наконец, великолепные достижения Рентгена. Возможно, в ней все еще находится безмятежный Асмодей, которого волею судьбы освободит из тесной темницы какой- нибудь удачливый ученый. Временами и мне чудился нашептывающий голос, и я проводил напряженные поиски среди пылью покрытых ламп и бутылей. Боюсь, мое воображение обмануло меня, но мои запыленные лампы все еще здесь, и я до сих пор с надеждой прислушиваюсь.
После повторения превосходных экспериментов Профессора Рентгена я направил свои усилия по двум направлениям: на исследование природы излучений и на совершенствование средств их получения. Ниж е привожу краткое и, надеюсь, полезное изложение методов, использованных при работе по этим направлениям, и достигнутых по ним наиболее значимых результатов.
Чтобы достичь наиболее сильных эффектов, необходимо, в первую очередь, учитывать, что, какова бы ни была их природа, они непременно будут зависеть от интенсивности катодных потоков. А так как катодные потоки, в свою очередь, зависят от величины потенциала, то требуется наивысшее из возможных электрическое напряжение.
Для получения высоких потенциалов можно воспользоваться либо обычной индукционной катушкой, либо электростатической машиной, либо катушкой разряда с пробоем. У меня такое впечатление, что большинство результатов европейских исследователей получены с помощью электростатической машины или катушки Румкорфа. Но так как эти приборы вырабатывают относительно низкий потенциал, то естественен выбор катушки с пробойным разрядом как самого эффективного устройства. Ведь у нее практически нет ограничений по длине искры, и единственное требование — это наличие у экспериментатора, как я уже отмечал в предыдущих статьях по этому вопросу, определенных знаний и опыта в настройке цепей, в особенности в плане резонанса.; После того, как экспериментатор сконструирует катушку пробоя, подходящую для источника постоянного или переменного тока, он приступает к выбору лампы. Ясно, что, если в лампу поместить два электрода либо использовать один внутренний электрод, а второй наружный, то потенциал ограничивается, так как присутствие не только анода, но вообще любого проводящего объекта обладает эффектом ослабления реального потенциала на катоде. Таким образом, для достижения намеченного результата приходится остановиться на лампе с одним электродом, а второй относить как можно дальше.
Очевидно, что для получения наивысшей скорости катодных потоков следует использовать внутренний электрод, т. к. лампы без внутренних электродов намного менее эффективны для этой конкретной цели из-за потерь на стекле. Видимо, бытует заблуждение относительно концентрации лучей вогнутыми электродами. Если это вообще как-то влияет, то это скорее недостаток. Для лампы есть определенная специфика в конструкциях катушки пробоя, цепей, конденсаторов и статических экранов, подробные описания которых я уже приводил ранее.
После выбора индукционной катушки и типа лампы следующая по важности задача — вакуум. На сей счет могу обнародовать факт, с которым давно знаком, и благодаря которому добился преимущества при изготовлении вакуумных рубашек и всевозможных ламп накаливания, и который — как я впоследствии обнаружил, — является очень важным, если не сказать ключевым, для получения контрастных теневых рентгеновских изображений. Я имею в виду метод разрежения газов электрическими устройствами до такой степени, которая лежит далеко за возможными пределами механических установок.
Хотя дающие довольно высокий потенциал электростатическая машина, как и обычная индукционная катушка, позволяют добиться подобного результата, я обнаружил, что наиболее подходящее и быстродействующее устройство — это катушка пробоя. Лучше всего делать так: Сначала посредством обычного вакуумного насоса откачиваем лампу до сравнительно высокого вакуума, хотя из опыта знаю, что это не абсолютно обязательно, поскольку я обнаружил возможность добиться разрежения начиная с низкого давления. После отключения от насоса лампу подсоединяют к клемме катушки пробоя, желательно с высокой частотой колебаний, и, как правило, наблюдаются следующие явления. Сначала по лампе расползается молочно-белое свечение, либо, если она была откачана до высокой степени разрежения, стекло какое-то мгновение фосфоресцирует. В любом случае фосфоресценция обычно быстро убывает, а вокруг электрода появляется белое свечение, после чего на некотором расстоянии от электрода | образуется темное пространство. Вскоре свет принимает красноватый оттенок, и клемма очень сильно разогревается. Однако, подобный нагрев наблюдается лишь в случае мощных устройств. На этом этапе необходимо внимательно следить за лампой и регулировать потенциал, так как возможно быстрое выгорание электрода.
Спустя некоторое время красноватый свет тускнеет, потоки вновь становятся белыми, затем заметно ослабевают, колеблясь вокруг электрода, пока не исчезают окончательно. Тем временем стекло фосфоресцирует все сильнее, а пятно в месте соударения потока со стенкой становится очень горячим. Затем исчезает фосфоресценция вокруг электрода, и он охлаждается до такой степени, что на ощупь стекло вблизи него может быть холодным как лед. Необходимая степень разрежения газа в лампе получена. Чередуя нагрев и охлаждение и используя небольшой электрод, процесс можно ускорить. Следует добавить, что таким способом можно тренировать и лампы с наружными электродами. Интересно отметить, что при определенных условиях, которые я сейчас изучаю более тщательно, электрическими средствами давление газа в сосуде можно повышать.
Я полагаю, неизбежное распыление электрода связано с заметным понижением температуры. С того момента, когда электрод становится холодным, в трубке устанавливается очень хороший режим для получения рентгеновских теневых изображений. Когда электрод такой же горячий, как стекло, или еще горячее его, это верный признак недостаточно высокого вакуума или того, что электрод слишком мал. Для высокоэффективной работы нужно, чтобы внутренняя поверхность стенки, где проходит катодный поток, выглядела так, как будто стекло находится в расплавленном состоянии.
По моим данным для охлаждения лучше всего применять сильные струи холодного воздуха. Используя их, можно успешно работать с очень тонкостенной лампой, которая практически не препятствует прохождению лучей.
Замечу, что экспериментатору не следует отказываться от применения стеклянной лампы, так как на мой взгляд непроницаемость стекла, как и прозрачность алюминия, отчасти преувеличены, поскольку мною обнаружено, что очень тонкий лист алюминия отбрасывает заметную тень, и напротив, через толстую стеклянную пластину я получил изображения.
Ценность описанного выше метода не только в получении высокого вакуума, но, что еще важнее, еще и в том, что наблюдаемые явления проливают свет на полученные Ленардом и Рентгеном результаты.
Хотя явление разрежения при отмеченных выше условиях допускает различные толкования, основной интерес сфокусирован на одном из них, которого придерживаюсь и я, а именно, на том, что частицы действительно выбрасываются через стенки лампы. По моим последним наблюдениям выброс частиц начинает должным образом воздействовать на чувствительную пластину только с момента, когда разрежение становится значительным, а эффекты тем сильнее, чем быстрее процесс разрежения, даже несмотря на возможно не особенно яркую фосфоресценцию. Отсюда вытекает тесная связь двух эффектов, и я все сильнее склоняюсь к мысли, что, по-видимому, мы имеем дело с потоком материальных частиц, которые с большой скоростью соударяются с чувствительной пластиной. Исходя из проведенной Лордом Кельвином оценки скорости падающих частиц в лампе Крукса, легко достичь — при использовании очень высоких потенциалов — скоростей в сотни километров в секунду. И вновь возникает давнишний вопрос: происходит ли через стеклянные или алюминиевые стенки выброс частиц, которые вылетают из электрода или вообще из заряженной поверхности, включая и случай наружного электрода, или же эти частицы просто ударяются во внутреннюю поверхность и приводят к вылету частиц с внешней стороны стенки, воздействуя на них чисто механическим образом, по аналогии с ударом по расположенным в ряд бильярдным шарам? До сих пор большинство явлений указывало на то, что они выбрасываются через стенку лампы, из какого бы материала она ни была сделана, и теперь я в ищу еще более убедительное доказательство в данном направлении.
Возможно не всем известно, что даже обычный стример, резко и под большим напряжени- ем вырываясь из клеммы катушки пробоя, проходит через толстую стеклянную пластину, как будто ее и нет. Бесспорно, что подобные катушки позволяют получать напряжение, при кото- ром частицы вылетают по прямым линиям даже при атмосферном давлении. Мною уже полу- чены отчетливые отпечатки в обычной воздушной атмосфере, и не с помощью стримеров, как делали некоторые экспериментаторы, применявшие электростатические машины или индукци- онные катушки, а реальным проецированием, причем тщательное экранирование статического электричества абсолютно предотвращало образование стримеров.
Похоже, что у рентгеновских лучей есть любопытная особенность — независимость от частоты, начиная от низкой и до наивысшей, какую только можно достичь, качества получаемых эффектов, за исключением их усиления с ростом частоты, что вполне вероятно вследствие того, что в этом случае выше и максимальное напряжение на катоде. Это возможно лишь при допущении, что эффекты на чувствительной пластине вызваны либо падающими частицами, либо колебаниями, частота которых лежит далеко за пределами той, которую мы способны получить с помощью разрядов конденсатора. Сильно возбужденная лампа окружена облаком фиолетового света, которое простирается более, чем на фут вокруг нее, но вне этого видимого явления отсутствует положительное свидетельство наличия волн, подобных световым. С другой стороны, некая связь непроницаемости с плотностью вещества — сильный аргумент в пользу материальных потоков. То же самое можно сказать и об эффекте, открытом Профессором Дж. Дж. Томсоном. Остается надеяться, что вскоре все сомнения будут рассеяны.
Прогнозируя создание пластин, особо чувствительных к механическим ударным воздействиям, можно ожидать, что появится ценное свидетельство природы данного излучения и будет усовершенствовано получение сильных ярких отпечатков. Подходящие химикаты для этого есть, и развитие в этом направлении может привести к отказу от существующих пластин. Кроме того, если мы все-таки имеем дело с потоками материальных частиц, то, по-видимому, возможно проецировать на пластину подходящее вещество, дабы обеспечить наилучшее химическое воздействие.
С помощью описанных мною устройств получены чудесные отпечатки на пластине. Возможно, идея усиления эффектов предстанет в более выигрышном свете, если упомянуть, что легко будет получать теневые изображения при относительно коротких экспозициях на расстоянии многих футов, а на небольших расстояниях и при тонких объектах можно работать с экспозициями в несколько секунд. Приложенный оттиск представляет собой теневое изображение медной проволоки, спроецированное на чувствительную пластину через деревянную крышку с расстояния в 11 футов. Это первое теневое изображение, полученное в лаборатории с помощью моего усовершенствованного устройства. Подобный отпечаток с расстояния около четырех футов был получен и сквозь тело экспериментатора, и через пластину стекла толщиной около трех шестнадцатых дюйма, и сквозь слой дерева почти в два дюйма. Однако, замечу, что при получении таких отпечатков мое устройство работало в чрезвычайно неблагоприятном режиме, который допускает настолько существенные улучшения, что я надеюсь усилить эффекты во много раз.
Строение костей птиц, кроликов и т. п. представлено в мельчайших деталях, отчетливо видна даже полость костей. На пластине с изображением кролика после часовой экспозиции видны не только все детали скелета, но и отчетливый контур брюшной полости и расположение легких, мех и многие другие особенности. На оттисках даже крупных птиц довольно ясно видны перья.
При экспозициях от четверти до одного часа получены четкие теневые изображения костей конечностей человека, а на некоторых пластинах такое количество деталей, что трудно поверить, что мы имеем дело лишь с теневыми изображениями. К примеру, картинка с обутой ступней — видны каждая складка кожаного ботинка, брюк, чулка и т. д. и при этом резко выделяются мышечная ткань и кости. Сквозь тело экспериментатора быстро получаются теневые изображения небольших пуговиц и подобных предметов, а при экспозиции от одного до полутора часов — как видно на приведенном оттиске — четко проявляются ребра, плечевые кости и кости предплечья. Теперь уже без сомнения продемонстрировано, что в любой части тела можно безошибочно обнаруживать небольшие металлические предметы, а также костные или известковые [подагрические] отложения.
При экспозиции от 20 до 40 минут легко получается контур черепа. В одном случае 40- минутная экспозиция четко проявила не только контур, но и глазную впадину, кость подбородка, скуловую и носовую кости, нижнюю челюсть и связки с верхней челюстью, позвоночный столб и связки с черепом, мышечную ткань и даже волосы. Странные эффекты отмечены при экспозиции головы мощным излучением. Например, я обнаружил, что клонит ко сну, а время, как показалось, пролетает быстро. Наблюдается общее успокоительное воздействие, и у меня было ощущение тепла в верхней части головы. Помощник независимо подтвердил сонливость и быстрое течение времени. Если эти примечательные эффекты будут подтверждены людьми с более острой наблюдательностью, я еще более твердо уверую в существование материальных потоков, пронизывающих череп. Тем самым окажется возможным направлять надлежащие химикалии в любую часть тела с помощью этих необыкновенных устройств.
Рентген скромно представил свои результаты, предостерегая от излишне больших надежд. К счастью, его опасения оказались беспочвенны, т. к. применение его открытия имеет широкие возможности, несмотря на то, что судя по всему нам предстоит иметь дело с простыми теневыми проекциями. Я счастлив, что внес вклад в развитие того великого творения, которое им создано.