О вредном воздействии трубок Ленарда и Рентгена

Из-за быстрого расширения сферы применения трубок Ленарда и Рентгена, а также ламп Крукса, которые врачи используют в качестве медицинского оборудования, а исследователи в качестве лабораторных приборов, учитывая возможности нанесения вреда тканям человеческого организма, настоятельно требуется исследование природы этих воздействий, чтобы выяснить обстоятельства, при которых они могут возникнуть, и (что наиболее важно для практикующих профессионалов) сделать невозможным нанесение вреда при соблюдении определенных правил и применении надежных мер противодействия. Как я уже констатировал в одной из предыдущих статей (см. «Electrical Review», 2 декабря 1896 года), исследователи не должны ограничивать себя в применении рентгеновских лучей из опасения их отравляющего или травмирующего воздействия, и будет величайшей ошибкой давать повод для таких высказываний, которые чреваты замедлением прогресса и созданием предвзятого мнения об уже сейчас в высшей степени полезном и еще более обещающем открытии, но нельзя не признать, что неосмотрительно не обращать внимание на риск теперь, когда мы знаем, что при определенных обстоятельствах он действительно существует. Я считаю: быть готовым к этим опасностям тем более важно, что очевидна перспектива повсеместного применения нового аппарата, способного вырабатывать лучи несравнимо большей мощности. В научно-исследовательских лабораториях приборы обычно находятся в руках людей, искушенных в управлении ими и способных дать близкую к действительности оценку значимости полученных результатов, но врачи, которые очень хорошо понимают, какие огромные преимущества дает при правильном использовании новый подход к лечению больных, и многочисленные дилетанты, восхищенные достоинствами новых явлений, — все страстные поклонники экспериментирования в недавно открытых областях, но многие из них, естественно, не вооружены специальными знаниями в области электротехники — все они очень нуждаются в достоверной информации специалистов, и нижеследующие строки написаны главным образом для них. Однако ввиду того, что мы еще не владеем полнотой знаний об этих лучах, я хотел бы, чтобы над нижеизложенными высказываниями не довлела авторитетность и они воспринимались иначе, чем то, что основано на добросовестности моих исследований и убежденности в безошибочности моих восприятий и наблюдений.

С тех пор как стало известно об открытии профессора Рентгена, я проводил исследования с применением усовершенствованных аппаратов, генерирующих лучи гораздо большей интенсивности, чем можно было получать на обычных устройствах. Как правило, мои лампы обладали способностью демонстрировать теневое изображение кисти руки на фосфоресцирующем экране на расстоянии 40 или 50 футов или даже более того; мы с ассистентами подвергались многочасовым сеансам облучения этими лампами, но, несмотря на то что облучения происходили ежедневно, не наблюдалось ни малейшего пагубного воздействия до тех пор, пока применялись определенные меры предосторожности. Напротив, явилось это совпадением или следствием воздействия лучей, или результатом какого-то производного источника, сопровождающего работу ламп (как, например, образование озона), мое собственное здоровье и здоровье двух сотрудников, которые ежедневно в той или иной степени испытывали на себе воздействие лучей, существенно улучшилось; и какова бы ни была причина, очевиден факт, что мучительный кашель, который постоянно беспокоил меня, совсем прекратился, при этом такое же улучшение наблюдалось и у другого человека.

В процессе получения фотографических отпечатков или исследования лучей с применением фосфоресцирующего экрана я использовал пластину из тонкого алюминия или сетку из алюминиевой проволоки, которая помещалась между лампой и человеком и соединялась с землей напрямую или через конденсатор. И предпринял эту меру предосторожности, потому что мне уже давно известно, что от очень сильных стримеров, которые образуются на теле человека вследствие электростатического воздействия переменного тока высокого напряжения, главным образом на малых расстояниях от клеммы, возникает раздражение на коже. Я убедился, что появление этих стримеров и вредных для здоровья последствий от их воздействия полностью исключалось благодаря применению токопроводящего объекта в виде пластины или проволочной сетки, установленной и заземленной, как описано выше. В ходе исследований, однако, выяснилось, что упомянутые пагубные воздействия вовсе не уменьшались постепенно, как ожидалось, с увеличением расстояния между человеком и клеммой, а сразу же прекращались, и я не мог найти никакого иного объяснения появлению раздражения на коже, столь же убедительного, как высказанное мною раньше; то есть раздражение обязано своим появлением озону, который образуется в больших количествах. Резкое прекращение образования озона при увеличении расстояния от клеммы до определенной величины также подтверждает эту точку зрения и наглядно доказывает, что совершенно необходима определенная интенсивность воздействия, как это происходит в процессе электролитического разложения.

Проводя более глубокие исследования, я последовательно вносил некоторые изменения в конструкцию, а также режим работы аппарата и незамедлительно мог наблюдать пагубные последствия облучения. Анализируя сейчас внесенные мною тогда изменения, я пришел к заключению, что сделал три отступления от программы действий, намеченной к исполнению: во-первых, не использовал алюминиевый экран; во-вторых, в лампе в качестве электрода или мишени вместо алюминия применялась платина; в-третьих, расстояния, с которых проводилось облучение, были менее обычных.

Вскоре выяснилось, что защитная алюминиевая пластина является весьма эффективным средством предотвращения телесных повреждений, поскольку с ней кисть руки можно облучать в течение долгого времени, не вызывая покраснения кожи, которое было постоянным и наступало очень быстро, если не применялся защитный экран. Данное обстоятельство убедило меня в том, что, каков бы ни был характер вредных воздействий, он в значительной степени зависит или от электростатического действия, т. е. электризации, или от вызываемых им побочных эффектов, подобных тем, что сопровождают образование стримеров. Эта точка зрения позволяла понять, почему исследователь может работать с лампой как угодно долго; и в течение всего времени, пока он держит руку перед собой, исследуя ее с помощью флюоресцирующего экрана, никакие части его тела не подвергаются облучению, за исключением кисти руки. Она также объясняла, почему в некоторых случаях появлялись ожоги на теле с противоположной стороны, примыкающей к фотографической пластине, в то время как области непосредственно облучаемой части тела, находящейся гораздо ближе к лампе и, следовательно, подвергающейся воздействию намного более сильных лучей, оставались непораженными. Становилось понятно, почему испытуемый ощущал покалывание на облучаемой части тела всякий раз, когда происходило вредоносное действие. И в конечном счете это не противоречило многочисленным результатам научных наблюдений, из которых явствовало, что пагубные воздействия совпадали с наличием воздуха, при этом одежда, какой бы плотной она ни была, не защищала, тогда как они практически прекращались, если в качестве профилактического средства применялся слой жидкости, совершенно не препятствовавший прохождению лучей, но полностью исключавший контакт воздуха с кожей.

Затем, проводя вторую серию исследований, я сравнивал лампы, в которых применялся только алюминий, с теми, где использовалась и платина, обычно в качестве экрана, принимающего на себя удар, и вскоре в моем распоряжении было достаточно доказательств, чтобы развеять все сомнения относительно того, что последний из указанных металлов наносит гораздо больший ущерб здоровью. Для доказательства этого утверждения можно сослаться на один из опытов, который в то же время может проиллюстрировать необходимость применения надлежащих мер предосторожности в работе с лампами очень большой мощности. Для проведения сравнительных испытаний изготовили две трубки по образцу усовершенствованной трубки Ленарда, совпадающие по размерам и большинству других характеристик. Обе трубки имели вогнутый катод, или отражатель, диаметром около двух дюймов, и обе снабдили алюминиевой заслонкой, или диафрагмой. В одной из трубок катодная фокусировка настраивалась на совпадение с центром заслонки, в другой катодный поток фокусировался несколько впереди диафрагмы на платиновой проволоке, которая находилась на стеклянном стержне вдоль осевой линии трубки, и в обоих случаях металл в центральной части и заслонки, и диафрагмы утончался до такой степени, чтобы только выдерживать давление находящегося внутри воздуха. Изучая действие трубок, я облучал одну руку трубкой, в которой использовался только алюминий, а другую руку — трубкой с платиновой проволокой. Включив первую трубку, с удивлением обнаружил, что алюминиевая диафрагма издавала отчетливый звук, совпадающий с ритмическими импульсами катодного потока. Помещая руку в непосредственной близости от диафрагмы, явственно ощущал, как что-то теплое било мне в руку. Ощущение было безошибочным и, не говоря уже о теплоте, очень сильно отличалось от покалывания, вызываемого стримерами или мельчайшими разрядами. Затем я исследовал трубку с платиновой проволокой. От алюминиевой заслонки не исходило никаких звуков, вся энергия удара уходила, по-видимому, в платиновый провод, который сильно раскалялся, или же вещество катодного потока было настолько расщеплено, что тонкая металлическая пластина не представляла собой никакой существенной преграды для его прохождения. Если происходит выброс больших частиц на крупноячеистую проволочную сетку, возникает значительное давление на последнюю, если же, к примеру, частицы очень малы по сравнению с ячеями, давление может не проявляться. Но, несмотря на то что диафрагма не вибрировала, я всё-таки ощущал, и при этом довольно отчетливо, что нечто наталкивалось на мою руку, а ощущение тепла было сильнее, чем в предыдущем случае. В воздействии на экран трубки не проявили очевидных различий, обе заставляли его очень ярко светиться, и резкость теневых изображений оказалась одинаковой, насколько можно было судить. Облучая кисть руки второй лампой, я лишь несколько раз посматривал на лампу сквозь экран, когда что-либо отвлекало мое внимание; не прошло и 20 минут, как отметил, что рука сильно покраснела и опухла. Посчитав, что повреждение произошло случайно, вновь принялся за исследование свойств трубки с платиной, помещая ту же руку быстрым движением и на короткое время близко к диафрагме, при этом незамедлительно чувствовал боль, которая усиливалась при каждом приближении руки к алюминиевой диафрагме. Необычным казалось ощущение, что боль возникает не на поверхности, а глубоко в тканях или даже в костях руки. Хотя в совокупности она облучалась не более чем полминуты, в течение нескольких дней после этого мне пришлось претерпевать сильные боли, а через некоторое время я увидел, что на поврежденной руке выпали волосы и снова росли ногти.

После этого опыты с лампой, в которой была платина, проводились с большей осторожностью, и вскоре выявилась ее относительная безопасность, поскольку если она и вызывала покраснение кожи, то повреждение оказывалось не столь сильным, как в экспериментах с другой трубкой. Приобретенный таким образом опыт сводился к следующему: очевидно, что облучаемая конечность бомбардируется чем-то горячим; боль возникает незамедлительно ; повреждение образуется непосредственно после облучения, и усиление пагубного воздействия объясняется, по всей вероятности, присутствием платины.

Спустя некоторое время, экспериментируя с мощными трубками Ленарда на очень небольших расстояниях, я отметил другие удивительные проявления. Например, экспонирование руки вблизи диафрагмы в течение всего нескольких секунд вызывает ощущение стянутости кожи, и даже мышцы напрягаются, так что приходится преодолевать их сопротивление при сжатии кулака, но после нескольких сжиманий и разжиманий это ощущение исчезает, не оставляя, по-видимому, пагубных последствий. Кроме того, наблюдалось несомненное воздействие на носовые органы выделения, подобное тому, что происходит при простуде. Но наиболее интересен в этом отношении следующий результат: когда исследователь в течение некоторого времени наблюдает за работой такой мощной лампы и его голова находится совсем рядом с ней, он вскоре начинает испытывать ощущение столь необычное, что его нельзя не заметить, если хоть раз проделать это, так как оно почти так же реально, как прикосновение. Представьте себе: вы рассматриваете в опасной близости что-то вроде патрона, который вот-вот взорвется, — и получите точное представление о возникающем ощущении. Только в случае с патроном вам трудно понять, где возникает это чувство, поскольку оно, кажется, растекается по всему телу и указывает на то, что вызывается оно всеобъемлющим осознанием опасности, вытекающим из предшествующего разнородного опыта, а не из предчувствия неприятного последствия непосредственно для одного из органов, например, для глаза или уха. Однако в случае с лампой Ленарда вы можете сразу и точно определить местонахождение этого ощущения: оно в голове. Тогда это наблюдение, возможно, и не представляло какой-либо ценности, за исключением специфичности и остроты ощущения, если бы не то обстоятельство, что точно такое же ощущение возникало при работе в течение некоторого времени с шумящим искровым разрядником или вообще в условиях, когда ухо подвергается испытанию резкими звуками или взрывами. В этой связи невозможно, по-видимому, представить, что последние (взрывы) могут вызывать такого рода ощущение каким-либо иным способом, кроме непосредственного воздействия на органы слуха. Я пришел к заключению: рентгеновская трубка или трубка Ленарда, работающие совершенно бесшумно, всё же производят интенсивные взрывы и сотрясения, которые, будучи неслышимыми, оказывают значительное воздействие на костные структуры головы. Эти не воспринимаемые ухом эффекты можно с достаточной степенью обоснованности объяснить, предположив, что к их распространению причастен не воздух, а некая более тонкая среда.

Но именно в третьей, завершающей серии исследований природы этих вредоносных воздействий, в частности, в процессе изучения влияния расстояния, открылось наиболее значимое обстоятельство. Чтобы наглядно проиллюстрировать это, скажу, что трубка Рентгена действует в точности, как мощный источник тепловой энергии.

Если вы приблизите руку к раскаленной докрасна печи, то сразу можете обжечься. Если вы будете держать руку на небольшом расстоянии, вы, пожалуй, сможете выдержать в течение нескольких минут или немного дольше, и всё-таки при длительном тепловом воздействии ожог возможен; но если вы отступите хотя бы немного подальше, чтобы жар был чуть слабее, вы сможете противостоять ему как угодно долго, не испытывая неудобств и не получая никаких повреждений, поскольку на таком расстоянии излучения слишком слабы, чтобы причинить вред жизненным процессам в коже. Лампа действует абсолютно таким же образом. На определенном расстоянии не происходит никакого вредного воздействия на кожу вне зависимости от продолжительности облучения. Ожоги имеют такой же характер, как от высокотемпературного теплового источника. При всём уважении к мнению других исследователей я утверждаю, что те, кто приравнивает воздействие на кожу и ткани к солнечным ожогам, истолковывают их ошибочно. Что касается этих явлений, в них нет никакого сходства, за исключением имеющих место покраснения и отслаивания кожи, чему может быть бесчисленное множество причин. Незначительные ожоги до некоторой степени напоминают нечто подобное у людей, работающих около сильного огня. Но если поражение серьезное, оно, судя по всему, похоже на то, которое возникает при контакте с огнем или с раскаленным докрасна железом. Инкубационного периода может и не быть вообще, что очевидно из вышесказанного, излучение поражает непосредственно, если не сказать незамедлительно. При сильном ожоге кожа становится очень красной, а в некоторых местах темной и обезображенной, образуются зловещие волдыри; поверхностные плотные покровы разверзаются, обнажая незащищенную плоть, которая некоторое время кровоточит. Жгучая боль, озноб и тому подобные симптомы являются, конечно, лишь естественным дополнением. Я имел несчастье стать свидетелем такого рода поражения брюшной области у любимого и прилежного помощника, и это оказался единственный несчастный случай, когда-либо происходивший с кем-нибудь, кроме меня, за всю мою лабораторную практику. Случилось всё до того, как были обретены эти и другие навыки, сразу после облучения платиновой трубкой под очень высоким напряжением в течение пяти минут на довольно безопасном расстоянии 11 дюймов; при этом защитный алюминиевый экран, к несчастью, не использовался, и это обстоятельство вызывало во мне самые мрачные предчувствия. К счастью, постоянные теплые ванны, обильное применение вазелина, очищающие процедуры и общий уход вскоре залечили всё нарушенное вредоносным воздействием, и я вздохнул с облегчением. Если бы тогда знать об этих пагубных воздействиях больше, такая неудачная съемка не проводилась бы; а если — меньше, она могла быть проведена на меньшем расстоянии, и это привело бы к серьезному и, наверное, неизлечимому поражению.

Я пользуюсь любой возможностью, чтобы исполнить свой тяжкий долг и сообщить об этом несчастном случае. И надеюсь, что другие поступят так же, дабы в скором времени получить самые полные сведения об этих опасных воздействиях. Мои дурные предчувствия вылились в намерение, сопровождаемое более живым интересом, чем наблюдалось бы при других обстоятельствах, выяснить, какова вероятность того, что при таком состоянии пострадавшего его внутренние ткани серьезно поражены. Я пришел к весьма утешительному выводу, что, невзирая на представления о природе этих лучей, вся их разрушительная энергия изливается на поверхности тела, не поражая, по всей вероятности, внутренние ткани, если только не помещать лампу совсем рядом с кожным покровом, или если лампа не генерирует излучение гораздо большей интенсивности, чем производимое ныне. Есть много доводов, объясняющих, почему дело должно обстоять таким образом, некоторые из которых, возможно, покажутся очевидными в связи с вышесказанным относительно природы вредоносных факторов, но я, пожалуй, смогу привести дополнительные результаты исследований в защиту этой точки зрения. В рассматриваемом случае имеется существенная деталь, о которой следует упомянуть. Отмечено, что в трех местах, прикрытых массивными пуговицами из слоновой кости, кожа оказалась совершенно здоровой, в то же время под каждым из маленьких отверстий в пуговицах кожа была сильно поражена. Так вот, как показало исследование, исходящие из лампы лучи не могли добраться до этих точек прямолинейно, и этот факт с очевидностью доказывает, что не всё пораженное пространство является результатом воздействия рассматриваемых здесь лучей, или излучений, которые, несомненно, распространяются прямолинейно, и ответственность за это несут, по крайней мере частично, сопутствующие процессы. Дополнительное экспериментальное доказательство этого явления можно получить следующим образом: экспериментатор должен довести лампу до надлежащей и весьма небольшой степени возбуждения, способной заставить флюоресцентный экран светиться с достаточной интенсивностью на расстоянии, скажем, семи дюймов. Затем он подвергает кисть руки облучению на этом расстоянии, и спустя некоторое время кожа покраснеет. Теперь он должен резко увеличить мощность лампы, так чтобы на расстоянии 14 дюймов экран светился ярче, чем до этого, когда расстояние составляло половину теперешнего.

Очевидно, хотя расстояние увеличено, лучи обладают большей силой, но экспериментатор может подвергать руку облучению в течение очень долгого времени и, несомненно, убедится в том, что не будет травмирован. Нет сомнений, что можно найти доводы, которые лишали бы силы приведенное выше доказательство. Так, можно утверждать, что воздействия лучей на экран или фотографическую пластину не дают нам представления о плотности и других количественных свойствах лучей, поскольку эти воздействия характеризуют лучи всецело с качественной стороны. Если допустить, что излучения образуются, как я считаю, из потоков материальных частиц, то для видимого отпечатка на экране или фотопленке, вероятно, совершенно не имеет значения, падает ли один триллион частиц на квадратный миллиметр чувствительного слоя или, к примеру, только один миллион; но с воздействием на кожу дело обстоит по-другому: оно должно обязательно и весьма существенно зависеть от величины потоков.

Как только отдали должное вышеупомянутому обстоятельству, а именно факту, что на определенном расстоянии даже мощнейшие лампы не способны причинить вред вне зависимости от продолжительности облучения, встала задача определить безопасное расстояние. Анализируя свои предыдущие опыты, я обнаружил, что часто использовал трубки, которые на расстоянии 12 футов, например, давали контрастный снимок грудной клетки человека при экспозиции несколько минут; и много раз люди подвергались облучению из этих трубок на расстоянии от 18 до 24 дюймов, при этом время экспозиции варьировалось между 10 и 45 минутами, и ни разу не было замечено ни малейшего следа вредоносного воздействия. С такими трубками я проводил даже длительные облучения на расстоянии 14 дюймов, всегда обязательно применяя защитный экран из тонкого алюминиевого листа или проволочной сетки из алюминия, соединив их с землей, и в каждом случае соблюдая меры предосторожности, чтобы металл не искрил, когда человек дотрагивался до него рукой, как это иногда может произойти при чрезвычайно высокой частоте электрических колебаний, и в таком случае следует прибегнуть к заземлению через конденсатор надлежащей емкости. Во всех этих случаях использовались лампы только с алюминием, и поэтому я пока еще не располагаю достаточными данными, чтобы составить точное представление о безопасном расстоянии для платиновой трубки. Из приведенного выше примера мы видим, что чреватое последствиями поражение происходило на расстоянии 11 дюймов, но я считаю, что при использовании защитного экрана поражение, если бы вообще имело место, было очень незначительным. Вся моя исследовательская работа убеждает меня в том, что не может произойти никакого серьезного поражения, если расстояние превышает 16 дюймов и снимок делается описанным мной методом.

Добившись успеха в некоторых направлениях исследовательской деятельности, имеющей отношение к этой новой научной отрасли, я теперь могу составить более полное представление о работе ламп, которое скоро, надеюсь, примет вполне законченный вид. Пока же достаточно следующего краткого изложения. Согласно полученным данным, работающая лампа испускает поток мелких материальных частиц. Некоторые эксперименты как будто свидетельствуют о том, что эти частицы стартуют от внешней стенки трубки; другие, как видно, доказывают, что фактически имеет место пронизывание стенки, и в случае с тонкой алюминиевой диафрагмой у меня теперь нет ни малейшего сомнения в том, что некоторая часть всё-таки расщепленной катодной материи действительно выталкивается наружу. Эти потоки могут выбрасываться на большое расстояние, при этом скорость постепенно уменьшается без образования каких бы то ни было волн, иначе они, вероятно, вызывали бы сотрясения и продольные волны. При рассмотрении данной проблемы это совершенно неважно, но, допуская существование потоков таких частиц, химических или физических, выбрасываемой материи, мы должны рассмотреть следующие конкретные проявления.

Первое : имеет место тепловой эффект. Температура электрода или объекта динамического воздействия никоим образом не дает нам представления о степени нагрева частиц, но если мы рассмотрим только вероятные скорости, то окажется, что они соотносятся с температурой, которая может достигать 100 000° Цельсия. И может быть, достаточно лишь высокой температуры частиц для причинения вреда, и действительно многие признаки указывают на подобное. Но это опровергается тем обстоятельством, что мы не можем доказать экспериментальным путем такую теплопередачу, и пока еще не найдено удовлетворительного объяснения, хотя, проводя исследования в этом направлении, я добился определенных результатов.

Второе : проявление электрического эффекта в чистом виде. Мы располагаем абсолютным экспериментальным доказательством того, что частицы, или, говоря обобщенно, излучения, переносят огромное количество электричества, и я даже нашел способ оценки и измерения этого количества. Тогда точно так же можно допустить, что простой фактор высокой электризации этих частиц достаточен, чтобы вызвать разрушение ткани. Безусловно, при контакте с кожей будут выделяться электрические разряды, и они могут вызвать сильные и разрушительные локальные токи в мельчайших каналах ткани. Результаты экспериментов согласуются с этой точкой зрения, и, продвигаясь в своих изысканиях в этом направлении, я всё-таки добился большего успеха, чем в первом случае. К тому же, поскольку эта точка зрения, как ранее и предполагалось, наилучшим образом объясняет действие на чувствительный слой, данный эксперимент доказывает, что когда предполагаемые частицы пронизывают заземленную пластину, они не лишаются электризации, другого приемлемого объяснения не найдено.

Третье явление, ждущее своего рассмотрения, носит электрохимический характер. Заряженные частицы вызывают обильное образование озона и других газов, а они, как мы знаем по опыту, разрушают даже такое вещество, как резина, и, следовательно, становятся наиболее вероятным фактором в разрушении кожи, и в этом отношении наиболее убедительными являются результаты опытов в этой сфере, когда тонкий слой жидкости, предотвращающей контакт газообразного вещества с кожей, по всей видимости, блокирует все воздействия.

Последнее , что необходимо принять во внимание, целиком относится к сфере механики. Вполне допустимо, что материальные частицы, движущиеся с огромной скоростью, при простом механическом ударе и неизбежном при таких скоростях нагревании могут быть достаточно активными, чтобы повреждать ткани, и в таком случае возможно поражение также и более глубоких слоев, хотя весьма вероятно, что ничего подобного не случится, если придерживаться каких-либо вышеприведенных рекомендаций.

Обобщая свой опыт экспериментальной работы и полученные выводы, очевидно, целесообразно: во-первых, отказаться от использования ламп, содержащих платину; во-вторых, заменить их должным образом сконструированной трубкой Ленарда, в составе которой лишь беспримесный алюминий; трубка такого рода имеет еще и то преимущество, что может быть изготовлена с большой механической точностью и, следовательно, способна производить гораздо более контрастные отпечатки; в-третьих, использовать защитный экран из алюминиевого листа, как предлагается, или вместо него использовать мокрую тряпку или слой жидкости; в-четвертых, производить экспозицию на расстоянии по крайней мере 14 дюймов и отдавать предпочтение более долгой экспозиции на большем расстоянии.

«Electrical Review», 5 мая 1897 г.