Рентгеновские лучи: открытие и применение¶
Рентгеновские лучи (также рентген, X-лучи) — электромагнитное излучение с длиной волны от 0,001 до 10 нанометров, расположенное в спектре между гамма-излучением и ультрафиолетовым излучением. Открыты немецким физиком Вильгельмом Рентгеном 8 ноября 1895 года в Вюрцбургском университете. В России и ряде других стран термин «рентген» пишется со строчной буквы как нарицательное существительное, в то время как в немецком и английском языках название излучения пишется с прописной буквы (Röntgenstrahlung, X-ray) в честь первооткрывателя.
¶Открытие
Вечером 8 ноября 1895 года Вильгельм Конрад Рентген, профессор Вюрцбургского университета, проводил опыты с катодными лучами. В лаборатории, затемнённой и закрытой от света, он заметил, что экран, покрытый платиноцианидом бария, начинает светиться в ответ на включение электрического разряда в трубке Крукса, даже если трубка была закрыта чёрным картоном. Рентген установил, что источником свечения служит неизвестное излучение, способное проходить сквозь тонкие непрозрачные предметы и вызывать флюоресценцию.
За несколько недель интенсивных опытов Рентген описал основные свойства нового излучения: способность проникать через бумагу, дерево и тонкие металлические листы, но задерживаться более плотными материалами, например свинцом. 22 декабря 1895 года он представил доклад «Об излучениях, вызываемых катодными лучами» Вюрцбургскому физико-медицинскому обществу. В январе 1896 года работа была опубликована.
Рентген назвал излучение X-лучами (X-Strahlen), обозначив неизвестное свойство буквой X. Вскоре после публикации открытие получило мировую известность: уже в январе 1896 года первые рентгеновские снимки костей были сделаны в ряде европейских и американских лабораторий. В том же году излучение получило название «рентгеновские лучи» в честь первооткрывателя. В 1901 году Рентген стал первым лауреатом Нобелевской премии по физике.
¶Природа излучения
Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны, не имеющие заряда и массы покоя. По спектральному положению они делятся на две группы:
- Тормозное (белое) излучение — непрерывный спектр, возникающий при торможении быстрых электронов о мишень в рентгеновской трубке.
- Характеристическое излучение — дискретные линии, соответствующие переходам электронов между оболочками атомов мишени (обычно вольфрама, меди, кобальта).
Длина волны рентгеновского излучения сопоставима с межатомными расстояниями в кристаллах (0,1–10 нм), что определяет его способность к дифракции на кристаллических решётках — явление, открытое Максом фон Лауэ в 1912 году и использованное братьями Уильямом и Лоуренсом Брэггами для определения структуры кристаллов.
¶Получение
Основной источник рентгеновских лучей — рентгеновская трубка, в которой под действием высокого напряжения электроны разгоняются и бомбардируют металлическую мишень. Кинетическая энергия электронов частично преобразуется в рентгеновское излучение (коэффициент преобразования невелик, большая часть энергии выделяется в виде тепла). В современных устройствах используются трубки с накалённым катодом, а также линейные ускорители для получения жёсткого излучения.
Природные источники рентгеновских лучей включают корональное излучение горячих газов галактик, аккреционные диски вокруг нейтронных звёзд и чёрных дыр, а также рентгеновские вспышки на поверхности белых карликов.
¶Применение
¶Медицина
Рентгенография — один из основных методов медицинской диагностики, применяемый для исследования костей, лёгких, желудочно-кишечного тракта и мягких тканей. Рентгеновская компьютерная томография (КТ) позволяет получить послойные изображения органов. Рентгенотерапия используется в онкологии для лечения злокачественных опухолей.
¶Наука и техника
- Рентгеноструктурный анализ — определение атомной структуры кристаллов по дифракционной картине.
- Рентгенофлуоресцентный анализ — определение элементного состава материалов.
- Рентгенолюминесценция — обнаружение подделок документов и материалов.
- Астрономия — наблюдение высокоэнергетических процессов во Вселенной с помощью орбитальных обсерваторий («Чандра», «XMM-Newton»).
¶Промышленность и безопасность
Рентгеновский контроль применяется для обнаружения дефектов сварных швов и отливок, а также в системах досмотра багажа и грузов.
¶Написание термина
В русском языке слово «рентген» пишется со строчной буквы: «рентгеновский аппарат», «рентгеновская трубка». С прописной буквы пишется только фамилия учёного — Вильгельм Рентген. В немецком языке нарицательное существительное Röntgenröhre (рентгеновская трубка) пишется с прописной, поскольку считается производным от фамилии. В английском языке используется обозначение X-ray, а единица измерения экспозиционной дозы излучения — рентген (R) — названа в честь Рентгена, но пишется со строчной буквы.
¶Единицы измерения
В системе СИ для измерения поглощённой дозы используется грей (Гр), для эквивалентной дозы — зиверт (Зв). Рентген как единица экспозиционной дозы излучения (обозначение R) упомянут в Международной системе единиц как внесистемная единица, допустимая к применению наравне с кулоном на килограмм. 1 рентген равен 2,58·10⁻⁴ кулона на килограмм.
Источники:
- Рентген В. Об излучениях, вызываемых катодными лучами. Würzburg, 1895.
- Лауэ М. фон. Рентгеновские лучи и структура кристаллов. 1912.
- Френкель В.Я. История открытия рентгеновских лучей. — Л.: Наука, 1970.
- Большая медицинская энциклопедия, 3-е издание.
- Большая российская энциклопедия, ст. «Рентгеновские лучи».