Лекции статьи посвящение к Белградскому изданию 1956 г

К ВОПРОСУ ОБ ОТРАЖЕННЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ*


В предыдущих сообщениях по открытым Рентгеном эффектам я ограничился лишь кратким описанием наиболее значительных результатов, полученных в ходе исследований. Честно говоря, я первый раз осмелился высказаться после некоторого колебания и закономерной задержки, и только после того, как убедился в необходимости приведенной мною информации; поскольку, подобно остальным, не вполне мог избавиться от ощущения, которое неизбежно испытывает всякий, вторгаясь на чужую территорию. Естественно, первооткрыватель и сам бы докопался в свое время до большинства фактов, и будет не лишней учтивая сдержанность при объявлении результатов со стороны его коллег. Сколь многие преступали приличия по отношению ко мне, заявляя о своих достижениях как раз в тот момент, когда я и сам был вполне готов это сделать! Но настолько прекрасными, увлекательными и перспективными явились открытия Рентгена, которые стоят в одном ряду с созданием телескопа и микроскопа, его видение сквозь толщу непроницаемой субстанции, полученные им отпечатки на чувствительной пластине доселе невидимых объектов, что отброшена всякая сдержанность, и каждый предается удовольствию размышления и эксперимента. Вот бы каждая новая и достойная мысль находила такой отклик! Тогда бы один единственный год сравнялся со столетием прогресса. Жизнь в такой эпохе была бы наслаждением, но я бы не пожелал быть первооткрывателем.
Среди фактов, которые я имел честь довести до сведения, есть один, представляющий большой научный интерес и немалое практическое значение. Я имею в виду вкратце уже описанною мною демонстрацию отражения.
Поскольку в процессе работы с вакуумными лампами и трубками мне часто приходилось получать результаты, которые, насколько я мог судить, невозможно убедительно объяснить никакой теорией колебаний, поэтому я приступил к исследованиям, хоть и неохотно, но ожидая обнаружить, что причиной полученных эффектов является поток материальных частиц. У меня было много свидетельств существования таких потоков. Об одном из них я упоминал при описании электрического способа откачивания трубки. Я обнаружил, что подобная откачка происходит намного быстрее, если стекло по сравнению с толстостенной трубкой очень тонкое — полагаю, из-за лучшего прохождения ионов. При очень тонком стекле достаточно нескольких минут откачки, тогда как в случае толстого стекла или очень большого электрода зачастую требуется час и более. В соответствии с этой идеей я, стремясь добиться наиболее эффективной работы, выбрал прибор и обнаружил, что с каждым шагом моя гипотеза все больше подтверждается, а моя уверенность растет.
Поток обладающих большой скоростью частиц непременно должен отражаться; и, полагая, что первоначальная идея верна, я был вполне подготовлен рано или поздно продемонстрировать это свойство. Считая, что чем меньше угол падения, тем полнее отражение, я с самого начала исследований выбрал трубку, или лампу, b, формой, показанной на рис. 1, сделанную из очень толстого стекла, причем ее выдували так, чтобы дно было как можно тоньше. Преследовались две очевидные цели: ограничение излучения через боковые стенки и облегчение его прохождения через дно. В верхней части, примерно в дюйме под узкой шейкой n, располагается единственный электрод е в форме диска, диаметр которого чуть меньше диаметра трубки. Входной проводник с обернут длинной лентой w с тем, чтобы предотвратить растрескивание при образовании искр в точке входа проволоки в стекло. По ряду при- чин полезно хорошенько обернуть шейку и прилегаю- щую часть трубки, а на узкую шейку поместить уплотнение. Иногда для подобных трубок с одним вы- водом я применял электростатический экран. В дан- ном примере в качестве экрана нанесена бронза s чуть выше алюминиевого электрода и почти до обертки провода, так что конец обертки всегда видно. Либо внутри трубки, повыше электрода, размещают не- большую алюминиевую пластину, рис. 2. Электроста- тический экран практически удваивает эффект, так как отсекает пространство над собой от любого воз- действия. Кроме того, если принять, что излучение в стороны ограничено очень толстым стеклом, и за счет отражения большая его часть поступает ко дну, как я тогда предполагал, то очевидно, такая трубка должна быть намного эффективнее обычных. Действительно, быстро выяснилось, что по силе воздействия на чувст- вительную пластину трубка почти в четыре раза пре- восходила сферическую лампу с эквивалентной площадью воздействия. Подобного рода трубка также хорошо подходит для работы с двумя контактами, когда наружный электрод е1 размещен так, как показано пунктирными линиями на рис. 1. Если стекло толстое, то поток достаточно параллельный и сфо- кусированный. Помимо этого, если трубку сделать как можно длиннее, то можно будет исполь- зовать очень высокие потенциалы, работа с которыми при коротких трубках неосуществима.
Применение высоких потенциалов очень важно, так как позволяет значительно сократить время экспозиции и воздействовать на пластину с намного больших расстояний. Я пытаюсь точнее определить связь потенциала с воздействием на чувствительную пластину. По-моему, необходимо отметить, что следует использовать алюминиевый электрод, так как платиновый электрод, который до сих пор настойчиво применяют, дает худшие результаты, и трубка выходит из строя через сравнительно короткий период времени. Возможно, некоторые экспериментаторы испытывают трудности в поддержании достаточно постоянного вакуума, причина которых в особом процессе абсорбции в трубке — на него ясно указывал в самом начале Крукс, — и вследствие которого вакуум может возрастать при непрерывной работе. Мною найден удобный способ предотвращения этого: Экран или алюминиевую пластину s, рис. 2, размещают непосредственно над оберткой входного проводника с, но на некотором расстоянии от конца трубки. Верное расстояние можно определить только опытным путем. Если оно выбрано правильно, то при работе трубки обертка w нагревается, и временами через нее проскакивают яркие искорки от провода с к алюминиевой пластине s. Прохождение такой искры приводит к образованию газа, который слегка ухудшает вакуум. Вот таким образом, с помощью небольшой уловки, можно постоянно поддерживать необходимый вакуум. В трубке, показанной на рис. 1, можно добиться такого же результата посредством обертки, которую продлевают настолько глубоко внутрь, что во время нормальной работы трубки обертка так разо- гревается, что высвобождаются газы до необходимого количества. Для этой цели удобно, что- бы экран из бронзового покрытия s был нанесен и чуть ниже обертки, что дает возможность наблюдать за искрой. Однако, есть много иных способов обойти эту трудность, которая может досаждать тем, кто работает с недостаточно совершенными устройствами. Для обеспечения на- илучшего режима работы экспериментатору следует обратить внимание на различные отмечен- ные мною прежде стадии, через которые проходит трубка в процессе откачки. Во-первых, необходимо следить, что при наиболее заметном проявлении явлений Крукса из электрода вы- рывается красноватый стример, вначале почти полностью охватывающий электрод. Вплоть до этого момента трубка практически не оказывает воздействия на чувствительную пластину, хо- тя стекло очень горячее в точке соударения. Постепенно красноватый стример исчезает, и как раз незадолго до его исчезновения трубка начинает входить в близкий к рабочему режим, но все-таки воздействие на пластину слишком слабо. Теперь появляется белый или даже синева- тый стример, и спустя некоторое время стекло на дне трубки приобретает глянцевый блеск. На- грев все усиливается, по всей трубке идет предельно яркая фосфоресценция. Можно посчитать, что трубка в таком состоянии готова к работе, но внешние проявления зачастую обманчивы, и прекрасная трубка так и не работает. Даже при затухании белого или синего стримера и разо- греве стекла на донышке почти до расплава эффект на пластине очень слабый. Но на этой ста- дии внезапно на дне трубки появляется изменяющийся знак в виде звезды, как будто электрод источает капли жидкости. С этого момента мощность трубки возрастает во много раз, и для по- лучения наилучших результатов ее необходимо удерживать именно в этом режиме. Могу, одна- ко, отметить, что утверждения о том, что вакуум Крукса недостаточно высок для получения эффектов Рентгена, не совсем верны. Ведь и явления Крукса также не получаются при опреде- ленной степени вакуума, но проявляются даже при плохом вакууме, но при достаточно высоком потенциале. Это справедливо и для эффектов Рентгена. Естественно, для проверки необходи- мо предпринять меры к тому, чтобы не перегреть трубку при повышении потенциала. Этого лег- ко добиться, если при его увеличении уменьшить число импульсов или их длительность. Для подобных экспериментов лучше с индукционной катушкой вместо вибрирующего прерывателя применять вращающийся коммутатор. Изменение скорости коммутатора, а также регулировка длительности контакта, позволяют настраивать режим работы в соответствии со степенью ва- куума и приложенного потенциала.
В рассматриваемых здесь экспериментах по отражению использован прибор, показанный на рис. 2. Он состоит из Т-образной камеры квадратного сечения. Стенки выполнены из свин- ца толщиной одна восьмая дюйма, который при условиях экспериментов оказался совершенно непроницаемым даже при длительных экспозициях лучей. На верхнем торце прочно закрепле- на лампа b, вставленная в трубку t из толстого богемского стекла, конец которой несколько утоплен в свинцовую камеру. Нижний торец камеры плотно закрыт кассетой Р1 для фотоплас- тины, в кассете находится защищенная как обычно чувствительная пленка p1. И наконец боко- вой торец закрыт аналогичной кассетой Р с защищенной чувствительной пленкой р. Для получения контрастных отображений полностью идентичные объекты о и о1 помещены в цент- ре матерчатого чехла, защищающего чувствительные пластины. В центре камеры имеется при- способление для вставки пластины r из материала, отражательную способность которого испытывают, а размеры камеры таковы, чтобы отраженные и прямые лучи проходили одинако- вое расстояние, причем отражающая пластина находится под углом в 45 градусов по отноше- нию как к падающим, так и к отраженным лучам. Предпринимались меры к тому, чтобы полностью исключить возможность воздействия на пластину р любых лучей, кроме отражен- ных, а отражающая пластина r была так плотно пригнана повсюду к стенкам свинцовой каме- ры, что на пленку p1 не попадали никакие лучи, кроме проходящих через контрольную пластину. В предыдущих экспериментах по отражению отмечены лишь эффекты от отражен ных лучей, но в данном случае, — по предложению профессора У.А. Энтони, — мною преду- смотрены описанные выше меры для одновременного контроля воздействия и тех прямых лу- чей, которые все-таки проходят через отражающую пластину. Таким образом можно сравнивать величину проходящего и отраженного излучения. Назначение стеклянной трубки которая окружает лампу b, — обеспечение параллельного и более интенсивного потока. Отпе — чатки для различных расстояний показали, что на значительной дистанции пучок лучей или по- ток частиц расходится незначительно.
Дл я понижения ошибки, которую неизбежно влекут слишком длительная экспозиция и очень небольшое расстояние, экспозицию сокращали до одного часа, а суммарное расстояние, которое лучи проходили до чувствительных пластин, составляло 20 дюймов, при этом расстоя- ние от дна лампы до отражающей пластины равнялось 13 дюймам. Необходимо отметить, что в процессе испытаний были предприняты все возможные меры предосторожности относитель- но чувствительных пластин: постоянство потенциала, неизменный режим ламп и поддержка одинаковых условий в целом. Разме р контролируемых пластин был одинаков, чтобы они вхо- дили в гнездо в свинцовой камере. Испытаны следующие проводники: латунь, инструменталь- ная сталь, цинк, алюминий, медь, свинец, серебро, олово и никель, и изоляторы: флинтглас, эбонит и слюда.
Ка к и в предыдущих экспериментах путем сравнения интенсивности отпечатка, полученного отраженными лучами, с эквивалентным отпечатком, полученным за счет прямой экспозиции от одной и той же лампы и при одинаковом расстоянии, т. е. путем расчета по времени экспозиции при допущении, что воздействие на пластину пропорционально времени, получены следующие приблизительные результаты:
Хот я эти числа — лишь грубое приближение, тем не менее, вполне вероятно, что они верны, поскольку речь идет об относительных величинах отпечатков, полученных отраженными лучами для различных тел. Выстраивая металлы согласно этим величинам и на время отложив рассмотрение сплавов или веществ с примесями, получаем следующий ряд: цинк, свинец, оло- во, медь, серебро. По-видимому, олово отражает совершенно также, как свинец, но допуская наличие ошибки в измерениях, можно предположить, что оно отражает хуже, а в таком случае мы находим, что этот ряд точно совпадает с Вольтовым рядом металлов в воздухе. Если это окажется верным, то мы столкнемся с совершенно необычным фактом. Почему, например, цинк — лучший отражатель среди проверенных металлов, и почему, одновременно, он один из ли- деров в ряду Вольта? Пока что не проверен магний. По правде говоря, меня несколько взвол- новали эти результаты. Магний должен быть даже еще более хороший отражателем, чем цинк, а натрий — еще лучше магния. Каким образом объяснить эту необычную взаимосвязь? На се- годня мне видится единственно возможное объяснение: из лампы выходят потоки материи в не- коем первичном состоянии, а отражение потоков зависит от какого-то фундаментального и электрического свойства металлов. Вероятно, напрашивается предположение об однородной наэлектризованности потоков; т. е. по своей природе они должны быть или анодными, или ка- тодными, но не смешанными. С момента публикации, впервые, по-моему, во Франции, о том, что данные потоки анодные, я изучил этот вопрос и обнаружил, что не могу согласиться с та- кой точкой зрения. Напротив, по-моему на пластину воздействуют и анодные, и катодные по- токи, более того, я убедился в том, что фосфоресценция стекла не имеет ничего общего с фотографическими отпечатками.
Явное доказательство заключается в том, что подобные отпечатки получены с помощью алюминиевых баллонов в отсутствии фосфоресценции. А что касается анодной или катодной природы, то простой факт получения отпечатков посредством светового разряда, возбуждаемо- го индукцией замкнутого баллона, где нет ни анода, ни катода, по-видимому, эффективно оп- ровергает предположение об испускании потоков только с одного из электродов. Вероятно, уместно указать на простой связанный с индукционной катушкой момент, который может при- вести экспериментатора к ошибке. При подсоединении вакуумной трубки к выводам индукци- онной катушки обе клеммы подвергаются одинаковому воздействию, пока трубка плохо откачана. При высоком разрежении оба электрода практически независимы, а так как они ве- дут себя как тела со значительной емкостью, то следствием этого является неуравновешенность катушки. Если, например, катод очень большой, может значительно возрасти напряжение на аноде, и если анод делают, как часто бывает, маленьким, то плотность электрического тока мо- жет во много раз превышать таковую на катоде. Отсюда очень сильный разогрев анода при, возможно, холодном катоде. Совершенно иное дело, если размеры обоих электродов в точнос- ти одинаковы. Но при описанных выше условиях более горячий анод испускает поток большей интенсивности, чем холодный катод, так как скорость частиц зависит и от плотности электри- ческого тока, и от температуры.
Из предыдущих опытов вытекают также интересные результаты по непроницаемости. На- пример, латунная пластина толщиной одна шестнадцатая дюйма оказалась довольно прозрач- ной, тогда как пластины той же толщины из цинка и меди продемонстрировали полную непроницаемость.
Так как я изучил отражение и получил в этом направлении определенные результаты, то появилась возможность добиться более сильных эффектов за счет подходящих отражателей. Эффект можно существенно усилить, если окружить лампу трубкой из очень толстого стекла. Применение цинкового отражателя однажды дало примерно 40-процентное усиление получен- ного отпечатка. Использованию надлежащих отражателей я отвожу большое практическое зна- чение, потому что с их помощью можно задействовать любое количество ламп и тем самым получать необходимую интенсивность излучения. В ходе исследований меня постигло разоча- рование: полный провал усилий по демонстрации преломления. Использовал линзы всех типов, проводил множество экспериментов, но не смог добиться положительного результата.