Лекции статьи посвящение к Белградскому изданию 1956 г

ИССЛЕДОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ


Дальнейшие исследования поведения различных металлов при отражении рентгеновского излучения еще более утвердили меня в высказанной раньше мысли: Вольтов электрический контактный ряд в воздухе идентичен ряду, полученному при ранжировании металлов по их от- ражательной способности, причем наиболее электроположительный металл — наилучший от- ражатель. Ограничусь теми металлами, которые легко поддаются эксперименту. Тогда этот ряд выглядит следующим образом: магний, свинец, олово, железо, медь, серебро, золото и плати- на. Должно оказаться, что последний из перечисленных металлов — наихудший отражатель, а натрий — наилучший. Данное соотношение предстанет еще более интересным и неоднознач- ным, если учесть, что ряд этот примерно совпадает с классификацией металлов по энергиям со- единения с кислородом согласно расчету по их химическим эквивалентам.
Если упомянутую выше связь подтвердят другие физики, то появится основание для сле- дующих выводов: во-первых, сильно возбужденная лампа испускает материальные потоки, ко- торые отражаются при столкновении с металлической поверхностью; во-вторых, эти потоки образуются из материи в ее первичном, или элементарном, состоянии; в-третьих, вероятно, они — тот же фактор, который является причиной электродвижущего напряжения между металлами, находящимися в тесном соседстве или реальном контакте, а возможно, они определяют, до некоторой степени, энергию соединения металлов с кислородом; в-четвертых, каждый металл или проводник — источник подобных потоков в большей или меньшей степени; в-пятых, такие потоки излучений, должно быть, вырабатываются некими излучениями, существующими в сре- де; и, в-шестых, схожие с катодными потоки должны испускаться солнцем, а также, вероятно, иными источниками лучистой энергии, например, дуговой лампой или бунзеновской горелкой.
Первый из этих выводов, — если допустить верность указанного выше факта, — очевиден и неоспорим. Никакая теория колебаний не смогла бы объяснить этой необычной связи между отражающей способностью и электрическими свойствами металлов. Потоки выбрасываемой материи, которая сталкивается с отражающей металлической поверхностью, дают единственное правдоподобное объяснение.
Также очевиден и второй вывод, так как не отмечено никакой разницы при использовании различных видов стекла для лампы, электродов из разных металлов и остаточных газов любого вида. Несомненно, какой бы ни была материя, из которой состоят потоки, она должна претерпевать какое-то изменение в процессе испускания, или, вообще говоря, проецирования (так как взгляды по этому вопросу все еще расходятся), изменение, при котором материя полностью бы утрачивала те характеристики, которыми обладала при формировании электрода, стенки лампы или газового содержимого последней.
Существование связи между рядом коэффициента отражения и вольтовым рядом подтал- кивает нас также и к третьему выводу, потому что простое совпадение подобного рода крайне маловероятно, если не сказать совершенно невероятно. Кроме того, можно напомнить, что все- гда существует разность потенциала между двумя металлическими пластинами, расположенны- ми на некотором расстоянии, и различие в траектории лучей, выходящих из откачанной лампы.
Так как между двумя металлами, которые находятся в тесном соседстве или контакте, существует электрическое напряжение, или разность потенциала, то с учетом всего вышесказан- ного неизбежно напрашивается четвертый вывод, а именно, металлы эмитируют сходные пото- ки, и поэтому, забегая вперед, скажу, что если чувствительную пленку разместить между двумя пластинами, допустим из магния и меди, то после очень продолжительной экспозиции в темно- те получили бы настоящее рентгеновское теневое изображение. Или, в общем случае, такое изображение могли бы получать всякий раз при размещении пластины вблизи металлического или проводящего тела. Изоляторы пока рассматривать не будем. Натрий, который стоит одним из первых в ряду Вольты, но с которым пока не экспериментировали, возможно, выдаст пото- ки еще более интенсивные, чем даже магний.
Ясно, что подобные потоки вряд ли испускались бы вечно, если бы не было постоянного поступления излучения из среды в каком-нибудь ином виде; или, возможно, потоки, которые испускают сами тела, — это просто отраженные потоки, поступающие из каких-то других ис- точников. Но поскольку все исследования укрепили выдвинутую Рентгеном точку зрения о том, что для получения данных излучений необходим некий толчок, то первая из двух возмож- ностей более вероятна, и мы должны предположить, что те излучения, которые существуют в среде и вызывают рассматриваемые здесь излучения, чем-то напоминают по своей природе ка- тодные потоки.
Но, если повсюду вокруг нас, в окружающей среде, имеются такие потоки, возникает во- прос, откуда они приходят. Единственный ответ — от солнца. Поэтому, выскажу догадку, что солнце и прочие источники лучистой энергии, должно быть, — в меньшей степени, — испус- кают излучения или потоки материи, подобные тем, которые извергает электрод в сильно раз- реженном замкнутом пространстве. В данный момент это, кажется, все еще остается спорным вопросом. По моему нынешнему твердому убеждению рентгеновские теневые изображения при очень продолжительных экспозициях должны получаться от любого источника лучистой энер- гии, если дать возможность излучению сначала столкнуться с металлом или иным веществом.
Предыдущие размышления призваны показать, что сгустки материи, составляющие катод- ный поток в лампе, разбиваются на несравненно меньшие частицы при соударении со стенкой лампы и благодаря этому получают возможность выйти наружу. Любое до сих пор полученное мною доказательство указывает скорее на это, чем на испускание частиц самой стенкой под воздействием сильного удара катодного потока. Отсюда, на мой взгляд, различие между луча- ми Ленарда и Рентгена, если таковое вообще существует, заключается в том, что входящие в состав рентгеновских лучей частицы несравненно меньше и обладают более высокими скоро- стями. Главным образом именно этими двумя свойствами я объясняю то, что лучи Рентгена не отклоняются магнитом, что, по моему, будет в конечном счете опровергнуто. Однако, оба вида лучей воздействуют на чувствительную пленку и флуоресцентный экран, только открытые Рентгеном лучи намного эффективнее. Теперь нам известно, что эти лучи получаются при до- стижении в лампе определенных исключительных условий: вакуум предельно высок, а область наивысшей активности довольно мала.
Я пытался обнаружить, обладают ли отраженные лучи отличительными свойствами, и с этой целью получил изображения различных объектов, но ни разу не заметил различий. Поэто- му я сделал вывод, что при соударении с телами составляющая рентгеновские лучи материя не испытывает последующей деградации. Перед экспериментаторами все еще стоит один из важ- нейших вопросов, что же происходит с энергией лучей. В ряде экспериментов с лучами, отра- женными от проводящей или изолирующей пластины и проходящими через нее, я выяснил, что объяснить можно лишь небольшую часть лучей. Например, при угле падения 45 градусов око- ло двух с половиной процентов отражались и около трех процентов проходили сквозь цинко- вую пластину толщиной одна шестнадцатая дюйма, следовательно, свыше 94 процентов суммарного излучения остаются неучтенными. Все опыты, которые мне удалось проделать, под- крепили утверждение Рентгена о том, что эти лучи не способны повышать температуру тела. Просле- живание потерянной энергии и ее правдоподобное объяснение будет равноценно новому открытию.
Так как теперь показано, что все тела более или менее способны отражать, то легко объяснима диффузия по воздуху. Наблюдая за тенденцией к рассеиванию в воздухе, я был вынужден повысить эффективность отражателей, обеспечив не один, а несколько отдельных последовательных слоев для отражения, путем изготовления отражателя из тонких листов металла, слюды или иных веществ. Эффективность слюды в качестве отражателя, в основном, отношу на счет того, что она состоит из многочисленных наложенных друг на друга слоев, каждый из которых отражает в отдельности. По моему, такие многочисленные последовательные отражения — причина рассеивания в воздухе.
В своем сообщении в Electrical Review от 1 Апреля я впервые заявил, что эти лучи состоят из материи в [ее] "первичном", или элементарном, виде или состоянии. Я выбрал этот оборот, дабы избежать употребления слова "эфир", которое обычно воспринимают в максвелловском толковании, что расходилось бы с моими теперешними воззрениями на природу излучений.
Вот изложение опыта, который, возможно, представляет интерес. Однажды, несколько лет назад, я описывал явление, которое наблюдал в хорошо откачанных лампах. Это исходящий при определенных условиях из отдельного электрода хвост, или поток, который очень быстро вращается вследствие воздействия магнитного поля Земли. А недавно я наблюдал такое же явление в нескольких лампах, которые были способны оставлять очень резкий отпечаток на чувствительной пленке и на флуоресцентном экране. Поскольку хвост быстро вращается, я предположил, что, вероятно, и потоки Ленарда и Рентгена вращаются под действием магнитного поля Земли, и теперь пытаюсь получить доказательство подобного движения, изучая работу лампы в различных положениях относительно магнитной оси Земли.
В том, что касается колебательного свойства лучей, я все-таки придерживаюсь мнения, что причиной колебания может быть просто используемый прибор. При наличии обычной индукционной катушки мы вынуждены иметь дело почти исключительно с очень низкочастотным колебанием, которое наводится коммутирующим устройством или прерывателем. При работе катушки разряда с пробоем обычно кроме колебания на основной частоте имеется очень сильное наложенное колебание, которое легко проследить иногда вплоть до четвертой октавы основного колебания. Но я не могу примириться с идеей колебаний, близких к световым или даже их превосходящих, и полагаю, что все эти эффекты можно было бы с тем же успехом получить посредством постоянного электрического напряжения, скажем от батареи, и исключая любое колебание, которое может возникнуть даже в этом случае, что было показано Де Аа Ривом. В экспериментах я пытался убедиться, можно ли добиться большего различия между тенями костей и плоти с помощью токов предельно высокой частоты, и, хотя частота изменялась в максимально возможных пределах, мне не удалось обнаружить зависимости от частоты. Но, как правило, чем интенсивнее воздействие, тем контрастнее получаемые теневые изображения, если только расстояние не слишком мало. Более того, для четкости теневых изображений чрезвычайно важно пропускать лучи через некий трубчатый отражатель, который делает их практически параллельными.
Для того, чтобы дать как можно больше деталей на чувствительной пластине, необходимо действовать точно также, как если бы мы должны были иметь дело с летящими пулями, которые ударяются в стену, состоящую из частей с различной плотностью, когда возникает задача добиться как можно большей разницы в траекториях пуль, которые проходят через разные части стены. Ясно, что разница будет тем больше, чем больше скорость пуль; следовательно, чтобы дать детали, требуются очень сильные излучения. Развивая эту теорию, я использовал особо толстые пленки, которые проявлял очень медленно, и таким способом были получены более четкие изображения. Впервые на важность медленного проявления указал Профессор Райт из Иеля. Конечно, если использовать предложение Профессора Генри по использованию флуоресцентного вещества в контакте с чувствительной пленкой, то процесс превращается в обычное быстрое фотографирование, и приведенные выше рассуждения не работают.
Поскольку требовалось получить как можно более мощное излучение, я продолжал уделять внимание этой задаче и добился ощутимого успеха. Прежде всего, были ограничения по вакуумной трубке, которая не позволяла прилагать такой высокий потенциал, какой бы мне хотелось; а именно, при достижении определенной высокой степени разрежения за электродом формировалась искра, что препятствовало подаче на трубку большего напряжения. Я полностью преодолел это неудобство тем, что сделал очень длинным провод, идущий к электроду, и пропустил его через узкий канал так, чтобы тепло от электрода не могло приводить к образованию искр. Еще одно ограничение налагали стримеры, которые при очень высоком потенциале пробивали в конце трубки. Это затруднение я преодолевал либо с помощью потока холодного воздуха вдоль трубки, либо путем погружения трубки в масло. Как теперь хорошо известно, масло — средство, которое исключает образование стримеров за счет того, что удаляет весь воздух. За применение масла при получении излучений ратовал ранее наш соотечественник, Профессор Троубридж. Первоначально я использовал деревянный ящик, тщательно загерметизированный воском и заполненный маслом или иной жидкостью, куда погружали трубку. В результате некоторых специальных опытов я модифицировал и усовершенствовал прибор и в последующих исследованиях использовал установку, показанную на рисунке. Лампа b, описанного прежде типа с намного более длинными, чем здесь показано, входным проводником и горлышком вставлена в большую, толстостенную стеклянную трубку l. Спереди трубка закрыта диафрагмой d из пергамента, а сзади — резиновой пробкой Р. В пробке два отверстия, при этом в нижнее вставлена стеклянная трубка t1, которая достигает почти самого конца лампы. Масло прогонялось через резиновые трубки rr от большого резервуара R, размещенного на регулируемой подставке S, до нижнего резервуара R1. Путь, который оно проходит, понятен из рисунка.
Постоянный режим работы легко поддерживался настройкой разности уровней резервуаров. Наружная стеклянная трубка t частично служила в качестве отражателя, но в то же самое время она позволяет вести наблюдение за лампой b в процессе работы. Пробка Р, в которой плотно запечатан проводник С, устроена таким образом, что ее можно вдвигать в трубку t и выдвигать из нее чтобы изменять преодолеваемую лучами толщу масла.
С помощью этой установки я получил результаты, которые ясно продемонстрировали ее преимущество. Например, на расстоянии 45 футов от конца лампы мои помощники и я могли отчетливо видеть пальцы руки через экран из вольфрамата кальция, причем лучи преодолевали около двух с половиной дюймов масла и диафрагму d. С помощью такой установки удобно делать фотографии небольших объектов с расстояния в 40 футов при экспозиции лишь в несколько минут по методу профессора Генри. Но даже без помощи флуоресцентного порошка короткие экспозиции возможны, так что, по-моему, применение упомянутого выше метода для быстрой методики несущественно. Мне охотнее верится, что при практической разработке этого принципа, если потребуется, необходимо будет воспользоваться предложением профессора Сальвиони по флуоресцентной эмульсии в сочетании с пленкой. Это должно дать лучшие результаты, чем отдельный флуоресцентный экран, и заметно упростит процесс. Могу, однако, заметить, что с момента моей последней публикации экраны заметно улучшились. Изготовители вольфрамата кальция Эдисона поставляют теперь экраны, которые дают достаточно четкие изображения. Порошок мелкий и распределен однороднее. Полагаю также, что польза будет и от более мягкой и толстой, чем прежде, бумаги. Следует только отметить, что, как оказалось, вольфрамат кальция — также прекрасный флуоресцентный реагент в лампе. Я незамедлительно проверил его свойства для подобного применения и нахожу его до сих пор непревзойденным. Посмотрим, сколь долго это продержится. Поступили сведения о том, что за границей открыты флуоресцентные вещества, превосходящие цианиды.
Еще одно улучшение в плане усиления контраста теневых изображений подсказал мне м-р Е. Р. Хьюитт. По его прикидкам отсутствие контрастности контуров теневых изображений на экране — следствие рассеяния флуоресценции от кристалла к кристаллу. Избавиться от этого он предлагает с помощью тонкой алюминиевой пластины с множеством параллельных пазов. Воспользовавшись его предложением я провел несколько опытов с проволочной тканью и, кроме того, с экранами, сделанными из смеси флуоресцентного и обычного порошков. И обнаружил, что общая яркость экрана убывает, но при сильном излучении теневые изображения оказываются контрастнее. Может быть эта идея найдет полезное применение.
С помощью описанного выше устройства я сумел намного лучше, чем прежде, обследовать тело посредством флуоресцентного экрана. Теперь позвоночный столб можно разглядывать довольно четко, даже в нижней части тела. Мне были также ясно видны контуры тазовых костей. Проводя наблюдение в области сердца, я безошибочно сумел определить его местонахождение. Фон выглядел намного ярче, и такое различие в яркости тени и окружающей картины поразило меня. Ребра я мог теперь рассматривать в ряде случаев достаточно отчетливо, также как и кости плеча. Конечно, нетрудно обследовать кости любых конечностей. Я отметил своеобразные эффекты, которые отнес на счет масла. Например, лучи проходили через пластины металла толщиной более одной восьмой дюйма, и в одном случае я смог довольно ясно увидеть кости моей руки через листы меди, железа и латуни толщиной почти в одну четверть дюйма. Через стекло лучи, казалось, проходят настолько свободно, что если смотреть через экран в направлении под прямыми углами к оси трубки, то видно самое интенсивное действие, хотя лучи должны были пройти через большую толщу стекла и масла. Стеклянная пластина толщиной почти полдюйма, которую поместили перед экраном, едва флуоресцировала. Когда экран помещался перед трубкой на расстоянии около трех футов, то голова помощника, втиснутая между экраном и трубкой, отбрасывала лишь слабую тень. Временами казалось, что кости и плоть как бы в равной степени прозрачны для излучений, проходящих через масло. Когда экран находился очень близко к лампе, он освещался через тело помощника столь сильно, что когда перед ним двигали рукой, я мог ясно различать движение руки через тело. В одном случае были различимы даже кости руки.
После того, как в некоторых опытах я заметил необычную прозрачность костей, то поначалу предположил, что лучи могут быть колебаниями высокой частоты, и что часть их неким образом поглощалась маслом. Однако, такой взгляд пришлось отбросить, когда я обнаружил, что на определенной дистанции от лампы получается контрастная тень костей. Последнее обстоятельство привело меня к успешному использованию экрана при получении отпечатков на пластине. А именно, в таком случае удобно сначала посредством экрана определить надлежащее расстояние, на котором следует разместить объект перед тем, как делать отпечаток. Часто оказывается, что изображение намного четче на большом расстоянии. Во избежание ошибок при работе с экраном я окружил ящик толстыми металлическими пластинами так, чтобы воспрепятствовать получаемой вследствие излучений флуоресценции, которая достигает экрана с боков. По-моему, такая мера совершенно необходима, если стремиться добиться точных результатов.
В процессе все еще продолжаемого мною изучения поведения масел и прочих жидких изоляторов мне пришло в голову исследовать важный эффект, открытый профессором Дж. Дж. Томсоном. Некоторое время назад он заявил, что все тела, через которые проходят рентгеновские излучения, становятся проводниками электричества. Для исследования данного явления я прибегнул к резонанс чувствительному испытанию, по методике, указанной мною в более ранних работах по высокочастотным токам. Вторичную катушку, которая желательно не имеет слишком тесной индуктивной связи с первичной катушкой, соединяют с ней и с землей, а колебание в первичной катушке настраивают так, чтобы был истинный резонанс. Поскольку вторичная катушка имела значительное число витков, то очень небольшие тела, прикрепляемые к свободной клемме, существенно изменяли потенциал на ней. В деревянную заполненную маслом камеру я помещал трубку, соединял ее с клеммой и настраивал колебание в первичной обмотке так, чтобы наступил резонанс, но чтобы лампа не излучала рентгеновские лучи в сколько-нибудь ощутимой степени. Затем я изменял режим так, чтобы лампа испускала лучи очень активно. Теперь, согласно предположению профессора Дж. Дж. Томсона, масло должно было стать проводящим, и должно было наступить очень заметное изменение в колебании. Оказалось, что это не так, поэтому в открытом Дж. Дж. Томсоном явлении необходимо усматривать лишь еще одно доказательство того, что здесь мы имеем дело с потоками материи, которые, проходя через тела, уносят электрические заряды. Но тела не становятся проводниками в общем значении этого термина. Метод, которого я придерживался, настолько чувствительный, что ошибка почти невозможна.