tia X

35

TIA X
(Các chương trong sách)

M. P. BRONSHTEIN

Tin tức đầu tiên

Vào tháng 1 năm 1896, tin tức kỳ lạ lan truyền khắp địa cầu.

Một số nhà khoa học người Đức đã tìm cách khám phá ra những tia chưa được biết đến với những đặc tính bí ẩn.

Thuộc tính bí ẩn đầu tiên của tia là chúng vô hình. Cho dù bạn có định hướng tầm nhìn của mình đến mức nào thì cũng không thể làm phẳng chúng được. Chúng không được sơn theo bất kỳ cách nào - chúng không có màu sắc.

Đặc tính đáng ngạc nhiên thứ hai là chúng xuyên qua bìa cứng dày, xuyên qua nhôm, xuyên qua các đế dày, xuyên qua giấy thiếc. Những gì mờ đục là minh bạch đối với họ. Bạn không thể trốn chúng sau bức tường gỗ, sau cánh cửa. Một cánh cửa gỗ cho phép họ đi qua giống như một cánh cửa kính.

Và đặc tính thứ ba của tia là có những chất mà chúng tạo ra tác dụng phi thường. Các tinh thể barium platinocyanide, vilLEMENT và kẽm sulfide đột nhiên bùng lên ánh sáng rực rỡ ngay khi có những tia vô hình chiếu vào chúng. Dưới tác dụng của tia vô hình, tấm ảnh chuyển sang màu đen. Và bản thân không khí cũng thay đổi một cách kỳ diệu khi được tạo ra bởi những tia vô hình: nó có một đặc tính mới - khả năng truyền dòng điện.

Các tờ báo đăng tải những gì đã biết về tia này chỉ đề cập ngắn gọn tên của người đã thực hiện khám phá phi thường này: Wilhelm Conrad Roentgen.

Độc giả của chúng tôi có thể đã làm quen với “Những nhà phát minh ra máy điện báo vô tuyến” - các chương trong cuốn sách này đã được xuất bản trên số liên bang «Kvant» năm 1987. Và bây giờ chúng tôi cung cấp cho bạn một đoạn trích từ cuốn sách “Tia X”. Ấn phẩm này được biên soạn bởi G. E. Gorelik.

Nhà khoa học thận trọng

Wilhelm Conrad Roentgen là giáo sư vật lý ở thị trấn Würzburg.

Vị giáo sư nhút nhát, với giọng điệu như vậy khi đọc các bài giảng của mình từ khoa của trường đại học cổ xưa, thậm chí còn ít được biết đến ngay cả ở thành phố của ông. Nhưng các nhà khoa học trên toàn thế giới đều biết rõ về ông.

Trong tất cả 25 trường đại học ở Đức, không có nhà khoa học nào làm việc tận tâm, cẩn thận và cẩn thận hơn nhà vật lý Roentgen. Ông đã nghiên cứu nhiều hiện tượng trong phòng thí nghiệm và thực hiện nhiều phép đo chính xác. Nhưng Roentgen không báo cáo tất cả công trình của mình, không phải tất cả các thí nghiệm và khám phá của ông trên các tạp chí khoa học. Anh ấy có một quy tắc nghiêm ngặt: anh ấy chỉ xuất bản một bài báo về các thí nghiệm của mình khi cuối cùng anh ấy đã bị thuyết phục về tính đúng đắn và chính xác của chúng. Nếu có một chút nghi ngờ nào về tính đúng đắn của thí nghiệm, nhà khoa học thận trọng đã không viết bất cứ điều gì về nó.

Roentgen cảnh giác với những giả thuyết vội vàng, những thỏa thuận vội vàng, những ảo tưởng.

36

giả định cứng nhắc. Anh ấy chỉ tin tưởng vào kinh nghiệm. Roentgen nói: “Kinh nghiệm là người đánh giá cao nhất”. - Chỉ có kinh nghiệm mới quyết định số phận của một giả thuyết, chỉ có kinh nghiệm mới cho chúng ta cơ hội để biết một giả thuyết nên được giữ lại hay nên bác bỏ. Đây là điểm mạnh chính của vật lý: một nhà nghiên cứu về tự nhiên có thể hoàn toàn tin tưởng vào bản thân mình, bởi vì anh ta luôn có cơ hội kiểm tra mọi giả định, mọi thỏa thuận của mình. Và nếu kinh nghiệm không xác nhận sự đồng ý, điều đó có nghĩa là cô ấy không chung thủy, bất kể cô ấy có thể thay đổi và hóm hỉnh đến mức nào ”.

Năm 1895, Wilhelm Conrad Roentgen bắt đầu nghiên cứu cách tính dòng điện qua các chất khí loãng.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu hiện tượng này ngay cả trước khi chụp X-quang. Các nhà vật lý người Đức Goldstein và Hittorf, rất lâu trước Roentgen, đã truyền một dòng điện qua không khí được làm loãng bằng một máy bơm không khí mạnh. Họ đã chế tạo những thiết bị đặc biệt để nghiên cứu dòng điện này và thực hiện những thí nghiệm đầu tiên. Nhưng vẫn còn nhiều điều chưa rõ ràng. Nhà vật lý nổi tiếng Heinrich Hertz - cũng là Hertz, người đã phát hiện ra sóng vô tuyến - lập luận rằng dòng điện chạy qua chất khí loãng cũng là sóng - những dao động tương tự như dao động của âm thanh. Một thỏa thuận khác được bày tỏ bởi Crookes người Anh. Ông nói rằng dòng điện trong chất khí loãng hoàn toàn không phải là sóng mà là dòng chảy của các hạt cực nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được - các electron. Với tốc độ đáng kinh ngạc - mười nghìn km mỗi giây! - chúng bay qua khí hiếm.

Các nhà khoa học đã bị chia rẽ. Một số người cho rằng Heinrich Hertz đã đúng, những người khác cho rằng William Crookes đã đúng. Và chỉ có Roentgen hoài nghi là không tham gia vào cuộc tranh chấp này. Anh ta không đứng về phía Hertz cũng như không đứng về phía Cruz.

Ông kiên quyết chống lại mọi giả định và thỏa thuận: ông cho rằng thời cơ vẫn chưa đến với chúng và cần phải thực hiện càng nhiều thí nghiệm càng tốt, để tích lũy càng nhiều sự kiện đáng tin cậy càng tốt.

Năm 1895, những ngày cuối tháng 10, Roentgen thu thập tất cả các vật liệu và dụng cụ cần thiết trong phòng thí nghiệm của mình và bắt đầu thử nghiệm.

Bắt đầu thí nghiệm

Chụp X-quang lấy một quả cầu thủy tinh có hai tấm kim loại bên trong được hàn. Có một sợi dây được gắn vào cả hai tấm. Các đầu dây thò ra ngoài vách kính của quả bóng.

Sau đó Roentgen lấy một cái bơm thủy tinh và bắt đầu bơm không khí ra khỏi khinh khí cầu. Không khí đang rời đi và ngày càng ít đi. Khi có thể bơm ra nhiều không khí đến mức chỉ còn lại một phần triệu trong quả bóng, tia X đã đốt cháy quả bóng.

Thiết bị truyền dòng điện qua khí loãng đã sẵn sàng.

Bây giờ bạn chỉ cần nối hai đầu dây dẫn ra khỏi quả bóng với các dải của máy cung cấp điện áp, dòng điện sẽ chạy bên trong quả bóng qua không khí loãng từ tấm kim loại này sang tấm kim loại khác.

X-quang có một máy tạo ra điện áp cao. Đó là một cuộn dây cảm ứng, một thiết bị được phát minh vào giữa thế kỷ 19 bởi thợ cơ khí người Paris Ruhmkorff. Nhìn bề ngoài, thiết bị này trông giống như một cuộn chỉ, nhưng chỉ có điều nó lớn hơn nhiều so với một cuộn chỉ thông thường và cùng với các sợi chỉ, hệ thống dây điện được quấn quanh nó: mười nghìn vòng dây điện mỏng nhất, được bọc bằng lớp cách điện đáng tin cậy.

Cuộn dây Ruhmkorff không rỗng bên trong. Một cuộn dây khác được đặt trong đó - vài trăm vòng dây và không mỏng mà chỉ mỏng. Hai cuộn dây - đứt và bên trong - được thiết kế để tăng điện áp của dòng điện. Nếu cho dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây bên trong thì

37

dòng đầu tiên sẽ chảy vào cuộn dây bên ngoài, nhưng hướng của nó sẽ lớn hơn hàng chục, hàng trăm lần! Cuộn dây Ruhmkorff là một bộ chuyển đổi dòng điện: nó chuyển đổi dòng điện có chiều thấp thành dòng điện có chiều cao. Sử dụng cuộn dây Ruhmkorff, bạn có thể tạo ra sự phóng điện mạnh và tia lửa điện.

Cuộn dây chỉ thị mà Roentgen đã tạo ra tia lửa điện dài 10-15 cm.

Đây là thứ mà anh ấy kết nối với các đầu dây của quả cầu thủy tinh của mình. Một âm thanh tanh tách mạnh và thường xuyên được phát ra - đó là tiếng búa rung trong cuộn dây Ruhmkorff, đóng mở dòng điện ngắt quãng trong cuộn dây bên trong. Và bây giờ một dòng điện khác chạy qua tất cả các vòng của cuộn dây bên ngoài - dòng điện có chiều cao. Anh ta lao dọc theo sợi dây vào quả cầu thủy tinh và tiếp tục đi qua bầu không khí loãng. Anh ta di chuyển từ tấm kim loại này sang tấm kim loại khác, và một ánh sáng xanh lục mờ nhạt lóe lên trên các lớp kính của quả bóng.

Thế là các thí nghiệm của Roentgen bắt đầu.

Một phát hiện bất ngờ

Vài ngày sau, ngày 8 tháng 11 năm 1895, Roentgen phát hiện ra một hiện tượng bất thường.

Nó đã xảy ra như thế này.

Trời đã tối. Những người trợ lý, những người đã làm việc đo đạc cả ngày, mệt mỏi về nhà. Người cũ cũng đã rời đi. X-quang được để lại một mình trong LAB. Anh ấy định làm việc đến tận khuya. Tiếng búa của cuộn dây cảm ứng kêu lách tách, ánh sáng xanh vàng tỏa ra từ chai thủy tinh. Đây không phải là quả bóng bay đầu tiên, không phải quả bóng thủy tinh mà Roentgen bắt đầu thí nghiệm của mình. Trong tuần qua anh ấy đã làm được vài chiếc ống trụ thủy tinh, tất cả đều khác nhau. Một cái có hình cầu, một cái khác có hình quả lê, còn một cái khác là những ống thủy tinh hẹp và dài. Một số bình chứa không khí loãng, một số khác chứa nitơ, hydro và oxy tinh khiết. Nhưng trong mỗi hình trụ - và trong quả bóng, trong ống, trong quả lê, trong bình oxy và trong bình nitơ - các tấm kim loại được quay bằng nhau và các đường chạy mỏng nhô ra khỏi tất cả các hình trụ.

Tối hôm đó, Roentgen bận rộn gắn từng xi lanh của mình vào cuộn dây cảm ứng và cho dòng điện chạy qua chúng. Ông muốn tìm hiểu xem mức độ hiếm của chất khí, hình dạng của ống trụ, hình dạng và sự sắp xếp của các tấm kim loại ảnh hưởng như thế nào đến dòng điện.

Roentgen cẩn thận ghi lại kết quả quan sát của mình vào nhật ký phòng thí nghiệm.

Đồng hồ điểm giống nhau. X-quang đã sẵn sàng để đi ngủ. Anh ấy che hình trụ cuối cùng của mình bằng một hộp bìa cứng dày. Tất cả những gì còn lại là làm nóng dòng điện trong cuộn dây cảm ứng, tắt đèn và rời đi. Nhưng do đãng trí nên Roentgen đã quên tắt cuộn dây. Anh tắt đèn và định đi về phía cửa thì tiếng gõ cửa vang lên khiến anh thoát khỏi dòng suy nghĩ. X-quang quay trở lại, và rồi một cảnh tượng đáng kinh ngạc hiện ra trước mắt anh.

38

Trên bàn - không phải trên chiếc bàn đặt chai thủy tinh mà là trên chiếc bàn bên cạnh - một ánh sáng kỳ lạ lóe lên. Một vật thể nhỏ đang cháy với ngọn lửa màu xanh vàng mờ. Chụp X-quang đến bàn trong bóng tối để xem chuyện gì đang xảy ra ở đó. Hóa ra đó là một mảnh giấy đang phát sáng. Giấy không đơn giản: nó chỉ được phủ một mặt bằng một lớp bari platinocyanide. Chất này có xu hướng phát sáng nếu có tia nắng chiếu vào. Nhưng bên ngoài trời đã tối, căn phòng hoàn toàn tối. Tại sao bari platinocyanide phát sáng?
Trong bóng tối hoàn toàn, tia X tìm thấy công tắc và mở dòng điện.
Tờ giấy anh đang cầm trên tay lập tức ngừng phát sáng.
Anh ta bật lại dòng điện. Tờ giấy lại lấp lánh.
Họ lại từ chối tôi lần nữa. Và tờ giấy lại rơi ra.
X-quang không còn nghĩ đến việc rời khỏi phòng thí nghiệm.

Một đêm không ngủ
X-quang quyết định điều tra một hiện tượng khó hiểu.

Điều gì làm cho giấy phát sáng? Nó là một cuộn dây cảm ứng, trong đó có dòng điện chạy qua các cuộn dây, hay một ống trụ thủy tinh trong đó dòng điện đi qua một loại khí loãng?

Để kiểm tra, Roentgen quyết định tháo quả bóng bay ra và nối các cuộn dây với một thứ khác, ít nhất là với hai quả bóng kim loại đang bò trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu tia lửa điện.

Vì vậy, anh ấy đã làm. Chiếc búa lại kêu răng rắc, dòng điện lại chạy qua cuộn dây, nhưng bây giờ nó không còn đi vào một bình chứa khí loãng nữa mà phóng ra một tia lửa điện giữa các quả bóng kim loại.

Chụp X-quang nhìn tờ giấy có bari platinocyanide. Giấy cũng giống như giấy. Không tỏa sáng.

Sau đó, anh nối lại các cuộn dây với quả bóng và tờ giấy lại bùng lên.

Không còn nghi ngờ gì nữa. Cuộn dây cảm ứng không có gì để làm với nó. Một mình cô ấy không thể làm cho tờ giấy phát sáng được. Tất cả đều là về quả bóng bay: khi một dòng điện chạy qua một quả bóng có không khí loãng, thì bari bạch kim xyanua sẽ phát sáng.

Điều này có nghĩa là dưới tác dụng của dòng điện, một bình thủy tinh chứa khí loãng sẽ thu được một loại lực đặc biệt, bí ẩn nào đó.

Thứ vô hình này không chỉ xuyên qua thành kính của hình trụ mà còn xuyên qua hộp bìa cứng che hình trụ này là gì?

Roentgen đã thức suốt đêm từ ngày 8 đến ngày 9 tháng 11 năm 1895 trong phòng thí nghiệm của mình.

tia X
Roentgen quyết định gọi hiện tượng mới được phát hiện là “tia X”. X là một chữ cái Latinh. Trong đại số, chữ cái này được dùng để biểu thị số lượng chưa biết.

Quả thực, “lực” do Roentgen phát hiện có độ lớn hoàn toàn chưa được biết đến.

Bản thân Roentgen biết bao nhiêu về cô ấy?
Chỉ có ba điều thôi.

Anh ta biết rằng để tạo ra nó, anh ta cần cho một dòng điện chạy qua một bình chứa khí loãng.

Ông cũng biết rằng nó làm đông đặc platinocyanide bằng bari để phát sáng.

Và anh cũng biết rằng cô có thể tự do xuyên qua tấm bìa cứng: rốt cuộc, bari platinocyanide đã được tách ra khỏi hình trụ bằng một hộp bìa cứng, và tất cả tia X do hình trụ phát ra đều truyền tới tờ giấy.

Đó là tất cả những gì Roentgen biết về tia X.

Và anh quyết định tiếp tục thí nghiệm của mình cho đến khi cái chưa biết biến thành cái đã biết.

Trải nghiệm mới
Những ngày không ngừng nghỉ đã đến với Roentgen. Anh vẫn chưa chắc chắn