Inventarea aparatului cu raze X

Superman, celebrul personaj de benzi desenate, filme şi seriale de televiziune, era înzestrat cu multe puteri supranaturale, dar vederea lui cu „raze X” a fost capacitatea sa pe care oamenii au adaptat-o în modul cel mai practic. Nu putem zbura (fără un avion), nu putem sări peste clădiri înalte şi nici nu putem îndoi bare de oţel cu mâinile goale, dar cu ajutorul unui aparat folosit acum pe scară largă putem investiga corpul uman, putem scana pachete dubioase şi putem beneficia de proprietăţile curative ale razelor X.

La fel ca şi în cazul radioului şi al televiziunii, descoperirea radiaţiei X a fost favorizată de cercetările extinse şi intense în domeniul fenomenelor electrice întreprinse în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Sir William Crookes a fost primul care a investigat radiaţia electrică, spre sfârşitul anilor 1870, iar contribuţia sa cea mai importantă, nu doar în sfera radiaţiei X, ci în domeniul ştiinţific în general, a fost primul tub catodic (Crookes).

A introdus doi electrozi metalici într-un tub vidat de sticlă şi i-a alimentat la o tensiune ridicată. A observat întunecarea zonei din preajma catodului (electrodul negativ) şi un efect de fluorescentă la anod (electrodul pozitiv). De asemenea, a calculat mişcarea şi viteza razelor catodice din interiorul tubului. Tubul Crookes este utilizat şi în prezent pentru demonstraţii şi studiu în şcoli şi în laboratoare.

Fizicianul german Phillipp Lenard a făcut un mare pas înainte construind un tub catodic cu o „fereastră” de aluminiu care permitea răspândirea razelor în mediul înconjurător. Atunci când Lenard a îndreptat fluxul de raze spre un ecran acoperit cu substanţe fosforescente, a observat că razele provocau o strălucire a ecranului în funcţie de distanţa şi de viteza acestora. A mai descoperit, de asemenea, că razele catodice erau absorbite de diferite substanţe în funcţie de densitatea lor. În 1892, celebrul fizician Heinrich Hertz a demonstrat că razele catodice nu sunt doar absorbite, ci pot chiar trece printr-o foiţă subţire de metal.

Descoperirea efectivă a radiaţiei X şi a proprietăţilor acesteia a fost făcută - accidental - de Wilhelm Conrad Rontgen în 1895. Rontgen s-a născut în Prusia, studiind şi apoi predând la numeroase universităţi germane. În 1894 era rector al Universităţii din Wurzburg. Rontgen şi-a concentrat cercetările în scopul refacerii experimentelor şi observaţiilor lui Crookes, Lenard şi Hertz. Odată, în timp ce lucra cu un tub Crookes într-o incintă închisă şi fără lumină, Rontgen a observat că o probă de cianură platinoasă de bariu de pe o masă din apropiere a început să emită o strălucire fluorescentă. Aceasta a fost prima observare a capacităţii razelor catodice de excitare a materiei de la distanţă.

Ulterior, Rontgen a plasat între tubul catodic şi un ecran acoperit cu un strat de cianură platinoasă de bariu mai multe tipuri de obiecte, observând că umbrele de pe ecran difereau în funcţie de compoziţia obiectului supus fluxului de raze.

Plumbul, de exemplu, absorbea radiaţia misterioasă aproape în întregime, în timp ce lemnul, cartonul sau chiar aluminiul erau aproape transparente. „În spatele unei cărţi de aproximativ o mie de pagini”, scria Rontgen, „am observat cum ecranul rămâne strălucitor, tuşul de tipografie având un efect minim de absorbţie.” Rontgen a constatat, de asemenea, că razele puteau forma imagini pe plăci fotografice. A realizat „fotograme” ale diferitor obiecte metalice şi a înregistrat structura osoasă a mâinii soţiei sale pe 22 decembrie 1895.

Rontgen nu putea explica cu precizie natura sau motivul propagării acestor radiaţii, astfel încât le-a numit „raze X”, termen care a devenit rapid foarte popular. Cercetările ulterioare au arătat că razele X constituiau de fapt o parte a spectrului radiaţiei electromagnetice, alături de radiaţiile radio, ultravioletă, infraroşie, de microunde sau gamma. Fiind infinitezimal mai mică decât radiaţia din spectrul vizibil (până la 0,0000000001 cm - 1/6.000 din lungimea de undă a luminii galbene), această radiaţie penetrează materialele care sunt opace pentru ochiul uman.

Rontgen a publicat la scurt timp un raport complet al descoperirilor sale, ce includea o clasificare detaliată a proprietăţilor radiaţiei X şi materialele asupra cărora avea efect. El a observat că razele X excitau mulţi alţi compuşi, în afara cianurii platinoase de bariu, până la fluorescentă. De asemenea, a descoperit că fluxul radiant nu putea fi focalizat cu lentile normale şi că se propaga în linie. A mai observat că platina, atunci când era folosită ca ţintă în tubul catodic, emitea o radiaţie X mai puternică decât elementele mai uşoare, deşi orice substanţă solidă putea să emită radiaţie dacă era bombardată cu descărcarea de electroni. Rontgen a primit primul Premiu Nobel pentru fizică în 1901.

Descoperirea lui Rontgen a fost repede pusă în practică. Radiaţia X a fost folosită la scurtă vreme în prima - şi în continuare cea mai importantă - aplicaţie în tehnologia medicală. Astfel, cu ajutorul fluoroscopului, la plasarea pacientului între tubul de raze X şi un ecran sensibil la radiaţie, structura osoasă a acestuia putea fi observată cu claritate. Obiectele străine ca, de exemplu, gloanţele, ieşeau în evidenţă cu un contur bine definit, putându-se astfel evita multe operaţii chirurgicale „de explorare” şi multe proceduri agonizante şi greşite, făcute „pe ghicite”.

Apoi au început să fie folosite pe scară largă plăci fotografice, pentru obţinerea unor înregistrări permanente ale imaginilor de raze X. În plus, s-a demonstrat că această radiaţie are atât efecte benefice, cât şi dăunătoare asupra organismului uman, provocând căderea părului de pe mâinile doctorilor şi tehnicienilor care au folosit primele dispozitive, dar în acelaşi timp putând să distrugă ţesuturile bolnave şi tumorile maligne. S-a descoperit, de asemenea, că razele X puteau distruge şi ţesutul sănătos, osul şi celulele de sânge. Aşadar, în jurul aparatelor cu raze X au fost montate plăci de plumb.

În primul sfert al secolului al XX-lea, studierea radiaţiei X a ţinut pasul cu utilizarea sa din ce în ce mai răspândită. În cazul tubului modern de raze X, un filament de wolfram este încălzit la o temperatură cuprinsă între 2.300 şi 2.400°C, provocând o eliberare de electroni. Apoi, între catod şi anod se produce un flux electronic, cantitatea de curent fiind reglată cu atenţie de operator. Distanţa dintre catod şi anod poate varia între 10 mm în cazul unui aparat de joasă tensiune până la peste 1 m. În continuare, fasciculul de electroni este direcţionat spre ţintă sau „focar”, ce emană radiaţia X.

Pentru o generare maximă de radiaţie X sunt necesare tensiuni electrice mari, putând ajunge până la 15 milioane de volţi. Aceşti curenţi generează o căldură puternică, fapt care necesită dispozitive de răcire cu apă sau aer. Wolframul rămâne în continuare materialul de ţintă, fiind uneori folosite şi ţinte de cupru, molibden sau alte aliaje. Apoi radiaţia este îndreptată către subiectul analizat, ce trebuie poziţionat suficient de aproape de tubul generator. Dispozitivul de raze X este controlat printr-o serie de potenţiometre şi de întrerupătoare, dar operatorul trebuie să aibă o pregătire şi o experienţă vaste pentru a obţine rezultate de bună calitate şi în acelaşi timp fără efecte nocive.

Radiografia, metoda prin care radiaţia X este folosită pentru impresionarea unui film, şi fluoroscopia, ce foloseşte un ecran sensibil la radiaţii, sunt utilizate şi în prezent în aceeaşi măsură în care erau utilizate şi la începutul secolului al XX-lea. Radiografia are avantajul de a produce o înregistrare a examinării cu un caracter permanent şi supune pacientul sau obiectul la un timp mai scurt de expunere, dar nu produce o imagine la fel de clară ca fluoroscopul. Acesta din urmă permite observarea pacientului în mişcare, fapt care reprezintă un avantaj major în unele studii sau diagnostice.

Radiaţia X nu este însă limitată la domeniul medical, aceasta fiind aplicată şi în alte domenii ale ştiinţei, precum şi în industrie. Structurile metalelor pot să fie analizate pentru detectarea defectelor atât în fabrică, cât şi pe teren. Microprocesoarele şi alte piese microscopice sunt scanate cu raze X în timpul procesului complex de producţie. În domeniul securităţii, aparatele de raze X sunt folosite pentru scanarea pachetelor şi a bagajelor suspecte pe aeroporturi, la oficiile poştale şi în alte locuri publice. Deşi nu am ajuns ca Superman, razele X ne-au ajutat să avem o viaţă mai bună şi au condus omenirea către unele dintre cele mai incredibile descoperiri.

Check Also

Inventarea telegrafului

Ceea ce este interesant de remarcat este că Samuel F.B. Morse, inventatorul telegrafului, şi-a început …

Inventarea telefonului

Inventarea telefonului Inventarea telefonului, Invenţii, Telefon În mod ironic, inventarea telefonului a fost marcată de o lipsă …

Inventarea tancului

Ca armă militară, tancul a schimbat pentru totdeauna aspectul bătăliilor terestre. Acesta a apărut ca …

Inventarea şurubului

Se spune că în timpul unei vizite în Egipt, filozoful grec Arhimede ar fi realizat un …

Inventarea submarinului

Nu este nevoie să ne gândim prea mult pentru a putea aprecia efectul submarinului asupra …