16 Об отражённых рентгеновских лучах

16

Об отражённых рентгеновских лучах

В предыдущих сообщениях по поводу эффекта, открытого Рентгеном, я воздерживался от непосредственного перечисления заслуживающих наибольшего внимания результатов, к которым пришел в своих исследованиях. По правде говоря, отваживаюсь высказаться после некоторого колебания и только после того, как пришел к убеждению, что информация, которую должен сообщить, будет востребована, ибо я, подобно другим, не вполне мог освободиться от некоего чувства, которое должен испытывать человек, когда он посягает на территорию, ему не принадлежащую. Первооткрыватель, конечно, сам постигает большую часть истин в свое время, и учтивая сдержанность в извещении о результатах со стороны коллег не будет излишней. Сколько их согрешило в отношении меня, объявляя о своих достижениях как раз тогда, когда я мог и был готов сделать это сам! Но открытие Рентгена, стоящее в одном ряду с изобретением телескопа и микроскопа и дающее возможность видеть сквозь плотную толщу непрозрачного вещества, его снимки объектов на чувствительной пластине, которые невозможно увидеть другим способом, так прекрасны и в высшей степени интересны, открывают так много перспектив, что любые ограничения были отброшены, и все предались радостям домысливания и экспериментирования. Если бы каждая новая и достойная идея находила такой отклик! Тогда один-единственный год равнялся бы веку бурного развития. Жить в такую эпоху было бы удовольствием, но не хотел бы я быть первооткрывателем.

Среди результатов, которые имею честь довести до всеобщего сведения, есть один, претендующий на широкий научный интерес, а также на практическое применение. Я имею в виду проявление свойства отражения, на чем кратко и остановлюсь.

Экспериментируя с вакуумными колбами и трубками, я имел возможность сделать множество наблюдений, которые, насколько могу судить, ни одна теория колебаний не могла объяснить внушающим доверие способом. Тогда я начал исследования — неохотно, но с надеждой убедиться, что наблюдаемые эффекты обязаны своим появлением потоку материальных частиц. И получил много доказательств существования таких потоков. Об одном из них уже упоминал, когда описывал метод создания разрежения в трубке с помощью электричества.

Такое разрежение, как я обнаружил, наступает значительно быстрее в трубке из тонкого стекла, чем в толстостенной, по причине, как предполагаю, более легкого прохождения ионов. Если в случае с тонким стеклом достаточно нескольких минут, то толстое стекло или очень большой электрод зачастую требуют получаса или более того. В соответствии с этим предположением, желая добиться максимальной эффективности процесса, я создал аппарат и в каждом эксперименте находил подтверждение своим догадкам, а моя уверенность укреплялась.

Ил. 1 Ил. 2

Поток материальных частиц, обладая большой скоростью, непременно должен отражаться, и поэтому я был вполне готов — допуская, что моя первоначальная идея верна, — рано или поздно наглядно продемонстрировать это свойство. Учитывая, что отражение будет тем более полным, чем меньше будет угол падения, с самого начала исследований остановил свой выбор на трубке или колбе b, внешний вид которой представлен на ил. 1. Трубка была изготовлена из очень толстого стекла, но ее дно выдувалось как можно более тонко. В трубке имелось два специальных ограничителя, не позволяющих излучению попадать на стенки трубки и способствующих прохождению лучей сквозь дно. Единственный электрод в форме круглой пластины с диаметром немного меньшим, чем диаметр трубки, был помещен сверху примерно на дюйм ниже узкой горловины n. Питающий провод с был снабжен длинным защитным покрытием w для того, чтобы стекло не дало трещину при образовании искр в том месте, где провод входит в трубку. Выяснилось, что по ряду причин желательно весьма значительно удлинить изоляцию по обе стороны от горловины, как внутри, так и снаружи, и поместить заглушку в узкой горловине. По другим поводам я уже подробно останавливался на использовании электростатического экрана в соединении с лампами с одним вводом. В данном случае экран предпочтительно сделать с бронзовым покрытием S, начиная чуть выше алюминиевого электрода и спускаясь немного ниже изоляции провода, с тем чтобы была возможность постоянно видеть конец изоляции. Или же небольшая алюминиевая пластина s (ил. 2) укреплялась внутри трубки над электродом. Этот стационарный экран практически удваивает эффект, так как не допускает никаких процессов в пространстве над собой. Затем, полагая, что благодаря использованию очень толстого стекла излучение не уходит в стороны и большая его часть, отразившись, отбрасывается на дно, как я тогда считал, пришел к заключению, что такая трубка значительно эффективнее, чем трубка обычной формы. Действительно, вскоре убедился, что она посылает на чувствительную пластину без малого в четыре раза больше энергии, чем колба сферической формы с эквивалентной ударной силой. Такого рода трубка отлично подходит для работы с двумя терминалами, когда внешний электрод а устанавливается в месте, обозначенном пунктирными линиями на ил. 1. Когда применяется толстое стекло, проявляется параллельность лучей в потоке и их концентрация. Более того, при увеличении длины трубки до желаемых размеров открывается возможность использовать очень высокие напряжения, что нельзя допускать в работе с короткими трубками.

Применение высоких напряжений имеет огромное значение, поскольку позволяет значительно сократить время экспозиции и воздействовать на пластину с гораздо больших расстояний. Я сейчас пытаюсь определить точное соотношение между напряжением и результатом воздействия на чувствительную пластину. Считаю необходимым отметить, что электрод должен быть алюминиевым, так как платиновый электрод, который упорно продолжают использовать, дает худшие результаты, а трубка выходит из строя за сравнительно короткое время. Некоторые экспериментаторы, возможно, увидят трудности в поддержании постоянного вакуума, изменение которого обусловлено происходящим в трубке процессом абсорбции (на что ранее указывал Крукс), вследствие чего при длительной работе вакуум может увеличиться. Найденный мной удобный способ препятствовать этому процессу состоит в следующем. Экран, желательно алюминиевая пластина s (ил. 2), помещается прямо на изоляцию питающего провода С, но на некотором расстоянии от конца. Подходящее расстояние можно определить только опытным путем. Если выбрано правильное расстояние, то в процессе работы трубки изоляция нагревается, и время от времени от провода С к алюминиевой пластине s по изоляции w пробегает маленькая яркая искра. Прохождение искры вызывает образование газов, которые несколько ослабляют вакуум, и, таким образом, с помощью небольшой ловкой манипуляции его можно постоянно поддерживать на необходимом уровне. Другой способ добиться того же результата в трубке, представленный на ил. 1, состоит в столь значительном удлинении изоляции внутри трубки, что при работе в обычном режиме изоляция нагревается в достаточной мере, чтобы высвободить газы в необходимом количестве. Для этого целесообразно опустить экран S с бронзовым покрытием несколько ниже изоляции, с тем чтобы можно было видеть искру. Существует, однако, много других способов преодоления этой помехи, которая может вызывать некоторую досаду у тех, кто работает с аппаратом, не отвечающим требованиям.

Чтобы аппарат работал наилучшим образом, экспериментатору необходимо пройти каждый из этапов, на которые я указывал ранее и через которые должна пройти трубка, пока в ней создается разреженное пространство. Сначала он увидит, что, когда явления, описанные Круксом (феномены Крукса) проявятся наиболее ярко, возникнет стример красноватого цвета, исходящий из электрода и первое время почти полностью покрывающий его. До этого момента трубка почти не оказывает воздействия на чувствительную пластину, хотя стекло в месте удара очень горячее. Красноватый стример постепенно исчезает, и только перед тем, как он перестает быть видимым, трубка начинает заметно лучше работать, но воздействие на пластину всё еще очень слабо. Вскоре становится виден белый или даже голубоватый поток, и через некоторое время стекло в дне трубки приобретает глянец. Температура еще более повышается, и трубка на всём своем протяжении чрезвычайно ярко фосфоресцирует. Кому-то покажется, что такая трубка должна действовать эффективно, но внешность часто обманчива — красивая трубка всё еще не работает. Даже когда исчезает белый или голубоватый поток, а стекло в нижней части трубки такое горячее, что почти плавится, воздействие на пластину очень мало. И тогда на нижней части трубки вдруг появляется переливающийся узор в виде звезды, словно электрод отбрасывает от себя капли жидкости. С этого момента мощность трубки десятикратно увеличивается, и для получения хороших результатов ее всегда следует удерживать на этом уровне.

Несмотря на широко распространенное мнение о том, что вакуум Крукса недостаточен для создания феномена излучений Рентгена, тем не менее позволю отметить, что это совершенно неверно. Ведь и феномен Крукса не обнаруживается при определенной степени разрежения, но проявляется даже при слабых вакуумах в том случае, если потенциал достаточно высок. Это столь же верно и для лучей Рентгена. Естественно, чтобы проверить это, необходимо принять меры предосторожности, не допускающие перегрева трубки при увеличении напряжения. Этого легко добиться, уменьшая число импульсов или их длительность, когда возрастает потенциал. Для таких экспериментов, видимо, будет полезным использовать вместе с обычной индукционной катушкой вращающийся переключатель вместо вибрационного. Меняя скорость вращения, а также регулируя продолжительность контакта, можно откорректировать условия, соответствующие уровню вакуума и используемому потенциалу.

В экспериментах с отраженными лучами, о которых здесь говорится, я использовал аппарат, представленный на ил. 2. Он состоит из ящика, повторяющего форму буквы Т квадратного поперечного сечения. Стенки ящика изготовлены из свинца толщиной более одной восьмой дюйма. В ходе экспериментов обнаружилось, что свинец совершенно непроницаем для лучей даже при длительной экспозиции. На верхнем конце прочно закреплена колба b, вставленная в трубку t из толстого богемского стекла, которая проходит внутрь свинцового ящика на некоторую глубину. Нижний конец ящика плотно закрыт кассетой P₁, в которой находится чувствительная пленка p₁, имеющая обычную защиту, боковой конец закрывался такой же кассетой P с чувствительной защищенной пленкой p. Чтобы получить объективную картину, объекты о и о₁ должны быть абсолютно одинаковыми и помещаться в центре экранов, защищающих чувствительные пластины. В центральной части ящика предусмотрено место для пластины r из материала, отражающая способность которого подвергается проверке, а размеры ящика таковы, что отраженный луч и прямой луч должны проходить одно и то же расстояние, при этом отражающая пластина располагается под углом 45 градусов как к падающему лучу, так и к отраженному. Были предприняты меры предосторожности, исключающие любую возможность воздействия на пластину p, кроме воздействия отраженных лучей, а отражающая пластина r установлена таким образом, чтобы плотно прилегать по всему периметру внутри свинцового ящика, так что лучи никак не могут попасть на пленку p₁, не пройдя сквозь пластину, подвергаемую проверке. В своих первых опытах с отражением я наблюдал только результаты воздействия отраженных лучей, но в этом случае, по предложению профессора У.-А. Энтони, применил указанный выше способ для одновременного исследования действия прямых лучей, которые в итоге проходили сквозь отражающую пластину. С помощью этого метода можно было сравнить количество посланного и отраженного излучения. Стеклянная трубка t с находящейся внутри нее колбой b предназначена для придания потоку параллельности и интенсивности. Делая снимки с разных расстояний, я обнаружил, что и на значительных расстояниях разброс пучка лучей или потока частиц оказался весьма невелик.

Чтобы уменьшить погрешность, неизбежно возникающую при слишком продолжительной экспозиции и очень маленьком расстоянии, я уменьшил ее время до одного часа, а суммарное расстояние, которое лучи должны проходить, прежде чем они достигнут чувствительную пластину, составляло 20 дюймов, при этом расстояние от дна колбы до отражающей пластины составляло 13 дюймов.

Нет необходимости говорить о том, что были приняты все меры предосторожности в отношении чувствительных пластин — поддерживался постоянный потенциал, сохранялся однородный характер работы колбы, условия в целом оставались неизменными во время этих исследований. Подлежавшие проверке пластины были одного размера — они должны соответствовать предусмотренному для них месту в свинцовом ящике. В качестве проводников исследовались латунь, инструментальная сталь, цинк, алюминий, медь, свинец, серебро, олово и никель, а в качестве изоляционных материалов — флинтглас, эбонит и слюда. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Сравнительный анализ, как и в предыдущих экспериментах, оптической плотности отпечатка от отраженных лучей и отпечатка от прямых, полученных в результате непосредственной экспозиции одной и той же лампы и с одинакового расстояния, то есть расчет времени экспозиции с учетом того, что действие на пластину было пропорционально времени, привел к результатам, проиллюстрированным в таблице 2.

Таблица 1

Таблица 2

Вполне возможно, что эти цифры приблизительны, тем не менее вероятность того, что они верны, весьма велика хотя бы в той части, где они касаются относительных характеристик отпечатков различных веществ от отраженных лучей. Расположив металлы в соответствии с этими показателями и исключив на данный момент сплавы и неоднородные вещества, мы получили следующий ряд: цинк, свинец, олово, медь, серебро. Олово, оказывается, дает точно такой же отпечаток, что и свинец, но делая поправку на погрешность при наблюдении, можем допустить, что оно отражает слабее, и в этом случае мы убеждаемся, что именно этот порядок представляет собой контактный ряд металлов в атмосфере. Если это подтвердится, мы столкнемся с удивительнейшим явлением. Почему, к примеру, цинк оказался самым лучшим отражателем среди подвергшихся испытанию металлов, и почему он в то же время один из первых в контактном ряду? Я пока еще не брался за магний. По правде говоря, эти результаты привели меня в состояние радостного творческого возбуждения. Магний был бы даже лучшим отражателем, чем цинк, а натрий — еще более лучшим, чем магний. Как можно объяснить это своеобразное соотношение? В данное время единственно возможное объяснение вижу в том, что лампа испускает потоки вещества в некоем первичном состоянии и отражение этих потоков зависит от некоего фундаментального и относящегося к электричеству удивительного свойства металлов. Это, по-видимому, приведет к предположению, что эти потоки должны иметь однородную электризацию, то есть по своей природе они должны быть анодными или катодными, но не одновременно. С момента, когда я возвестил (помнится, в первый раз это было во Франции), что потоки являются анодными, я провел исследования этого предмета и считаю, что не могу согласиться с этой точкой зрения. Напротив, я нахожу, что и анодные и катодные потоки действуют на пластину, и, более того, во мне возрастала убежденность, что фосфоресценция стекла вообще не имеет никакого отношения к фотографическим отпечаткам. Очевидным доказательством этого являются снимки, полученные с применением алюминиевой камеры, когда не происходит никакого фосфоресцирования; а что касается анодного или катодного начала, то простой факт: продуцирование отпечатков с помощью светового разряда, вызываемого индукцией находящейся под током камеры, когда нет ни анода, ни катода, сможет, по-видимому, результативно опровергнуть предположение, что потоки исходят единственно от электродов. Будет, пожалуй, полезным указать здесь на простое явление, связанное с индукционными катушками, которое может привести экспериментатора к ошибке. При подключении вакуумной трубки к индукционной катушке вначале на обе клеммы оказываются одинаковые воздействия до тех пор, пока вакуум в трубке не очень глубок. При высокой степени разрежения оба электрода действуют практически независимо, и поскольку они ведут себя как элементы, обладающие значительной электрической емкостью, то следствием этого будет неуравновешенность катушки. Если, например, катод очень большой, напряжение на аноде может значительно возрасти, а если анод оказался небольшим, как это зачастую бывает, то плотность тока на нем может во много раз превышать таковую на катоде. Это приведет к сильному нагреванию анода, в то время как катод может быть холодным. Всё произойдет как раз наоборот, если они оба будут совершенно одинаковыми. Предположим, что вышеописанные обстоятельства имеют место, тогда более горячий анод будет испускать более интенсивный поток, чем холодный катод, поскольку скорость частиц зависит от электрической плотности тока, а также от температуры.

Из предыдущих испытаний можно извлечь интересные сведения относительно непрозрачности. Например, латунная пластина толщиной 1/16 дюйма оказалась совершенно прозрачной, в то время как цинковые и медные пластины той же толщины абсолютно непроницаемы.

Поскольку я исследовал процесс получения отпечатков и добился результатов в этом направлении, то смог получить более контрастные снимки, применяя подходящие для этого отражатели. Помещая лампу в трубку из очень толстого стекла, можно весьма существенно усилить эффект — в одном случае применение цинкового отражателя показало улучшение полученного отпечатка примерно на 40 процентов. Я придаю большое практическое значение применению подходящих отражателей, потому что с их помощью мы можем задействовать любое количество ламп и таким образом получить любую желаемую интенсивность излучения.

Единственным разочарованием в ходе этих исследований оказалась полная неудача моих попыток продемонстрировать рефракцию. Я применял всевозможные линзы и провел огромное количество экспериментов, но не смог добиться положительного результата.

«Electrical Review», 1 апреля 1896 г.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.