РЕНТГЕН, ВИЛЬГЕЛЬМ КОНРАД

РЕНТГЕН, ВИЛЬГЕЛЬМ КОНРАД (Röntgen, Wilhelm Conrad) (1845–1923) (Германия). Нобелевская премия по физике, 1901. Родился 27 марта 1845 в Леннепе, небольшом городке близ Ремшейда в Пруссии, единственный ребенок в семье преуспевающего торговца текстильными товарами Фридриха Конрада Рентгена и Шарлотты Констанцы. В 1848 семья переехала в голландский город Апельдорн – на родину родителей Шарлотты. Прогулки в лесные окрестности Апельдорна привили ему любовь к природе.

Рентген поступил в Утрехтскую техническую школу в 1862, но был исключен за то, что отказался назвать имя товарища, нарисовавшего карикатуру на преподавателя. Не имея школьного аттестата, не мог поступить в высшее учебное заведение, но в качестве вольнослушателя прослушал несколько курсов в Утрехтском университете.

В 1865 Рентген зачислен студентом в Федеральный технологический институт в Цюрихе и в 1868 получил диплом. Август Кундт (August Kundt, 1839–1894), профессор физики этого института, посоветовал Рентгену заняться физикой. Тот последовал совету и через год защитил диссертацию в Цюрихском университете, после чего стал ассистентом Кундта.

Получив кафедру физики в Вюрцбургском университете (Бавария), Кундт взял с собой ассистента. В 1872 тот вместе с Кундтом перешел в Страсбургский университет, где в 1874 начал преподавать физику. Через год стал профессором физики Сельскохозяйственной академии в Гогенхейме (Германия), а в 1876 вернулся в Страсбург для чтения курса теоретической физики.

Исследования, проведенные Рентгеном в Страсбурге, были связаны с теплопроводностью кристаллов и электромагнитным вращением плоскости поляризации света в газах, и, по словам его биографа Отто Глазера, принесли Рентгену репутацию «тонкого классического физика-экспериментатора». В 1879 он стал профессором физики Гисенского университета, в котором оставался до 1888, отказавшись от предложений занять кафедру физики в университетах Йены и Утрехта. В 1888, вернувшись в Вюрцбургский университет в качестве профессора физики и директора Физического института, продолжил исследования широкого круга проблем, в том числе сжимаемости воды и электрических свойств кварца. В 1894 избран ректором университета, и тогда же приступил к изучению катодных лучей.

Еще в 1855 немецкий изобретатель Генрих Гейсслер (Heinrich Geissler, 1815–1879) разработал ртутную вакуумную трубку, в которой при очень низком давлении высоковольтный разряд между электродами порождает свечение. Когда экспериментаторы принялись откачивать газ из трубки до еще большего разрежения, область свечения начала распадаться на сложную последовательность отдельных светящихся слоев, цвет которых зависел от газа. Исследования этих явлений проводились Ю.Плюккером (J.Plucker, 1801–1868), И.Гитторфом (J.Hittorf, 1824–1914), Э.Гольдштейном (E.Goldstein, 1850–1931), Уильямом Круксом (W.Crookes, 1832–1919), Г.Герцем и Ф.Ленардом (Ph. von Lenard, 1862–1947) и было установлено, что в такой трубке возникает ток, названный Гольдштейном катодными лучами.

В частности, Крукс с помощью усовершенствованного вакуумного насоса достиг еще большего разрежения и обнаружил, что свечение исчезло, а стенки стеклянной трубки флуоресцируют зеленоватым светом. Крукс показал, что катодные лучи испускает отрицательный электрод (помещенный внутрь трубки крестообразный предмет отбрасывал тень на противоположную стенку) и эти лучи состоят из некоторой субстанции и несут отрицательный электрический заряд (ударяясь о лопасти легкого колесика, лучи приводили его во вращение, а пучок лучей отклонялся магнитом в сторону, соответствующую отрицательному заряду). В 1878 Крукс высказал гипотезу, что флуоресценцию вызывают лучи, когда ударяются о стеклянные стенки.

Немецкий физик Ф.Ленард показал, что катодные лучи могут проникать сквозь окошко в трубке, затянутое тонкой алюминиевой фольгой, и ионизовать воздух в непосредственной близости окошка.

Рентген повторил некоторые из более ранних экспериментов, в частности, показав, что исходящие из окошка Ленарда катодные лучи (тогда еще неизвестные) вызывают флуоресценцию экрана, покрытого цианоплатинитом бария.

Однажды (это случилось 8 ноября 1895) Рентген, чтобы облегчить наблюдения, затемнил комнату и обернул трубку Крукса (без окошка Ленарда) плотной непрозрачной черной бумагой. К своему удивлению, он увидел на стоявшем неподалеку экране, покрытом цианоплатинитом бария, полосу флуоресценции. Детально проанализировав результат и исключив возможные ошибки, он установил, что флуоресценция появлялась всякий раз, когда он включал трубку, что источником излучения является именно трубка, а не какая-либо другая часть цепи и что экран флуоресцировал на расстоянии даже почти двух метров от трубки, что намного превосходило возможности катодных лучей.

Следующие семь недель он провел, исследуя явление, которое он назвал икс-лучами (т.е. неизвестными лучами). Тень, которую отбрасывал на флуоресцирующий экран проводник от индукционной катушки, создававшей необходимое для разряда высокое напряжение, навела Рентгена на мысль об исследовании проникающей способности икс-лучей в различных материалах. Он обнаружил, что икс-лучи могут проникать почти во все предметы на различную глубину, зависящую от толщины предмета и плотности вещества. Держа небольшой свинцовый диск между разрядной трубкой и экраном, Рентген заметил, что свинец непроницаем для икс-лучей, и тут сделал поразительное открытие: кости его руки отбрасывали на экран более темную тень, окруженную более светлой тенью от мягких тканей.

Физики того времени хорошо знали, что вблизи работающей катодной трубки нельзя оставлять фотопластинки, так как они засвечиваются. Рентген нашел, что икс-лучи вызывают не только свечение экрана, покрытого цианоплатинитом бария, но и потемнение фотопластинок (после проявления) в тех местах, где икс-лучи попадают на фотоэмульсию. Так Рентген стал первым в мире радиологом. В честь него икс-лучи стали называть рентгеновскими лучами. Широкую известность приобрела выполненная Рентгеном в рентгеновских лучах фотография (рентгенограмма) кисти руки жены. На ней, как на негативе, отчетливо видны кости (белые, так как более плотная костная ткань задерживает икс-лучи, не давая им попасть на фотопластинку) на фоне более темного изображения мягких тканей (задерживающих икс-лучи в меньшей степени) и белые полоски от колец на пальцах.

Первое сообщение Рентгена об его исследованиях, опубликованное в местном научном журнале в конце 1895, вызвало огромный интерес и в научных кругах, и у широкой публики. «Вскоре мы обнаружили, – писал Рентген, – что все тела прозрачны для этих лучей, хотя и в весьма различной степени». Эксперименты Рентгена были немедленно подтверждены другими учеными.

После открытия Рентгена немецкий физик Макс фон Лауэ высказал предположение о том, что коротковолновый характер рентгеновского излучения можно было бы доказать, используя в качестве дифракционной решетки регулярно расположенные атомы в кристалле. При рассеянии света на дифракционой решетке возникает сложный узор из светлых и темных пятен, вид которого зависит от длины волны падающего на решетку света. Но оптические дифракционные решетки были слишком грубы для того, чтобы на них могла происходить дифракция излучения со столь короткими длинами волн, как те, которые ожидались в случае рентгеновского излучения.

В 1913 эксперимент, предложенный фон Лауэ, был успешно поставлен Вальтером Фридрихом и Паулем Книппингом. В результате возник метод рентгеноструктурного анализа, сыгравший фундаментальную роль в анализе строения молекул, в том числе природного происхождения. В медицине, в свою очередь, занял прочное место метод рентгенологии.

Так, открыв неизвестное ранее излучение, Рентген внес существенный вклад в ту революцию в физике в начале 20 в., а также революционизировал методы медицинской диагностики.

После открытия икс-лучей Рентген опубликовал еще две статьи о них, в 1896 и 1897, но затем его интересы переместились в другие области. Икс-лучи стали сенсацией. Рентгена раздражала свалившаяся на него известность, отрывавшая у него время и мешавшая дальнейшим исследованиям, поэтому он стал редко выступать с публикациями, хотя и не прекращал писать – всего Рентген написал 58 статей. В 1921, когда ему было 76 лет, он опубликовал статью об электропроводимости кристаллов.

В 1899 Рентген стал профессором физики и директором Физического института при Мюнхенском университете. В Мюнхене он узнал, что он стал первым лауреатом Нобелевской премии по физике «в знак признания необычайно важных заслуг перед наукой, выразившихся в открытии замечательных лучей, названных впоследствии в его честь». При презентации лауреата К.Т.Однер, член Шведской королевской академии наук, сказал: «Нет сомнения в том, сколь большого успеха достигнет физическая наука, когда эта неведомая раньше форма энергии будет достаточно исследована». Затем Однер напомнил собравшимся о том, что рентгеновские лучи уже нашли многочисленные практические приложения в медицине.

Рентген никогда не помышлял ни о патенте, ни о финансовом вознаграждении. Был удостоен многих наград, в том числе медали Румфорда (Лондонское королевское общество, золотой медали Барнарда за выдающиеся заслуги перед наукой (Колумбийский университет). Почетный член и член-корреспондент научных обществ многих стран.

Он ушел в отставку со своих постов в Мюнхене в 1920, вскоре после смерти жены.

Умер 10 февраля 1923 от рака.

В честь Рентгена внесистемная единица дозы гама-излучения названа рентгеном (R). Существуют рентгеновская камера, рентгеновская микроскопия, рентгеновская спектроскопия, рентгеновский структурный анализ, рентгенография, рентгенология, рентгеноскопия, рентгенотерапия и др.

Работы: Über eine neue Art von Strahlen, Sitzungsberichte der Physikalisch-medizinischen Gesellschaft zu Würzburg, 1895; О новом виде лучей. Под ред. А.Ф.Иоффе. М. – Л., 1933.

Кирилл Зеленин