Конспект урока на тему "Рентгеновское излучение"

Рентгеновское излучение.

Цель урока: форми­рование навыков делового общения в соответствии с народной мудростью: «Ум - хорошо, а два - луч­ше»; активизирование познавательной деятель­ности.

Оборудование: модель рентгеновской трубки (или списанная трубка из рентгеновского кабинета); рент­геновские снимки; скелет из кабинета биологии; диа­проектор и набор слайдов с изображениями Солн­ца, звёзд, а также по искусству; таблицы «Рентге­новская трубка», «Шкала электромагнитных коле­баний», «Применение рентгеновских лучей»

Урок – конференция.

Ход урока.

Ведущий. В 1996 г. открытию рентге­новских лучей исполнилось 100 лет. Они широко вошли в жизнь, области их при­менения многочисленны, но и по сей день открываются все новые. (Обращается к таблице «Шкала электромагнитных колебаний») Рентгеновское излучение – один из видов электромагнитного излу­чения. В спектре электромагнитных из­лучений можно выделять диапазоны по разным признакам: по частоте (длине волны), характеру воздействия излуче­ния на вещество, по проникающей спо­собности и т.п. Резкой границы между соседними диапазонами нет, они взаимно перекрываются: инфракрасный и радио­диапазон, радио- и низкочастотный, уль­трафиолетовый и рассматриваемый сегод­ня рентгеновский. От длины волны (или  частоты) зависит и характер взаимодей­ствия излучения с веществом.

Рентгеновское излучение занимает спектральную область между УФ- и гамма-диапазоном в пределах длин волн от 10^-7 до 10^{-12 м.}

Доклады «историков»

• Прежде всего хочется напомнить, что конец XIX в. был ознаменован рядом замечательных от­крытий, и сегодня, в начале XXI в., мы рассмотрим одно из них - открытие Х-лучей Вильгельмом Кон­радом Рентгеном, впоследствии названных в честь ученого рентгеновскими. А чем, собственно, таким уж сверхнеобыкновенным сумел себя прославить Рентген? За что ему такая честь? За то, что пер­вым случайно получил Х-лучи?

Во-первых, получил он их далеко не первым, но первым заметил то, что проглядели другие исследо­ватели. Во-вторых, получил в трубках не своей ори­гинальной конструкции, а в круксовых трубках, при­думанных и введенных в исследовательские лаборатории У. Круксом, - они тогда продавались всюду. В-третьих, ни за славой, ни за сенсацией, ни за рек­ламой он не гнался, открытую же радиацию везде и всегда называл только Х-лучами. Рентгеновскими их назвали позже, как и трубки Крукса, модернизи­рованные специально для получения рентгеновско­го излучения. Наконец, случайно ли?

•   Поздно вечером 8 ноября 1895 г. профессор Вюрцбургского университета Конрад Рентген спус­тился в лабораторию, он часто работал в такое вре­мя. Лишь когда настенные часы пробили одиннад­цать, Рентген почувствовал неодолимую усталость. На сегодня, пожалуй, хватит! Потушил лампу – и вдруг... Мираж? По столу разливалось призрачное зеленоватое сияние. Оно исходило от стеклянной баночки с кристаллами латиносинеродистого бария. Да, барий светится в темноте в результате солнеч­ного облучения, но буквально доли секунды. А здесь почему-то не гаснет. Рентген в волнении оглянулся. Как он не заметил сразу? Круксова трубка – под напряжением; забыл выключить. Щелчок рубиль­ника - и миража как не бывало. Ученый снова вклю­чил прибор. И опять зеленоватое мерцание. Неуже­ли трубка? Но она так далеко от кристаллов - в
полутора метрах. Да ещё под светонепроницаемым колпаком из картона, плотным, без щелей. Рентген знает (это давно известно и коллегам): в трубке рождаются катодные лучи, они заставляют светить­ся её стеклянные стенки.

•   Однако профессор ещё не знал, что эти лучи - поток электронов. Вырываясь из металлического ка­тода, электроны устремляются к аноду, а разгоняет их в вакууммированной трубке поле высокого   на­пряжения, подведённое извне. Налетая с большой скоростью на тонкую стенку трубки, они заставля­ют её светиться, но вырваться наружу, заставить мерцать барий на расстоянии полтора метра катод­ные лучи не могут. Теперь мы знаем и другое. Уда­ряясь о металл, электроны тормозятся. При их взаимодействии с атомами металла генерируется невидимое излучение — рентгеновское. А вот оно спо­собно пройти и сквозь стекло, и через многометро­вый слой воздуха вызвать свечение люминофора. Это всё станет известно потом, а пока... ещё даже не сформулировано понятие электрон. Оно появит­ся лишь через несколько лет. Но сам Рентген так и не признает электрон, и своим ученикам запретит употреблять в своей лаборатории это слово. Тем поразительнее его догадка.

•      Сколько умелых рук держало катодную труб­ку за 40 лет с тех пор, как она была изобретена! Например, немецкий ученый И.Гитторф наблюдал и описал катодные лучи ещё в 1869 г. Англичанин Крукс открыл в трубке «тёмное катодное простран­ство», названное его именем. С такой трубкой рабо­тали Г.Герц, Ф.Ленард, немало других учёных. Многие использовали платиносинеродистый барий, почти наверняка замечали его свечение вдали от прибора, но не обратили внимания. Не заинтересо­вались? Не увлеклись? Многое в природе попадает­ся на глаза случайно. Но одно дело - смотреть, другое - видеть.

•    Случайно ли Рентген раскрыл загадку Х-лучей? Университетский профессор, маститый учёный, солидный, педантичный, пунктуальный, в свои 50 лет по-юношески увлечённо бросился в погоню за Х-лучами. Он заперся в лаборатории, велел никого
не пускать и занялся исследованиями. Устанавли­вал экран, покрытый бариевой солью, на разных расстояниях от трубки. Экран мерцал на расстоя­нии двух метров, даже трёх! Но если Х-лучам не мешает ни воздух, ни картонный колпак, то... Уче­ный ставил на их пути всё, что было под рукой, - книги, доску, оловянную фольгу... Все оптически
непрозрачные материалы оказывались прозрачны­ми для Х-лучей! Рентген сложил стопкой станиоле­вые листы: сначала в два, потом в три, двадцать, тридцать слоев... Экран постепенно темнел, пока наконец не стал совсем чёрным. А вот книга в тысячу страниц с плотным переплётом такого эффек­та не давала. Значит, многое зависит от состава
вещества, а не только от толщины экрана. Рентген просветил Х-лучами ящик с набором гирь. Силуэты гирь, оказалось, были видны гораздо лучше, чем слабая тень деревянного ящика. Но что это? Он увидел жуткое зрелище, способное повергнуть суе­верную душу в мистический трепет: двигающийся живой скелет. Да это кости его собственной руки! Ни один анатом в мире не разглядывал человека насквозь, не нарушив прежде целостность организ­ма. Через несколько дней был готов и первый рент­геновский снимок - рука жены с темными силуэта­ми тонких костей кисти, а на одной из фаланг - чёрная полоска обручального кольца. Эта фотогра­фия явилась первой рентгенограммой, она обошла
все ведущие мировые издания.

Уже в первые сутки своей работы Рентген по­лучил массу интереснейших данных, он придумывал все новые опыты, тысячекратно проверяя и пере­проверяя результаты, и через семь недель, 28 декаб­ря 1895 г., отправил в Физико-медицинское обще­ство Вюрцбургского университета 30-страничиую ру­копись «О новом роде лучей». Эта первая работа по Х-лучам оказалась бессмертной: никому не удалось ни опровергнуть ничего, ни добавить! Редкий слу­чай! А займутся Х-лучами повсюду: и в Старом, и в Новом Свете, ибо известие о них потрясло мир в первые же дни 1896 г. - этот год назовут «рентгено­вским». Свою работу Рентген направил и профессору Венского университета Ф.Экснсру, своему колле­ге, который оценил рукопись по достоинству, и напе­чатал её в венской «Нойс фрайе прессе» под заголовком «Сенсационное открытие». Рукопись переве­ли на английский, французский, итальянский языки. 31 января 1896 г. брошюру уже продавали в столице России под заглавием «Новый род лучей», причём на титульном листе красовалась рентгенограмма руки, изготовленная 16 января в физической лаборатории Санкт-Петербургского университета.

•      Хотя до Рентгена  американские исследователи ещё в 1890 г. получили рентгенограмму, спора о приоритете не возникло. Вот слова профессора Гутспида: «Мы не можем притязать на приоритет, т.к. мы открытия не совершали, а вот первый снимок
сделали в физической лаборатории Пенсильванско­го университета». Российский академик А.Ф.Иоф­фе писал: «Это открытие - одно из самых блестя­щих проявлений искусства экспериментатора, и не только по новизне явления, но и по тому, как оно было изучено. В трёх небольших статьях, опубли­кованных на протяжении полутора лет, новое явле­ние было исследовано настолько всесторонне, что сотни работ ничего не могли добавить».

•      Рентгеновское излучение казалось настолько необычным, что представлялось его первооткрыва­телю принципиально отличным от любого иного. Так, он ошибочно считал колебания в электромагнит­ной волне Х-лучей продольными. Но уже в 1904 г. англичанин Е.Барклэй экспериментально доказал, что Х-лучи, как и световые, являются поперечными
волнами, а их свойства похожи на свойства всех электромагнитных волн.

Ведущий (обращаясь к «теоретикам»). Кажет­ся, вы хотите нам представить доброго старого зна­комого - рентгеновское излучение?

«Теоретик». Коли вы так осведомлены, то, оче­видно, ответите без труда: как давно и насколько часто вы имеете дело с рентгеновским излучением?

Ведущий. Уж и не припомню, с каких пор! Как и большинство людей - с того дня, когда впервые про­ходил в поликлинике рентгеновское обследование.

Доклады «теоретиков».

1. Происхождение, Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны очень коротких длин волн от 100 до 0,1 А (энер­гия соответствующих фотонов Е = hv находится в диапазоне от 0,1 до 100 кэВ). Известны два главных механизма его генерации: тормозное из­лучение (характеризующееся сплошным спектром) и характеристическое излучение (характеризу­ющееся линейчатым спектром).

а) Тормозное излучение возникает в резуль­тате торможения быстрых электронов кулоновским полем атомных ядер. Как следует из основ­ных уравнений электромагнитного поля - урав­нений Максвелла, - любой ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны. Быст­рые электроны способны близко подлететь к ядру атома вещества и резко изменить свою скорость. Резкое изменение скорости означает большое ус­корение. При этом часть энергии электрона пере­даётся ядру, а оставшаяся часть переходит в из­лучение. Главную отличительную особенность тормозного излучения можно понять, воспользо­вавшись уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

Так как работа выхода А составляет для любых веществ величину порядка 10 эВ, а энергия электронов, о которых идёт речь, в сотни раз больше, то в формуле Эйнштейна можно отбро­сить А, тогда

Эту формулу можно «читать» в две стороны. Для обычного фотоэффекта её нужно читать справа налево: фотон энергией hv выбивает с поверхности вещества катода электроны, макси­мальная энергия которых равна . Если же прочитать эту формулу слева направо, то это будет означать, что электрон в результате тор­можения полностью передаёт свою энергию фо­тону. Очевидно, что электрон не может передать фотону больше энергии, чем он имеет. Поэтому спектр тормозного излучения имеет резкую границу со стороны коротких длин волн (больших частот). Но электрон может передать фотону лю­бую долю своей кинетической энергии. Отсюда вывод: тормозное излучение имеет сплошной спектр с резкой границей со стороны коротких длин волн. Эта граница совершенно не зависит от вещества.

б) Характеристическое излучение, наоборот, определяется свойствами вещества. Оно возникает в результате переходов электронов тяжёлых ато­мов или ионов с самых верхних на нижние уровни энергии. Для этого на нижних уровнях должно быть незаполненное место, куда мог бы перейти элект­рон. Это место создаётся, когда налетающий элект­рон (или другая частица) выбивает электрон с внут­ренней оболочки. После этого происходят перехо­ды с верхних уровней на нижний. Энергия испус­каемого кванта излучения удовлетворяет уравне­нию hv = Е₂ – E₁ где E₁ - энергия нижнего уровня (не забудем, что она отрицательна), а Е₂ - энергия верхнего уровня. Например, при переходе электро­на в атоме кислорода с внешнего на самый внут­ренний уровень испускается фотон энергией 0,5 кэВ, аналогичный переход в атоме железа даст фотон энергией 6,5 кэВ. В целом линейчатый спектр со­держит очень много линий, отвечающих многим воз­можным переходам (разница только в том, что раз­ные переходы осуществляются с разной вероятнос­тью, поэтому интенсивности линий различны).

2. Генерация рентгеновского излучения в ла­бораторных условиях. В рентгеновской трубке электроны вырываются из катода в результате термо- или автоэлектронной эмиссии. Затем они уско­ряются приложенным сильным электрическим по­лем и бомбардируют металлический анод. При этом атомы возбуждаются электронным ударом, с их нижних оболочек выбиваются электроны, после чего начинаются переходы с верхних уровней на нижний. Так возникает характеристический спектр рентгеновского излучения. Одновременно вклад в полное излучение дает и тормозное излучение. Рен­тгеновское излучение характеризуется жёсткос­тью, т.е. способностью проходить через различ­ные вещества. Жёсткость связана с энергией фотонов: чем больше энергия (чем короче длина волны), тем жёстче излучение.

3. Генерация рентгеновского излучения при астрофизических явлениях. Последние 50 лет стали годами неслыханных успехов наблюдатель­ной астрономии. Прежде всего это объясняется тем, что она стала всеволновой. Если до этого в течение многих тысяч лет, начиная с эпохи Древ­него Вавилона, учёные могли наблюдать за не­бесными явлениями только в необычайно узком диапазоне видимого света (от 400 до 750 им), то с появлением радаров и спутников человек смог увидеть на небе мириады доселе невиданных объектов с весьма удивительными свойствами.

Ближайшая к нам звезда, наше Солнце, конеч­но, испускает рентгеновское излучение. Однако наблюдать его на поверхности Земли невозмож­но, т.к. оно задерживается земной атмосферой на высоте от 100 до 30 км. Поэтому первые данные о рентгеновском излучении Солнца были получе­ны в 50-е гг. прошлого века с помощью геофизи­ческих ракет. Теоретический расчёт интенсивнос­ти и спектрального состава рентгеновского излу­чения основан на теории горячей солнечной коро­ны (температура порядка 10⁶ К), представляющей собой горячую водородно-гелиевую плазму. Хотя общий поток рентгеновской] излучения Солнца не превышает 10^-6 от полного потока (так называе­мая солнечная постоянная, равная 1,37 Вт/м²), тем не менее, если бы не защитный слой атмосфе­ры, на поверхности Земли была бы невозможна жизнь в известных нам формах.

Рентгеновская астрономия зародилась, в оп­ределённом смысле, случайно. В 1962 г. группа американских исследователей во главе с Б.Росси намеревалась с помощью запущенного на ракете детектора исследовать рентгеновское излучение по­верхности Луны, вызываемое падением на неё по­токов космического излучения. Случайно детек­тор обнаружил сильный точечный источник рент­геновского излучения в созвездии Скорпиона. Так был открыт первый рентгеновский источник в на­шей Галактике. Через 15 лет стало известно более чем 200 источников. До 1970 г. исследования про­должались на ракетах, затем стали запускать специальные спутники с рентгеновскими телескопами.

Наиболее изученными источниками рентгено­вского излучения на небе являются рентгено­вские пульсары, которые представляют гобой быстровращающиеся нейтронные звёзды, входя­щие как компонент в двойные звёздные систе­мы. У пульсаров имеется колоссальное магнит­ное поле, достигающее на поверхности величи­ны 10¹¹ -10¹⁴ Гс. Причиной излучения является аккреция (падение вещества на поверхность пуль­сара), в результате которой падающее вещество ускоряется и излучает.

Многочисленным классом рентгеновских источ­ников являются пульсары - остатки вспышек сверхновых звёзд. Особенностью этого класса яв­ляется то, что источник виден не только в рентге­новском диапазоне, но и в оптическом. Самый замечательный - тройной - пульсар был обнару­жен ещё в 1054 г., когда произошёл взрыв сверх­новой в Крабовидной туманности. Этот пульсар излучает сразу в рентгеновском, радиоволновом и оптическом диапазонах.

Необычайно интересен класс двойных звёзд, од­ним из компонентов которых является чёрная дыра. Саму по себе чёр­ную дыру увидеть нельзя, она ничего не излучает. Гравитационное поле этого объекта так сильно, что любой фотон, излучённый с его поверхности, за­ворачивает назад. Тем не менее убедиться в суще­ствовании чёрной дыры можно по двум призна­кам. Первый признак - наблюдение траектории обращения второго (видимого и более легкого ком­понента) вокруг невидимого центра (т.е. чёрной дыры). Здесь действуют обычные законы механи­ки, так что, измерив скорость вращения видимого партнёра, можно оценить массу невидимого ком­понента. Если эта масса превышает определённый предел (три массы Солнца), то, как утверждает те­ория, объект есть чёрная дыра. Второй признак -наличие аккреции. Невидимый компонент «наса­сывает» на себя межзвездный газ, который начи­нает сильно светиться, образуя аккреционный диск, испускающий рентгеновские лучи.

Ведущий. С изменением длины волны (частоты) изменяются свойства излучения. Рассмотрим свой­ства рентгеновского излучения.

Учитель (ведёт фронтальную беседу). Вспом­ним свойства рентгеновского излучения. Сначала перечислим те, которые есть и у излучений видимо­го, ультрафиолетового, инфракрасного и других ди­апазонов: прямолинейность распространения в од­нородной среде; способность отражаться и прелом­ляться, испытывать интерференцию, дифракцию, об­ладать поляризацией, поглощаться средой.

К особенностям рентгеновского излучения сле­дует отнести: высокую проникающую способность, сильное воздействие на фотопленку (как и у види­мого излучения), высокую ионизационную способ­ность, способность вызывать свечение ряда веществ (как и у ультрафиолетового излучения), оказывать сильное бактерицидное действие, быть катализато­ром в химических процессах, не отклоняться в маг­нитном и электрическом полях.

Все свойства мы просто не сможем рассмотреть. Остановимся только на дифракции рентгеновского излучения. (Демонстрирует получение дифракци­онного спектра излучения видимого диапазона с помощью дифракционной решётки.) Для рентгеновского излучения эта дифракционная решётка не подходит. Почему? Да из-за слишком малой длины волны.

Доклады «экспериментаторов».

Мюнхен, 1912 г. В кафе «Хофгартен» ежедневно встречаются физи­ки, химики, кристаллографы. Это своеобразный клуб, возникший по инициативе Л.Ф.Иоффе и Ваг­нера, учеников и сотрудников Рентгена. Среди его членов - М.Лауэ, В.Фридрах, П.Книптшнг. Лауэ выдвигает   идею: нельзя ли Х-лучами исследовать внутреннее строение кристаллов? Идея не находи подтверждения в опытах Рентгена, но Лауэ не сдаётся. Он предполагает, что кристалл имеет регулярную, правильную структуру с расстоянием между атомами того же порядка, что и длина волны рентгеновского излучения. Значит, на кристаллах рентгеновское излучение должно дифрагировать, ведь промежутки между атомами можно уподобить щелям. И вот на пути рентгеновского излучения поставили монокристалл, а за ним - фотопластинку - и на пластинке получился симметричный узор из тём­ных пятен. Так в 1912 г. родился рентгенострук­турный анализ. Такой снимок с лауэграммой — ди­фракционной картиной от монокристалла (например, драгоценного камня) несет информацию о строении этого кристалла, позволяет обнаружить дефекты кри­сталлической решётки, внутреннее напряжение в ней. В 1916 г. П.Дебай и П.Шерер приспособили метод Лауэ для изучения поликристаллических материалов.

Эти рентгенограммы получили название дебаеграмм, по ним определяют состав и кристаллическое строе­ние образца. Постепенно выяснилось, что исследовать можно и жидкости, и газы, и аморфные тела, а это заложило основу молекулярной биологии.

Ведущий. А теперь послушаем о применении рен­тгеновского излучения. (Выступают «медики», «ме­таллурги», «машиностроители», «прибористы», «археологи», «музейщики». Остальные конспекти­руют новую информацию в тетрадь.)

Медицина и биология

•   Рентгеновское излучение и полезно, и вредно для человека, смотря, в каких целях и какими доза­ми применять.  Вспомним, что именно рентген сде­лал общедоступными  антибиотики,  избавившие стольких людей от неминуемой гибели. Гордость фар­мацевтики XX в. - антибиотик пенициллин – был получен в начале 40-х гг. и был тогда дороже золота. Удешевить этот препарат, сделать его общедос­тупным лекарством позволило рентгеновское излу­чение. Именно оно повысило продуктивность гриб­ка пенициллиниум в несколько раз, что обычными методами сделать не удавалось.

•   Х-лучи позволяют выявить особенности внут­реннего строения живого организма, что существенно для профилактики заболеваний, для терапии и хирур­гии. Уже в марте 1896 г. Х-лучи стали использовать в Петербургском институте усовершенствования врачей и тогда же И.В.Тарханов первым обнаружил биоло­гическое действие рентгеновской радиации. В 1906 г. в России вышла монография по лучевой терапии. В начале XX в. в России появились первые центры рент­генологии в Петербурге, Москве, Одессе и Харькове, а врач Кравченко оборудовал рентген-кабинет даже на крейсере «Аврора» в ходе русско-японской кампа­нии 1903-1904 гг. и в сражении под Цусимой обсле­довал раненых матросов, быстро обнаруживая и из­влекая осколки. В 1916 г. состоялся Первый российс­кий съезд рентгенологов.

•   В 1928 г. в Лондоне воздвигнут обелиск, на котором высечены 136 имен: это отдавшие свои жизни рентгенологи, радиологи всех наций, врачи и физи­ки, химики, техники, лаборанты, сестры милосердия, героически прокладывавшие путь к эффективному и безопасному применению рентгеновского излучения в биологии и медицине. Сам Рентген был осторожен при работе с Х-лучами; во время опытов он прятался в оцинкованный шкаф. Прожив 78 лет, он успел увидеть своё детище в развитии, а в 1901  г. был удостоен первой Нобелевской премии - по физике.

•   В 1937 г. английский биохимик Перуц разо­брался в «архитектуре» гемоглобина. Уотсон и Крик использовали дифракционные картины ДНК, полу­ченные Уилкинсом, для объяснения молекулярной природы наследственности. Все эти учёные в 1962 г. тоже получили Нобелевскую премию по биологии, а ведь только Уотсон - биолог, остальные - физики.

•   Чувствительность к Х-лучам у разных предста­вителей флоры и фауны различная.  Для человека смертельной является доза 600  Р,  для  мышей  - 650 Р, для змей - 8000...20 000 Р, амёбы выдер­живают 100 кР, инфузории - более 300 кР. Семена
лилии погибают при 2000 Р, а капуста выдерживает 64 кР. Некоторые микробы выдерживают сотни ты­сяч рентген, такая доза охрупчивает пластмассу. Од­нако большинство их гибнет при значительно мень­шей дозе. Отсюда новое применение - в качестве
средства холодной стерилизации медицинских изделии из полимерных материалов, не выдерживаю­щих высоких температур, шовного материала, пере­вязочных средств, хирургических инструментов, ле­карственных препаратов, вакцин.

• Металлургия и химия.

Одной из важных прикладных областей рентгено­вского излучения является рентгеноспектральный ана­лиз, основанный на изучении спектров испускания и поглощения рентгеновской радиации образцом. Изу­чая такие спектры, можно судить о природе химичес­кой связи в веществе образца, определять заряд ионов даже в отдельных молекулах, получать данные о со­ставе и количестве примесей, осуществлять быстрый неразрушающий контроль химического состава мате­риалов на горно-обогатительных фабриках, металлур­гических и цементных заводах, судить о составе гео­логических образцов, сравнивая рентгеновскую «ви­зитную карточку» земных, лунных, марсианских по­род с уже известными. На химических заводах рентге­новское излучение используют как катализатор для сти­мулирования химических реакций. По дифракционным картинам (лауэ- и дебаеграммам) специалисты опреде­ляют тин кристаллической решётки моно- и поликрис­таллов, рассчитывают её параметры.

•      Машиностроение

Широкое распространение получила рентгеновская дефектоскопия. Просвечивая рентгеновским излу­чением изделия (толщиной до 250 мм), отбраковыва­ют негодные, с изъянами. Можно привести такой при­мер: в 1943 г. на американских верфях, чтобы уско­рить строительство кораблей, клёпку заменили свар­кой. Время технологического процесса сократилось, но результат оказался плачевным: 20 судов переломи­лись от борта до борта, причем два - еще на верфи. При просвечивании дефектоскопом только на одном сваренном судне обнаружилось 570 трещин!

Сегодня рентгеновские дефектоскопы использу­ют для обследования широкого спектра материалов: ОТ железобетона и металлокерамики до пластмасс. При этом исследуемые изделия не повреждаются, что важно при работе автоматических линий, а также в производстве полупроводников, полимеров.

•      Приборостроение

В рентгеновских телескопах с зеркалами косого падения достигается практически полное отражение от отполированной металлической поверхности, что приводит к значительному уменьшению поглощения рентгеновского излучения в телескопе. Такой же прин­цип используют и в рентгеновских микроскопах, дающих увеличение в 100 тысяч раз и позволяющих «разглядеть» детали размером до 10^{-8 м. Электрон­}ный микроскоп, конечно, даёт ещё большее увеличе­ние, но электронный луч разрушает живое, а рент­геновский - нет. В XX в. два родившихся в один год изобретения - рентгенография и кино - объединились, породив рентгенокинематографию. Это смог­ло произойти благодаря увеличению мощности рент­геновских трубок и повышению чувствительности пленки, что позволило уменьшить время экспозиции и соответственно снизить радиационную опасность. В результате стало возможным видеть рентгенограм­мы в динамике. Однако с появлением электронно-оптических усилителей и устройств магнитной запи­си изображения кинематографию быстро вытеснило телевидение. Использование средств телевидения для рентгенодиагностики было запатентовано ещё в 1915 г. французом Довилье, но осуществлено лишь через 40 лет. Этот способ позволяет рассматривать «картин­ку» в светлом кабинете, притом сразу целой аудито­рией, передавать на любые расстояния. Кроме того, повысить разрешающую способность и снизить луче­вую нагрузку на организм пациента, менять контрас­тность изображения, рассматривать позитивный и не­гативный варианты. Наконец, магнитную ленту лег­че хранить, что позволяет решить проблему рентге­новских архивов, да и серебро экономится. (Рассказ о работе рентгеновской трубки с демонстрацией таблицы и образца трубки.)

•      Музейное дело

История искусства знает бесчисленное количество подделок, Жизнь искусствоведам облегчает наука. Вспомним А.С.Пушкина: «Художник-варвар кистью сонной картину гения чернит». Такое случается не­редко, хотя и называется реставрацией. Отличить написанное мастером от «добавлений» и «поправок» помогает рентгеновское излучение. Свинцовые бели­ла, например, поглощает излучение сильнее, чем цин­ковые, которыми стали пользоваться позднее. В Эр­митаже и Третьяковской галерее, Лувре, Прадо, Бри­танском музее, Старой мюнхенской пинакотеке и дру­гих сокровищницах мира давно работают рентгено­вские лаборатории или кабинеты. Инспекции под­вергаются и прочие произведения искусства: скульп­туры, керамика, драгоценности. Рентгеновское излу­чение легко отличит истинный алмаз от имитации. Им зондируют также старинную мебель, музыкаль­ные инструменты, переплёты известных фолиантов, наталкиваясь порой на интересные находки. (Демон­стрируются слайды с фотографиями икон Феофа­на Грека 1378 и 1405 гг., по которым видно их состояние до и после реставрации.)

•      Таможня и аэропорты

Любой багаж, ручная кладь, а иногда и сами путешественники подвергаются рентгеновскому кон­тролю. Это помогает ответить на ряд вопросов, не прибегая к разрушению целостности упаковки. Ме­таллы при просвечивании всегда видны, что позво­ляет сократить или полностью предотвратить про­воз оружия. Особому контролю подвергают живот­ных, в организме которых нарушители пытаются провозить наркотики. Сегодня досмотр стал поголовным и более строгим во избежание повторения трагедии 11 сентября 2001 г. в США.

•      Криминалистика

Известно, что порой и при самом тщательном наружном осмотре не удаётся установить личность погибшего. И тут выручает рентгеновский снимок, по которому совмещают равновеликие изображе­ния черепа и лица с фотографии. Прочитать зали­тый чернилами текст, текст письма, след которого остался продавленным на чистой странице, «уви­деть» изображение под слоем краски - всё это возможно в рентгеновских лучах.

•      Археология

Человеческая кость - это живая активно функ­ционирующая ткань. Структура кости меняется с возрастом в соответствии с профессиональными и бытовыми привычками, а также в связи с различ­ными физиологическими и патологическими сдви­гами в организме. Кость можно рассматривать как своеобразное хранилище информации о жизни че­ловека., его развитии, трудовой деятельности. Про­свечивание останков позволяет извлечь массу ин­формации: об облике человека, даже о типе выс­шей нервной деятельности, его характере, привыч­ках, профессии, болезнях и т.д. С хорошей точно­стью определяются возраст и дата смерти. Напри­мер, составленная археологами демографическая статистика утверждает, что в первобытных племе­нах стариков не было. А исследования врачей со­вместно с археологами по находкам от палеолита до нашего времени позволили ответить на вопрос, чем болели древние люди.

Ведущий. Пожалуй, пора подвести итоги нашей конференции. Рассмотрим шкалу электромагнитных колебаний и ещё раз выделим на ней рентгеновское излучение. Скажем главное: изменение длины вол­ны (и частоты волны) приводит к появлению но­вых качеств. Это пример проявления одного из важ­нейших законов диалектики - закона перехода ко­личественных изменений в качественные и обратно. Например, у рентгеновского излучения выше про­никающая способность, чем у ультрафиолетового.

В заключение отметим, как со временем меня­лись лидирующие области естествознания:

•   XVI-XVII вв.: механика земных и небесных тел, математика;

•   XIX в. - химия, физика, биология;

•   XX в. - физика, химия, биология, кибернетика и информатика, космология.

Кто будет возглавлять этот список в XXI в.?

(Урок заканчивается «экскурсией» по свойствам рентгеновского излучения и его месте на шкале электромагнитных колебаний.)