Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Шрифт:
Ради любопытства физик поместил на пути X-лучей собственную руку. Мягкие ткани оказались прозрачны для невидимого излучения, тогда как костная ткань была слишком плотной и не пропускала его. В результате кости дали тень на экран, и физик увидел четкое изображение скелета собственной кисти. Своему открытию Рентген посвятил статью «О новом роде лучей», опубликованную на всех европейских языках и знакомую ученым всего мира. К физику пришла слава. Обнаруженное им излучение назвали в его честь, он стал первым ученым, удостоенным Нобелевской премии. Однако физик боялся этой славы и до конца жизни отказывался называть X-лучи рентгеновскими.
Рентген
X-лучи позволили физикам открыть и изобрести немало интересного. В первую очередь следует упомянуть рентгеноструктурный анализ. Рентгеновское излучение обладает основными свойствами светового, а потому способно испытывать дифракцию, т. е. огибать небольшие препятствия и создавать при этом сложный теневой рисунок. Но поскольку оно коротковолновое, то, следовательно, подходящие для него препятствия являются микроскопическими, имеющими размеры молекул. Таким образом, при помощи рентгеновских лучей можно просвечивать молекулярную структуру вещества, проводя точнейший анализ, называемый рентгеноструктурным.
Другое достижение, которым физика обязана открытию Рентгена, — рождение новой науки — рентгеновской астрономии. В космосе находится множество источников этого невидимого излучения, о природе которых астрофизики могут судить благодаря специальной технике, оснащенной детекторами X-лучей. Наиболее впечатляющим открытием рентгеновской астрономии стало обнаружение звезд класса нейтронных пульсаров, периодически испускающих в пространство X-лучи. Природа этих объектов до конца не изучена, астрофизики не могут с полной уверенностью сказать, что именно заставляет эти светила вести себя столь необычным образом. Однако у ученых появилась рабочая гипотеза.
Пульсар, вещество которого давно подверглось нейтронизации, является частью двойной системы, куда входит нормальная плазменная звезда. Нейтронизация вещества означает, что все электроны пульсара под действием его же собственной гравитации были вжаты в протоны, которые в результате утратили заряд и превратились в нейтроны.
Почти все сверхплотное вещество такой звезды состоит из сильно сжатых нейтронов. Пульсары обладают большой массой и перетягивают на себя часть плазмы от своей соседки — нормального светила. Поэтому на поверхность нейтронной звезды, как на гигантский анод, обрушивается поток электронов, испускающих рентгеновские лучи, которые регистрируются астрономическими приборами.
В числе наиболее значимых изобретений, основанных на использовании невидимых лучей, следует назвать устройства, благодаря которым было сформировано одно из главных направлений в медицинской диагностике — рентгенография и ее разновидности. Первый медицинский рентгенографический снимок был выполнен первооткрывателем X-лучей. Речь идет о фотографии кисти Рентгена. Этот снимок физик сделал самостоятельно.
Первым человеком, который понял необходимость широкого применения просвечивающей
Под ее руководством были разработаны ранние модели медицинских рентгенографических установок. Склодовская-Кюри лично обучила работе на этих аппаратах 1500 врачей, положив начало медицинской рентгенографии. В нашей стране первые аппараты рентгеновской диагностики появились в 1947 г. Это были установки под серийным номером РУМ-2, разработанные руководителем физической лаборатории Московского рентгенорадиологического института В. В. Дмоховским.
Существенным недостатком рентгена является наличие т. н. теней на снимках. Они создаются органами и тканями, изображения которых накладываются на пленку и перекрывают собой основное изображение. Поскольку и теневые проекции, и проекция нужного участка организма лежат в одной плоскости, то получается смесь из нечетких, размытых образов. Естественно, современная рентгеновская аппаратура и уровень квалификации специалистов почти не оставляют возможности неправильного прочтения снимков.
Тем не менее во многих случаях расшифровать рентгенограмму оказывается очень трудно. Нетипичные же ситуации приводят к тому, что снимки вносят путаницу. Чтобы наверняка освободиться от этого недостатка рентгеновского аппарата, английский физик Г. Хаунсфилд в 1960-х гг. решил применить для обработки информации, получаемой с помощью рентгена, компьютеры. В то время вычислительная техника оставляла желать лучшего, поэтому Хаунсфилду пришлось ждать 10 лет, пока не появятся технологии, отвечающие поставленной задаче.
В 1972 г. ученым был построен первый в мире компьютерный томограф. Изображение в этом диагностическом аппарате не отпечатывается на фотопластинке, а строится самим компьютером. Первоначально электронный мозг подбирает в соответствии с программой ширину рентгеновского луча, которая должна равняться ширине исследуемого слоя тканей. Затем рентгеновская трубка вращается вокруг человека, луч проводит сканирование выбранного участка. Компьютер измеряет плотность разных тканей и органов по интенсивности поглощения луча, после чего преобразует принятый детектором сигнал в цифровое сообщение.
На основе построенной цифровой модели исследуемого слоя воссоздается изображение. Так, послойно, можно рассмотреть любой орган. Толщина слоев такова, что никаких теней от соседних тканей не наблюдается. Качество послойных томографических снимков мало чем уступает качеству и наглядности анатомических срезов. Но если последние можно получить лишь посредством препарирования трупа, то томограф дает картинку организма живого человека.
Вводя контрастные вещества во внутренние органы, врач может наблюдать на экране аппарата даже протекание ряда физиологических процессов. Наиболее впечатляют исследования мозга, т. к. ученые благодаря томографии получили уникальную возможность наблюдать чуть ли не течение мысли.