Рентгеновы лучи

1. Световые лучи

Наши глаза — один из самых необходимых органов. Глаза — орган зрения. При помощи них мы воспринимаем свет и благодаря этому «видим» окружающий нас мир.

Световые лучи, проникая через зрачок внутрь глаза, оказывают определённое действие на чувствительные окончания нервов, которыми заполнена задняя сторона глаза. Это воздействие по нервам передаётся в мозг, где отдельные возбуждения складываются в целую картину того, что находится перед нашими глазами [1]).

Обычно принято под светом понимать только такие лучи, которые помогают нам видеть окружающее. Главным источником такого видимого света для нас является Солнце.

Солнечный или, как часто говорят, дневной свет представляет собой световые лучи, испускаемые Солнцем — громадным раскалённым газовым шаром.

Солнечная энергия, приносимая нам светом, — главный источник жизни на Земле. Само возникновение жизни на Земле стало возможным благодаря солнечному теплу.

Дневной свет называют естественным светом. Помимо него, люди широко пользуются и другим так называемым искусственным светом. Источники искусственного света всем известны, — это электрические лампы, свечи, керосиновые и газовые горелки.

Свет давно привлекал внимание учёных, они стремились выяснить его природу и свойства. Теперь мы знаем, что видимый нами свет составляет лишь небольшую часть существующих в природе лучей.

Уже на примере солнечного излучения мы обнаруживаем, что кроме видимого света есть и невидимый свет. Действительно, Солнце не только освещает, но и нагревает тела. Вместе с видимым светом к нам доходят и невидимые тепловые лучи Солнца; их называют инфракрасными лучами.

Такие же невидимые тепловые лучи испускают все нагретые тела. Поднесите руку к какому-либо нагретому телу (утюгу, печке) и вы почувствуете идущую от него теплоту. Эта теплота и есть не что иное, как поток тепловых лучей, испускаемых нагретым телом. Тепловые лучи распространяются от него во все стороны и вызывают у человека лишь ощущение тепла. Глаз человека их не замечает. Сколько бы мы ни смотрели в тёмной комнате на горячий утюг, мы его всё равно не увидим. Тело человека также испускает тепловые лучи.

С другой стороны, всем хорошо известно, что солнечные лучи вызывают так называемый загар. Мы знаем, однако, что человек загорает только на открытом воздухе. Если мы будем находиться под стеклянной крышей, которая нисколько не уменьшает видимого света, то не загорим совсем.

Объясняется это тем, что кроме видимых и тепловых лучей Солнце посылает к нам ещё и другие лучи, получившие название ультрафиолетовых. Ультрафиолетовые лучи не проходят через стекло и частично задерживаются даже воздухом. Они-то и вызывают загар кожи. Поэтому человек особенно легко загорает высоко в горах, где слой воздуха, через который проходят солнечные лучи, меньше, и не может загореть под стеклянной крышей.

Ни инфракрасные, ни ультрафиолетовые лучи нашими глазами не воспринимаются. Этим же свойством обладают и рентгеновы лучи.

Если подойти к работающему рентгеновскому аппарату, то при всём старании нельзя заметить в воздухе каких-либо лучей, хотя аппарат излучает потоки рентгеновых лучей и многие из них попадают непосредственно в глаза наблюдателя.

Другой пример — радио. Человек не замечает радиоволн, хотя они распространяются вокруг Земли. Глаза и уши человека не приспособлены для того, чтобы увидеть или услышать радиоволны. А в том, что радиоволны существуют, легко убедиться. Для этого достаточно лишь «настроить» на определённую волну радиоприёмник (т. е. поймать одну из «путешествующих» вокруг нас радиоволн) и можно слышать человеческую речь, музыку, пение, передаваемые на расстояния в многие тысячи километров.

Если нагревать кусок железа, то вначале он остаётся тёмным, хотя по мере разогревания испускает всё больше и больше невидимых тепловых лучей. Но при определённой температуре тела мы увидим, что оно начинает светиться, сначала чуть заметным красноватым свечением, затем яркокрасным, жёлтым и, наконец, ярким белым светом. Это простое наблюдение указывает на близкое родство лучей тепловых и лучей видимого света.

Вызывающие загар ультрафиолетовые лучи могут быть обнаружены также по их действию на фотопластинку. При помощи этих лучей мы можем делать фотоснимки в совершенно «тёмной» комнате. Кроме того, под действием ультрафиолетовых лучей многие тела начинают светиться видимым светом.

Исследуя белый свет, идущий от Солнца, учёные установили, что на самом деле он является сложным. Считают, что белый солнечный свет состоит из семи основных цветов: красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего и фиолетового (так называемых семи цветов радуги).

Если лучи света проходят из одного прозрачного тела в другое, то они преломляются, т. е. изменяют своё направление. Это легко обнаружить, если посмотреть сбоку на стакан воды, в который опущена ложка (рис. 1). Ложка кажется изломанной. Это происходит потому, что лучи света, идущие от той части ложки, которая находится в воде, при переходе из воды в воздух отклоняются от прямолинейного пути.

Очень легко поставить опыт разложения белого света на его составные части. Для этого надо пропустить луч света через простой прибор, называемый призмой, Призма — это кусок стекла, ограниченный тремя плоскими гранями (рис. 2).

Рис. 1. Ложка в стакане.

Проходя через призму, световой луч преломляется два раза. При этом различные составные части белого света отклоняются на разные углы.

В результате этого из призмы, на которую падает белый свет, выходят по разным направлениям лучи различных цветов. Если поставить на пути этих лучей экран, то мы увидим картину, которая называется спектром. Спектр видимого света показан на рисунке 2.

Такое разложение белого света в спектр мы часто наблюдаем на небе после дождя в виде радуги, когда солнечные лучи, падающие на Землю, проходят через капли дождя. В радуге, как всякий может убедиться, цвета располагаются именно в том порядке, какой был указан выше.

Рис. 2. Разложение света в призме.

Если бы наш глаз был более приспособленным, то за красным цветом радуги мы обнаружили бы её продолжение, состоящее из невидимых инфракрасных лучей, а за фиолетовым — ультрафиолетовые лучи.

Сейчас точно установлено, что все рассмотренные выше лучи: видимые световые (от красного до фиолетового), инфракрасные и ультрафиолетовые, а кроме того всевозможные радиоволны, интересующие нас рентгеновы лучи и, наконец, гамма-лучи (особого сорта лучи, испускаемые радиоактивными телами), несмотря на различные названия, имеют одинаковую природу.

Какова же эта природа? И в чём, в таком случае, заключается различие между названными лучами?

Природа всех этих лучей связана с электрическими и магнитными явлениями.

Напомним всем хорошо известный опыт. Если мы, рассыпав по столу железные опилки, поднесём к нему магнит, то опилки, до того спокойно лежавшие, подскочат со стола и прилипнут к магниту. Значит, на железные опилки в присутствии магнита действует сила, притягивающая их. Говорят, что вокруг магнита появилось магнитное поле.

Такой же опыт можно проделать с наэлектризованными телами. Результат будет тот же: и вокруг заряженного электричеством тела появляется поле, которое называется электрическим. Попавшие в такое поле заряженные тела будут притягиваться или отталкиваться от тела, образовавшего поле, в зависимости от знаков и зарядов.

Электрическое и магнитное поля связаны между собой. При изменении электрического поля всегда появляется поле магнитное и наоборот.

Световые лучи, как видимые, так и невидимые, и представляют собой такие связанные между собой электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве в виде волн.

Эти волны носят название электромагнитных.

Таким образом, все перечисленные выше лучи составляют одну семью электромагнитных волн.

В чём же отличие их друг от друга?

Все видели волны, которые разбегаются по спокойной поверхности воды, если бросить в неё камень. Расстояние от одного гребня до соседнего гребня таких волн носит название длины волны. Волны от брошенного камня имеют длину в несколько сантиметров. Длина волны морских волн значительно больше. Все названные выше электромагнитные волны отличаются друг от друга длиной волны. Радиоволны бывают длинные (в несколько километров) и короткие (в несколько метров или даже сантиметров). Инфракрасные и видимые лучи намного короче. Так, зелёные видимые лучи имеют длину волны, равную 5 стотысячным долям сантиметра. Волны рентгеновых лучей ещё короче: их длины лежат в пределах от десятимиллиардной до стомиллионной доли сантиметра. Ещё меньше длина волны гамма-лучей.

Ниже все известные лучи приведены в одной таблице, которая образует так называемую шкалу электромагнитных волн.

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН