Рентгеновы лучи

3. Где применяют рентгеновы лучи?

Замечательные свойства рентгеновых лучей нашли себе широкое применение в различных областях науки и техники. Врачи сразу же после открытия Рентгена стали применять «икс-лучи» для просвечивания человеческого тела. При помощи этих лучей можно было наблюдать внутренние органы человека и их повреждения, безошибочно устанавливать род заболевания, находить способ лечения болезни.

Рис. 13. Рука, раненная пулей.

Особенно велико значение рентгеновых лучей в военное время, когда в госпиталях приходится производить в массовых количествах операции по извлечению пуль и осколков и лечение переломов костей.

На рисунке 13 представлен рентгеновский снимок руки раненого. На снимке ясно видно, что пуля застряла в кости. По этой фотографии видно, какое мощное оружие для медицины и, в частности» для хирургии представляют рентгеновы лучи. Имея перед собой такой снимок, военный хирург видит всю картину повреждений, нанесённых ранением, производит как бы бескровное и безболезненное вскрытие человеческого тела.

Впервые рентгеновы лучи были использованы для исследования раненых в условиях боя во время русско-японской войны на крейсере «Аврора» старшим судовым врачом Кравченко.

Применявшаяся в то время рентгеновская аппаратура была несовершенна и неудобна. С тех пор производство её значительно выросло, а сама аппаратура стала приспособленной для работы в различных условиях. В Советском Союзе построены теперь заводы, производящие рентгеновские аппараты, трубки и специальные рентгеновские фотоматериалы.

Рентгеновские аппараты, устанавливаемые в рентгеновских кабинетах, громоздки, тяжелы и их трудно передвигать с одного места на другое. Поэтому был сконструирован передвижной рентгеновский кабинет в железнодорожном вагоне. Сам кабинет располагается в средней части вагона. В одной стороне находится электростанция, дающая ток для рентгеновского трансформатора, а в другой — затемнённая фотографическая комната, в которой проявляются рентгеновские снимки. Такая передвижная рентгеновская лаборатория используется для просвечивания частей мостов на железных дорогах.

Имеется также переносная небольшая и лёгкая рентгеновская аппаратура, которая упаковывается в двух небольших чемоданах и свободно переносится одним человеком. Такой походный рентгеновский кабинет легко доставить в любое место. Он может работать всюду, где есть электрический ток.

Там, где электрического тока нет, применяются передвижные рентгеновские кабинеты на грузовых автомобилях, имеющих собственную небольшую электростанцию. Автомобильные рентгеновские кабинеты используются в полевых госпиталях для просвечивания раненых вблизи передовой линии.

Помимо просвечивания, рентгеновы лучи применяются в медицине для лечения некоторых болезней, как, например, злокачественных опухолей, лишаёв и других. Особенно важно лечение этими лучами раковых опухолей.

С большой пользой применяются рентгеновы лучи в промышленности. Инженеры и мастера на заводах могут теперь просветить любую деталь, пока она ещё не пошла в обработку или в сборку. Детали и части машин с внутренними изъянами можно своевременно забраковать. Таким образом, рентгеновы лучи помогают повышать качество выпускаемой заводами продукции.

На рисунке 14 приведён рентгеновский снимок медной трубки с внутренними разрывами, возникшими в процессе её протяжки. Они обнаруживаются на отпечатке в виде узких тёмных полос. На рисунке 15 приведён рентгеновский снимок куска металла с газовыми пузырями литья (внутри тёмные пятна). Так как отливка была сильно раковистой, оказалось выгодным просветить её всю и выбрать для работы лишь достаточно прочные места. Особенно важно просвечивание частей самолётов. Неисправность или недоброкачественность детали самолёта может вызвать аварию во время полёта в воздухе и привести к гибели лётчика и пассажиров. Поэтому некоторые детали самолётов просвечиваются полностью.

Рис. 14. Медная трубка с внутренними разрывами.

Рис. 15. Раковины в литье.

Рентгеновские снимки делаются не только с небольших деталей, но и с очень крупных машин и их частей. Большое значение имеет рентгеновское просвечивание паровых котлов. Паровые котлы изготовляются обычно из отдельных стальных листов, плотно скреплённых друг с другом при помощи сварки. Для надёжной работы котла очень важно, чтобы сварной шов всюду был прочен. Если в каком-либо месте сварного шва имеется трещина или раковина, то во время работы котла пар может разорвать котёл, что повлечёт за собой большие разрушения. Поэтому в сварных котлах рентгеновыми лучами просвечивается каждый сантиметр шва.

Рис. 16. Рентгеновский снимок сварного шва.

На рисунке 16 приведён рентгеновский снимок сварного шва. Тёмная полоса в середине указывает на внутренний разрыв.

Рис. 17. Просвечивание боковой обшивки корабля

Рентгеновское просвечивание применяется также на судостроительных верфях. На рисунке 17 показано просвечивание боковой обшивки корабля. И в этом случае контролируют качество соединения отдельных металлических листов обшивки.

До сих пор мы рассматривали только применения рентгеновых лучей в технике, основанные на их способности проходить сквозь непрозрачные для обыкновенного света тела. Благодаря этому они делают видимыми скрытые внутри тела дефекты. Но эти дефекты должны быть настолько большими; чтобы тень от них была видна на экране простым глазом. Однако рентгеновы лучи обладают такими свойствами, которые позволяют нам рассмотреть детали строения тел, невидимые в любой самый сильный микроскоп. А изучение строения тел позволяет учёным лучше понять, отчего зависят свойства этих тел: прочность, тягучесть, блеск и так далее. Зная это, человек может по своему желанию изменять свойства тел и изготовлять различные усовершенствованные материалы.

Применение рентгеновых лучей, выявляющее структуру строения окружающих нас тел, называется рентгеновским структурным анализом. Рентгеновский структурный анализ подтвердил предположения учёных о том, что все окружающие нас тела построены из мельчайших частиц: атомов и молекул. Размеры атомов и молекул настолько малы, что даже в самый сильный микроскоп тела кажутся сплошными, хотя на самом деле они состоят из отдельных частиц.

Изучая законы прохождения рентгеновых лучей через различные вещества, учёные могут определить, в каком порядке расположены атомы внутри вещества. С помощью рентгеновских снимков можно как бы увидеть атомы с увеличением в 100 и более миллионов раз.

Рентгеновский структурный анализ показал, что разные тела имеют различное строение, а свойства тел зависят от их строения. Так, например, мы знаем два тела — алмаз и графит. Химический анализ показывает, что оба они состоят из одного и того же элемента — углерода. Однако вид и свойства их настолько различны, что трудно найти между ними что-либо общее. В самом деле, алмаз — это самое твёрдое из всех известных на Земле веществ. Он используется для резки стекла и обработки различных металлов. А графит — его родной брат — мягок, легко растирается пальцами, мажется и оставляет чёрный след; из него изготовляют карандаши. Алмаз прозрачен, как стекло, а графит — чёрен и непрозрачен.

В чём же причина такого различия? Оказывается, в различном расположении атомов. На рисунке 18, а мы видим расположение атомов в алмазе, а на рисунке 18, б — в графите. Различным расположением атомов в алмазе и графите и объясняются их различные свойства. Можно привести и другие примеры.

Рис. 18. Модель расположения атомов в алмазе (а) и в графите (б)

В целом ряде случаев с помощью рентгеновского структурного анализа можно, например, контролировать, правильно ли идёт процесс изготовления изделий из металлов и сплавов. Можно судить и о том, какую механическую или термическую обработку прошёл данный кусок металла: прокован ли он в горячем или холодном виде или отожжён (т. е. прогрет) более или менее длительное время после проковки.

На рисунке 19 приведены рентгенограммы отожжённого и холодно обработанного металла. Разница между ними ясно видна. Если отжог недостаточен, или наоборот, деталь была перегрета — это всё скажется на рентгеновском снимке и позволит во-время исправить процесс, например, изменив температуру печи.

Наконец, пользуясь методами рентгеновского спектрального анализа, т. е. разлагая рентгеновские лучи, испускаемые каким-либо веществом в спектр (подобно тому, как с помощью призмы разлагается в спектр видимый свет — только другими приборами), мы можем определить химический состав тела, т. е. сказать, из какого сорта атомов оно состоит. В целом ряде случаев такой рентгено-химический анализ оказывается проще и скорее, чем обычный химический анализ.

Рис. 19. Рентгенограмма отожжённого и холодкообработанного металла.

Открытие рентгеновых лучей является огромным достижением науки. Использование этих лучей прочно вошло в нашу жизнь. Лучами Рентгена широко пользуются в настоящее время врачи, инженеры и учёные.

Развитие многих областей науки и техники оказалось возможным благодаря применению рентгеновых лучей. Поэтому советские учёные стараются полностью использовать эти замечательные лучи, чтобы быстрее двигать вперёд науку, укреплять мощь и поднимать культуру нашей великой Родины.