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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Macchina a raggi X. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Macchina a raggi X: un insieme di apparecchiature per la produzione e l'utilizzo delle radiazioni a raggi X. Utilizzato in medicina (radiografia, fluoroscopia, terapia a raggi X), rilevamento di difetti. I dispositivi a raggi X con un design speciale vengono utilizzati nell'analisi spettrale e strutturale dei raggi X.
L'8 novembre 1895 Wilhelm Roentgen, professore all'Università di Würzburg (Germania), augurò la buonanotte a sua moglie e scese nel suo laboratorio per svolgere ancora un po' di lavoro. Quando l'orologio a muro suonò le undici, lo scienziato spense la lampada e improvvisamente vide uno spettrale bagliore verdastro diffondersi sul tavolo. Proveniva da un barattolo di vetro contenente cristalli di ossido di bario e platino. La capacità di questa sostanza di emettere fluorescenza sotto l'influenza della luce solare è nota da tempo. Ma di solito al buio il bagliore si spegneva. I raggi X hanno trovato la fonte della radiazione. Si è rivelato essere un tubo di Crookes che non era stato spento per disattenzione e si trovava a un metro e mezzo dal barattolo di sale. Il tubo era sotto una spessa copertura di cartone senza spazi vuoti. Il tubo di Crookes fu inventato circa 40 anni prima delle osservazioni di Roentgen. Era un tubo a vuoto elettrico, una fonte di, come si diceva allora, "raggi catodici". Questi raggi, colpendo la parete di vetro della lampada, venivano rallentati e producevano su di essa un punto luminoso, ma non potevano fuoriuscire oltre la lampada. Notando il bagliore, Roentgen rimase in laboratorio e iniziò uno studio metodico delle radiazioni sconosciute. Ha installato uno schermo rivestito di sale di bario a diverse distanze dal tubo. Tremolava anche a una distanza di due metri dal tubo. Raggi sconosciuti, o, come li chiamavano i raggi X, Khluchi, penetravano attraverso tutti gli ostacoli che erano nelle mani dello scienziato: un libro, una tavola, un piatto di ebanite, un foglio di carta stagnola e persino un mazzo di carte che proveniva dal nulla. Tutti i materiali prima considerati opachi divennero penetrabili a raggi di origine sconosciuta. I raggi X iniziarono ad impilare i fogli di staniolo: due strati, tre, dieci, venti, trenta. Lo schermo cominciò gradualmente a scurirsi e alla fine divenne completamente nero. Un grosso volume di mille pagine non ha dato un simile effetto. Da ciò il professore ha concluso che la permeabilità di un oggetto non dipende tanto dallo spessore quanto dal materiale. Quando lo scienziato illuminò la scatola con una serie di pesi, vide che le sagome dei pesi metallici erano visibili molto meglio della debole ombra della cassa di legno. Quindi, per fare un confronto, ordinò che gli fosse portata la sua pistola a doppia canna. Poi Roentgen vide uno spettacolo inquietante: le ombre in movimento di uno scheletro vivente. Si è scoperto che le ossa della mano sono meno trasparenti per Chluchi rispetto ai tessuti molli che le circondano. Il ricercatore ha studiato la radiazione scoperta per 50 giorni. Sua moglie, incapace di sopportare il silenzioso isolamento volontario del marito, scoppiò in lacrime e, per calmarla e allo stesso tempo dimostrare la sua invenzione a una persona cara, Roentgen fa una radiografia della mano di sua moglie. Su di esso erano visibili sagome scure di ossa e su una delle falangi c'era una macchia nera di un anello nuziale. Solo sette settimane dopo l’inizio dell’isolamento volontario, il 28 dicembre 1895, Roentgen inviò il suo manoscritto di 30 pagine “Su un nuovo tipo di raggi” alla Società di fisica medica dell’Università di Würzburg, aggiungendo la nota: “Messaggio preliminare”.
La prima opera dedicata alla grande scoperta si rivelerà allora immortale: nulla in essa sarà né confutato né integrato per molti anni. Le informazioni su Khluchi, diffuse in tutto il mondo nella prima settimana del 1896, scioccarono il mondo. La nuova radiazione venne successivamente denominata “raggi X” in onore dello scopritore. Roentgen inviò il suo manoscritto ad altri indirizzi, in particolare al suo collega di lunga data, il professore dell'Università di Vienna F. Exner. Dopo aver letto il manoscritto, lo apprezzò subito e lo presentò subito ai suoi dipendenti. Tra loro c'era l'assistente E. Lecher, figlio del direttore del quotidiano viennese Neue Freie Presse. Chiese a Exner il testo per la notte, lo portò al padre e lo convinse a mettere urgentemente nella stanza importanti novità scientifiche. Fu pubblicato in prima pagina, per cui dovettero fermare anche le tipografie. La mattina del 3 gennaio 1896 Vienna venne a conoscenza della sensazione. L'articolo è stato ripubblicato da altre pubblicazioni. Quando una rivista scientifica pubblicò l'articolo originale di Roentgen, la questione andò a ruba in un giorno. Immediatamente ci furono contendenti per la priorità della nuova scoperta. Roentgen fu addirittura accusato di plagio. Tra i candidati al campionato c'era il professor F. Lenard, che ha provato a nominare i raggi con il proprio nome. Si è scoperto che la prima fotografia a raggi X è stata effettivamente realizzata negli Stati Uniti nel 1890. Gli americani avevano più diritti di priorità nella scoperta rispetto allo stesso Lenard, che in seguito condusse i suoi esperimenti con il tubo di Crookes. Ma il professor Goodspeed nel 1896 chiese semplicemente di ricordare che la prima fotografia a raggi catodici fu scattata nel laboratorio dell'Università della Pennsylvania. Dopotutto, la vera natura di questi raggi è stata stabilita solo da Roentgen. La fama mondiale, caduta inaspettatamente su uno scienziato di provincia fino ad allora sconosciuto, lo portò inizialmente in confusione. Cominciò a evitare non solo i giornalisti, ma anche gli scienziati. Il professore respinse categoricamente le avances degli uomini d'affari, rifiutandosi di partecipare allo sfruttamento della sua scoperta, di privilegi, licenze, brevetti per le sue invenzioni, per i generatori di raggi X da lui migliorati. La mancanza di monopolio sulla produzione della tecnologia a raggi X ha portato al suo rapido sviluppo in tutto il mondo. Lo scienziato è stato accusato di mancanza di patriottismo. Alla proposta della Società per azioni elettrotecnica di Berlino, che offriva molti soldi e lavoro in laboratori ben attrezzati, Roentgen rispose: "La mia invenzione appartiene a tutta l'umanità".
Dopo lo straordinario successo della sua scoperta, Roentgen si ritirò nuovamente in isolamento volontario nel suo laboratorio. Si prese una pausa solo dopo aver completato il suo secondo articolo scientifico sulla radiazione appena scoperta il 9 marzo 1896. Il terzo e ultimo - “Ulteriori osservazioni sulle proprietà di Chluches” - fu pubblicato il 10 marzo 1897. Nel 1904, l'inglese C. Barcla confermò sperimentalmente l'ipotesi teorica del suo connazionale J. Stokes secondo cui i raggi X sono di natura elettromagnetica. La regione dei raggi X dello spettro occupa la regione tra la radiazione ultravioletta e quella gamma. Secondo una classificazione, questo intervallo va da 10~5 a 10"12 centimetri, secondo un'altra - da 10~6 a 10"10 centimetri. L'invenzione dello scienziato tedesco ha causato reazioni inaspettate nel mondo. Così, nel 1896, un membro dello stato americano del New Jersey, Reed, propose un disegno di legge che vietava l'uso dei raggi X nei binocoli teatrali, in modo che non potessero penetrare non solo attraverso gli indumenti, ma anche attraverso la carne nel corpo. anima. E la stampa in Europa e in America ha messo in guardia sui pericoli della “fotografia del cervello”, che permette di leggere i pensieri più segreti degli altri. In risposta a ciò, alcuni imprenditori pubblicizzarono i loro prodotti - borse, scatole, casseforti, perfino cappelli - capaci, secondo loro, di proteggere il loro contenuto dai terribili raggi. Le informazioni che, mediante i raggi X, possono essere utilizzate per imprimere un testo o un disegno sulle circonvoluzioni della corteccia cerebrale per la memorizzazione, hanno trovato un riscontro particolare tra i lettori. Ai Khluch veniva attribuita la capacità di restituire la giovinezza agli anziani e la vita ai morenti. E trasforma anche il piombo in oro. Ma, d'altra parte, solo nell'anno dei "raggi X" 1896 furono pubblicati più di mille articoli scientifici e quasi 50 libri sull'uso dei raggi X in medicina. Nel febbraio 1896, V. Tonkov presentò alla Società antropologica di San Pietroburgo un rapporto sull'uso dei raggi X per studiare lo scheletro. Così furono gettate le basi di una nuova disciplina: l'anatomia a raggi X. Ora è diventato il fondamento della diagnostica moderna. Poco dopo, A. Yanovsky iniziò ad usarlo per l'esame sistematico dei pazienti. In una situazione di combattimento, la fluoroscopia fu utilizzata dal medico russo V. Kravchenko, che attrezzò una sala radiologica sull'incrociatore Aurora. Nella battaglia di Tsushima, esaminò i marinai feriti, trovando e rimuovendo frammenti dal corpo. La radiologia ha aiutato a diagnosticare il cancro e la tubercolosi nelle fasi iniziali. Le radiazioni dei raggi X in grandi dosi sono dannose per il corpo umano. Tuttavia, è usato per combattere i tumori maligni. All'inizio del 1,5 ° secolo. Per produrre una radiografia, è stata necessaria un'irradiazione per 2-XNUMX ore a causa dell'attrezzatura imperfetta e della bassa sensibilità della pellicola. Quindi hanno iniziato a utilizzare schermi di rinforzo per le riprese, con la pellicola posizionata tra di loro. Ciò ha permesso di ridurre il tempo di esposizione di decine di volte senza aumentare la sensibilità della pellicola. Grazie a ciò, la radiografia ha superato la fluoroscopia in termini di risoluzione. Poiché la pellicola per le fotografie a raggi X richiedeva una grande quantità di argento, la radiografia iniziò gradualmente a essere sostituita dalla fluorografia, la fotografia da uno schermo fluorescente. Un fluorogramma ha un solo strato fotosensibile e ha un'area 10-20 volte più piccola di una radiografia standard, il che consente un maggiore risparmio di argento riducendo al contempo l'esposizione alle radiazioni. L'immagine viene ingrandita utilizzando i proiettori. Una telecamera fluorografica compatta installata su un amplificatore elettro-ottico di un dispositivo fisso consente di ottenere più immagini a brevi intervalli secondo un determinato programma. In questo modo puoi registrare processi veloci. In particolare, questo metodo viene utilizzato per controllare il movimento di una speciale massa contenente bario (chiaramente visibile ai raggi X) attraverso il tratto gastrointestinale umano. Per risparmiare pellicola, viene utilizzata una speciale piastra di selenio che accumula una carica elettrostatica. Sotto l'influenza dei raggi X perde la sua carica, conservandola solo nelle aree buie. Di conseguenza, sulla superficie della lastra appare un'immagine latente. Si sviluppa spolverando con una polvere colorante finemente dispersa che riproduce fedelmente la distribuzione di luci e ombre. Una piastra di selenio può resistere a 2-3mila procedure, risparmiando fino a 3 kg di argento. La qualità dell'immagine non è inferiore a quella di una radiografia.
Oltre al bianco e nero esiste la radiografia a colori. Innanzitutto è stata ottenuta una radiografia a colori sparando tre volte l'oggetto con raggi di diversa durezza. In questo modo si sono ottenuti tre negativi che sono stati colorati di blu, verde e rosso, dopodiché sono stati uniti ed è stata realizzata una stampa su pellicola a colori. Successivamente, per ridurre la dose di radiazioni, è stato utilizzato il metodo della separazione dei toni. Qui era necessaria una singola esposizione. Nell'immagine sono state identificate varie zone di densità e per ciascuna è stata realizzata una copia della radiografia. Quindi sono stati combinati su pellicola a colori, ottenendo un'immagine condizionatamente colorata. Una normale radiografia fornisce solo un'immagine piatta. Spesso questo non ci consente di determinare, ad esempio, la posizione esatta di un corpo estraneo nel corpo, e diverse radiografie ottenute da posizioni diverse ne danno solo un'idea approssimativa. La stereoradiografia viene utilizzata per trasformare un'immagine piana in tridimensionale. A questo scopo vengono scattate due fotografie che compongono una stereocoppia: raffigurano la stessa immagine, ma catturata così come viene vista dall'occhio destro e da quello sinistro. Quando si visualizzano entrambi i negativi in un apparecchio speciale, vengono combinati in uno solo, formando la profondità. Durante la stereofluoroscopia, il paziente viene scansionato con due tubi che si accendono alternativamente ad una velocità di 50 volte al secondo ciascuno. Entrambe le serie di impulsi vengono inviate ad un convertitore elettro-ottico, da dove vengono registrate alternativamente da due sistemi televisivi, in sincronia con il funzionamento dei tubi. Entrambe le immagini sono combinate in una sola utilizzando occhiali polarizzati. La profondità, la struttura spaziale, la forma e la dimensione delle formazioni patologiche vengono valutate anche con mezzi più semplici, ad esempio utilizzando la tomografia: immagini strato per strato. Durante la tomografia, il paziente giace sul tavolo. La sala radiografica si muove sopra di essa e la pellicola si muove sotto di essa nella direzione opposta. Sono affilati solo quegli elementi che si trovano sull'asse di rotazione della leva che collega il tubo e la pellicola. Viene scattata una serie di immagini che mostrano strati sottili spessi diversi millimetri. Usandoli è facile determinare dove si trova il corpo estraneo o il focolaio doloroso. Con l'avvento dei computer e dei computer elettronici, è diventato possibile controllare a livello di codice l'intera procedura diagnostica a raggi X, dallo scatto alla ricezione delle immagini. La gamma di applicazioni dei raggi X è ampia. Negli anni '20 e '30 del secolo scorso apparvero la genetica e la selezione delle radiazioni, che consentirono di ottenere varianti persistenti di microbi con le proprietà desiderate e varietà vegetali con maggiore produttività. Esponendo gli organismi a radiazioni penetranti e quindi effettuando la selezione, gli scienziati accelerano l'evoluzione biologica. Nel 1912 a Monaco, M. von Laue avanzò l'idea di utilizzare i raggi X per studiare la struttura interna di un cristallo. La sua idea suscitò polemiche tra i suoi colleghi e, per risolverle, V. Friedrich pose un cristallo sul percorso dei raggi e, accanto ad esso, di lato, una lastra fotografica per registrarli quando deviavano ad angolo retto , come nella diffrazione ordinaria. Non ci furono risultati finché P. Knipping non posò la lastra non sul lato, ma dietro il cristallo. Su di esso apparve uno schema simmetrico di macchie scure. Ecco come è apparsa l'analisi della diffrazione dei raggi X. Inizialmente, il suo utilizzo era limitato all'ottenimento di Lauegrams, immagini che riflettevano la struttura di un singolo cristallo. Hanno permesso di rilevare difetti reticolari, tensioni interne, ecc. Nel 1916, P. Debye e P. Scherrer adattarono questo metodo per studiare materiali policristallini: polveri, leghe. Tali immagini erano chiamate Debyegrams. Sono utilizzati per determinare la struttura e la composizione dei campioni, la dimensione e l'orientamento delle inclusioni. Negli anni '1930, gli scienziati inglesi D. Bernal e D. Crowfoot-Hodgkin effettuarono analisi di diffrazione di raggi X delle proteine. Le riprese hanno rivelato il loro ordine interno. Grazie a questa analisi divenne possibile il modello spaziale del DNA, proposto nel 1953 da D. Watson e F. Crick. Per fare ciò, hanno utilizzato modelli di diffrazione del DNA ottenuti da M. Wilkins. I raggi X vengono utilizzati per controllare la qualità di vari materiali e prodotti. Permettono di vedere i difetti interni: crepe, cavità, mancanza di penetrazione, inclusioni. Questo metodo è chiamato rilevamento dei difetti a raggi X. I raggi X consentono agli storici dell’arte di scrutare sotto lo strato superiore dei dipinti, a volte aiutando a rivelare immagini nascoste per secoli. Così, studiando il dipinto “Danae” di Rembrandt, è stata scoperta la versione originale della tela, successivamente rifatta dall’autore. Molti dipinti in diverse gallerie d'arte sono stati sottoposti a ricerche simili.
La radiazione a raggi X viene utilizzata negli introscopi, dispositivi ora equipaggiati alle dogane e ai posti di blocco. Permettono di individuare esplosivi, armi e droghe nascosti. Autore: Pristinsky V.L.
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