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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Röntgengerät. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Röntgengerät – eine Reihe von Geräten zur Erzeugung und Verwendung von Röntgenstrahlung. Wird in der Medizin (Radiographie, Fluoroskopie, Röntgentherapie) und bei der Fehlererkennung eingesetzt. Röntgengeräte spezieller Bauart werden in der Röntgenspektral- und Röntgenstrukturanalyse eingesetzt.
Am 8. November 1895 wünschte Wilhelm Röntgen, Professor an der Universität Würzburg (Deutschland), seiner Frau eine gute Nacht und ging in sein Labor, um weitere Arbeiten zu erledigen. Als die Wanduhr elf schlug, schaltete der Wissenschaftler die Lampe aus und sah plötzlich ein gespenstisches grünliches Leuchten, das sich über den Tisch ausbreitete. Es stammte aus einem Glasgefäß, das Kristalle aus Bariumplatinoxid enthielt. Die Fähigkeit dieser Substanz, unter dem Einfluss von Sonnenlicht zu fluoreszieren, ist seit langem bekannt. Aber normalerweise hörte das Leuchten im Dunkeln auf. Röntgen fand die Strahlungsquelle. Es stellte sich heraus, dass es sich um eine Crookes-Röhre handelte, die aus Unachtsamkeit nicht abgeschaltet worden war und sich anderthalb Meter vom Salzgefäß entfernt befand. Die Röhre befand sich lückenlos unter einer dicken Papphülle. Die Crookes-Röhre wurde etwa 40 Jahre vor Röntgens Beobachtungen erfunden. Es handelte sich um eine elektrische Vakuumröhre, eine Quelle von, wie man damals sagte, „Kathodenstrahlen“. Diese Strahlen, die auf die Glaswand der Lampe trafen, wurden abgebremst und erzeugten darauf einen Lichtfleck, konnten aber nicht über die Lampe hinaus entweichen. Als Röntgen das Leuchten bemerkte, blieb er im Labor und begann mit einer methodischen Untersuchung unbekannter Strahlung. Er installierte in unterschiedlichen Abständen von der Röhre ein mit Bariumsalz beschichtetes Sieb. Es flackerte selbst in einer Entfernung von zwei Metern von der Röhre. Unbekannte Strahlen, oder wie X-Ray sie Khluchi nannte, durchdrangen alle Hindernisse, die dem Wissenschaftler zur Verfügung standen: ein Buch, ein Brett, eine Ebonitplatte, Alufolie und sogar ein Kartenspiel, das aus dem Nichts kam. Alle Materialien, die zuvor als undurchsichtig galten, wurden für Strahlen unbekannter Herkunft durchlässig. Röntgen begann, die Staniolblätter zu stapeln: zwei Schichten, drei, zehn, zwanzig, dreißig. Der Bildschirm begann allmählich dunkler zu werden und wurde schließlich völlig schwarz. Ein dicker Band von tausend Seiten hatte keinen solchen Effekt. Daraus schloss der Professor, dass die Durchlässigkeit eines Objekts weniger von der Dicke als vielmehr vom Material abhängt. Als der Wissenschaftler die Kiste mit einem Satz Gewichte beleuchtete, sah er, dass die Silhouetten der Metallgewichte viel besser sichtbar waren als der schwache Schatten der Holzkiste. Dann befahl er zum Vergleich, seine doppelläufige Waffe mitzubringen. Dann sah Röntgen einen unheimlichen Anblick: die sich bewegenden Schatten eines lebenden Skeletts. Es stellte sich heraus, dass die Handknochen für Chluchi weniger durchsichtig sind als das sie umgebende Weichgewebe. Der Forscher untersuchte die von ihm entdeckte Strahlung 50 Tage lang. Seine Frau, die die stille, freiwillige Zurückgezogenheit ihres Mannes nicht ertragen konnte, brach in Tränen aus, und um sie zu beruhigen und gleichzeitig einem geliebten Menschen seine Erfindung zu demonstrieren, macht Röntgen eine Röntgenaufnahme der Hand seiner Frau. Darauf waren dunkle Silhouetten von Knochen zu sehen, und auf einem der Fingerglieder befand sich der schwarze Fleck eines Eherings. Nur sieben Wochen nach Beginn der freiwilligen Abgeschiedenheit, am 28. Dezember 1895, sandte Röntgen sein 30-seitiges Manuskript „Über eine neue Art von Strahlen“ an die Physikalisch-medizinische Gesellschaft der Universität Würzburg mit dem Vermerk: „Vorläufige Mitteilung“.
Das erste Werk, das der großen Entdeckung gewidmet ist, wird sich dann als unsterblich erweisen: Nichts darin wird viele Jahre lang weder widerlegt noch ergänzt werden. Informationen über Khluchi, die sich in der ersten Woche des Jahres 1896 auf der ganzen Welt verbreiteten, schockierten die Welt. Die neue Strahlung wurde später zu Ehren des Entdeckers „Röntgenstrahlung“ genannt. Röntgen schickte sein Manuskript an andere Adressen, insbesondere an seinen langjährigen Kollegen, den Wiener Universitätsprofessor F. Exner. Nachdem er das Manuskript gelesen hatte, schätzte er es sofort und stellte es sofort seinen Mitarbeitern vor. Unter ihnen war Assistent E. Lecher, der Sohn des Herausgebers der Wiener Zeitung Neue Freie Presse. Er bat Exner um den Text für die Nacht, brachte ihn zu seinem Vater und überzeugte ihn, dringend wichtige wissenschaftliche Neuigkeiten in den Raum zu bringen. Es wurde auf der Titelseite veröffentlicht, wofür sogar die Druckmaschinen angehalten werden mussten. Am Morgen des 3. Januar 1896 erfuhr Wien von der Sensation. Der Artikel wurde von anderen Publikationen erneut veröffentlicht. Als eine wissenschaftliche Zeitschrift den Originalartikel von Roentgen herausbrachte, war die Ausgabe innerhalb eines Tages vergriffen. Sofort gab es Anwärter auf die Priorität der neuen Entdeckung. Röntgen wurde sogar Plagiat vorgeworfen. Zu den Kandidaten für die Meisterschaft gehörte Professor F. Lenard, der versuchte, die Rochen mit seinem eigenen Namen zu benennen. Es stellte sich heraus, dass die erste Röntgenaufnahme tatsächlich bereits 1890 in den USA gemacht wurde. Die Amerikaner hatten bei der Entdeckung mehr Vorrang als derselbe Lenard, der später seine Experimente mit der Crookes-Röhre durchführte. Aber Professor Good Speed bat 1896 einfach daran, sich daran zu erinnern, dass das erste Kathodenstrahlfoto im Labor der University of Pennsylvania aufgenommen wurde. Schließlich wurde die wahre Natur dieser Strahlen nur von Röntgen festgestellt. Der Weltruhm, der unerwartet einem bis dahin unbekannten Provinzwissenschaftler zuteil wurde, führte ihn zunächst in Verwirrung. Er begann nicht nur Reporter, sondern sogar Wissenschaftler zu meiden. Der Professor lehnte die Vorstöße von Geschäftsleuten kategorisch ab und weigerte sich, sich an der Verwertung seiner Entdeckung zu beteiligen, von Privilegien, Lizenzen, Patenten für seine Erfindungen bis hin zu den von ihm verbesserten Röntgengeneratoren. Das Fehlen eines Monopols auf die Produktion der Röntgentechnologie hat zu ihrer rasanten Entwicklung auf der ganzen Welt geführt. Dem Wissenschaftler wurde mangelnder Patriotismus vorgeworfen. Auf den Vorschlag der Berliner Elektrotechnischen Aktiengesellschaft, die viel Geld und Arbeit in gut ausgestatteten Laboren anbot, antwortete Röntgen: „Meine Erfindung gehört der ganzen Menschheit.“
Nach dem überwältigenden Erfolg seiner Entdeckung zog sich Röntgen erneut in die freiwillige Haft in seinem Labor zurück. Erst nachdem er am 9. März 1896 seinen zweiten wissenschaftlichen Artikel über die neu entdeckte Strahlung fertiggestellt hatte, legte er eine Pause ein. Der dritte und letzte Teil – „Weitere Beobachtungen der Eigenschaften von Chluches“ – wurde am 10. März 1897 veröffentlicht. Im Jahr 1904 bestätigte der Engländer C. Barcla experimentell die theoretische Vermutung seines Landsmanns J. Stokes, dass Röntgenstrahlen elektromagnetischer Natur seien. Der Röntgenbereich des Spektrums liegt im Bereich zwischen Ultraviolett- und Gammastrahlung. Nach einer Klassifizierung liegt dieser Bereich zwischen 10 und 5 bis 10 Zoll und 12 Zentimetern, nach einer anderen zwischen 10 und 6 und 10 und 10 Zentimetern. Die Erfindung des deutschen Wissenschaftlers löste weltweit unerwartete Reaktionen aus. So schlug Reed, ein Mitglied des US-Bundesstaates New Jersey, 1896 einen Gesetzentwurf vor, der die Verwendung von Röntgenstrahlen in Theaterferngläsern verbot, sodass diese nicht nur durch die Kleidung, sondern auch durch das Fleisch in das Innere eindringen konnten Seele. Und die Presse in Europa und Amerika warnte vor den Gefahren der „Gehirnfotografie“, die es einem ermöglicht, die geheimsten Gedanken anderer zu lesen. Als Reaktion darauf bewarben einige Geschäftsleute ihre Produkte – Geldbörsen, Schachteln, Tresore, sogar Hüte –, die ihrer Meinung nach ihren Inhalt vor den schrecklichen Strahlen schützen könnten. Auf besondere Resonanz bei den Lesern stießen die Informationen, mit denen sich mithilfe von Röntgenstrahlen ein Text oder eine Zeichnung in die Windungen der Großhirnrinde einprägen und auswendig lernen lässt. Khluchs wurde die Fähigkeit zugeschrieben, den Älteren die Jugend und den Sterbenden das Leben zurückzugeben. Und auch Blei in Gold verwandeln. Andererseits wurden allein im „Röntgenjahr“ 1896 mehr als tausend wissenschaftliche Arbeiten und fast 50 Bücher über den Einsatz von Röntgenstrahlen in der Medizin veröffentlicht. Bereits im Februar 1896 legte V. Tonkov der St. Petersburger Anthropologischen Gesellschaft einen Bericht über die Verwendung von Röntgenstrahlen zur Untersuchung des Skeletts vor. Damit wurde der Grundstein für eine neue Disziplin gelegt – die Röntgenanatomie. Mittlerweile ist es zur Grundlage der modernen Diagnostik geworden. Wenig später begann A. Yanovsky damit, es zur systematischen Untersuchung von Patienten einzusetzen. In einer Kampfsituation wurde die Fluoroskopie vom russischen Arzt V. Kravchenko eingesetzt, der einen Röntgenraum auf dem Kreuzer Aurora ausstattete. In der Schlacht von Tsushima untersuchte er verwundete Seeleute und fand und entfernte Fragmente aus der Leiche. Die Radiologie half bei der Diagnose von Krebs und Tuberkulose im Frühstadium. Röntgenstrahlung in hohen Dosen ist schädlich für den menschlichen Körper. Dennoch wird es zur Bekämpfung bösartiger Tumoren eingesetzt. Zu Beginn des 1,5. Jahrhunderts. Um eine Röntgenaufnahme zu erstellen, war aufgrund der mangelhaften Ausrüstung und der geringen Empfindlichkeit des Films eine Bestrahlung von 2 bis XNUMX Stunden erforderlich. Dann begannen sie, zum Filmen Verstärkerschirme zu verwenden, zwischen denen ein Film angebracht war. Dadurch war es möglich, die Belichtungszeit um das Zehnfache zu verkürzen, ohne die Filmempfindlichkeit zu erhöhen. Dadurch hat die Radiographie die Fluoroskopie hinsichtlich der Auflösung übertroffen. Da Filme für Röntgenaufnahmen eine große Menge Silber erforderten, wurde die Radiographie nach und nach durch die Fluorographie ersetzt – die Fotografie mit einem Leuchtschirm. Ein Fluorogramm hat nur eine lichtempfindliche Schicht und ist 10–20 Mal kleiner in der Fläche als ein Standard-Röntgenbild, was eine größere Silbereinsparung bei gleichzeitiger Reduzierung der Strahlenbelastung ermöglicht. Das Bild wird mit Projektoren vergrößert. Mit einer kompakten Fluorographiekamera, die auf einem elektrooptischen Verstärker eines stationären Geräts installiert ist, können Sie nach einem vorgegebenen Programm mehrere Bilder in kurzen Abständen aufnehmen. So können Sie schnelle Vorgänge aufzeichnen. Insbesondere dient diese Methode dazu, die Bewegung einer speziellen bariumhaltigen Masse (im Röntgenbild deutlich sichtbar) durch den menschlichen Magen-Darm-Trakt zu kontrollieren. Um Film zu schonen, wird eine spezielle Selenplatte verwendet, die eine elektrostatische Ladung aufbaut. Unter dem Einfluss von Röntgenstrahlung verliert es seine Ladung und behält diese nur in abgedunkelten Bereichen. Dadurch entsteht ein latentes Bild auf der Oberfläche der Platte. Es wird durch Bestäuben mit einem fein verteilten Farbpulver entwickelt, das die Verteilung von Licht und Schatten genau wiedergibt. Eine Selenplatte hält 2-3 Eingriffen stand und spart so bis zu 3 kg Silber. Die Bildqualität steht einer Röntgenaufnahme in nichts nach.
Neben Schwarzweiß gibt es auch Farbradiographie. Zunächst wurde ein Farbröntgenbild erstellt, indem das Objekt dreimal mit Strahlen unterschiedlicher Härte beschossen wurde. Auf diese Weise wurden drei Negative erhalten, die blau, grün und rot gefärbt waren, anschließend wurden sie kombiniert und ein Abzug auf Farbfilm angefertigt. Später wurde zur Reduzierung der Strahlendosis das Tontrennverfahren eingesetzt. Hier war eine Einzelaufnahme erforderlich. Im Bild wurden verschiedene Dichtezonen identifiziert und für jede wurde eine Kopie des Röntgenbildes angefertigt. Anschließend wurden sie auf einem Farbfilm kombiniert, wodurch ein bedingt farbiges Bild entstand. Eine normale Röntgenaufnahme liefert nur ein flaches Bild. Oftmals lässt sich dadurch beispielsweise die genaue Lage eines Fremdkörpers im Körper nicht bestimmen und mehrere aus unterschiedlichen Positionen angefertigte Röntgenbilder geben hierüber nur eine ungefähre Vorstellung. Mithilfe der Stereoradiographie wird ein flaches Bild in ein dreidimensionales Bild umgewandelt. Dazu werden zwei Fotos gemacht, die ein Stereopaar bilden: Sie zeigen das gleiche Bild, jedoch so aufgenommen, wie es vom rechten und linken Auge gesehen wird. Beim Betrachten beider Negative in einem speziellen Gerät werden sie zu einem zusammengefügt und bilden Tiefe. Bei der Stereofluoroskopie wird der Patient mit zwei Röhren gescannt, die sich abwechselnd mit einer Geschwindigkeit von jeweils 50 Mal pro Sekunde einschalten. Beide Impulsreihen werden an einen elektronenoptischen Wandler gesendet, von wo aus sie abwechselnd von zwei Fernsehsystemen synchron zum Betrieb der Röhren aufgezeichnet werden. Mithilfe einer polarisierten Brille werden beide Bilder zu einem kombiniert. Tiefe, räumliche Struktur, Form und Größe pathologischer Formationen werden auch mit einfacheren Mitteln beurteilt, beispielsweise mittels Tomographie – Schicht-für-Schicht-Bildern. Während der Tomographie liegt der Patient auf dem Tisch. Darüber bewegt sich der Röntgenraum, in entgegengesetzter Richtung darunter der Film. Nur diejenigen Elemente, die sich auf der Drehachse des Hebels befinden, der die Röhre und den Film verbindet, sind scharf. Es werden mehrere Bilder aufgenommen, die mehrere Millimeter dicke dünne Schichten zeigen. Mit ihnen lässt sich leicht feststellen, wo sich der Fremdkörper oder der schmerzhafte Herd befindet. Mit dem Aufkommen elektronischer Computer und Computer wurde es möglich, den gesamten Röntgendiagnostikvorgang – von der Aufnahme bis zum Empfang von Bildern – programmgesteuert zu steuern. Das Anwendungsspektrum von Röntgenstrahlen ist breit gefächert. In den 20er und 30er Jahren des letzten Jahrhunderts tauchten Strahlengenetik und Selektion auf, die es ermöglichten, persistente Varianten von Mikroben mit den gewünschten Eigenschaften und Pflanzensorten mit erhöhter Produktivität zu erhalten. Indem Wissenschaftler Organismen durchdringender Strahlung aussetzen und dann eine Selektion durchführen, führen sie eine beschleunigte biologische Evolution durch. 1912 brachte M. von Laue in München die Idee vor, mit Röntgenstrahlen die innere Struktur eines Kristalls zu untersuchen. Seine Idee sorgte bei seinen Kollegen für Kontroversen, und um sie zu lösen, stellte V. Friedrich einen Kristall in den Strahlengang und daneben eine Fotoplatte, um deren Abweichung im rechten Winkel aufzuzeichnen , wie bei der gewöhnlichen Beugung. Es gab keine Ergebnisse, bis P. Knipping die Platte nicht seitlich, sondern hinter dem Kristall platzierte. Darauf erschien ein symmetrisches Muster aus dunklen Flecken. So entstand die Röntgenbeugungsanalyse. Zunächst beschränkte sich seine Verwendung auf die Erstellung von Lauegrammen – Bildern, die die Struktur eines Einkristalls widerspiegelten. Sie ermöglichten die Erkennung von Gitterfehlern, inneren Spannungen usw. 1916 passten P. Debye und P. Scherrer diese Methode an, um polykristalline Materialien – Pulver, Legierungen – zu untersuchen. Solche Bilder wurden Debyegramme genannt. Sie werden verwendet, um die Struktur und Zusammensetzung von Proben sowie die Größe und Ausrichtung von Einschlüssen zu bestimmen. In den 1930er Jahren führten die englischen Wissenschaftler D. Bernal und D. Crowfoot-Hodgkin Röntgenbeugungsanalysen von Proteinen durch. Die Dreharbeiten offenbarten ihre innere Ordnung. Dank dieser Analyse wurde das räumliche Modell der DNA möglich, das 1953 von D. Watson und F. Crick vorgeschlagen wurde. Dazu verwendeten sie von M. Wilkins erhaltene Beugungsmuster der DNA. Röntgenstrahlen werden zur Qualitätskontrolle verschiedener Materialien und Produkte eingesetzt. Sie ermöglichen es Ihnen, innere Defekte zu erkennen – Risse, Hohlräume, mangelnde Durchdringung, Einschlüsse. Diese Methode wird als Röntgenfehlererkennung bezeichnet. Röntgenstrahlen ermöglichen es Kunsthistorikern, unter die oberste Schicht von Gemälden zu blicken und manchmal dabei zu helfen, über Jahrhunderte verborgene Bilder freizulegen. So wurde beim Studium von Rembrandts Gemälde „Danae“ die Originalversion der Leinwand entdeckt, die später vom Autor überarbeitet wurde. Viele Gemälde in verschiedenen Kunstgalerien wurden einer ähnlichen Forschung unterzogen.
Röntgenstrahlung wird in Introskopen eingesetzt – Geräten, die heute an Zoll- und Kontrollstellen ausgerüstet sind. Sie ermöglichen das Aufspüren versteckter Sprengstoffe, Waffen und Drogen. Autor: Pristinsky V.L.
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