• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
عضویت در خبرنامه
  • تعداد بازديد :
  • 20086
  • پنج شنبه 26/5/1385
  • تاريخ :

کشف پرتوهای ایکس


در سال 1895 فیزیکدان آلمانی ویلهلم کنراد رونتگن پرتوهای ایکس را بر حسب تصادف کشف کرد. رونتگن مشغول تکرار آزمایشهای فیزیکدانان دیگری بود که در آنها الکتریسیته با ولتاژ زیاد به هوا یا گازهای دیگری که در لامپ شیشه ای نیمه خلأیی قرار داشتند، تخلیه می شد. از سال 1858 می دانستند که دیواره های لامپ شیشه ای در مدت تخلیه ی الکتریسیته به صورت فسفرسان می درخشند. در سال 1878 سرویلیام کروکس «پرتوهای کاتدی» ایجاد کننده ی این فسفرسانی را به عنوان «جریانی از مولکولهای در حال پرواز» توصیف کرد، اما اکنون می دانیم که پرتوهای کاتدی در واقع جریان الکترونهایی هستند که از کاتد گسیل می شوند و ضربه ی برخورد این الکترونها با دیواره ی لامپهای شیشه ای است که ایجاد فسفر سانی می کند.

تابلوهای نئون، لامپهای تلویزیون و چراغهایی مهتابی همه کاربردهای امروزی این آزمایشها هستند. درون چراغهای مهتابی از مواد بسیار فلوئورسان پوشیده می شود تا رنگها و روشنایی های مختلف ایجاد شوند.

در سال 1892 هاینریش هرتز، نشان داد که پرتوهای کاتدی از صفحه های نازک فلزی عبور می کنند. دو سال بعد فیلیپ لنارد، لامپهای تخلیه ای ساخت که منافذ آلومینیمی نازکی داشتند. این منافذ پرتوهای کاتدی را از خود به بیرون لامپ عبور می دادند و در آنجا بود که می شد این پرتوها را بر اساس نوری که بر صفحه ای از ماده ی فلوئورسان ایجاد می کردند، تشخیص داد (از چنین صفحه هایی برای آشکار سازی نور فرابنفش هم استفاده می شد)؛ اما معلوم شد که در فشارهای معمولی بیرون از لامپ خلأ، پرتوهای کاتدی فقط دو یا سه سانتیمتر در هوا سیر می کنند.

رونتگن برخی از این آزمایشها را تکرار کرد تا خود را با روشهای انجام آنها آشنا سازد. سپس تصمیم گرفت ببیند آیا می تواند پرتوهای کاتدی ساتع شده از یک لامپ خلأ تمام شیشه ای نظیر آنچه کروکس استفاده کرده بود – لامپی که هیچ منفذ آلومینیمی نداشته باشد – تشخیص دهد یا نه. هیچ کس در چنین وضعی پرتوهای کاتدی را مشاهده نکرده بود. رونتگن باخود اندیشید که امکان دارد علت ناتوانی این باشد که فسفرسانی شدید لامپ کاتدی، فلوئورسانی ضعیف صحفه ی آشکارساز را تحت الشعاع قرار می دهد. برای امتحان این نظریه، پوشش مقوایی سیاهرنگی برای لامپ کاتدی درست کرد. آنگاه برای آنکه مؤثر بودن پوشش را بیازماید، اتاق را تارک و سیم پیچ پرولتاژ را روشن کرد تا لامپ به کار افتد. وقتی مطمئن شد پوشش سیاهی که ساخته است واقعاً لامپ را می پوشاند و به هیچ نور فسفرسانی اجازه ی عبور نمی دهد، رفت که سیم پیچ را خاموش و چراغهای اتاق را روشن کند تا صفحه ی فلوئورسان را در فواصل مختلف از لامپ خلأ قرار دهد.

اما در همان لحظه متوجه نور ضعیفی شد که از نقطه ای در آن اتاق تاریک که حدود یک متر با لامپ خلأ فاصله داشت، می درخشید. نخست اندیشید شاید در پوشش سیاهرنگ اطراف لامپ سوراخ کوچکی باشد، که نور آن در آینه ای منعکس شده است. اما هیچ آینه ای در اتاق نبود. وقتی بار دیگر مقداری الکتریسیته را به لامپ کاتدی تخلیه کرد، دید باز نوری که همچون ابرهای سبز محوی همگام با افت و خیز تخلیه های الکتریکی لامپ کاتدی حرکت می کرد در همان نقطه ظاهر شد. رونتگن با شتاب کبریتی روشن کرد و با شگفتی مشاهده کرد که منشأ آن نور مرموز صفحه ی فلوئورسان کوچکی بود که قصد داشت از آن به عنوان آشکار ساز در لامپ کاتدی پوشش دارش استفاده کند؛ اما صفحه در یک متری لامپ برمیزی قرار داشت.

رونتگن بلافاصله متوجه شد که پدیده ی کاملاً جدیدی را مشاهده کرده است. این پرتوهای کاتدی نبودند که صفحه را از فاصله ی یک متری روشن کرده بودند! رونتگن در چندین هفته پس از آن واقعه با سختکوشی خود را وقف بررسی این شکل جدید تابش کرد و یافته های خود را در مقاله ای که به تاریخ 28 دسامبر سال 1895 تحت عنوان «مکتوبی اولیه درباره ی نوعی پرتو جدید» در وورتزبرگ منتشر شد، شرح داد. گرچه رونتگن اکثر ویژگیهای کیفی و بنیادین این پرتوهای جدید را در مقاله ی خود به دقت شرح داد، اما نامی که برای آنها انتخاب کرد نشان می داد هنوز به ماهیت دقیقشان پی نبرده است. او آنها را پرتوهای ایکس یا مجهول نامید (بسیاری از اوقات آنها را پرتوهای رونتگن خوانده اند).

وی گزارش داد که این پرتوهای جدید برخلاف آنچه در مورد پرتوهای کاتدی مشاهده شده بود، تحت تأثیر آهنربا قرار نمی گیرند. نه تنها برخلاف پرتوهای کاتدی که تنها 2 تا 3 سانتیمتر در هوا سیر می کردند، تا بیش از یک متر در هوا نفوذ می کردند، بلکه (آن طور که در مقاله اش آمد):

همه ی اجسام در مقابل این عامل شفاف اند، گرچه شفافیت آنها با یکدیگر بسیار متفاوت است. کاغذ بسیار شفاف است؛ دیدم صفحه ی فلوئورسان از پشت کتاب مجلدی که حدود هزار صفحه بود به روشنی می درخشید. به همین ترتیب فلوئورسانی از پشت دو دسته ورق نیز ظاهر می شد. تکه های ضخیم چوب نیز شفاف اند و تخته های چوب کاج که دو یا سه سانتیمتر ضخامت داشته باشند تنها اندکی آن را جذب می کنند. گرچه صفحه ای آلومینیمی به ضخامت حدود پانزده میلیمتر اثر پرتو را تا حد زیادی کاهش می داد، اما باعث قطع کامل فلوئورسانی نمی شد. اگر دستی در میان لامپ تخلیه و صفحه قرار گیرد، سایه ی تیره تر استخوانها در تصویر شبح گونه و نیمه تاریک خود دست دیده می شود.

وی دریافت که حتی می تواند چنین تصاویری از استخوانها را بر شیشه ی عکاسی ثبت کند. این ویژگی پرتوهای ایکس بی درنگ توجه جامه پزشکی را به خود جلب کرد. در مدت بسیار کوتاهی، در بیمارستانهای سرتاسر دنیا به طور معمول از پرتوهای ایکس برای تشخیص استفاده شد.

در تاریخ علم کمتر واقعه ای روی داده است که به اندازه ی کشف رونتگن چنین تأثیر شگرفی داشته باشد. هنوز یک سال از انتشار مقاله ی اولیه اش نگذشته بود که 49 کتاب و رساله و بیش از هزار مقاله درباره ی پرتوهای ایکس منتشر شد. اما بیست سال طول کشید تا پیشرفت چشمگیری ورای آنچه رونتگن در زمینه ی ویژگیهای تابش ایکس عرضه کرد، حاصل شود.

وقتی فرهنگستان علوم سوئد جوایز نوبل را برای نخستین بار در سال 1901 توزیع کرد، کسی که برای دریافت جایزه ی فیزیک انتخاب شد رونتگن بود. مسلماً برای فرهنگستان جای بسی خوشوقتی بود که نخستین جایزه را به افتخار چنین موفقیت عظیمی اعطا کند.


پسنوشت

ویهلهم کنراد رونتگن در سال 1845 در لِنپ پروس به دنیا آمد. پس از آنکه در سه سالگی به همراه خانواده اش به هلند نقل مکان کرد، تحصیلات ابتدایی خود را در آنجا گذراند. رونتگن پس از پشت سرگذاشتن دوره ی کوتاهی در دانشکده ی فنی و دانشگاه اوترخت، به دانشکده ی پلی تکنیک زوریخ راه یافت و در آنجا دانشنامه ای در مهندسی مکانیک گرفت. اما به تدریج به علوم محض بیش از مهندسی علاقه مند شد و مطالعات خود را در زمینه ریاضیات و فیزیک آغاز کرد. پس از تحصیل زیر نظر آگوست کانت، و ارائه پایان نامه ای تحت عنوان «مطالعه ی گازها»، از دانشگاه زوریخ دکترا گرفت. یک سال بعد به دنبال کانت به وورتزبرگ و سپس استراسبورگ رفت، که در آنجا رونتگن برای نخستین بار به سمت استادی نایل آمد. در سال 1888 مقام استادی فیزیک و سرپرستی انستیتو فیزیک دانشگاه وورتزبرگ را بر عهده گرفت. 12 سال عهده دار این مقام بود و در همینجا پرتوهای ایکس را کشف کرد. در سال 1900، دولت باواریا از او دعوت کرد تا سرپرستی انستیتوی فیزیک مونیخ را بپذیرد و رونتگن باقیمانده ی عمرش را در همانجا گذراند. وی در سال 1923 در 78 سالگی در گذشت.

شاید اگر رونتگن در بخش عمده ای از آزمایشهایش از معرض پرتوهای ایکس محافظت نمی شد، عمر بسیار کوتاهی می کرد. وی در آزمایشگاهش اتاقکی را، نه برای حفاظت در برابر اشعه، بلکه برای سهولت ظهور شیشه های عکاسی در روز، ساخته بود. بدین ترتیب رونتگن در طی عمر خود تا حدی از آثار مرگبار قرارگیری در معرض پرتوهای ایکس مصون ماند.


کشف پرتوزایی به دست بکرل

کشف پرتوزایی طبیعی به دست هنری بکرل، اندکی پس از کشف پرتوهای ایکس به دست رونتگن صورت گرفت، و بی دلیل هم نبود. بکرل مقاله ای را که در آن رونتگن پرتوهای نافذ جدید خود را ناشی از پرتوهای کاتدی می دانست خوانده بود. خود این پرتوهای کاتدی در شیشه ی لامپهای کاتدی موجب فسفرسانی می شدند، بنابراین بکرل استدلال کرد که شاید برخی از موادی که تحت تأثیر نور مرئی فسفرسان می شوند، از خود پرتو نافذی شبیه به پرتوهای ایکس گسیل می کنند. نظریه ی نادرستی بود، اما در هر حال نظریه ای بود که به کشف ارزشمندی انجامید.

بکرل ترکیب فسفرسان اورانیم را انتخاب کرد. برای آنکه نظریه ی خود را بیازماید، صفحه ی عکاسی را در کاغذ سیاهی پیچید، بلوری از ترکیب اورانیم را بر شیشه ی کاغذ پیچی شده گذاشت، و مجموعه را در معرض آفتاب قرار داد. وقتی صفحه ی عکاسی را ظاهر کرد، تصویری از بلور اورانیم بر آن نقش بسته بود. بکرل که تجربه گر دقیقی بود، قبلاً پیش بینی کرده بود که کاغذ سیاه شیشه ی عکاسی را از معرض آفتاب حفظ خواهد کرد، بنابراین اطمینان داشت که آفتاب تنها علت تأثیر پذیرفتن صفحه نبود. وی این آزمایش را تأییدی بر نظریه ی خود دانست.

بعد تصادفی روی داد، یا دست کم حادثه ای طبیعی اتفاق افتاد، که نه تنها در فیزیک و شیمی، بلکه در حیات تمامی ساکنان این سیاره، سرآغاز عصر جدیدی شد: عصر اتمی و هسته ای. آفتاب چندین روز در پاریس نتابید ( که اتفاق نادری نبود). چون بکرل وجود آفتاب را برای ایجاد فسفرسانی اورانیم ضروری می دانست، آزمایشهایش را موقتاً رها کرد و بلور اورانیم را در کشویی روی شیشه ی عکاسی کاغذ پیچی شده ای گذاشت.

بکرل پس از چندین روز شیشه ی عکاسی را در کنار بلور اورانیم در کشو بود، ظاهر کرد. انتظار داشت تنها تصویر محوی از بلورها که نتیجه ی اندک فسفرسانی باقیمانده ی بلور اورانیم بود، بر شیشه ببیند. اما در کمال شگفتی دید که وضوح تصویر درست مثل موقعی بود که بلور اورانیم و فیلم کاغذ پیچی شده در نور آفتاب قرار گرفته باشد! در این هنگام بکرل نتیجه ی درستی از مشاهده ی خود گرفت: اثر آفتاب در ایجاد فسفرسانی بلور اورانیم هیچ ربطی به تأثیر پذیرفتن شیشه ی عکاسی پوشیده ی زیرش نداشت، بلکه این تأثیر ناشی از خود بلور اورانیم بود، که حتی در تاریکی هم شیشه ی عکاسی را متأثر می ساخت.

بکرل شروع کرد به آزمایش تمام نمونه های اورانیم که توانست بدانها دسترسی پیدا کند تا پرتوهایی را که از ورای کاغذ سیاه موجب تأثیر گذاشتن بر فیلم عکاسی شده بودند بیابد – مسلماً این پرتوها، پرتوهای نور طبیعی نبودند. او دریافت که هر ترکیب خالص اورانیم یا حتی سنگ معدن ناخالص اورانیم هم این ویژگی را دارد. وی توانست میزان تابش این مواد را با استفاده از برقنما (الکتروسکوب) بسنجد، چون این پرتوها در هوای که از آن عبور می کردند باعث ایجاد یونهای باردار می شدند. طرز کار برقنما بر این واقعیت استوار است که بارهای همنام یکدیگر را دفع می کنند. نیروی دافعه را می توان با مشاهده ی حرکت یک رسانای انعطاف پذیر در خلاف جهت یک نیروی بازگرداننده ی مکانیکی، آشکار کرد.

بکرل متوجه شد که جز یک مورد، در تمام نمونه ها میزان تابش با درصد اورانیم در ترکیب یا سنگ معدن نسبت مستقیم دارد. آن یک مورد استثنایی سنگ معدنی به نام پیچبلند بود، که میزان تابش آن چندین برابر بیشتر از اورانیم خالص بود. این یافته باعث شد بکرل نتیجه بگیرد که در این سنگ معدن ماده ای غیر از اورانیم وجود دارد که پرتوزایی آن بسیار از اورانیم است.

در اینجاست که «کوری» ها وارد ماجرای پرتوزایی می شوند (اتفاقاً لفظ پرتوزایی از ابداعات ماری کوری است). پروفسور بکرل پیشنهاد کرد که ماری اسکلو دوسکا کوری شناسایی ناخالصی پرتوزای ناشناخته در سنگ معدن اورانیم یا پیچبلند را موضوع طرح پژوهشی دکترای خود قرار دهد. ماری با کمک همسر فیزیکدانش پی یر، از حدود 5/1 متر مکعب سنگ معدن پیچبلند شروع کرد، هر بار روی حدود 20 کیلوگرم به پژوهش پرداخت و مخلوط مذاب آن را با میله های آهنی در ظروف یکپارچه آهنی به هم می زد. آن دو با این سختکوشی خود موفق به جداسازی دو عنصر جدید از پیچبلند شدند که از اورانیم پرتوزاتر بودند. اولی را به احترام زادگاه ماری، لهستان، پولونیم نامیدند، و دومی را بر اساس معادل واژه ی تابش، رادیم خواندند. پولونیم 60 برابر و رادیم 400 برابر پرتوزاتر از اورانیم است. میزان بازدهی در حدود یک جزء رادیم به ازای هر ده میلیون جزء سنگ معدن بود. کوری ها کشف رادیم و پولونیم را در سال 1898، تنها دو سال پس از کشف پرتوزایی طبیعی به دست بکرل، اعلام کردند.

ماری و پی یر کوری جایزه ی نوبل فیزیک را در سال 1903 با بکرل مشترکاً برنده شدند؛ نیمی از جایزه به بکرل به سبب «کشف پرتوزایی خود به خودی» و نیمی دیگر به کوری ها به سبب «تحقیقات مشترک آن دو در زمینه ی پدیده ی تابش که پروفسور هنری بکرل کشف کرده بود». اعطا شد.


پسنوشت

آنتون هنری بکرل از اخلاف مشهورشخصیتهایی مشهور بود. هم پدرش و هم پدر بزرگش دانشمندان معتبری بودند و هر دو صاحب کرسی فیزیک در موزه ی تاریخ طبیعی پاریس. هنری که در سال 1852 به دنیا آمد، پس از گذراندن تحصیلات مقدماتی رسمی به دانشکده ی پلی تکنیک رفت و از آن انستیتو دکترای علوم گرفت. در وزارت راه و پل سازی به عنوان مهندس به خدمت دولت فرانسه درآمد، اما در عین حال در موزه ای که پدر و پدربزرگش تدریس می کردند، درس فیزیک می گفت. هنگامی که پدرش در سال 1895، در دانشکده ی پلی تکنیک به سمت استادی فیزیک منصوب شد. یک سال بعد کشفی کرد که موجبات شهرتش را فراهم آورد. وی تا هنگام مرگش در سال 1908 به مطالعات خود در رشته ی جدید و پر اهمیت پرتوزایی ادامه داد.

در سال 1911 ، جایزه ی نوبل شیمی به ماری کوری اعطا شد. پی یر در سال 1906در تصادف رانندگی کشته شده بود و گرنه او نیز در این جایزه سهیم می شد؛ ماری به عنوان استاد دانشکده سوربون، به جانشینی وی رسید. در تقدیرنامه ی ماری آمده بود: «تقدیم به پروفسور ماری کوری، به یادبود خدمت ایشان در پیشبرد شیمی با کشف عناصر رادیم و پولونیم، از طریق جداسازی رادیم و مطالعه در زمینه ی ماهیت و ترکیبات این عنصر شگفت انگیز». ماری کوری در سال 1934 بر اثر ابتلا به سرطان خون درگذشت، و این سرطان بی تردید نتیجه ی قرارگیری در معرض تابشی بود که خطر آن تا مدتها بعد شناخته نشد.

منبع : سرگذشت اكتشافات تصادفی در علم

نوشته : رویستون رابرتس - مترجم: محی الدین غفرانی

ادامه دارد...


لینک :

 - دریاچه هایی که خشک شدند 

 - لاستیک- طبیعی و صنایع 

 - گاهی طبیعت هم دست کمک دراز می کند 

 - چگونه در باستان شناسی موفق شوید بی آنکه واقعاً تلاش کنید (1) 

 - داروهایی از فاضلاب و خاک 

 - بستهای خود چسب و دیگر ارمغان های بخت یاری برای زندگی امروزی 

 - تاج ها و حفره های شیمیایی 

 - خردل نیتروژن و شیمی درمانی سرطان 

 - چگونه تصادف ها تبدیل به اكتشاف می شوند 

 - اكتشافات تصادفی در پزشكی 

 - آیا می دانید برای اولین بار چه كسی و چگونه موفق به عكاسی شد ؟ 

 - رؤیایی كه سبب یك كشف شد 

 - آیا می دانید باتری الكتریكی و الكترومغناطیس چگونه كشف شد؟ 

UserName