Tia X là gì, nó được phát hiện như thế nào?

Trên thực tế, ánh sáng là sự truyền năng lượng, và bản chất của nó là một dòng các photon trong một dải tần số cụ thể. Nguồn sáng phát ra ánh sáng do các electron trong nguồn sáng được thêm năng lượng, giải phóng năng lượng dưới dạng sóng trong quá trình chuyển đổi.

Do đó, ánh sáng về bản chất là một sóng điện từ, dựa vào thông tin năng lượng được truyền bởi các photon mà ánh sáng được chia thành loại nhìn thấy được và loại không nhìn thấy được. Trong quá trình tiến hóa lâu dài, mắt người hiện tại chỉ nhạy cảm với dải tần khoảng 380 đến 780nm, nên sóng điện từ ở dải tần cụ thể này được gọi là ánh sáng nhìn thấy được.

Ngoài ánh sáng nhìn thấy, còn có nhiều ánh sáng không nhìn thấy được, chẳng hạn như sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X và tia gamma.

Những ánh sáng vô hình này thường có năng lượng rất cao hoặc rất thấp, còn ánh sáng nhìn thấy thì nằm ở dải giữa. Ánh sáng có năng lượng thấp hơn ánh sáng nhìn thấy bao gồm sóng vô tuyến (bao gồm sóng dài, sóng trung bình, sóng ngắn, vi sóng) và tia hồng ngoại; ánh sáng có năng lượng cao hơn ánh sáng nhìn thấy bao gồm tia cực tím, tia X và tia gamma.

Tia X là sóng điện từ chỉ đứng sau tia gamma, có bước sóng từ 10 nanomet đến 0,01 nanomet, tần số từ 3 ^ 16 đến 3 ^ 20 Hz và năng lượng từ 124eV đến 1,24MeV. Đây là năng lượng của mỗi photon, thuộc tia năng lượng cao nên sức xuyên rất mạnh. Khi tia X chiếu vào cơ thể con người, một phần của chúng sẽ được cơ thể con người hấp thụ, và phần lớn chúng sẽ đi qua các khe hở trong nguyên tử.

Tần số càng cao và bước sóng càng ngắn thì năng lượng tia X càng lớn, khả năng đâm xuyên càng mạnh. Trong quá trình xuyên qua vật thể, tùy theo mật độ và độ dày của vật thể mà chúng có độ hấp thụ khác nhau, do đó tia X có thể cung cấp thông tin về cấu trúc của vật thể truyền qua trên phim cảm quang.

Tia X tình cờ được phát hiện vào năm 1895

Nói đến quá trình khám phá ra tia X, phải nói đến nhà khoa học vĩ đại William Conrad Roentgen. Roentgen sinh năm 1845 trong một gia đình chủ doanh nghiệp nhỏ tương đối giàu có ở Rheinp, Đức, ông được học hành tử tế ngay từ nhỏ, từng theo học nhà khoa học nhiệt động học nổi tiếng Clausius, và năm 1868, ông được thuê làm giáo sư tại trường Đại học Wurzburg.

Sau đó, Roentgen đã đến nhiều trường đại học để nghiên cứu vật lý, ông trở lại Đại học Würzburg vào năm 1888, và chẳng bao lâu sau ông đã kế nhiệm làm giám đốc Viện Vật lý. Năm 1894, ông được bầu làm hiệu trưởng của trường.

Ở châu Âu vào cuối thế kỷ 19, là thời đại khoa học hỗn loạn, nhiều nhà vật lý ở châu Âu bị ám ảnh bởi việc nghiên cứu hiện tượng phóng điện chân không và tia âm cực, Roentgen cũng là một trong số đó. Tuy nhiên, nghiên cứu của Roentgen lạ chính xác hơn số đông, để tránh ảnh hưởng của ánh sáng bên ngoài đến ống phóng điện và ngăn ánh sáng nhìn thấy lọt ra ngoài ống, ông đã bôi đen toàn bộ căn phòng và làm một tấm bìa cứng màu đen để bịt chặt ống phóng điện.

Nhưng khi bật điện áp cao để kiểm tra tia âm cực, ông bất ngờ phát hiện ra cách ống phóng điện có một tia chớp nhỏ dài khoảng 1 mét, và tia chớp biến mất khi nguồn điện bị cắt. Roentgen vô cùng kinh ngạc, và ông biết đó chắc chắn không phải là tia âm cực, vì Roentgen và nhiều nhà khoa học đã thực nghiệm xác nhận rằng tia âm cực chỉ có thể di chuyển vài cm trong không khí. Sau đó ông tiếp tục thực hiện thí nghiệm và di chuyển màn hình huỳnh quang phủ bari cyanua platinat ra xa, cho đến khi nó cách xa 2m mà nó vẫn có thể phát ra ánh sáng.

Và lúc này, Roentgen cho rằng đây có khả năng là một tia chưa từng được phát hiện trước đây, nhưng sau đó lại nghĩ rằng có thể đây chỉ là một ảo ảnh được hình thành do mắt của mình hoạt động quá lâu trong bóng tối. Vì vậy để xác định sự tồn tại của loại bức xạ này, ông đã tự đóng cửa phòng thí nghiệm trng vài tuần và âm thầm nghiên cứu.

Ông đặc một chiếc giường nhỏ ngay trong phòng thí nghiệm để tiện nghỉ ngơi và yêu cầu mọi người mang thức ăn đến cho ông mỗi ngày. Bằng cách này, Roentgen có thể duy trì được tính liên tục của thử nghiệm. Để loại trừ ảo giác về thị giác, ông đã ghi lại những ánh sáng kỳ lạ này bằng một tấm cảm quang. Sau đó, ông sử dụng giấy, sách và bảng gỗ để tách các tấm cảm quang, những tia sáng này xuyên qua chúng một cách dễ dàng, như thể tất cả những vật thể đều trở nên trong suốt đối với nó.

Theo đó, bảy tuần trôi qua, lúc này ông mới chắc chắn về sự tồn tại của loại ánh sáng mới này. Vào tối ngày 22 tháng 12 năm 1895, ông thuyết phục vợ mình làm đối tượng thí nghiệm, khi vợ ông đưa một chiếc nhẫn ra trước màn hình, một hiện tượng gây sốc và kỳ quái đã xuất hiện, bà nhìn thấy những xương và khớp trên bàn tay của mình thông qua màn hình.

Tuy nhiên ban đầu bà không tin vào mắt mình, cho đến khi xác nhận lại sự tồn tại của chiếc nhẫn trên ngón áp út, vợ của Roentgen mới tin chắc rằng đây là hình ảnh bàn tay của mình. Và đây cũng là bức ảnh chụp X-quang cơ thể người đầu tiên! Lúc này Roentgen mới xác nhận rằng đây là thứ ánh sáng chưa từng có, có thể xuyên qua da thịt.

Khám phá của Roentgen gây chấn động thế giới

Vào ngày 28 tháng 12 năm 1895, Roentgen đã viết một bài báo với tiêu đề "Một tia sáng mới, báo cáo sơ bộ" và gửi nó tới Viện Vật lý và Y học Würzburg, trong đó ông đặt tên cho tia này là ký hiệu "X".

Ngày 23 tháng 1 năm 1896, ông đã công bố những phát hiện của mình trong bài giảng duy nhất tại viện của mình. Tại cuộc họp báo cáo, Roentgen đề nghị Crickell, một nhà giải phẫu học nổi tiếng tại Đại học Würzburg, đưa tay ra và để anh ta chụp X-quang ngay tại chỗ. Và khi bức ảnh xuất hiện, mọi người đã không khỏi kinh ngạc và vỗ tay tán thưởng.

Crickell ngay lập tức hào hứng đề xuất đặt tên cho tia này là "tia Roentgen". Sau này, người ta gọi đơn vị liều của tia X và tia γ là "roentgen". Kể từ đó, khám phá của Roentgen đã lan rộng khắp thế giới, gây ra một sự chấn động lớn mà thế giới chưa từng có trước đây.

Tất cả các viện nghiên cứu đều tranh nhau sao chép thiết bị thí nghiệm của Roentgen và lặp lại các thí nghiệm của ông ta. Tia X đã quét khắp thế giới trong một thời gian và trở thành mốt.

Một số người sử dụng tia X để chụp ảnh, thậm chí những người bán giày còn dùng cách này để quảng cáo và thử giày bằng tia X. Khi đó, con người hoàn toàn không biết đến sự nguy hiểm của tia X, và cho rằng đây là cảm giác tuyệt vời mà thượng đế mang lại cho loài người.

Sự phát triển đầu tiên của tham chiếu tia X là y học, đó là công nghệ soi huỳnh quang. Thông qua chiếu xạ tia X, mọi người có thể nhìn thấy những tổn thương nên nhìn thấu giải phẫu, giảm đau tốt hơn cho vô số người. Vào thời điểm đó, bác sĩ phẫu thuật nổi tiếng người Anh Thomas Henry đã gọi X-quang là "một trong những cột mốc vĩ đại nhất trong lịch sử chẩn đoán".

Với quan điểm nhạy bén và thái độ khoa học nghiêm túc, tỉ mỉ, Roentgen đã khám phá ra tia X, và từ đó những thay đổi sâu sắc đã diễn ra trong cuộc sống con người. Do đóng góp to lớn của Roentgen, năm 1901, ông đã đoạt giải Nobel Vật lý đầu tiên trong lịch sử khoa học nhân loại.

Tuy nhiên, cả đời Roentgen lại không bao giờ xin cấp bằng sáng chế cho phát minh của mình, đồng thời từ chối danh hiệu quý tộc do Kaiser Wilhelm II ban tặng. Ông vẫn âm thầm trau dồi kiến thức khoa học cho riêng mình như một người bình thường, dù đã đạt được nhiều thành tựu trong nhiều lĩnh vực, và đã giành được hơn 150 giải thưởng trong cuộc đời của mình, nhưng tất cả chúng đều bị lu mờ bởi ánh sáng của những khám phá về tia X.

Vào ngày 10 tháng 2 năm 1923, Roentgen qua đời tại Munich, nhưng tinh thần của ông vẫn sống mãi.