Röntgen felfedezése óta látunk bele az emberi testek titkaiba

Édesapja Friedrich Conrad Röntgen posztógyáros volt, mivel édesanyja Charlotta Contanza Frowein pedig holland felmenőkkel rendelkezett, ezért a családfő 1848-ban áttelepítette gyárát a hollandiai Apeldoornba, majd maguk is odaköltöztek. Gyermekként a kis Röntgen ott végezte el az általános iskolát, majd Utrechtben egy ipariskolába került, de érettségije előtt három hónappal kizárták az iskolából, mert egyik diáktársa tanárukról karikatúrát rajzolt fel a táblára, ami elnyerte Röntgen tetszését is, majd amikor fegyelmi vizsgálat lett az ügyből, nem volt hajlandó megnevezni az elkövetőt. Igaz, később a tantestület megengedte neki, hogy magánúton leérettségizzen, de megbukott görögből és latinból. Keresnie kellett olyan főiskolát, mégpedig német nyelvterületen, ahová érettségi nélkül is szerezhet felvételt, ezért Zürichbe ment, és ott beiratkozott a helyi műszaki főiskolára. A felsőfokú intézmény jó hírnévnek örvendett, ott végzett többek között Albert Einstein is, Röntgen ott megemberelte magát, és 1868-ban megszerezte gépészmérnöki diplomáját.

Tanulmányai alatt a fizika felé fordult

Még főiskolás korában előszeretettel hallgatta Rudolf Clausius (német fizikus és matematikus, a termodinamika tudományának egyik fő megalapozója) előadásait a kinetikus gázelméletekről. Ez a gázok tulajdonságait az alkotó atomok és molekulák mozgása alapján magyarázza elemi statisztikus meggondolások segítségével. A nagy német tudós közrejátszhatott abban, hogy Röntgent egyre inkább a fizika kezdte érdekelni. Miután Clausius nyugdíjba ment, helyére August Kundt kísérleti fizikust nevezték ki, aki rögtön bevezette a fizikai laboratóriumi gyakorlatot, majd hamarosan felfigyelt Röntgen tehetségére. Kundt rábeszélte Röntgent, hogy folytassa fizikai tanulmányait és szerezze meg a fizika tudomány doktori címét, amit Röntgen 1869-ben meg is valósított. A doktori cím megszerzése után annak az August Kundtnak lett az asszisztense, aki akkor már korának egyik legismertebb hang-, fény- és gázelméleti fizikusának számított. 1869-ben Kundttal együtt a würzburgi egyetemre ment át, de a fizetése kevés volt, így apjának anyagilag rendszeresen támogatnia kellett.

1872. január 19-én összeházasodott Anna Bertha Ludwiggal, egy zürichi vendéglős lányával, majd még abban az évben Strasbourgba ment, ahol Röntgen megkapta a magántanári címet. Ezzel az oktatási engedéllyel 1873–1874-ben a hohenheimi mezőgazdasági főiskolára került rendes tanárnak, később pedig a professzori címet is megszerezte fizikából és matematikából.

Három fizikai témakör is érdekelte

Ahol tanított, ott nem volt fizikai laboratórium, ezért 1876-ban visszament Strasbourgba, és mint a fizika professzora folytatta kísérleteit Kundttal. Az ozmózisjelenséget kutatták, majd a levegő fajhőjét mérte állandó nyomáson és térfogaton. Az ozmózis egy olyan folyamat, amelyben az oldószer két, féligáteresztő membránnal elválasztott, különböző koncentrációjú oldat között áramlik. Az oldószer a hígabb oldatból a töményebb felé vándorol. Az ozmózis megáll, ha a két oldat koncentrációja egyenlővé válik, vagy ha kellő nyomás helyeződik a hártya nagyobb koncentrációjú oldalán lévő oldatra. Röntgen továbbá azt kutatta, hogyan hat a mágneses tér a polarizált fényre kénhidrogén gázban, valamint az elektromos tér a polarizált fényre különböző folyadékokban. Eredményei szakmai körökben már akkor is nagy feltűnést keltettek, neve egyre ismertebbé kezdett válni a fizikusok körében.

Elektrooptikai kísérletekkel 1888-ban kimutatta, hogy a saját töltés nélküli di­elektrikum (elektromosan szigetelő anyag, ami azt jelenti, hogy rossz az elektromos vezetőképessége, mert nincsenek benne szabad töltéshordozók) állandó elektromos mezőben elektromos áramot gerjeszthet. Ezt a hatást Röntgen-áramnak nevezték el.

E felfedezése után meghívták oktatónak a jénai, majd az utrechti egyetemre is, de ezeket az ajánlatokat már nem fogadta el.

Itt is volt magyar szál – az X sugár

Wilhelm Röntgen 1894-ben kezdte a katódsugárzás kutatását, amihez eleinte Lénárd-féle kisülési csövet használt. Lénárd Fülöp osztrák–magyar fizikus, egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia tagja, korának egyik legkiválóbb kísérleti fizikusa volt, ő az első magyar származású Nobel-díjas tudós.

Lénárd is a katódsugarak (a katódsugárcsőben kialakuló elektronsugárzás hagyo­mányos elnevezése) tulajdonságait kutatta. Sikerült a katódsugarakat a nagyon ritka gázzal töltött kisülési csőből egy vékony fémfólián át kivezetnie, ez a kivezető nyílás lett az úgynevezett „Lénárd-ablak”.

1895. november 8-ról 9-re virradó éjszaka kísérleteinek ismétlése közben Röntgen felfigyelt arra, hogy az üzemeltetett kisülési cső mellett fekete kartonpapírban tárolt fényképezőlemezeken előhívásuk után meg nem magyarázható feketedések látszottak... Elkezdte vizsgálni ennek okát. Folytatta kísérleteit, először a kisülési csőben az elektromos kisülést kísérő fényjelenségek kiszűrésére a csövet nem átlátszó fekete kartonpapírba csomagolta, így próbálta vizsgálni a katódsugár által előidézett fényt.

Amikor a szikrainduktort a csőre kapcsolta, azt tapasztalta, hogy a sötét laboratóriumban a cső közelében lévő, bárium-platina-cianiddal bevont papírlemez-ernyő fluoreszkálni kezd, azaz fényforrásként viselkedik. Ezután a cső és a világító papírlemez közzé egy deszkát, valamint a jegyzetfüzetet helyezett el, de akkor is világított, csak haloványabban.

Amikor viszont a saját kézfejét helyezte a cső és papírlemez közé, a lemezen a kézcsontjainak árnyképe volt látható. Miután a kisülési csőről lekapcsolta a feszültséget, akkor a fényforrás megszűnt. Többhetes kutatómunka után Röntgen megállapította, hogy a cső egy meghatározott részéből egyenes vonalban lép ki a sugárzás. Rájött, hogy az új sugarat – amit X sugárnak nevezett el – eltérő mértékben nyelik el a különböző anyagok, a fényhez hasonlóan egyenesen terjed, hatása fényképfelvételeken rögzíthető. Azt is felfedezte, hogy az X sugár számos, nem átlátszó tárgyon, valamint az emberi testen is áthatol. Felesége kezéről készítette el az első felvételt, a képen tisztán látszottak a csontok és a karikagyűrű.

A felfedezése nagy feltűnést keltett

Röntgen felfedezéséről szóló közleményét 1895. december 28-án adta át a Würzburgi Fizikai-Orvosi Társulatnak, ami csak 1896 elején jelent meg, de híre nagyon gyorsan világszerte elterjedt, és hatalmas feltűnést keltett. Röntgen több nagy sikerű előadást is tartott az X sugárról, különböző elismerést kapott, egyebek között Bajorország kitüntetését, amely nemesi rangra jogosította volna, de nem élt vele. Szabadalmát sem adta el. Akkor többen is javasolták, hogy a sugarat nevezzék el Röntgen-sugárnak, amihez mindenki pozitívan viszonyult, de az angol nyelvterületen a kiejtési nehézségek miatt megmaradt az eredeti X-sugárzás elnevezés. Röntgen közben tovább dolgozott, és megállapította, hogy a levegő és a többi gázok az X sugarak hatására ionizálódnak, így elektromos vezetővé válnak, ez alapján készítették el később az egészségügyben használt röntgencsöveket. Ezek a röntgencsövek képezik annak a röntgensugárzónak a fő részét, amelynek célja a röntgensugárzás előállítása.

Az X sugarakról írt utolsó értekezésében rögzítette, hogy a csőből kijövő sugarak tulajdonságai erősen függnek a csőre kapcsolt feszültségtől, áthatoló képességük nő, ha a katódsugárcsőben növelik a feszültséget. A sugarakat nem térítette el sem elektromos, sem pedig mágneses tér, tehát alapvetően különböztek a katódsugárzástól. Megállapította, hogy a sugarak a levegőben szóródnak, így egyúttal ionizálják a gázt. Ionizációnak nevezzük azt a folyamatot, amikor egy atomból vagy molekulából elektromos töltéssel rendelkező ion keletkezik elektromosan töltött részecskék (elektronok vagy ionok) hozzáadásával vagy elvételével.

Röntgen felfedezéséért 1901-ben elsőként kapta meg a fizikai Nobel-díjat

Röntgen felfedezéséért 1901-ben elsőként kapta meg a fizikai Nobel-díjat. A kapott díjjal járó összeget a Würzburgi Egyetemnek ajánlotta fel.

1923. február 10-én, 78 éves korában hunyt el bélrákban, valószínű, hogy a betegsége kialakulásában közrejátszottak kísérletei is.

Ma az ő nevét viseli a besugárzási dózis alapegysége, a röntgen (1 R=0,000258 C/kg).

Az emberiség rengeteget köszönhet neki!

Felhasznált irodalom:

Fehér György: Röntgen, Wilhelm Conrad. In: Vészits Ferencné (szerk.): A Nobel-díjasok kislexikona. Gondolat, Budapest, 1974.

https://cultura.hu/kultura/wilhelm conrad rontgen 175 eve szuletett/.

Dr. Budó Ágoston, dr. Mátrai Tibor: Kísérleti fizika III., Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest, 1999.

http://protec.co.hu/roentgen/Wilhelm Conrad rontgen.htm.

Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete, Gondolat Kiadó, Budapest, 1981.

A sugárzás „mellékhatásai”

Röntgen az első olyan eszközt adta az orvosok kezébe, amely lehetővé teszi, hogy tényleg belelássanak a pácienseikbe. Arra is viszonylag hamar rá kellett jönni, hogy sajnos súlyos „mellékhatásai” is vannak. Az első röntgenorvosokra nem volt jellemző a természetes halál. De napjainkban már tudunk vigyázni, és nem csak a páciensek, az orvosok sem kapnak nagy sugárdózisokat.

Azóta sokat fejlődött a „belelátás”, és számtalan egyéb módszer is lehetővé teszi a képalkotást. Némelyik ma is a „jó öreg” röntgensugárzást alkalmazza, némi számítógépes támogatással. Ilyen például a CT. Sok eljárás azonban egészen más lehetőségeket használ.