Nikola Tesla en de ontdekking van röntgenstraling

Inleiding

Elke radioloog is op de hoogte van Nikola Teslas onderzoek op het gebied van elektromagnetisme. De eenheid van magnetische fluxdichtheid van het International System (SI), de Teslacon magnetische resonantie-imager (Technicare, Solon, Ohio) en Teslascan mangaan contrastmiddel (GE Healthcare, Waukesha, Wis) zijn allemaal naar hem vernoemd. Zonder zijn andere uitvindingen, zoals de wisselstroomvoeding, de Tesla-Knott-generator en fluorescentielampen in kijkkasten, is het onmogelijk om je een werkdag op een hedendaagse radiologieafdeling voor te stellen (, 1). Maar als de ontdekking van röntgenstraling wordt genoemd, associëren slechts een paar radiologen dit met de naam van Tesla.

Early Days

Nikola Tesla (, Fig 1 ) werd geboren in 1856 in het kleine dorpje Smiljan, Kroatië. Na het afronden van de middelbare school in Kroatië, vervolgde hij zijn opleiding tot ingenieur in Graz, Oostenrijk, tot 1878. Vier jaar later verhuisde hij naar Parijs, Frankrijk, en begon hij te werken voor de Continental Edison Company. In 1884 emigreerde hij naar de Verenigde Staten, waar hij voor het eerst met Thomas Edison begon te werken, maar kort daarna vormde hij zijn eigen Tesla Corporation als concurrent van Edisons bedrijf. Hij patenteerde ongeveer 300 uitvindingen wereldwijd, waarvan er vele nog steeds beroemd zijn. Teslas experimenten met “schaduwgraphs” en zijn observaties van de biologische effecten van röntgenstralen zijn echter niet goed bekend, zelfs niet onder radiologen.

Een mysterieuze ontdekking

Tesla meldde dat hij, gedreven door zijn observatie van mysterieuze schade aan fotografische platen in zijn laboratorium, zijn onderzoek naar röntgenstraling (toen nog onbekend en naamloos) begon in 1894 (, 2). Afgezien van experimenten met de Crookes buis, vond hij zijn eigen vacuümbuis uit (, Fig 2), een speciale unipolaire röntgenlamp. Het bestond uit een enkele elektrode die elektronen uitzond. Er was geen doelelektrode; daarom werden elektronen versneld door pieken van de elektrische veld geproduceerd door de Tesla-hoogspanningsspoel. Zelfs toen realiseerde Tesla zich dat de bron van röntgenstraling de plaats was van de eerste impact van de kathodische stroom in de lamp (, 4), die ofwel de anode in een bipolaire buis of de glazen wand in de unipolaire buis die hij heeft uitgevonden. Deze vorm van straling wordt tegenwoordig Bremsstrahlung of remmende straling genoemd. In hetzelfde artikel stelde hij dat de kathodestroom uit zeer kleine deeltjes (dwz elektronen) bestond. Zijn idee dat de geproduceerde stralen minuscule deeltjes waren (, 5) was helemaal niet verkeerd; vele jaren later beschreven natuurkundigen de deeltjeseigenschappen van elektromagnetische stralingsquanta, fotonen genaamd. Om verhitting en smelten van de glazen wand van zijn röntgenlamp te voorkomen, ontwierp Tesla een koelsysteem op basis van een koude luchtstoot langs de buis, evenals op het tegenwoordig algemeen aanvaarde oliebad rond de buis (, 6). / p>

Eerste röntgenfotos

Het lijkt er ook op dat hij de eerste röntgenfoto in de Verenigde Staten heeft gemaakt toen hij probeerde een foto van Mark Twain te maken met de vacuümbuis. Verrassend genoeg toonde de resulterende afbeelding in plaats van Twain de schroef voor het aanpassen van de cameralens (, 7). Later slaagde Tesla erin om afbeeldingen van het menselijk lichaam te verkrijgen, die hij schaduwgrafieken noemde (, figuur 3). Tesla stuurde zijn fotos naar Wilhelm Conrad Roentgen kort nadat Roentgen zijn ontdekking op 8 november 1895 had gepubliceerd. Hoewel Tesla Roentgen de eer gaf voor de vondst, feliciteerde Roentgen Tesla met zijn verfijnde fotos en vroeg zich af hoe hij zulke indrukwekkende resultaten had bereikt (, Fig. ) (, 7). Bovendien beschreef Tesla enkele klinische voordelen van röntgenstralen – bijvoorbeeld bepaling van de positie van vreemd lichaam en detectie van longziekten (, 8) – waarbij hij opmerkte dat dichtere lichamen ondoorzichtiger waren voor de stralen (, 9).

Verdere röntgenonderzoeken

Tesla experimenteerde ook met gereflecteerde röntgenstralen, waarbij verschillende materialen als reflecterende oppervlakken werden gebruikt en kenmerken van doorgelaten en gereflecteerde stralen werden beschreven (, 3, 5, 10) . Hij dacht dat het praktische doel van de gereflecteerde röntgenstralen was om de kwaliteit van de schaduwafbeelding te verbeteren door de objectfilmafstand te vergroten en de belichtingstijd te verkorten. Hij was teleurgesteld toen hij zag dat lenzen geen breking van röntgenstralen veroorzaakten (, 3). Later werd duidelijk dat röntgenstralen niet kunnen worden gebroken door optische lenzen vanwege hun hoge frequentie. Max von Laue slaagde er in 1912 echter in om röntgenstraling af te wijken met behulp van kristallen lenzen (, 11). Tesla verklaarde dat veranderingen in röntgenkenmerken werden veroorzaakt door variaties in röntgenbuizen en elektrische generatoren (, 12). Hij realiseerde zich terecht dat sterke schaduwen alleen kunnen worden geproduceerd bij grote objectfilmafstanden en met korte belichtingstijden (, 5). Bovendien merkte hij op dat bollen met dikke wanden stralen produceerden met een groter doordringend vermogen (, 8), wat later werd verklaard door de langere vertraging van elektronen op de dikkere barrière.

Tesla was ook een van de eersten die commentaar gaf over de biologische gevaren van het werken met unipolaire röntgenbuizen, waarbij de schadelijke effecten op de huid worden toegeschreven aan de ozon en het salpeterigzuur dat door de stralen wordt gegenereerd, in plaats van aan de ioniserende effecten van de straling (, 8,, 13). Hij beschreef acute huidveranderingen zoals roodheid, pijn en zwelling, evenals late gevolgen zoals haaruitval en nieuwe nagelgroei. Hij vergeleek plotselinge pijn en irritatie van de ogen tijdens het werken met röntgenstralen met de ervaring van het stappen vanuit een donkere kamer in fel zonlicht (, 5, 8). Deze pijn en irritatie werden beschouwd als het gevolg van vermoeide ogen als gevolg van langdurige observatie van het fluorescerende scherm in het donker. Tesla begreep de drie belangrijkste elementen van stralingsbescherming: afstand, tijd en afscherming. Hij ontdekte dat voldoende afstand tot de röntgenbron een nuttige veiligheidsfactor was. In plaats van de plotselinge afname van de schadelijke effecten van straling te verklaren aan de hand van de inverse kwadratenwet, schreef hij deze toe aan lagere ozonconcentraties (, 14). Tesla adviseerde mensen die op zeer korte afstanden van de buis werkten (bijv. Chirurgen) om de blootstellingstijd te verkorten tot maximaal 2 à 3 minuten (, 15). Hij probeerde ook een beschermend schild te maken van aluminiumdraden die met de grond waren verbonden.

Een ongelukkige wending

De belangrijkste reden waarom Teslas bijdrage aan de ontdekking van röntgenfotos die niet beter bekend zijn geworden, is dat veel van zijn werk verloren ging toen zijn laboratorium in New York op 13 maart 1895 afbrandde (, 16). Niettemin zijn er veel getuigenissen die zijn nalatenschap van de uitvinding van röntgenstraling bevestigen. Vanaf 11 maart 1896 (, 12) publiceerde Tesla een reeks artikelen over het onderwerp röntgenstraling en hun biologische gevaren in Electrical Review, New York. Er werden maar weinig geheimen onthuld toen hij in 1897 een lezing hield voor de New York Academy of Sciences (2), waarin hij tot op zekere hoogte zijn primaat in röntgenonderzoek bevestigde. Hij bevestigde publiekelijk dat hij sinds 1894 onafhankelijk onderzoek naar dit onderwerp had gedaan, dat helaas was onderbroken door de brand in zijn laboratorium. Hij uitte ook zijn spijt dat hij te laat besefte dat hij, ondanks ingegeven door zijn leidende geest, de mysterieuze tekenen ervan niet had begrepen …

Nikola Tesla stierf in 1943 in New York. We zullen het nooit doen weten wie de Nobelprijs zou hebben gekregen voor de ontdekking van röntgenstraling als Teslas werk niet samen met zijn laboratorium in New York verloren was gegaan. Het minste wat we kunnen doen is Teslas pionierswerk bij de uitvinding en toepassing van röntgenstraling waarderen. p>