Nikola Tesla i odkrycie promieni rentgenowskich

Wprowadzenie

Każdy radiolog jest świadomy badań Nikoli Tesli w dziedzinie elektromagnetyzmu. Jego imieniem nazwano jednostkę International System (SI) gęstości strumienia magnetycznego, aparat do rezonansu magnetycznego Teslacon (Technicare, Solon, Ohio) i manganowy środek kontrastowy Teslascan (GE Healthcare, Waukesha, Wis). Bez innych jego wynalazków, takich jak zasilanie prądem przemiennym, generator Tesli-Knott i lamp fluorescencyjnych w okienkach widokowych, nie sposób wyobrazić sobie nawet dnia pracy na współczesnym wydziale radiologii (, 1). Ale jeśli wspomina się o odkryciu promieni rentgenowskich, tylko kilku radiologów kojarzy je z imieniem Tesli.

Early Days

Nikola Tesla (, ryc. 1 ) urodził się w 1856 roku w małej wiosce Smiljan w Chorwacji. Po ukończeniu szkoły średniej w Chorwacji kontynuował naukę inżynierii w austriackim Grazu do 1878 roku. Cztery lata później przeniósł się do Paryża we Francji i rozpoczął pracę w firmie Continental Edison. W 1884 roku wyemigrował do Stanów Zjednoczonych, gdzie po raz pierwszy rozpoczął współpracę z Thomasem Edisonem, ale wkrótce potem założył własną Korporację Tesla, która była konkurencją dla firmy Edisona. Opatentował około 300 wynalazków na całym świecie, z których wiele jest znanych do dziś. Jednak eksperymenty Tesli z „cieniami” i jego obserwacje biologicznych skutków promieni rentgenowskich nie są dobrze znane, nawet wśród radiologów.

Tajemnicze odkrycie

Tesla poinformował, że kierując się obserwacją tajemniczych uszkodzeń klisz fotograficznych w swoim laboratorium, rozpoczął badanie promieni rentgenowskich (wówczas jeszcze nieznanych i nienazwanych) w 1894 r. (2). Oprócz eksperymentów z użyciem Crookes lampę, wynalazł własną lampę próżniową (rys. 2), która była specjalną jednobiegunową żarówką rentgenowską. Składała się z pojedynczej elektrody, która emitowała elektrony. Nie było elektrody docelowej, dlatego elektrony były przyspieszane przez szczyty elektryczne pola wytwarzanego przez wysokonapięciową cewkę Tesli. Nawet wtedy Tesla zdawał sobie sprawę, że źródłem promieni rentgenowskich było miejsce pierwszego uderzenia „strumienia katodowego” wewnątrz żarówki (4), który był albo anodą w bipolarna tuba lub szklana ściana w jednobiegunowej tubie, którą wynalazł. Obecnie ta forma promieniowania jest znana jako Bremsstrahlung lub promieniowanie hamowania. W tym samym artykule stwierdził, że strumień katodowy składa się z bardzo małych cząstek (tj. Elektronów). Jego pomysł, że wytwarzane promienie były drobnymi cząstkami (, 5), wcale nie był błędny; wiele lat później fizycy opisali właściwości cząstek kwantów promieniowania elektromagnetycznego zwanych fotonami. Aby uniknąć nagrzania i stopienia szklanej ściany swojej żarówki rentgenowskiej, Tesla zaprojektował system chłodzenia oparty na zimnym podmuchu powietrza wzdłuż rury, a także na dzisiejszej powszechnie akceptowanej kąpieli olejowej otaczającej rurkę (, 6).

Pierwsze zdjęcia rentgenowskie

Wydaje się również, że pierwsze zdjęcie rentgenowskie wykonał w Stanach Zjednoczonych, kiedy próbował uzyskać zdjęcie Marka Twaina za pomocą lampy próżniowej. O dziwo, zamiast pokazywać Twaina, otrzymany obraz pokazał śrubę do regulacji obiektywu aparatu (, 7). Później Tesli udało się uzyskać obrazy ludzkiego ciała, które nazwał cieniami (ryc. 3). Tesla wysłał swoje zdjęcia do Wilhelma Conrada Roentgena wkrótce po tym, jak Roentgen opublikował swoje odkrycie 8 listopada 1895 roku. Chociaż Tesla w pełni przypisał Roentgenowi uznanie za odkrycie, Roentgen pogratulował Tesli jego wyrafinowanych zdjęć, zastanawiając się, jak osiągnął tak imponujące wyniki (, Ryc. ) (, 7). Co więcej, Tesla opisał pewne kliniczne korzyści promieni rentgenowskich – na przykład określenie pozycji ciała obcego i wykrywanie chorób płuc (8) – zauważając, że gęstsze ciała są bardziej nieprzezroczyste dla promieni (9).

Dalsze badania rentgenowskie

Tesla eksperymentował również z odbitymi promieniami rentgenowskimi, używając różnych materiałów jako powierzchni odbijających i opisując cechy promieni przechodzących i odbitych (3, 5, 10) . Uważał, że praktycznym celem odbitych promieni rentgenowskich jest poprawa jakości wykresu cieniowego poprzez zwiększenie odległości obiekt-film i skrócenie czasu naświetlania. Był rozczarowany obserwacją, że soczewki nie powodują załamania promieni rentgenowskich (3). Później zrozumiano, że promienie rentgenowskie nie mogą być załamywane przez soczewki optyczne ze względu na ich wysoką częstotliwość. Jednak Max von Laue zdołał odchylić promienie rentgenowskie za pomocą soczewek kryształowych w 1912 roku (11). Tesla wyjaśnił zmiany w charakterystyce promieniowania rentgenowskiego jako spowodowane zmianami w lampach rentgenowskich i generatorach elektrycznych (12). Prawidłowo zdał sobie sprawę, że silne cienie można uzyskać tylko przy dużych odległościach obiekt-film i przy krótkich czasach naświetlania (, 5). Co więcej, zauważył, że żarówki o grubych ściankach wytwarzają promienie o większej sile penetracji (8), co później wyjaśniono dłuższym opóźnieniem elektronów na grubszej barierze.

Tesla był również jednym z pierwszych, którzy skomentowali na temat zagrożeń biologicznych związanych z pracą z jednobiegunowymi lampami rentgenowskimi, przypisując szkodliwy wpływ na skórę ozonowi i kwasowi azotawemu wytwarzanemu przez promienie, a nie jonizującym efektom promieniowania (8, 13). Opisał ostre zmiany skórne, takie jak zaczerwienienie, ból i obrzęk, a także późne konsekwencje, takie jak wypadanie włosów i nowy wzrost paznokci. Porównał nagły ból i podrażnienie oczu podczas pracy z promieniami rentgenowskimi do doświadczenia wychodzenia z ciemnego pokoju w jasne światło słoneczne (5, 8). Ten ból i podrażnienie uznano za konsekwencję zmęczenia oczu w wyniku długotrwałej obserwacji ekranu fluorescencyjnego w ciemności. Tesla rozumiał trzy główne elementy ochrony przed promieniowaniem: odległość, czas i ekranowanie. Odkrył, że odpowiednia odległość od źródła promieniowania rentgenowskiego jest użytecznym czynnikiem bezpieczeństwa. Zamiast wyjaśniać nagłe osłabienie szkodliwych skutków promieniowania na podstawie prawa odwrotnych kwadratów, przypisał to jednak niższym stężeniom ozonu (14). Tesla radził osobom pracującym w bardzo małych odległościach od tuby (np. Chirurdzy) skrócić czas ekspozycji do maksymalnie 2-3 minut (15). Próbował również skonstruować osłonę ochronną wykonaną z drutów aluminiowych podłączonych do ziemi.

Niefortunny zwrot

Głównym powodem, dla którego Tesla przyczynił się do odkrycia promieni rentgenowskich nie stało się lepiej znane, to fakt, że znaczna część jego pracy została utracona, gdy jego laboratorium w Nowym Jorku spłonęło 13 marca 1895 roku (16). Niemniej jednak istnieje wiele świadectw potwierdzających jego dziedzictwo po wynalezieniu promieni rentgenowskich. Począwszy od 11 marca 1896 r. (12) Tesla opublikował serię artykułów na temat promieni rentgenowskich i ich zagrożeń biologicznych w Electrical Review w Nowym Jorku. Niewiele tajemnic zostało ujawnionych, gdy wygłosił wykład przed nowojorską Akademią Nauk w 1897 r. (2), w którym potwierdził w pewnym stopniu swój prymat w badaniach rentgenowskich. Potwierdził publicznie, że samodzielne badania na ten temat prowadzi od 1894 r., Które niestety przerwał pożar w jego laboratorium. Wyraził także ubolewanie, że zbyt późno zdał sobie sprawę, że pomimo zachęty przez swojego „ducha przewodnika” nie zdołał zrozumieć jego tajemniczych znaków …

Nikola Tesla zmarł w 1943 roku w Nowym Jorku. wiem, kto dostałby nagrodę Nobla za odkrycie promieni rentgenowskich, gdyby praca Tesli nie zaginęła wraz z jego nowojorskim laboratorium. Możemy przynajmniej docenić pionierską pracę Tesli w zakresie wynalezienia i zastosowania promieni rentgenowskich.