Горячая трубка Кулиджа

Вскоре после того, как Рентген объявил о своем открытии, ученые, последовавшие по его стопам, начали обдумывать способы технического усовершенствования рентгеновского оборудования, чтобы получать более четкие снимки, уменьшить длительность облучения и сделать так, чтобы лучи глубже проникали в тело. Сделать снимок кисти было легко: рука сравнительно плоская, тонкая, и ее легко держать неподвижно длительное время.

Однако запечатлеть органы, расположенные глубоко внутри, в грудной или брюшной полостях, намного сложнее. Технические усовершенствования позволили рентгенологам первого десятилетия получить снимки внутренних органов, но главными сдерживающими факторами оставались качество изображения и длительность облучения. А они зависели в основном от технических характеристик самой рентгеновской трубки.

Основной проблемой ранних трубок, вроде трубки Крукса, оказалось то, что они не были вакуумными. В них уже содержалось какое-то количество молекул газа. В этом были свои плюсы и минусы. С одной стороны, молекулы газа были необходимы для создания лучей, учитывая, что их столкновение с катодом создавало катодные лучи, которые, в свою очередь, сталкиваясь с анодом, создавали лучи рентгеновские. С другой стороны, остаточные молекулы газа обусловливали проблему: при многократном использовании они меняли состав самой стеклянной трубки и нарушали ее способность генерировать лучи. Чем больше лучей вырабатывала трубка, тем меньше становилась их интенсивность, что приводило к более низкому качеству изображения. В результате трубки со временем становились непредсказуемыми. Однажды Вильгельм Рентген даже отметил в письме: «Я не хочу связываться ни с чем, имеющим отношение к свойствам трубки, потому что эти предметы еще более капризны и непредсказуемы, чем женщины».

Для компенсации технических недостатков первых рентгеновских трубок было предложено немало остроумных изобретений, однако переломный момент — который некоторые специалисты называют «единственным важным событием в истории рентгенологии» — наступил лишь 20 лет спустя.

В 1913 г. Уильям Кулидж, работавший в исследовательской лаборатории компании General Electric, разработал первую так называемую горячую рентгеновскую трубку, которую позже назвали трубкой Кулиджа. Опираясь на свои предыдущие исследования, Кулидж догадался, что можно сделать катод из вольфрама, имеющего самую высокую температуру плавления из всех металлов. При нагревании вольфрамового катода путем пропускания через него электрического тока низкого напряжения вокруг катода образовывались свободные электроны, которые при включении тока высокого напряжения с большой скоростью устремлялись к аноду в виде катодных лучей. Чем сильнее был нагрет катод, тем больше лучей можно было получить. Таким образом, создание катодных лучей с помощью тепла, а не столкновения молекул газа позволяло работать в идеальном вакууме.

Благодаря этому и другим изменениям в дизайне трубка Кулиджа не только оказалась более стабильной (и производила последовательные и однородные лучевые волны), но и позволяла контролировать интенсивность луча и глубину его проникновения. Интенсивность лучей контролировали, меняя температуру катода, а глубину проникновения — меняя силу напряжения в трубке. Наконец, работающая в вакууме трубка Кулиджа была менее капризной и могла функционировать почти бессрочно, если только не разбивалась и не получала других серьезных повреждений.

К середине 1920-х трубка Кулиджа в целом вытеснила старую трубку, наполненную газом. Кроме того, позже Кулидж разработал усовершенствования, позволяющие задействовать более высокое напряжение и получать более высокую частоту рентгеновских лучей. Это привело к развитию так называемой глубокой терапии, в ходе которой лучами лечили глубоко расположенные ткани, не нанося при этом вреда внешним кожным покровам.

Благодаря разработкам Кулиджа использование рентгеновских лучей в диагностической и терапевтической медицине широко распространилось во всем мире.

Принцип работы горячей трубки Кулиджа по-прежнему лежит в основе современных рентгеновских аппаратов.

Джон Кейжу. Открытия, которые изменили мир.