גילוי קרינת הרנטגן

 פוסט אורח – פרופ' הדר שטיינברג, מכון רקח לפיסיקה, האוניברסיטה העברית

היום הוא ה-28 בדצמבר.

היום לפני 126 שנה, התפרסם מאמר בכתב העת של ״החברה הפיסיקלית רפואית של וירצבורג״. המאמר מדווח על אחת מן התגליות שהתניעו את מהפכת הפיסיקה של המאה ה-20, תגלית שלימים תציל את חייהם של רבים. כותב המאמר הוא אחד בשם ווילהלם קונרד רנטגן, פיסיקאי בן חמישים מאוניברסיטת וורצבורג.

במעבדה של רטנגן היתה שפופרת זכוכית. שפופרות זכוכית כאלה נקראו ״קרוקס״ או ״היטורף״ והיו אמצעי נסיוני חשוב במאה ה-19. בתקופה זו פיסיקאים רבים חקרו תופעות של פריקות חשמליות בשפופרות ואקום – אלה היו מיכלי זכוכית קטנים, שאלקטרודות חשמליות מוחדרות מ-2 קצותיהם. מבחינה טכנולוגית, היכולת לייצר שפופרות זכוכית מתוחכמות כבר היתה קיימת בעת ההיא, אבל היכולת לשאוב את החלל ולהגיע לריק משמעותי היתה עדיין בחיתוליה (השתמשו בטפטוף כספית כדי לשאוב). כדי לייצר מתח חשמלי, השתמשו בבטריות ענקיות שדרשו תחזוקה מורכבת.

בערבו של ה-8 בנובמבר 1895, הפעיל רנטגן תהליך פריקה במתח חשמלי גבוה בשפופרת הואקום. הוא כיסה את השפופרת בכיסוי אטום לאור. החדר היה חשוך לחלוטין. במרחק מסויים מהשפופרת היה גליון נייר מצופה בחומר זרחני, רגיש לאור. להפתעתו הרבה, רנטגן הבחין בנצנוצים מופיעים על פני הנייר.

רנטגן ניסה לברר מה מקור הנצנוצים. אור לא יכול לחדור את הכיסוי האטום של השפופרת. כמו כן, בעת ההיא כבר הכירו את ה״קרניים הקתודיות״ – למעשה, אלקטרונים שזורמים בין האלקטרודות – ואף אלה, הוא הניח, אינם יכולים להגיע לנייר. רנטגן סובב את הנייר, כך שהצד המכוסה בחומר הזרחני פונה הלאה מהשפופרת. גם כאן, הוא גילה נצנוצים. רנטגן המשיך. הוא הציב מספר עצמים בין השפופרת לבין הנייר… עדיין המשיכו הנצנוצים. וכעת מגיע רגע היסטורי… רנטגן הניח את ידו לפני הנייר. הוא הבחין בצלליות. אלה היו הצלליות של העצמות שלו.

בשלב זה הוא הבין שיד המקרה זימנה לו תגלית גדולה. רנטגן אמר לאשתו שהוא ״עובד על משהו חשוב״, ביקש שלא יפריעו לו, וצלל לסדרה קדחתנית של ניסויים שנמשכו מספר שבועות. אני מאמין שהוא ידע שעשרות חוקרים אחרים, בעלי אותה טכנולוגיה בדיוק, יכולים לשחזר במדויק את הניסוי שלו אם רק ידעו. לימים יאמר שפשוט נדרש לו זמן כדי להאמין למראה עיניו. הוא היה חייב להשתכנע לחלוטין בקיומן של אותן קרניים חדשות, מסתוריות, שנפלטו מהשפופרת שלו. לבסוף, הוא הצליח לבצע חשיפה מבוקרת של לוח צילום, שהראה באופן שאינו משתמע לשתי פנים את התמונה – של עצמות כף היד שלו.

רנטגן הגיש את המאמר המסכם את תצפיותיו ב-28 בדצמבר, 1895. היום לפני 126 שנים. המאמר התפרסם, מיד, ב״כתב העת של החברה הפיסיקלית – רפואית של וורצבורג״. המאמר הוא מלאכת מחשבת של כתיבה פשוטה, ישירה. לשון המאמר היא טכנית מעט, ומיועדת בעליל לקהילת המדענים העוסקים בתחומו. המאמר שכתב במקור בגרמנית. התרגום האנגלי של הפסקאות הראשונות נראה כך:

“if we pass the discharge from a large Ruhmkorff coil through a Hittorf … and cover the tube with a … mantle, we observe in a completely darkened room that a paper screen covered with barium-platinum-cyanide lights up brilliantly and fluoresces…”

במאמר, רנטגן ממשיך ומתאר את התוצאות של 7 השבועות המפרכים של עבודתו: עצמים מסויימים הינם שקופים לקרניים החדשות שלו, בדרגות שונות. לוחות צילום מגלים רגישות לקרניים, שאותן הוא כינה ״קרני x״. הוא לא הצליח לזהות השתקפויות של הקרניים. כמו כן, הן לא הושפעו משדות מגנטיים.

רנטגן מגלה גם שמקור הקרניים הוא במשטח המתכתי אשר אליו מואצים האלקטרונים (אנודה). שנים רבות אחר כך יבינו הפיסיקאים שמקור הקרניים כרוך במבנה האטום: האטום בנוי מקליפות שבהן סדורים אלקטרונים ברמות אנרגיה שונות. כפי שיתברר בהמשך, במקרה של אטומים גדולים, יש אלקטרונים שסובבים קרוב מאד לגרעין. פערי האנרגיה בין אלקטרונים אלה הם עצומים. מה שעשה רנטגן, מבלי לדעת, הוא לספק אנרגיה שמאפשרת לחלץ אלקטרון מאותן ״רמות ליבה״. זמן קצר מאוד לאחר שאלקטרון כזה ״נבעט״ החוצה, דועך אלקטרון אחר, מרמה גבוהה יותר, ופולט קרן x.

את כל זה רנטגן לא ידע. הוא צפה בקרניים, התחיל להבין את משמעותן היישומית, אך היה רחוק מאד מהבנה של התהליכים ברמה האטומית. ב-30 השנים שיבואו, יתברר מבנה האטום, ותנוסח מכניקת הקוונטים. החוקרים Bragg ו- von Laue יצליחו לזהות השתקפות מבוקרת של קרני x, וישתמשו בתופעה זו כדי לברר את המבנה המרחבי של גבישים, ומארי קירי תבנה ניידות מיוחדות לביצוע תמונות רנטגן של פצועים בשדות הקרב של מלחמת העולם הראשונה.

וויליהלם קונרד רנטגן זכה בפרס נובל לפיסיקה בשנת 1901, שש שנים בלבד לאחר תגליתו.

בנימין זאב הרצל… נו באמת.. זה ויליאם רנטגן