W listopadzie mija 120 lat od odkrycia „promieniowania X”, które wywróciło medycynę do góry nogami! I było bezprecedensowym w historii przykładem transferu technologii od badań podstawowych do powszechnego użytku. Czasem zbyt powszechnego.

OD PRZYPADKOWEJ OBSERWACJI DO NOBLA

Rentgeny mogliśmy mieć dekadę wcześniej - Wilhelm Rentgen nie był pierwszym, który zaobserwował zaczernienie kliszy wokół modnych wówczas lamp wyładowczych. Był pierwszym, któremu przyszło do głowy, że może nie należy odsyłać tych zaczernionych klisz z reklamacjami do producenta. Może są w porządku, a zaczernia je coś, co obecne jest w laboratorium? Myśl ta okazała się warta Nobla! I to raptem 6 lat później...

Wspomniane lampy wyładowcze były to dwie elektrody wewnątrz szklanej bańki. W jej wnętrzu znajdował się rozrzedzony gaz. Po podłączeniu do elektrod wysokiego napięcia gaz między nimi zaczynał jarzyć się wstążką kolorowego światła! Kolor zależał od użytego gazu: np. neon świeci się na pomarańczowo. Każde dziecko cieszy się, gdy jego zabawka świeci – co dopiero fizycy! Lampy stały się hitem, każdy chciał je mieć w laboratorium, a arystokracja – na salonach, żeby zabawiać gości.

Szybko zauważono, że świecąca „wstążka” między elektrodami odchyla się w polu magnetycznym oraz że przenika przez cienkie folie, które umieścimy między elektrodami. Jeśli ekran za katodą (czyli jedną z elektrod, tą naładowaną ujemnie) pokryto farbą fluorescencyjną – pomalowana warstwa świeciła, gdy urządzenie było włączone (rysunek 1). Co więcej, na ekranie pojawiał się cień odpowiadający kształtowi katody. Wszystkie te obserwacje były ciekawe, ale nadal nie wiadomo było, czym są spowodowane…

Rysunek 1 - Rura Crookesa

Tajemnicze zjawisko nazwano „promieniowaniem katodowym”. Badający je Joseph Thomson wykazał, że promieniowanie to posiada ładunek elektryczny – odchylało się w polu elektrycznym. Tak narodziła się koncepcja istnienia elektronu jako składnika materii, również warta Nobla, przyznanego w 1906 r.

Dziś wiemy, że jeśli rozpędzony elektron gwałtownie zahamuje, wytworzy promieniowanie rentgenowskie. Tak działo się w lampach wyładowczych, gdy wiązka elektronów uderzała w katodę. Ale skąd naukowcy mogli to wiedzieć, skoro promieniowania X nie widać gołym okiem?

Odkrycie często jest dziełem przypadku – Rentgen podczas eksperymentów z promieniami katodowymi, 8 listopada 1985, kątem oka zauważył delikatną poświatę w innym miejscu w laboratorium. Pobliski ekran pokryty fluoryzującym platynocyjankiem baru rozbłysnął zielonym światłem. I to pomimo, że między nim, a badaną lampą znajdowały się nieprzezroczyste przeszkody… Wniosek? Lampa wyładowcza emituje jeszcze jakiś rodzaj promieniowania. I to takiego, które przenika przez przedmioty dookoła! Niczego takiego do tej pory nie znano. Badania klisz oraz pomysł z prześwietlaniem ludzi był już logicznym następstwem tej refleksji.

Z LABORATORIUM DO SZPITALA

Rentgen szybko wpadł na pomysł prześwietlenia ludzkiego ciała – za pierwszy obiekt badań posłużyła dłoń jego żony. Na kliszy zarysowały się kości i pierścień. Było to jedno z dwóch prześwietleń, jakie Rentgen wykonał w życiu, sfotografował bowiem również dłoń Alberta von Köllikera, również z pierścieniem – zdjęcie to dość powszechnie jest błędnie pokazywane jako zdjęcie żony Rentgena (rysunek 2).

Rysunek 2. Dłoń prześwietlona przez Rentgena.

Po ogłoszeniu odkrycia 28 grudnia 1895 świat naukowy oszalał. U schyłku wieku nie było popularniejszej tematyki badawczej. O odkryciu pisały też gazety na całym świecie – czy dobra promocja to klucz do komercjalizacji? Już 11 stycznia 1896 Hall-Edwards wykonał próbne prześwietlenie w szpitalu, a miesiąc później, 14 lutego, wykonał pierwszy na świecie zabieg chirurgiczny z zastosowaniem promieniowania rentgenowskiego. Paręnaście dni wcześniej, 3 lutego, pierwsze medyczne zdjęcie wykonano za oceanem.

Nowa dziedzina – rentgenodiagnostyka – zaczęła rozwijać się w zawrotnym tempie. Szybko zorganizowano specjalizacje medyczne, prześwietlenia stały się rutynowe przy diagnostyce oraz operacjach, szybko zaczęto używać promieniowania również do pierwszych radioterapii nowotworów. Warto odnotować fakt, że skonstruowano mobilne wersje urządzeń, w tym samochody „mini-Curie” Marii Skłodowskiej-Curie ratujące życie żołnierzom na froncie I wojny światowej.

UŻYTEK ZBYT POWSZECHNY

Prasa na świecie prześcigała się w doniesieniach, a kolejne zastosowania wymyślały się same: niestety łącznie z dopasowywaniem butów u szewca…. Wśród powszechnej euforii związanej z odkryciem nikt nie myślał o skutkach biologicznych związanych z oddziaływaniem promieniowania na organizm ludzki. Dopiero obrażenia pierwszych badaczy, takie jak poważne oparzenia skóry i wypadanie włosów, skłoniły ich do podjęcia systematycznych badań.

Pierwsze prześwietlenia czaszki trwały około godziny. Ale to nie obrażenia głowy spowodowane promieniowaniem były najpowszechniejsze, ale rąk, ponieważ panowało przekonanie, że najlepiej sprawdzić działanie instrumentu prześwietlając dłoń. Pierwsi operatorzy urządzeń rentgenowskich często rezygnowali z pracy z powodu puchnięcia rąk oraz czerwienienia skóry. Bardziej wytrwali pracowali, aż dorabiali się deformacji dłoni powodowanej rozwijającym się nowotworem, a czasem amputacji całej ręki (zdjęcie 3 - poniżej).

Rentgeny stosowano nie tylko w szpitalu – również w formie fotoplastykonu, gdzie za pieniądze można było pooglądać swoje wnętrze czy na festynach w celu policzenia monet w swojej torebce (zdjęcie 4 - poniżej). Depilacja promieniami X mówi sama za siebie (rysunek 5). Furorę robiły również prześwietlenia zwierząt. Na nowoczesną ochronę radiologiczną trzeba było poczekać do lat dwudziestych... Chociaż jeszcze w latach 50. w USA urządzano konkurs o „Miss Dobrej Postawy”, gdzie panie prześwietlano w różnych pozycjach i sprawdzano prawidłowość ułożenia kręgosłupa!

Rysunek 5. Depilacja promieniowaniem X.

LAMPY WCZORAJ I DZIŚ

Pierwsze lampy budowane były chałupniczo lub kupowane z szemranych źródeł, a operujący nimi „specjaliści” nie zabezpieczali przed promieniowaniem ani siebie, ani pacjentów. Na szczęście postęp naukowy doprowadził zarówno do stosowania odpowiednich osłon, głównie ołowianych, jak i do konstrukcji nowych lamp, bardziej wydajnych niż lampy katodowe i emitujących wiązkę promieniowania bardziej kierunkowo. Konstrukcja Coolidge’a z 1913r. pozostaje co do zasady nie zmieniona do dziś. Rozszerzyły się za to znacznie zastosowania przemysłowe i naukowe, od mikroskopii, krystalografii, badania składu materiałów, defektoskopii po prześwietlanie towarów na lotniskach i granicach.

Osoby zainteresowane tematem rozwoju lamp od strony technicznej zapraszamy do największej na świecie kolekcji lamp w Muzeum Lamp Rentgenowskich Politechniki Opolskiej (https://muzeum.po.opole.pl/index.php/pl/)

Monika Aksamit-Koperska i Darek Aksamit

***

Tekst jest jednym z efektów programu Rzecznicy nauki, zorganizowanego przez Centrum Nauki Kopernik i Fundację British Council. Program umożliwia nawiązanie współpracy pomiędzy popularyzującymi wiedzę naukowcami, a dziennikarzami zajmującymi się sprawami nauki.