STKC 2553

:

สุรศักดิ์  พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

รังสีเอกซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดขึ้นเมื่ออะตอมถูกกระตุ้น ทำให้อิเล็กตรอนวงในหลุดออกไป และอิเล็กตรอนวงถัด ๆ ออกไปเข้ามาแทนที่ แล้วให้พลังงานส่วนเกินออกมาเป็นรังสีเอกซ์ หรืออาจเกิดจากการระดมยิงเป้าโลหะหนักบางชนิด ด้วยอิเล็กตรอนความเร็วสูง ทำให้อิเล็กตรอนจะถูกหน่วงให้ช้าลงอย่างทันทีทันใด จึงสูญเสียพลังงานไปและแปลงเป็น รังสีเอกซ์ออกมา

ปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ช่วงนั้นเกิดกระแสนักฟิสิกส์ พากันศึกษาสมบัติของรังสีชนิดหนึ่ง ที่เกิดภายในหลอดรังสี แคโทด (cathode ray tube เรียกสั้น ๆ ว่า CRT) ฟิสิกส์ชาวเยอรมันที่ชื่อว่าวิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน (Wilhelm Conrad Roentgen) ก็เข้าร่วมวงศึกษาไปกับเขาด้วยนัก

 
 
วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน
CRT ก็คือหลอดสุญญากาศที่มีขั้วไฟฟ้าบวกและลบอยู่ห่าง ๆ กันข้างในหลอด เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ (แหล่งกระแสไฟฟ้าของยุคนั้น) เข้าไปจะเกิดประกายไฟ (spark) ระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองมองเห็นได้เป็นลำรังสี สีเขียวเรือง และเนื่องจากลำรังสีพุ่งออกจากแคโทดไปยังแอโนด หลอดชนิดนี้จึงได้ชื่อว่า หลอดรังสีแคโทด ซึ่งปัจจุบันทราบแล้วว่า ลำรังสีดังกล่าวก็คือลำอนุภาคอิเล็กตรอน
 
 
ลักษณะทั่วไปของหลอดรังสีแคโทด
เซอร์วิลเลียม ครูกส์ (Sir William Crookes) นักเคมีและฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ที่พิสูจน์ได้ว่า รังสีแคโทดเกิด และเคลื่อน ออกมาจากแคโทดไปยังแอโนด และไปกระทบกับผนังหลอดด้านตรงข้าม และชาวเยอรมันชื่อว่าฟิลิปป์ เลนาร์ด (Philipp Lenard) เขาคือผู้ที่เข้าใกล้การค้นพบรังสีเอกซ์ที่สุด ก่อนที่ชัยชนะจะตกเป็นของเรินต์เกน
 
 
หลอดของครูกส์มีการใส่กากบาทมอลทีสทำด้วยโลหะไว้ภายในหลอด

การทดลองของเลนาร์ด ดูเหมือนทำให้รังสีแคโทด ผ่านออกมานอกหลอด และเคลื่อนออกไปในอากาศได้ราว 10 เซนติเมตร และเคลื่อนไปในสุญญากาศได้หลายเมตร ซึ่งเรื่องนี้เป็นไปไม่ได้ เพราะที่จริงรังสีนี้คือรังสีเอกซ์ ที่มี การทะลุทะลวงสูงมาก ซึ่งเกิดจากรังสีแคโทด ซึ่งก็คือกระแสของอนุภาคอิเล็กตรอน ที่ระดมยิงเข้าไปยังโลหะอลูมิเนียม ที่ใช้ปิดช่องหน้าต่างและทำให้เกิดรังสีเอกซ์ได้

เนื่องจากในทศวรรษนั้นมีผู้ศึกษาหลอดรังสีแคโทดกันมาก คงมีหลายคนที่ได้เจอะเจอเข้ากับรังสีเอกซ์ที่ผ่านทะลุ ออกมาจากตัวหลอดอย่างที่เลนาร์ดประสบ การศึกษากับหลอดแบบนี้ต้องระมัดระวังรังสีเอกซ์อ่อน ๆ ซึ่งเกิดขึ้นได้เสมอ เมื่อใช้ความต่างศักย์ 5,000 โวลต์ขึ้นไป อย่างไรก็ดี ผู้ที่เล่นกับหลอดรังสีแคโทดและสังเกตออกว่า เขากำลังเจอะเจอ เข้ารังสีชนิดใหม่ที่ยังไม่เคยพบกันมาก่อนก็มีเพียงเรินต์เกนเท่านั้น

นั่นเป็นเหตุการณ์เมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน ค.ศ. 1895 ซึ่งเรินต์เกนบันทึกการค้นพบไว้ว่า ในขณะที่เขาปล่อยกระแสไฟฟ้า เข้าไปในหลอด ปรากฏว่าแผ่นกระดาษเคลือบด้วยแบเรียมแพลทิโนไซยาไนด์ ที่วางอยู่ห่างไปกว่า 2 เมตรเกิดเรืองแสง ขึ้นมาได้ เพราะเขารู้ว่ารังสีแคโทดออกมาภายนอกหลอดไม่ได้ สิ่งที่ทำให้เกิดการเรืองแสงนี้ จึงต้องเป็นรังสีอื่นที่ยัง ไม่มีใครรู้จักที่ผ่านออกมาจากหลอดนั้น และเขาตั้งชื่อว่ารังสีเอกซ์ เพราะยังไม่รู้ว่าธรรมชาติของรังสีชนิดนี้เป็นอย่างไร

เรินต์เกนง่วนอยู่ในห้องทดลองนั้นตลอดทั้งคืน และยังทั้งกินและนอนขลุกอยู่ในห้องทดลองนั้นอีกช่วงเวลาหนึ่ง จนพบว่า รังสีนี้เกิดขึ้นเมื่อรังสีแคโทดไปกระทบเข้ากับผนังหลอด หรือเมื่อใส่แผ่นอะลูมิเนียมบังไว้ที่ผนังหลอดก็ทำให้ เกิดรังสีนี้ได้เช่นกัน และยังพบว่า รังสีเอกซ์ของเขาทะลุผ่านของที่มีความหนาแน่นต่ำ ๆ ได้มากกว่าทะลุผ่านของที่มี ความหนาแน่นสูงกว่า เช่น สามารถทุลุผ่านเนื้อเยื่อของมือ แต่ทะลุผ่านกระดูกได้น้อยกว่า จึงปรากฏเงาของกระดูก อยู่บนแผ่นฟิล์มที่วางไว้ด้านหลังได้ เพียงไม่กี่วันเรินต์เกนก็ค้นคว้าสมบัติต่าง ๆ ของรังสีเอกซ์ได้มากมาย เช่น เขาสรุป ได้ว่า รังสีเอกซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และมีพลังงานสูงกว่ารังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มี พลังงานสูงสุดในขณะนั้น หรือไม่เกิดการหักเหเมื่อผ่านจากอากาศลงไปในน้ำ รวมทั้งไม่เกิดการเบนในสนามแม่เหล็ก (แสดงว่าไม่มีประจุไฟฟ้า) อีกด้วย

รูปซ้าย เครื่องเอกซเรย์ของเรินต์เกน รูปขวา ภาพถ่ายเอกซเรย์มือที่สวมแหวนของภรรยาเรินต์เกน

เรินต์เกนได้นำเสนอผลงานนี้ที่สมาคมฟิสิกส์และแพทย์เวือร์ซบูร์ก เมื่อวันที่ 28 ธันวาคม ค.ศ. 1895 และมีการแปลเป็น ภาษาอังกฤษตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 23 มกราคม ค.ศ. 1896 และเพียงไม่กี่สัปดาห์ข่าวการค้นพบนี้ก็ กระจายไปทั่วโลก เรินต์เกนไม่จดสิทธิบัตรและปล่อยให้เป็นสมบัติของคนทั้งโลก

นับแต่นั้นมา รังสีเอกซ์ ก็เข้ามามีบทบาทยิ่งใหญ่ในทางการแพทย์มาจนทุกวันนี้

 
 

ข้อมูล :

  • กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
  • หน่วยประชาสัมพันธ์