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Röntgenstrahlen,
eine vom Physiker W. K. Röntgen (s. d.) entdeckte Strahlenart. Gegen Ende 1895 beobachtete Röntgen, daß fluorescenzfähige Körper, z. B. ein mit Baryumplatincyanür bestrichenes Papierblatt, in der Nähe einer von elektrischen Entladungen erfüllten Crookesschen (richtiger Hittorfschen) Röhre auch dann zum hellen Leuchten erregt wurden, wenn die Röhre vollständig mit schwarzem Papier umgeben war, so daß Licht [* 2] von ihr nicht ausstrahlen konnte. Er schloß aus seiner Beobachtung, daß von der elektrisch erregten Röhre eine bisher unbekannte Art Strahlung ausgehe, die das schwarze Papier zu durchdringen und doch wie das Licht Fluorescenz zu erzeugen im stände sei.
Von diesen X-Strahlen, wie er sie ihrer rätselhaften Natur wegen nannte, zeigte er weiter, daß sie augenscheinlich von den in der Röhre vorhandenen Kathodenstrahlen (s. d.) wesentlich verschieden seien, an der Stelle der Glaswand ihren Ausgangspunkt hätten, wo diese von den Kathodenstrahlen getroffen wird, daß sie von da geradlinig sich ausbreiten, alle möglichen Körper, selbst starke Holzschichten und dünne Metallplatten ohne große Schwächung zu durchdringen vermögen.
Mit dem Licht, insbesondere dem ultravioletten, haben sie die Fähigkeit gemein, Fluorescenz zu erzeugen, photochem. Wirkungen (auf photogr. Platten) hervorzubringen und elektrisierte Körper zu entladen. (S. Elektrooptik.) Letztere Eigenschaften können zu ihrem Nachweis und zur relativen Messung ihrer Intensität dienen. Von den Rontgenschen Versuchen erregte auch in weitern Kreisen derjenige ungeheures Aufsehen, welcher zeigt, daß man von einer lebenden Hand [* 3] eine Skelettschattenphotographie aufnehmen könne, indem die X-Strahlen von den Fleischteilen viel stärker durchgelassen werden als von den Knochen. [* 4]
Was zunächst die rein Physik. Seite anbelangt, so ist man sich darüber einig, daß die
Röntgenstrahlen sich von
den
Kathodenstrahlen dadurch unterscheiden, daß sie vom
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Magneten nicht abgelenkt und von den verschiedensten Körpern leichter durchgelassen werden als jene. Indes beweist das noch
nicht unbedingt eine Wesensverschiedenheit der beiden Strahlenarten. Schon Röntgen selbst fand, daß die X-Strahlen überall
da zu entstehen scheinen, wo die Kathodenstrahlen auf einen dichten Körper ausfallen. So gehen also
Röntgenstrahlen nicht nur
von allen den Stellen der Röhrenwand aus, auf die man die Kathodenstrahlen hinlenkt, sondern auch z. B. von Platin- und Aluminiumblechen,
auf die in der Röhre Kathodenstrahlen konzentriert werden, ebenso z. B. von dem phosphorescierenden Schirm einer sog. Pulujschen
Lampe.
[* 7] Mehrfach hat man auch von gewöhnlichen Geißlerschen Röhren (mit geringerer Luftverdünnung) bei
passender Erregung
Röntgenstrahlen erhalten. (S. Elektrische Lichterscheinungen,
[* 8] Bd. 5.) In der Sonnenstrahlung konnten sie bisher nicht
nachgewiesen werden. Kurz vor Röntgens Entdeckung hatte übrigens schon E. Wiedemann das Auftreten einer besondern Strahlenart
bei elektrischen Entladungen nachgewiesen, die er Entladungsstrahlen benannte.
Ziemlich allgemein faßt man die
Röntgenstrahlen als Wellen
[* 9] im Äther auf, streitet aber noch darüber, ob man es bei
ihnen mit longitudinalen Wellen, die wie die Schallwellen in der Luft Schwingungen nur in Richtung der Fortpflanzung besitzen,
zu thun hat, oder mit transversalen, d. h., wie beim Licht, mit Querschwingungen. Im letztern
Falle müßten die
Röntgenstrahlen durch passende Mittel polarisiert werden können wie das Licht, was aber bisher
noch nicht sicher nachgewiesen ist. Mehrfach hat man sich bemüht, die den
Röntgenstrahlen zuzuschreibende Wellenlänge
experimentell zu ermitteln; man suchte die Erscheinungen der Beugung
[* 10] hervorzubringen und ließ deshalb die
Röntgenstrahlen einen schmalen
Spalt in undurchlässiger Platte durchsetzen: in dessen Bild fanden mehrere Beobachter Streifen, die als
Beugungsstreifen gedeutet werden konnten;
für die danach berechneten Wellenlängen schwanken indes die Angaben zwischen einigen Millionstel und einigen Tausendstel Millimeter.
Jedenfalls scheint festzustehen, daß analog den verschiedenen Farben des
Lichts verschiedene Arten
Röntgenstrahlen existieren, die sich hinsichtlich ihrer Wellenlänge und sonstigen Eigenschaften quantitativ
unterscheiden. Charakteristisch für die
Röntgenstrahlen ist, daß sie beim Übergang aus einem
Körper in einen andern keine irgend erhebliche Brechung
[* 11] erfahren, daß sie also alle Körper mit derselben, bisher gänzlich
unbekannten Fortpflanzungsgeschwindigkeit durcheilen.
Durch sorgfältige Versuche von Gouy ist wenigstens nachgewiesen worden, daß für eine Reihe von Stoffen der Brechungsexponent
höchstens um einige Millionstel von der Einheit abweicht, während von andern Seiten etwas höhere Werte
angegeben werden. Dies Fehlen der Brechung wird neben sonstigen Ähnlichkeiten wohl als Beweis für die Ansicht angeführt, daß
die
Röntgenstrahlen ultra-ultraviolettes Licht von äußerst kleiner Wellenlänge seien. Eine regelmäßige Reflexion
[* 12] ist kaum unzweideutig
festgestellt, wohl aber eine diffuse, ähnlich der Reflexion des Lichts von weißem Papier; nur scheinen
die
Röntgenstrahlen dabei noch weitern Änderungen unterworfen zu sein (s. unten).
Was nun die Wirkungen der
Röntgenstrahlen anlangt, so entladen sie elektrisierte Körper und ändern die Schlagweite
von Entladungsfunken; doch scheint diese Wirkung eine indirekte, durch den umgebenden Isolator (z. B.
die Luft) vermittelte zu sein. Von größter praktischer Bedeutung ist
ihre chem.
(photographische) Wirksamkeit, die es ermöglicht, die mittels
Röntgenstrahlen erzeugten Schattenbilder zu fixieren.
Für die direkte Beobachtung brauchbarer ist aber diejenige Eigenschaft der
Röntgenstrahlen, der wir ihre Entdeckung verdanken,
daß sie nämlich fluorescenzfähige Körper zum Leuchten bringen. Als solche Körper, die unter dem
Einfluß der
Röntgenstrahlen besonders lebhaft fluorescieren, sind zu nennen die Platincyanüre von Baryum, Kalium u. s. w., ferner Calciumwolframat
(Scheelit),
[* 13] Uranylammoniumfluorid.
Man bestreicht mit dem gepulverten Stoff einen etwa mit Gummilösung angefeuchteten Karton oder schichtet ihn zwischen eine
durchsichtige und eine undurchsichtige Platte. Um auch in hellen Räumen
Röntgenstrahlen nachweisen
zu können, benutzt man eine solche empfindliche Schicht als Boden einer kegel- oder cylinderförmigen Pappröhre, die mit
ihrer Öffnung dicht ans Auge
[* 14] gehalten auf dieses nur das Fluorescenzlicht wirken läßt, das von den auf den Boden auffallenden
Röntgenstrahlen erzeugt wird (Kryptoskop von Salvioni u. a.). Winkelmann und Straubel
in Jena
[* 15] fanden, daß dem Flußspat
[* 16] die Eigenschaft zukommt, die
Röntgenstrahlen umzuwandeln in andere unsichtbare
Strahlen, die Papier und Stanniol nicht mehr zu durchdringen vermögen, eine Brechung erfahren und eine Wellenlänge von etwa
0,0003 mm besitzen, also augenscheinlich der chemisch wirksamen ultravioletten Strahlung angehören.
Eine Schicht Flußspatpulver (der ungefähren Korngröße 0,3 mm), hinter die photogr. Platte gebracht,
erhöht so deren Empfindlichkeit für
Röntgenstrahlen ganz bedeutend. Ähnlich wirkt Zirkon
[* 17] und in schwächerm Maße andere Krystalle; doch
hängt auch bei Flußspat die Wirkung sehr von dessen Natur (seinem Fundorte) und von der Art der ausfallenden ab. Im Zusammenhang
hiermit mögen Erscheinungen erwähnt werden, die bei Versuchen von Ch.
Henry aufgefunden und insbesondere von H. Becquerel näher studiert wurden: Fluorescierende Substanzen, insbesondere Salze des
Urans und dieses selbst, vermögen auch ohne jede vorherige Einwirkung von Licht- und anderer Strahlung unsichtbare Strahlen
auszusenden, die ähnlich den Röntgenstrahlen Metallplatten durchdringen, elektrisierte Körper entladen und chem.
Wirkungen erzeugen, andererseits aber auch Unterschiede gegenüber den Röntgenstrahlen zeigen.
Auf solche Strahlen sind wohl auch die eigentümlichen Erscheinungen zurückzuführen, die kurz nach Röntgens Entdeckung Le
[* 18] Bon mitteilte, der gefunden haben wollte, daß im Tageslicht und im Licht von Petroleumlampen Strahlen schwarzen Lichts enthalten
seien, denen die ebenerwähnten Eigenschaften der Becquerelschen Strahlen zukommen.
Außer durch ihre zum Nachweis dienenden Wirkungen ist die praktische Bedeutung der Röntgenstrahlen begründet durch die ganz besondern Verhältnisse, die für ihren Durchgang durch die verschiedenen Körper gelten. Die Schwächung (Absorption), die sie dabei erfahren, ist im allgemeinen eine ganz andere als für Licht- und Wärmestrahlen. Eine Reihe Untersuchungen sind schon ausgeführt, um zu ermitteln, nach welchen Gesetzen die Absorption von der chem. Natur der durchstrahlten Körper abhängt. Es hat sich gezeigt, daß im allgemeinen das Absorptionsvermögen chem. Elemente etwa ihrem Atomgewicht parallel geht, und daß danach auch das der chem. Verbindungen sich schätzen läßt. So sind Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff auch in ihren Verbindungen gut durchlässig, viel weniger ¶
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Schwefel, Phosphor, Chlor, Brom, Jod; auch für die Metalle steigt das Absorptionsvermögen vom Aluminium zum Blei [* 20] mit dem Atomgewicht an. Eine einfache Beziehung des Absorptionsvermögens zur Dichte wie bei den Kathodenstrahlen besteht nicht. Glas [* 21] ist ziemlich wenig durchlässig, um so weniger, je mehr es schwere Bestandteile enthält. Das giebt die Möglichkeit, echte Diamanten, die aus reinem Kohlenstoff bestehen, und andere echte Edelsteine, [* 22] die Aluminium enthalten, von ihren Glasimitationen mittels der Röntgenstrahlen zu unterscheiden. Auch echte Perlen sind durchlässiger als imitierte. Weiter hat sich gezeigt, daß die Bestandteile des Augapfels für die Röntgenstrahlen nur schlecht durchlässig sind, und daß darum wohl die Strahlen für uns unsichtbar bleiben.
Ihre praktische Bedeutung zeigen die Röntgenstrahlen nun vor allem bei der «Durchleuchtung» organischer Körper. Auf dem Fluorescenzschirm oder der photogr. Platte entwerfen sie einen Schattenriß des durchstrahlten Körpers mit Hellern und dunklern Partien je nach dem verschiedenen Grad der Schwächung, die die einzelnen Strahlen auf ihrem Wege durch den Körper erfahren haben. Die geradlinige Fortpflanzung und das Fehlen einer Brechung ermöglichen das Zustandekommen dieser Röntgenbilder, die uns einen indirekten Blick in das unserm Auge unzugängliche Innere der Körper gewähren. So kann man z. B. in Pflanzen Insektenlarven und deren Bohrkanäle nachweisen.
Die Chromotafel: Röntgenstrahlen (nach photogr. Aufnahmen im Physikalischen Verein zu Frankfurt [* 23] a. M. von Professor Walter König; Verlag von Johann Ambrosius Barth, Leipzig), [* 24] giebt Beispiele, wie sich das Knochengerüst von Tieren trotz seiner Umhüllung mit Fleisch, Haut, [* 25] Federn und Schuppen bis in die feinsten Teile photographieren läßt.
Auf den menschlichen Körper angewandt, hat das Verfahren eine neue Art der mediz. Diagnose entstehen lassen. Bei der Durchleuchtung insbesondere der stärkern Körperteile kommt es darauf an, recht scharfe Röntgenbilder zu erzielen, und zwar, wenn diese photographisch fixiert werden sollen, in möglichst kurzer Zeit. Nach beiden Richtungen hat man bereits recht bemerkenswerte Erfolge zu verzeichnen. So gelingt die Durchleuchtung des Brustkorbs, wobei die Rippen von den sehr durchlässigen (lufterfüllten) Lungen sich scharf abheben und auf dem Fluorescenzschirm sogar die Herzthätigkeit beobachtet werden kann.
Durch mehrere Teilaufnahmen hat man vollständige lebensgroße Röntgenbilder von Erwachsenen hergestellt. Nach steigender Durchlässigkeit kann man die einzelnen Körperteile etwa in folgende Reihe ordnen: Knochen, Herz, Leber, Gehirn, [* 26] Darm, [* 27] Niere, Muskeln [* 28] und Sehnen, Zwerchfell, Magen, [* 29] Lunge. [* 30] Am Knochengerüst lassen sich tuberkulöse Stellen, Verrenkungen und Brüche nachweisen, ihre Veränderungen, etwa der Fortschritt ihrer Heilung, verfolgen. Der Sitz von Fremdkörpern, insbesondere metallischen, von Kugeln, Nadeln, [* 31] Splittern, läßt sich genau ermitteln (s. Tafel), sogar im Schädel, indem man nötigenfalls den betreffenden Körperteil in zwei verschiedenen Richtungen durchleuchtet (Triangulation [* 32] mittels Röntgenstrahlen). So konnte man z. B. auch einen Knopf im Darm erkennen sowie Verkalkungen in der Lunge und den Arterien; Gallen- und Blasensteine lassen sich unterscheiden.
Bei toten Körpern tritt die Muskulatur viel mehr hervor als bei lebenden. Die Verzweigung der Adern läßt sich photographieren, wenn man sie mit Quecksilber oder mit sich erhärtenden Flüssigkeiten, wie Lösungen von Gips, [* 33] Kreide [* 34] oder dergleichen, injiziert. Was den praktischen Wert der Röntgendiagnose anlangt, so wird übertriebenen Hoffnungen gegenüber von manchen Seiten betont, daß sie in vielen Fällen doch nur in Verbindung mit andern diagnostischen Methoden sichere Schlüsse zu ziehen gestattet. Eine sehr wertvolle Bereicherung der mediz. und chirurg. Diagnose wäre es besonders, wenn man mittels der Röntgenstrahlen Gewebsunterschiede in den Körperorganen nachweisen und dadurch eine möglichst frühzeitige Diagnose tiefliegender Tumoren ermöglichen könnte. Das ist bis jetzt noch nicht gelungen.
Wie es mit andern Strahlenarten geschehen, so hat man auch mit Röntgenstrahlen Versuche angestellt, um ihre Einwirkung auf die Lebenserscheinungen organisierter Körper zu studieren. Insbesondere Bakterien hat man dem Einfluß der Röntgenstrahlen unterworfen. Die Angaben widersprechen sich aber, was z. B. den Diphtheriebacillus anlangt. Mit Tuberkulose geimpfte Meerschweinchen sollen sehr günstig beeinflußt worden sein. Die Kohlensäureausscheidung scheinen die Strahlen nicht zu verändern, auch eine Krümmung von Keimpflanzen (s. Heliotropismus, Bd. 9) rufen sie nicht hervor, beides im Gegensatz zu andern Strahlenarten. Mehrfach ist beobachtet worden, daß die Haut an solchen Stellen des menschlichen Körpers, die längere Zeit durchstrahlt wurden, gerötet und geschwollen erscheint, doch ist das vielleicht eine direkte Wirkung begleitender Wärmestrahlen.
Die vorstehend besprochenen Versuchsresultate wurden zum großen Teil erst erreicht, als man die zur Erzeugung von Röntgenstrahlen dienenden Apparate gegenüber ihrer ursprünglichen Form wesentlich verbessert hatte. Um scharfe und naturgetreue Bilder zu erhalten, ist es offenbar nötig, daß das wirksame Bündel Röntgenstrahlen möglichst genau von einem Punkte aus kegelförmig sich ausbreite; denn wenn eine ganze
Fläche die Strahlen aussendet, so überdecken sich gewissermaßen sehr viele Schattenbilder unvollkommen und einander störend. Diese Bedingung ist erfüllt bei der als Fokusröhren bezeichneten Art von Röntgenlampen, bei der die als Hohlspiegel [* 35] geformte Kathode K die Kathodenstrahlen im Innern der Röhre auf ein kleines Platinblech p konzentriert. Von einem Punkt auf dessen bestrahlter Seite gehen dann die Röntgenstrahlen aus. (S. beistehende [* 19] Fig. 1.) Ihre Intensität hängt einerseits von dem Verdünnungsgrad in der Röhre, andererseits von der Stärke [* 36] ihrer elektrischen Erregung ab. Ersterer läßt sich am bequemsten fortdauernd regulieren, wenn man die Röhre an eine Quecksilberluftpumpe [* 37] angeschmolzen beläßt. Zur Erregung der Röhre verbindet man ihre Elektroden entweder direkt mit der Sekundärspule eines Funkeninduktors (s. Induktionsmaschinen, Bd. 9), oder mit derjenigen eines Tesla-Transformators, der selbst vom Induktor erregt wird. Im letztern Falle, wo hochgespannte schnelle elektrische Schwingungen wirken, sind beide Elektroden der Röhre abwechselnd Ka-
[* 19] ^[Abb. 1.] ¶