Рентген

Если попаданец уже имеет рабочую радиолампу, то совсем нелишним будет получить рентгеновские лучи.
Вообще, для их получения есть два сходных метода — трубка Крукса и рентгеновская трубка.

Первая заработала в 1875 году, это был прообраз всех электронных ламп, но если конкретно — и кинескопа и рентгеновской трубки…

Собственно, прообразом трубки Крукса можно считать эксперименты 1857 года немецкого физика Гейсслера, которые показывали разряд в резреженных газах. В то время трубки Гейсслера были очень популярным развлечением, их массово производили и продавали богатым людям, которые устраивали у себя дома «электрическую лабораторию», чтобы поразить воображение друзей (собственно, мода эта пошла со времен Французской Революции, только тогда были опыты с электростатикой).

Если вам кажется, что слабый тлеющий разряд мало впечатляющ, то могу напомнить, что в те времена не было никаких электрических ламп. Даже примитивных ламп накаливания с углеродной нитью, что придумал Эдисон. Вообще, на момент начала опытов Гейслера от Эдисона было мало толку, если чему он и научился, то это качественно ходить на горшок.
Соответственно, не было и электрических генераторов и тлеющий разряд жрал гальванические элементы как свинья помои.

Geissler_tubes_sm

На картинке выше — иллюстрация из книги 1869 года про тлеющий разряд в разных газах — парах алкоголя, неоне, аргоне, парах ртути, да и просто в разреженном воздухе. Эти иллюстрации показывают не лабораторные инструменты, а декоративные лампы, имеющиеся в продаже.

kruks_workНо в 1870 году произошло и другое событие — получение Круксом «катодных лучей».
Крукс был одним из тех, кто брал трубку Гейсслера и откачивал из нее остатки газа.
Сначала свечение становилось ярче, потом рассыпалось на отдельные сгустки, а потом свечение гасло, но мягким призрачным зеленоватым светом начинали светится сами стенки прибора.
Слева — картинка трубки Крукса во время работы. Тут очень высокое ISO, реальный свет от нее очень слабый.

Тогда не понимали принципа действия и не знали о существовании электронов. Поток электронов называли «катодными лучами» и считали «четвертым состоянием материи». Более того — эта трубка дала очень большой импульс спиритическому движению. Катодные лучи считали потусторонними и пытались с их помощью общаться с умершими родственниками (это без шуток было). Более того — этим занимался сам Крукс, вызывая дух своего брата. Существуют и фотографии Крукса под руку с «духом».
Я не знаю, можно ли вызвать духа умершего с помощью трубки Крукса, но что с ее помощью можно загнать в гроб — это без сомнения.

Вообще-то впервые катодные лучи были отмечены в 1859-м году Юлиусом Плюкке, но это прошло незамеченным, все-таки спиритические сеансы много значат.

Собственно, словосочетания «катодный луч» прилипло и используется до сих пор, хотя никаких специфических лучей катод не излучает. Просто при высоком напряжении электроны получают достаточно ускорения, чтобы при ударе о примеси внутри стекла вызывать их свечение. Это и есть прообраз люминофора в кинескопе. К тому же поток электронов в некоторых опытах отклонялся магнитом, что является прообразом управления электронным пучком в том же кинескопе.


kruksСлева на верхней картинке вы видите в трубке крест и тень от него. Разогнанные электроны ударялись в металлический крест, легко закрепленный на оси, и, передавая ему импульс, заставляли его крутиться. Тень за крестом также вращалась. Такая трубка оформилась к 1879 году. Слева вы видите, как выглядела советская трубка Крукса производства 1955 года, выпущенная, видимо в образовательных целях. Электрод, который внизу — это анод, электрод справа — это катод.

Тут нас интересует одна вещь — а что происходит, когда электроны, разогнанные до высоких скоростей, ударяются в металлический крест или в стенки трубки? Все ли ограничивается импульсом, который они передают?

Выяснилось, что нет. Электроны порождают рентгеновское излучение, что и было открыто Конрадом Рентгеном в 1895 году.
То есть катодные лучи впервые получили в 1859-м, а обнаружили рентген — только через 36 лет. Вполне интересный зазор для попаданца. И кроме того — нет причин, которые не позволили бы построить ее еще лет на 50 раньше.

Но рентгеновское излучение, получаемое попаданием электронов в стекло — слабое. Хотя даже кинескоп все равно слегка излучает, несмотря на то, что его экран делают из свинцового стекла, поглощающего рентгеновские лучи. Но металлический крест в трубке Крукса излучает куда сильнее.
Поэтому Конрад Рентген усовершенствовал трубку Крукса, в результате чего она перестала быть пригодной для спиритических опытов, но зато стала куда эффективнее излучать рентгеновские лучи.

rentgen

Рассмотрим эту специализированную трубку.
Классическая рентгеновская трубка — с холодным катодом. То есть вместо термоэлектронной эмиссии, которая выбрасывает
электроны из твердого тела под действием тепла, здесь электроны выбиваются с помощью очень высокого напряжения порядка десятков киловольт.
Далее электрон под действием этого же высокого напряжения пролетает через вакуум и ударяется об анод, выбивая из него ренгеновский фотон.

Процесс настолько прост, что можно сделать рентгеновскую трубку в домашних условиях из лампы накаливания.


image466Лампочку нужно взять ватт на 25 — чем меньше, тем лучше. На колбу лампочки наклеивается станиолевый кружок диаметром в 2 см. Станиоль должен быть накатан на лампу очень аккуратно — без всяких пузырьков или складочек, иначе при включении искра разобьет стеклянную колбу лампы. Цоколь следует закоротить — этот закороченный контакт будет катод. К станиолю нужно аккуратно присоединить медный контакт в виде сантиметрового кружка (изогнуть под форму лампочки) — это будет анод.

Теперь единственное что нужно сделать — подать на лампу высокое напряжение, порядка нескольких десятков киловольт, именно такое выдает умножитель в старом телевизоре с кинескопом. Если вы совсем в каменном веке и у вас есть только лампочка, то напряжение можно получить от высоковольтной катушки Румкорфа, вот по такой схеме:


image467

Помните, что напряжения у вас недецкие, искра пробивает по воздуху порядка пяти сантиметров. Поэтому тут вопрос даже не осторожности, а изоляции. Все вводы в ящик на картинке желательно делать из фарфоровых изоляторов, а провода брать высоковольтные — либо из старого кинескопного телевизора, либо хотя бы со свечей автомобиля. Но в любом случае — мощность излучения будет небольшая и максимальный размер экрана, который можно осветить рентгеном,  окажется порядка 15 х 15 см.

И еще — искровой разрядник катушки будет давать помехи всем соседям и увлекаться опытами не стоит.


Тут были вопросы — а можно ли построить радиолампу с холодным катодом?

Ответ — можно. Но есть два «НО».
Во-первых, лампа, у которой напряжение в десятки киловольт, необходимых для автоэлектронной эмисии, будет излучать рентген, когда электроны долетят до анода. То есть все КПД уйдет в излучение. Тут есть всякие хитрые подходы к построению высоковольтных ламп, но они в любом случае много сложнее просто раскаленного катода.

А во-вторых холодный катод все равно нужно делать из тугоплавких материалов, потому что при излучении он разогревается до температур, близких к нити накала.

Rentgenovskaja-trubka

Но что еще хуже — при ударе электронов разогревается и анод, да так, что может и расплавиться.
Поэтому современные рентгеновские трубки делают несколько иначе.

Там сразу идет катод с накалом, а анод делают с охлаждением — например здесь нарисована схема с водяным охлаждением. Также внутрь трубки могут поставить электродвигатель, а сам анод — это вращающийся диск, из которого анодом работает только кусочек и электродвигатель вращает диск, подставляя каждый раз новый участок, который не успевает перегреваться.

Собственно, рентгеновская трубка оказывается устройством еще более простым, чем радиолампа. И поэтому построить ее во времена Наполеона представляется делом решаемым.

Другой вопрос, что кроме трубки рентген требует еще и экран, который светится под действием невидимых лучей.
Этот вопрос не входит в тему данной статьи, такие вещи будут рассматриваться отдельно.

23 комментария Рентген

  • kraz

    Двухсотая статья на сайте, однако…

  • artmb

    КПД преобразования в рентген меньше 1% на рентгеновсой трубке (специализированная лампа для получения рентгена).

    • kraz

      Ага. Именно поэтому спиритические сеансы с трубкой Крукса были не настолько летальны, но я лучше постою в стороне. А то еще дух вредный попадется…

  • artmb

    Я занимаюсь разработкой рентгеновских аппаратов и кпд современных рентгеновских трубок менее 1%. + Опасность зависит от величины напряжения (квадратично) , тока и времени = доза. => Полезного мало, но и лучевую болезнь подхватить — нужно очень постараться.

    • Iozh

      Имелись преценденты. Кроме того, человеку много и не надо: всего 1Вт на кг живого веса — это 1Sv в секунду! В секунду!
      5-10 зивертов — гарантированная, неизбежная и весьма мучительная смерть.

      Конечно, облучить всё тело трубкой сложно, да и трубка на 1Вт — это не совсем наколенное изделие. Однако, и при 100мВт в рентгене особо стараться для заметного травматизма не нужно. Что история рентгеновских лучей и показала наглядно.

    • Taras

      Мария Кюри постаралась бы. С каким только успехом? В реале ей вместо трубки достался уран.

  • Serg

    Что скажут специалисты по возможности создания на коленке такого агрегата( раз уж у попаданца есть электричество и лампы и у него все в порядке с химией ) ?
    http://cxem.net/house/1-29.php

    • Hludens

      Да, тоже его вспоминал. Тут никаких электронных ламп не нужно, просто немного химии и чуток электрики (повышающий трансформатор и прерыватель).
      И аппарат этот может быть весьма полезен, например на море или в охране крепости. Хотя годы для применения ограничены, прежде всего потому что ночных боев во все времена старались не вести…

      • Serg

        К сожалению есть там одна подлая, для раннего времени создания и мобильной версии устройства , деталюшка П213 ;(
        Kraz не применет запустить здоровую каменюку в адрес противников ламп 😉
        А ночные штурмы осажденных крепостей в ранней истории были — для обороны крепости данный девайс был бы весьма не лишним.

        • Hludens

          Эта подлая деталюха легко заменяется обычным зуммером :).
          Тут задача получить высокое напряжение, транзистор вовсе не единственный способ запитать трансформатор 🙂

          • Serg

            Диапазон частот уж больно большой указан, c зуммером придется прилично повозиться — но с другой стороны попаданцу легкой жизни никто и не обещал 😉

            • Hludens

              А чего с зуммером возится то? Переменный резистор воткнуть и все. точная подстройка под каждый экземпляр, а то неизвестно как там химия отработает и какой толщины кристальный слой будет…

      • Taras

        Об экстаратке ахинеи? Соблюдайте пропорцию ZnS — 100%, Сu (медь) — 10 %. Это всё, что надо знать о «приборе». 110% невозможны, соответственно и «прибор» не существует.

  • Aleks A

    У этой идеи критическая точка — катушка Румкорфа. Можно делать, если есть производство очень тонкой и очень хорошо изолированной проволоки.
    В катушке минимум 100 тыс витков тонкой проволоки. И нужен ещё и хороший изоляционный лак или шёлковая оплётка километров проволоки. В каком году удастся это осилить? Тогда можно и о высоких напряжениях и сопутствующих приборах подумать.
    Высокие напряжения может дать электростатика, но тока там скорее всего недостаточно будет.

    • kraz

      Там не только она, там главная проблема — вакуум, а к нему ведь и выплавка стекла, и высоковольтная изоляция. Кроме того — к рентгену нужен экран, люминофор тоже так просто не сделать.
      В этом списке, я думаю, катушка будет ближе к концу.

    • Проволоку научились делать уже шумеры. Когда и где проволоку научились волочить, точно неизвестно, предполагают, что к 7 веку до нашей эры волочение стало общеизвестной технологией.
      В любом случае, это проблема не попаданца — он-то знает, что проволоку можно и нужно волочить. Проблема будет в материаловедении. Из чего сделать фильеры и где взять медь, чистую по висмуту.

      А лак — не проблема, если не привезут из Индии шеллак, придётся плавить янтарь. А шёлковая оплётка там ни к чему, хватит хлопчатки или даже бумаги. Можно залить воском, или нефтяным битумом, наконец.

      • kraz

        С волочением немного не так. Первая проволока — она не волоклась, а сворачивалась из полос, именно это поначалу делали египтяне, и даже в Европе этим развлекались чуть ли не до тысячного года нашей эры.
        Первое, что начали волочить — это золотую проволоку, но она нам как бы невыгодна.
        А медную начали волочить только ближе к железному веку, когда научились делать железные фильеры. В Помпеях нашли бронзовую проволоку, но ученые не решили, как она была получена — волочением или ковкой.

        Изоляционный лак — он, действительно не проблема. Любой такой лак — это смола в растворителе. И на первое и на второе можно найти замену.

        • Я не Рос.
          Глава из книги «Развитие техники обработки металлов давлением с древнейших времен до наших дней», Н.К. Ламан. — М.: Наука, 1989
          То есть, технология волочения как таковая известна человечеству с третьего тысячелетия до нашей эры. Если попаданец захочет, он даже может найти подготовленных мастеров, или сам сойти за такого мастера. Даже в начале 1 тысячелетия до н.э с этим ремеслом можно было очень неплохо устроиться. А если ещё чуть-чуть владеть сканью, то и вообще.
          Фильеры древние мастера изготовляли из агатовых бусин. Лучше бы из рубина-сапфира, но это уж как повезёт.
          Для очистки меди от висмута есть забавный электрохимический (не гальванический!) процесс. Разберусь — должу.

          Скачать книгу целиком в формате DjVu можно здесь.

          • Deus

            Как жаль, что процесс познания затянулся!
            Для общего развития. Голландцы скупали медь в Японии, чтобы очистить её от … золота! Видимо тем же электрохимическим способом.

        • Taras

          Не наш метод. Делайте МНЛЗ с кристаллизатором сразу нужного диаметра, чтоб археологи со смеху померли. Только не пытайтесь это безобразие юзать.

  • Deus

    Отличная штука убирать конкурентов. Пригласил и «просветил» до гробовой доски. Грехи были неподъёмны!

    • DlMFlRE

      Бандура слишком массивна, предложение «подождать вот там пять минуточек» слишком подозрительно. Убить то может и убьёшь, но яды проще и меньше вероятность спалиться на «сглазе».

  • John

    В статье половина информации, мягко говоря, не соответствует действительности.
    Скажем, как сообразуется с ищложением тот факт, что в 1924 году Верховный суд США отказал Томасу Алве Эдисону в праве приоритета на лампу накаливания???
    Перечисление превратных фактов займет много времени… Автору следует лучше изучитб материалы библиотек….

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>