עמוד הבית > מדעים > פיסיקה ומבנה החומר [כימיה] > אישיםעמוד הבית > מדעים > פיסיקה ומבנה החומר [כימיה] > גלים וקרינה
תמר הוצאה לאור


תקציר
קורות חייהם והמצאותיהם של ויליאם קרוקס ווילהלם קונרד רנטגן. מ"שפופרת קרוקס", או הכינוי המקובל כיום "שפופרת התפרקות", התפתחה, בין היתר, הנורה הפלואורסצנטית, ופיתוח נוסף שלה הוביל לגילוי קרניים חודרות ומסתוריות שרנטגן קרא להן "קרני X". השימוש בקרני X הביא להתקדמות מיידית ומרשימה ברפואה.



קרוקס ורנטגן - על סף עידן חדש
מחבר: פליקס דותן


במאה התשע-עשרה פעל באנגליה הכימאי הדגול והמפורסם ויליאם קרוקס (Sir William Crookes, 1832-1910). מחקריו היו פוריים ביותר, ובין היתר גילה את היסוד תליום. על תגליותיו זכה קרוקס לפרסום ולתהילה, התקבל כחבר בחברה המלכותית, ועל תרומתו לקידום המדע והתעשייה בבריטניה הוענק לו תואר אבירות מידי המלכה ויקטוריה.

לפני שהתעניין במדע היה קרוקס יזם מצליח, שהתעשר מהפיכת אלפי טונות של אשפת לונדון לדשן משובח. עושרו היווה יתרון גדול בפעילותו המדעית, כי בתקופה הזאת של ג'נטלמנים-מדענים מימנו רוב החוקרים מכיסם את הקמת המעבדות, את רכישת הציוד, את שכר העוזרים וכן את יתר הוצאות המחקר.

כשקרוקס היה כבן ארבעים, הוא עזב את הכימיה והחל לחקור מעבר חשמל דרך... לא כלום. לשם כך הכין שפופרת מזכוכית, מצוידת בשני קצותיה הפנימיים בלוחיות מתכת, שאליהן היו מחוברים חוטים שחדרו דרך דופן השפופרת. מהשפופרת שאב קרוקס את האוויר, כך שבתוכה התהווה ריק (ה"לא כלום" שהזכרתי קודם). אמנם, למזלו ולטובת הצלחתו של המחקר, לא היו המשאבות של תקופתו מסוגלות לרוקן את כל האוויר, כך שבשפופרת נשארה עדיין שארית, כאלפית מהכמות המקורית. קרוקס חיבר את השפופרת למקור של מתח חשמלי, שסיפק כמה מאות וולט. בהמשך צפה בתופעות מקסימות, שאיש לפניו לא ראה אותן: הריק שבשפופרת זהר באור מסתורי ובצבעים מרהיבים. מכשיר מדידה הראה שדרך השפופרת זורם זרם חשמלי. "הריק מוליך חשמל!" צהל קרוקס. למה אמרנו שהודות למשאבות הגרועות הצליח קרוקס לראות את הזוהר הבוקע מן השפופרת? כי בריק כמעט מושלם, המושג באמצעות המשאבות של ימינו, לא נצפית פליטת אור מהשפופרת, וקרוקס היה בוודאי זונח את המשך המחקר.

ובכן, התופעות בשפופרת קרוקס נגרמות על-ידי מעבר זרם חשמלי דרך גז דליל (אבל לא דליל מדי!). לקראת סוף המאה היו בנמצא משאבות משופרות ומקורות מתח חשמלי גבוה יותר. קרוקס ואחרים יכלו לערוך ניסויים בגזים שונים, כגון מימן, חנקן והליום. כעת גילה קרוקס תופעות מוזרות ומלהיבות: לפעמים רצו טבעות מאירות לאורך השפופרת, ולפעמים נוצרו בה כדורי אור ורודים.

בהשפעת התופעות המסתוריות והמוזרות האלו הפך קרוקס למאמין ברוחות ושדים, עזב את המדע והחל לחקור תופעות על-טבעיות. אמנם עמיתיו בחברה המלכותית לא גילו הבנה למחקריו החדשים של קרוקס, והתנגדו בחריפות כאשר רצה לפרסם בביטאון המדעי של החברה ממצאים על יצירת קשר עם רוחות של נפטרים.

בעקבות קרוקס החלו מדענים רבים לחקור את התופעות ב"שפופרת קרוקס", כפי שקראו לה. הכינוי המקובל כיום הוא "שפופרת התפרקות". האם, קורא יקר, ראית אי-פעם שפופרת התפרקות? לא? אני מתערב אתך שראית אותה מאות פעמים, לפחות. משפופרת קרוקס התפתחה, בין היתר, הנורה הפלואורסצנטית, מקור אור יעיל פי כמה מאשר נורת הלהט הוותיקה. בנורה פלואורסצנטית נמצא גז דליל. במעבר חשמל דרך הגז נפלט אור, אך האור הזה אינו נראה. הכיצד? כל היצורים על פני כדור הארץ התפתחו בלחץ תנאי הסביבה, כפי שמלמדת אותנו תורת האבולוציה של דרווין ושל ממשיכי דרכו. כך מותאמת הראייה שלנו (ושל כל היצורים האחרים על פני כדור הארץ) לסוג האור המגיע אלינו מהשמש. "האור הנראה" הוא תחום צר של צבעים, המשתרע מן האדום דרך הצהוב, הירוק, הכחול ועד לסגול. מעבר לסגול נמצא ה"אולטרה-סגול" הבלתי נראה והמזיק; מעבר לאדום נמצא ה"אינפרה-אדום", שמרגישים אותו כחום כאשר הוא מאיר את העור. מאוד מתקבל על הדעת, כי אצל יצורים שבמערכת כוכבי הלכת של כוכב אחר (אם מערכת כזאת קיימת מחוץ לסיפורים של המדע הבדיוני) התפתח טווח ראייה שונה.

ובכן, הגז בנורה הפלואורסצנטית פולט אור אולטרה-סגול בלתי נראה. כדי להפוך אותו לאור נראה וכך לעשות את השפופרת למקור אור, מצפים את הדופן הפנימית של השפופרת בחומר הבולע את האולטרה-סגול, ובמקומו פולט אור נראה. על-ידי בחירה מתאימה של החומר, אפשר אפילו לקבל אור בצבעים שונים, כגון אור הדומה לאור נורת הלהט, אור היום וכו'.

אחד המדענים שחקרו את התופעות בשפופרת קרוקס היה היטורף (Wilhelm Hittorf,1824-1914), פרופסור באחת האוניברסיטאות הקטנות בעיר שדה בגרמניה. שלא כמו קרוקס, היה היטורף עני. את המעבדה, שהיתה ממוקמת בצריף שבחצר האוניברסיטה, הקים ממשכורתו הדלה, וכאשר קנה בצרפת סליל רומקורף (Ruhmkorff) משוכלל ויקר (מקור מתח גבוה של זמנו), חי על לחם בלבד במשך כחודשיים. היטורף רצה לענות על השאלה, האם קיים אורך סופי לשפופרת התפרקות? לשם כך בנה במו-ידיו את השפופרת מזכוכית ואת רוב המכשירים הנחוצים למחקר.

בהזדמנות זאת אספר משהו על תכונות הזכוכית. קיימים סוגים שונים של זכוכית. לומר "זכוכית" לאיש שעוסק בזכוכית, זה כמו לומר "בד" למומחה לטקסטיל. הרי קיימים בדים עשויים מסיבי צמר, מסיבים סינתטיים וסוגים רבים אחרים של בד, וכך גם לגבי זכוכית. עד לפני כשישים שנה בנו ציוד למעבדות ולתעשייה מזכוכית מסוג "סודה". לזכוכית סודה תכונה מעצבנת: בטמפרטורה של כ-700 מעלות היא נעשית רכה, כך שאפשר לנפח או ללחוץ אותה לצורות שונות, אך כבר בטמפרטורה מעט גבוהה יותר היא הופכת בבת-אחת לנוזל. לכן ,ניפוח של זכוכית סודה הוא אומנות מיוחדת וקשה, ומנפחי זכוכית טובים זכו להערכה ולשכר גבוה.

הזכוכית שמשתמשים בה היום לציוד מעבדות לפיסיקה או לכימיה היא מסוג "פיירקס". פיירקס מתרככת ב-800 מעלות, נעשית בחימום נוסף לרכה יותר והופכת לנוזל רק ב-1300 מעלות. בגלל טווח הטמפרטורה הרחב בין מוצק לנוזל, קל יחסית לעבד פיירקס, בניגוד לסוג סודה. ספק אם כיום חיים עדיין אומנים המסוגלים לייצר מזכוכית סודה כלים למחקר. לזכוכית הזאת עוד תכונה לא נעימה, והיא רגישותה הגדולה לשינוי פתאומי של הטמפרטורה. לפני כארבעים שנה עשו עדיין כוסות מזכוכית סודה. המבוגרים בינינו זוכרים, בוודאי, כוסות לתה שהיו בשימוש בעשורים הראשונים של המדינה: אם מזגת בשגגה מים רותחים לכוס, היא התנפצה בן רגע. מצד שני, זכוכית סודה זולה, וקל לעבד אותה על-ידי יציקתה כשהיא מותכת, למשל בייצור בקבוקים.

ובכן, פרופסור היטורף למד בכוחות עצמו את האומנות הקשה של ניפוח זכוכית, ואז בנה בעמל רב שפופרת מזכוכית סודה (הרי את הפיירקס טרם המציאו) באורך של כחמישה מטרים, מצוידת בחיבורים לחשמל. אחר-כך שאב במשך ימים אחדים את האוויר מן השפופרת, באמצעות משאבת יד פרימיטיבית, הדומה למשאבות שבהן מנפחים צמיגים של אופניים. כאשר הפעיל את מקור החשמל, ראה בסיפוק, שהשפופרת פולטת אור לכל אורכה. אחרי שחקר את תכונות ההתפרקות בשפופרת הארוכה, הכניס לתוכה אוויר והוסיף בהלחמה עוד מטר של צינור זכוכית. שוב שאב במשך זמן רב את האוויר מהשפופרת, ושוב הפעיל את מקור החשמל. התברר, שגם השפופרת באורך שישה מטרים פועלת; השינוי היחידי היה הצורך במתח הפעלה גבוה יותר. כך הוסיף במשך חודשים מטר על מטר של צינור. מאחר שאורך המעבדה היה בסך הכול כשבעה מטרים, היה עליו לקפל שוב ושוב את השפופרת. בסוף היתה המעבדה כולה מלאה צינורות זכוכית. הוא החל שוב לשאוב את האוויר מהשפופרת, שאורכה היה כעת עשרות מטרים. היה יום קיץ חם, והיטורף פתח את חלונות המעבדה כדי לזכות ברוח פרצים קרירה. פתאום נשמעו נביחות של כלבים רבים ויללות היסטריות של חתול, וכשהיטורף הרים את מבטו ממשאבת הריק, ראה חתול קופץ דרך החלון ונוחת על שפופרת ההתפרקות הארוכה בעולם. במאמר שפרסם ב-1884 דיווח היטורף ביובש: "עד שמזל ביש גרם להפסקת הניסוי, נראה היה שאין גבול לאורך האפשרי של שפופרת ההתפרקות."

פרופסור גרמני אחר, שעסק גם הוא בשפופרת קרוקס, היה החוקר וילהלם קונרד רנטגן (Wilhelm Conrad Roentgen, 1845-1923). רנטגן התעניין בתופעות המתרחשות, כששואבים את רוב האוויר מתוך השפופרת. כאשר מפעילים על שפופרת שכזאת מתח גבוה מאוד, כמה עשרות אלפי וולט, ה"ריק" שבשפופרת איננו זוהר, אלא בקצה האחד (זה שנמצא מול החיבור השלילי) זוהרת הזכוכית באור ירוק חלש. ב-5 בנובמבר 1895 הוא עבד בחדר חשוך, כדי שיוכל לצפות בזוהר הירוק. במרחק-מה מהשפופרת היה מונח מסך מנייר, המצופה בתרכובת בריום. רנטגן שם לב, כי בשעת פעולתה של שפופרת קרוקס זוהר הנייר. מסקנתו המיידית היתה: קרינה כלשהי נוצרת בשפופרת, חודרת בעד הזכוכית וגורמת למסך לזהור. עטיפת השפופרת בנייר שחור, או הצבת קרטון עבה לפני המסך, לא שינו את הזוהר.

רנטגן קרא לקרניים החודרות והמסתוריות שמצא "קרני X", ובסדרה של ניסויים מבריקים חקר את התופעה. כעבור שלושה שבועות פרסם את התוצאות בחוברת ששלח לאנשי המדע החשובים של תקופתו. הנה תיאור הממצאים העיקריים, במלים של רנטגן עצמו: "קל להוכיח, כי סיבת הזוהר של המסך נמצאת בשפופרת עצמה, ולא בנקודה אחרת כלשהי של המכשור. הסממן המרשים ביותר של התופעה היא העובדה, כי הגורם הפעיל חודר דרך מעטפת מקרטון שחור, האטומה לאור נראה ולקרינה אולטרה-סגולה של השמש...

במהרה גילינו, כי כל הגופים שקופים לגורם הזה, אם כי בשיעורים שונים. אתן כמה דוגמאות: נייר שקוף מאוד; מאחורי ספר בן אלף עמודים ראיתי את המסך זוהר בחוזקה. פח דק של בדיל כמעט ולא משפיע; רק כמה שכבות של פח יוצרות צל ברור על המסך."

רנטגן ממשיך בתיאור בליעת קרינת X בבולי עץ, באלומיניום, בזכוכית וכו'. המשפט שגרם להתרגשות עצומה ברחבי העולם ולפרסומו הגדול, היה מובלע בטקסט ולא הובלט באותיות מודגשות או בפסקה חדשה: "אם שמים את היד בין שפופרת ההתפרקות לבין המסך, רואים את הצל הכהה של העצמות בתוך הצל הבהיר יותר של היד עצמה."

והנה עוד שלושה משפטים בעלי חשיבות רבה, במקום אחר במאמר: "יש משמעות רבה לעובדה, כי לוחות צילום רגישים לקרני X. לפיכך קיימת אפשרות לתעד בצורה החלטית תופעות רבות, וכך להימנע מטעות. לכן תיעדתי בצילום כל תצפית תשובה שעשיתי בעין ובעזרת המסך הפלואורסצנטי."

כבר כחודש אחרי הפרסום הראשון של רנטגן השתמשו בקרני X (שמקורן עדיין לא היה ברור) לצילום עצמות. הידיעה על הגילוי-המצאה של רנטגן פשטה מיד, באמצעות הטלגרף, בכל העולם. רנטגן נעשה לאיש מפורסם, וזכה בפרס נובל הראשון לפיסיקה בשנת 1901. מעטות היו התגליות שכבשו את דמיון הבריות כמו קרני X. בתולות צנועות של התקופה הוויקטוריאנית חששו ממציצנים המצוידים במכשיר קרני X, ויזמים ממולחים נענו לדרישת השוק והציעו בגדים חסיני קרניים.

השימוש בקרני X הביא להתקדמות מיידית ומרשימה ברפואה: ניתן היה עתה לאבחן ביתר קלות עצמות שבורות, אבני מרה ואבני כליות, ריאות נגועות ומספר רב של מחלות אחרות. כדוגמה למידיות היישום נציין, כי כבר ב-1897 השתמשו במכשירים ניידים של קרני X, כדי לאבחן פציעות של חיילים בקרבות שניהל הצבא הבריטי נגד המורדים המוסלמים הקנאים בסודאן.

לעומת זאת, התברר רק בהדרגה הנזק הבריאותי של קרני X. הקרניים החודרות עלולות לגרום לשינויים גנטיים בתא החי, וכך להביא להתפתחות מחלת הסרטן. עוד בשנות החמישים של המאה העשרים בדקו חולים באמצעות שיקוף, שבו החולה הוקרן במשך דקות רבות. הרופא הבודק התבונן במסך, שלא היה שונה בהרבה מהמסך בו גילה רנטגן את קרני X, והיה חשוף במשך שעות ארוכות ביום לקרינה. בשנות השבעים היה עדיין בירושלים מכשיר קרני X בחנות נעליים, בעזרתו היה הקונה יכול בעצמו לבדוק את ההתאמה בין הנעליים לרגל, ובהזדמנות זו לספוג כמות גדולה של קרינה. היום אין משתמשים בשיקוף, אלא רק בצילום. כל צילום נמשך חלקיק של שנייה, כך שהחולה חשוף לכמויות קטנות בלבד של קרינה; באותו הזמן מוגנים הרופא וטכנאי הרנטגן על-ידי לוחות עופרת עבים.

ביבליוגרפיה:
כותר: קרוקס ורנטגן - על סף עידן חדש
שם  הספר: המעלית של איינשטיין : מדענים ששינו את פני העולם : ארכימדס...(ואחרים)
מחבר: דותן, פליקס
תאריך: 2003
הוצאה לאור: תמר הוצאה לאור
הערות לפריט זה: 1. המאמר הוא פרק 5 בספר.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית