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11月8日今日は何の日?:レントゲンの日

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1896年1月23日にレントゲンが撮影したアルベルト・フォン・ケリカーの手のX線写真
ヴィルヘルム・コンラート・レントゲン

1895年(明治28年)のこの日、ドイツの物理学者W・C・レントゲン(1845~1923年)がX線(X-ray)を発見した。

レントゲンは、真空管に高電圧をかけて実験をしている時に、真空管の外に置かれた蛍光紙が明るく光ることに気付いた。真空管と蛍光紙の間に1000ページもの厚さの本を置いてもこの光は透過した。そこでレントゲンは、この光に「正体不明」という意味で「X線」と名付けた。レントゲンはこの功績により、1901年(明治34年)に第1回ノーベル物理学賞を受賞した。

後の研究で、X線は、波長がたいへん短い電磁波(波長1pm~10nm)であることが判った。波長が短いため体を通り抜けることができ、体の部位や状態によってその通り抜け方が違うことから、体の内部の様子を撮影することができる。

X線の原理

最も一般的に知られているX線撮影では、X線照射装置とフィルムの間に体を置き、焼き付けて画像化する。X線は感光板を黒く変色させるため、体がX線を通過させた部分では黒く写り、体がX線を阻止した場合には、その部分が白く写る。通常の診療では、前者の黒く写った部分を「明るい」、後者の白い部分を「暗い」と表現するが、これはすなわち、肺炎や腫瘍などでは、X線透過度が低くなってフィルムに白い影を落とすところからきた表現である。X線の透過度が高い組織としては皮膚や空気(肺)、筋肉、軟骨などがある。逆にX線の透過度が低いものとしては骨や、組織をより明瞭に描き出すために入れる造影剤がある。

感光剤を塗りつけたフィルムの代わりにIP(イメージングプレート)やFPD(フラットパネルディテクター)を使う、CR(コンピューテッドラジオグラフィー)が今は主流である。またフィルムレスのX線写真も、大病院をはじめ普及しつつある。

 

X線の発見

1800年代末当時、ハインリヒ・ヘルツやフィリップ・レーナルトらによって真空放電や陰極線の研究が進められていた。陰極線は電子の流れだが、金属を透過することから当時の物理学では粒子の流れではなく、電磁波の一種と考えられていた。レントゲンもこれらの現象に興味を持ち、レーナルトに依頼して確実に動作するレーナルト管を譲り受けた。なおX線の発見に関する論文でこれに対する謝辞がなかったため、レーナルトから激しい怒りを買っている。

レーナルト管は管全体が弱い光を帯びるので、陰極線を見やすくするためにアルミニウム窓以外を黒い紙で覆った。さらに、アルミ窓はないが似た構造のクルックス管からも陰極線のようなものが出ているかもしれないとレントゲンは考えた。クルックス管は陰極、陽極ともに白金が使われており、これに20kV程度の電圧を印加するので、陰極から出た電子は陽極の核外電子を弾き出して遷移が起き、白金の特性X線が生じていたことが後にわかった。レントゲンは陰極線が出るならばクルックス管よりも弱いはずだと考え、見やすくするため同様に黒い紙で全体を覆った。さらに、検出のために蛍光紙(シアン化白金バリウの紙)を用意した。

1895年11月8日、ヴュルツブルク大学においてクルックス管を用いて陰極線の研究をしていたレントゲンは、机の上の蛍光紙の上に暗い線が表れたのに気付いた。この発光は光照射によって起こるが、クルックス管は黒い紙で覆われており、既知の光は遮蔽されていた。状況的に作用の元は外部ではなく装置だとレントゲンは考え、管から2メートルまで離しても発光が起きることを確認した。これにより、目には見えないが光のようなものが装置から出ていることを発見した。後年この発見の時何を考えたか質問されたレントゲンは、「考えはしなかった。ただ実験をした」と答えている。実験によって、以下のような性質が明らかになった。

  • 1,000ページ以上の分厚い本やガラスを透過する
  • 薄い金属箔を透過し、その厚みは金属の種類に依存する
  • 鉛には遮蔽される
  • 蛍光物質を発光させる
  • 熱作用を示さない

また、検出に蛍光板ではなく写真乾板を用いることで、鮮明な撮影が可能になった。

光のようなものは電磁波であり、この電磁波は陰極線のように磁気を受けても曲がらないことからレントゲンは放射線の存在を確信し、数学の未知数を表す「X」の文字を用いて仮の名前としてX線と命名した。7週間の昼夜を通じた実験の末、同年12月28日には早くも”Über eine neue Art von Strahlen”(『新種の放射線について』)という論文をヴュルツブルク物理医学会会長に送っている。さらに翌1896年1月には、妻の薬指に指輪をはめて撮影したものや金属ケース入りの方位磁針など、数枚のX線写真を論文に添付して著名な物理学者に送付した。

 

発表後の反響、その後

X線写真という直観的にも非常にわかりやすい結果を伴っていたこと、またそれまでの研究でレントゲンが物理学の世界で一定の名声を得ていたことから、発表は急速に受け入れられた。1896年1月14日には英語版が早くも『ネイチャー』(Nature)に、次いで1月24日には『エレクトリシアン』(Electrician)、2月14日には『サイエンス』(Science)に掲載された。フランス語版も2月8日に L’Eclairage Electrique に掲載された。また、同年1月13日にはドイツ皇帝ヴィルヘルム2世の前でX線写真撮影の実演をしている。1月23日に地元のヴュルツブルクでも講演会と実演を行なった。なお、レントゲンは発表を非常に嫌っていたたため、これが唯一の講演会だったとされる。

国外にも情報は速く伝わり、発見から3か月後の3月25日には旧制第一高等学校の教授・水野敏之丞によって日本の科学雑誌でも紹介され、同年飯盛挺造は「Röntgen氏ノX放射線ニ就テ」という題で講演をした。また、アメリカでは透視への不安から「劇場でのX線オペラグラス禁止条例」がトレントンで2月9日に可決される騒ぎとなった。

X線に関する論文をさらに2報発表した後、1900年にレントゲンはミュンヘン大学に実験物理学の主任教授として移った。ここの物理教室での同僚にマックス・フォン・ラウエがおり、1912年にX線回折像の撮影を行なってX線が電磁波であることを初めて明らかにした。X線の正体はこれまで謎であったが、透過性の高いX線の発見はただちにX線写真として医学に応用されたため、この功績に対し1901年最初のノーベル物理学賞が贈られている。ミュンヘン大学には1920年まで在籍していたが、この間に書いた7報の論文は結晶の圧電効果など全てX線に関係のないものであった。なお、1919年には妻が亡くなっている。レントゲンは科学の発展は万人に寄与すべきであると考え、X線に関し特許などによって個人的に経済的利益を得ようとは一切せず、ドイツの破滅的インフレーションの中で癌のため1923年2月10日に逝去した。ノーベル賞の賞金についても、ヴュルツブルク大学に全額を寄付している。墓はギーセンの旧墓地 (Alter Friedhof) にある。

 

 

 

レントゲン写真の仕組み

 

 

 

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なぐ:50代のおじさんです。
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