Geschichte von Röntgenstrahlung

Der früheste Experimentator, von dem angenommen wird, dass er (unwissentlich) Röntgenstrahlen erzeugt hat, war der Versicherungsmathematiker William Morgan. Im Jahr 1785 präsentierte er der Royal Society of London eine Arbeit, in der er die Auswirkungen des Durchleitens elektrischer Ströme durch eine teilweise evakuierte Glasröhre beschrieb, wodurch ein durch Röntgenstrahlen erzeugtes Leuchten entstand. Diese Arbeit wurde von Humphry Davy und seinem Assistenten Michael Faraday weiter erforscht.

William Morgan

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Vor ihrer Entdeckung im Jahr 1895 waren Röntgenstrahlen nur eine Art nicht identifizierter Strahlung, die von experimentellen Entladungsröhren ausging. Sie wurden von Wissenschaftlern bemerkt, die Kathodenstrahlen untersuchten, welche von solchen Röhren erzeugt wurden; dabei handelt es sich um energiereiche Elektronenstrahlen, die erstmals 1869 beobachtet wurden.

Viele der frühen Crookes-Röhren (erfunden um 1875) strahlten zweifellos Röntgenstrahlen aus, da frühe Forscher Effekte bemerkten, die ihnen zuzuschreiben waren. Die Spannung beschleunigte die von der Kathode kommenden Elektronen auf eine ausreichend hohe Geschwindigkeit, sodass sie Röntgenstrahlen erzeugten, wenn sie auf die Anode oder die Glaswand der Röhre trafen.

Hermann von Helmholtz formulierte mathematische Gleichungen für Röntgenstrahlen. Er postulierte eine Dispersionstheorie, bevor Röntgen seine Entdeckung machte und bekannt gab. Sie wurde auf der Grundlage der elektromagnetischen Lichttheorie formuliert. Er arbeitete jedoch nicht mit tatsächlichen Röntgenstrahlen.

Hermann von Helmholtz

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Ab 1888 führte Philipp Lenard Experimente durch, um zu sehen, ob Kathodenstrahlen aus der Crookes-Röhre in die Luft austreten könnten. Er baute eine Crookes-Röhre mit einem „Fenster“ am Ende aus dünnem Aluminium, das der Kathode zugewandt war, sodass die Kathodenstrahlen darauf treffen würden (später „Lenard-Röhre“ genannt). Er stellte fest, dass etwas hindurchkam, das fotografische Platten belichtete und Fluoreszenz verursachte. Er maß die Durchdringungskraft dieser Strahlen durch verschiedene Materialien. Es wurde vermutet, dass es sich bei zumindest einigen dieser „Lenard-Strahlen“ tatsächlich um Röntgenstrahlen handelte.

Phillipp Lenard

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Im Jahr 1889 veröffentlichte der in der Ukraine geborene Ivan Puluj, Dozent für Experimentalphysik am Prager Polytechnikum, der seit 1877 verschiedene Konstruktionen gasgefüllter Röhren zur Untersuchung ihrer Eigenschaften gebaut hatte, eine Arbeit darüber, wie versiegelte fotografische Platten dunkel wurden, wenn sie den Emanationen der Röhren ausgesetzt waren.

Ivan Puluj

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Am 8. November 1895 stieß der deutsche Physikprofessor Wilhelm Röntgen beim Experimentieren mit Lenard- und Crookes-Röhren auf Röntgenstrahlen und begann, diese zu untersuchen.

Wilhelm Röntgen

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Am 28. Dezember 1895 reichte er sie bei der Zeitschrift der Physikalisch-Medizinischen Gesellschaft zu Würzburg ein. Dies war die erste Arbeit, die über Röntgenstrahlen geschrieben wurde. Röntgen bezeichnete die Strahlung als „X“, um anzuzeigen, dass es sich um eine unbekannte Art von Strahlung handelte. Der Name blieb haften, obwohl viele seiner Kollegen (sehr zum Missfallen Röntgens) vorschlugen, sie Röntgenstrahlen zu nennen.

Röntgen bemerkte sofort, dass Röntgenstrahlen medizinische Anwendungen haben könnten. Zusammen mit seiner Einreichung bei der Physikalisch-Medizinischen Gesellschaft vom 28. Dezember verschickte er am 1. Januar 1896 einen Brief an ihm bekannte Ärzte in ganz Europa.

First medical X-ray

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Der schottische Elektroingenieur Alan Archibald Campbell-Swinton war der Erste nach Röntgen, der eine Röntgenaufnahme (einer Hand) erstellte. Im Februar gab es allein in Nordamerika 46 Experimentatoren, die die Technik aufgriffen.

Die erste Anwendung von Röntgenstrahlen unter klinischen Bedingungen erfolgte durch John Hall-Edwards in Birmingham, England, am 11. Januar 1896, als er eine Nadel röntgte, die in der Hand eines Kollegen steckte.

Taking an X-ray image with early Crookes tube

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Die erste medizinische Röntgenaufnahme in den Vereinigten Staaten wurde mit einer Entladungsröhre nach Pulujs Design erstellt. Im Januar 1896, nachdem er von Röntgens Entdeckung gelesen hatte, testete Frank Austin vom Dartmouth College alle Entladungsröhren im physikalischen Labor und stellte fest, dass nur die Puluj-Röhre Röntgenstrahlen erzeugte.

Anfang 1896, wenige Wochen nach Röntgens Entdeckung, bestrahlte Iwan Romanowitsch Tarchanow Frösche und Insekten mit Röntgenstrahlen und kam zu dem Schluss, dass die Strahlen „nicht nur fotografieren, sondern auch die lebende Funktion beeinflussen“.

Ivan Romanovich Tarkhanov

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Am 3. Februar 1896 setzten Gilman Frost, Professor für Medizin am College, und sein Bruder Edwin Frost, Professor für Physik, das Handgelenk von Eddie McCarthy, den Gilman einige Wochen zuvor wegen eines Bruchs behandelt hatte, den Röntgenstrahlen aus und sammelten das resultierende Bild des gebrochenen Knochens auf fotografischen Gelatineplatten, die sie von Howard Langill erhielten, einem lokalen Fotografen, der ebenfalls an Röntgens Arbeit interessiert war.

Am 5. Februar 1896 wurden von dem italienischen Wissenschaftler Enrico Salvioni (sein „Kryptoskop“) und Professor McGie von der Princeton University (sein „Skiaskop“) Live-Bildgebungsgeräte entwickelt, die beide Bariumplatinzyanid verwendeten.

Am 14. Februar 1896 war Hall-Edwards auch der Erste, der Röntgenstrahlen bei einer chirurgischen Operation einsetzte.

Surgical removal of a bullet whose location was diagnosed with X-rays in 1897Surgical removal of a bullet whose location was diagnosed with X-rays in 1897Surgical removal of a bullet whose location was diagnosed with X-rays in 1897

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Der amerikanische Erfinder Thomas Edison begann kurz nach Röntgens Entdeckung mit der Forschung und untersuchte die Fähigkeit von Materialien, bei Bestrahlung mit Röntgenstrahlen zu fluoreszieren, wobei er feststellte, dass Calciumwolframat die effektivste Substanz war. Im Mai 1896 entwickelte er das erste in Serie gefertigte Live-Bildgebungsgerät, sein „Vitascope“, später Fluoroskop genannt, das zum Standard für medizinische Röntgenuntersuchungen wurde.

Thomas Edison

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Im August 1896 erlitt Dr. HD. Hawks, ein Absolvent des Columbia College, bei einer Röntgendemonstration schwere Hand- und Brustverbrennungen. Dies wurde in der Electrical Review berichtet und führte dazu, dass viele andere Berichte über Probleme im Zusammenhang mit Röntgenstrahlen an die Publikation gesendet wurden.

Viele Ärzte behaupteten, dass die Strahlenbelastung durch Röntgenstrahlen überhaupt keine Auswirkungen habe. Am 3. August 1905 starb Elizabeth Fleischman, eine amerikanische Röntgenpionierin, in San Francisco, Kalifornien, an den Komplikationen ihrer Arbeit mit Röntgenstrahlen.

Elizabeth Fleischman

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Um 1906 entdeckte der Physiker Charles Barkla, dass Röntgenstrahlen von Gasen gestreut werden können und dass jedes Element ein charakteristisches Röntgenspektrum aufweist. Für diese Entdeckung erhielt er 1917 den Nobelpreis für Physik.

Charles Barkla

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Im Jahr 1912 beobachteten Max von Laue, Paul Knipping und Walter Friedrich erstmals die Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallen. Diese Entdeckung, zusammen mit den frühen Arbeiten von Paul Peter Ewald, William Henry Bragg und William Lawrence Bragg, begründete das Gebiet der Röntgenkristallographie.

Im Jahr 1913 führte Henry Moseley kristallographische Experimente mit Röntgenstrahlen durch, die von verschiedenen Metallen ausgingen, und formulierte das Moseleysche Gesetz, das die Frequenz der Röntgenstrahlen mit der Ordnungszahl des Metalls in Beziehung setzt.

Henry Moseley

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Die Coolidge-Röntgenröhre wurde von William D. Coolidge erfunden. Sie ermöglichte die kontinuierliche Emission von Röntgenstrahlen. Moderne Röntgenröhren basieren auf diesem Design und verwenden häufig rotierende Anoden, die eine deutlich höhere Wärmeableitung als statische Anoden ermöglichen, was wiederum eine höhere Röntgenleistung für Anwendungen mit hoher Leistung, wie z. B. rotierende CT-Scanner, erlaubt.

Im Jahr 1914 entwickelte Marie Curie radiologische Fahrzeuge, um verwundete Soldaten im Ersten Weltkrieg zu unterstützen. Die Fahrzeuge ermöglichten eine schnelle Röntgenaufnahme der verwundeten Soldaten, sodass die Chirurgen an der Front schneller und präziser operieren konnten.

Curie in a mobile X-ray vehicle c. 1915

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Im Jahr 1904 erfand John Ambrose Fleming die thermionische Diode, die erste Art von Vakuumröhre. Diese verwendete eine heiße Kathode, die einen elektrischen Stromfluss in einem Vakuum bewirkte. Diese Idee wurde schnell auf Röntgenröhren angewandt, und so ersetzten die Röntgenröhren mit Glühkathode, die sogenannten "Coolidge-Röhren", bis etwa 1920 die problematischen Kaltkathodenröhren vollständig.

John Ambrose Fleming

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Von den 1920er bis in die 1950er Jahre wurden Röntgengeräte entwickelt, um die Anpassung von Schuhen zu unterstützen, und an kommerzielle Schuhgeschäfte verkauft.

Ein Röntgenlasergerät wurde in den 1980er Jahren als Teil der Strategic Defense Initiative der Reagan-Regierung vorgeschlagen, aber der einzige Test des Geräts (eine Art Laser-"Blaster" oder Todesstrahl, angetrieben durch eine thermonukleare Explosion) lieferte keine eindeutigen Ergebnisse. Aus technischen und politischen Gründen wurde das Gesamtprojekt (einschließlich des Röntgenlasers) die Finanzierung entzogen (obwohl es später von der zweiten Bush-Regierung als National Missile Defense unter Verwendung anderer Technologien wiederbelebt wurde).

Das Chandra-Röntgenobservatorium, das am 23. Juli 1999 gestartet wurde, ermöglicht die Erforschung der sehr gewaltsamen Prozesse im Universum, die Röntgenstrahlen erzeugen. Im Gegensatz zum sichtbaren Licht, das einen relativ stabilen Blick auf das Universum bietet, ist das Röntgenuniversum instabil. Es zeigt Sterne, die von schwarzen Löchern zerrissen werden, galaktische Kollisionen und Novae sowie Neutronensterne, die Plasmaschichten aufbauen, die dann in den Weltraum explodieren.

The Chandra X-ray Observator

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Es wird geschätzt, dass 0,4 % der aktuellen Krebserkrankungen in den Vereinigten Staaten auf in der Vergangenheit durchgeführte Computertomographien (CT-Scans) zurückzuführen sind und dass dieser Wert bei den CT-Nutzungsraten von 2007 auf bis zu 1,5-2 % ansteigen könnte.