Sự ra đời và phát triển của tia X quang

Tia X quang là một khám phá quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong y học và ngày nay có vai trò quan trọng trong công nghiệp và xây dựng. Tia X quang là phát minh của Roentgen (Rơn-gen) vào những ngày đầu của thế kỷ thứ XIX. Chuyên mục “Xưa và Nay” lần này chúng ta cùng tìm hiểu về sự ra đời của tia X quang và những ứng dụng của nó trong công nghiệp.

xin giới thiệu 1 chút vê Rơngen tác giả của tia X

Roentgen tên đầy đủ là Wilhelm Conrad Roentgen, sinh năm 1845, tại Lenep - CHLB Đức.
Thế kỷ thứ XIX là thời đại của ông. Thời đó, động cơ hơi nước được coi là phát minh kiệt xuất của nhân loại, kế đó là những sáng chế tiêu biểu như: xe đạp, máy quay đĩa, điện thoại, điện ảnh… Những môn khoa học cơ bản như: Toán, Lý, Hóa, Sinh… vẫn còn biệt lập nhau và cách nhau rất xa. Những kiến thức lý thuyết còn phát triển chậm, cho nên, nhà nghiên cứu, trước hết, phải là nhà thực nghiệm giỏi.
ở vào thời kỳ này, nhất là vào những năm 1890, các nhà vật lý tên tuổi đổ xô vào tìm hiểu phát minh mới của Faraday và Hittorf và “Hiện tượng phóng điện trong không khí loãng”. Tia điện khi đó là đề tài hấp dẫn, là “mốt” theo đuổi của nhiều nhà khoa học, trong đó có Roentgen.
Kể từ tối ngày 7/11/1895, phòng thí nghiệm Viện Vật lý thuộc trường Đại học Tổng hợp Wurtzbourg (cách Berlin 300 km về phía tây nam), Giám đốc Roentgen “chong đèn” thâu đêm mải mê nghiên cứu dòng điện vận chuyển trong ống chân không, còn gọi là ống Crookes – Hittorf, (đó là tên của nhà vật lý kiêm Chủ tịch Hội đồng Hoàng Gia Anh và sáng chế của Crookes đã ra đời cách ngày ấy 40 năm). Roentgen có ý định làm lại các bước thí nghiệm với ống chân không này.
Một trong những thiết bị mà Roentgen rất chú ý đến là ống tia âm cực. Đó là một ống thuỷ tinh chân không có hai điện cực ở hai đầu, được cung cấp điện áp cao thế từ cuộn dây Ruhmkorff và nếu áp suất trong ống thấp, chúng sẽ taọ ra sự phát sáng huỳnh quang (phosphorescence) khi tác động bởi một chùm electron phát sinh từ âm cực.
Ông đặt một màn chắn giữa ống và tia âm cực với bản thủy tinh (trong đó có tráng một lớp hỗn hợp phát quang). Khi bật công tắc điện thì màn chắn có chứa barium plation – cyamit (ta thường gọi là Xyanuabari) đặt trước ống chân không bỗng phát ra thứ ánh sáng xanh nhè nhẹ, nhưng sao nó lại có vẻ khác lạ so với tia điện chúng ta thường biết đến ? Khi rút phích điện ra khỏi ổ cắm, ánh sáng kỳ lạ kia biến mất. Ông kiểm tra lại nơi phát sáng, tình cờ ông thấy tấm bìa tẩm platinocyanure de baryum ở đó. Ông suy đoán: có thể từ chính cái ống crookes kia đã phát ra “một cái gì đó”, rồi chính nó lại kích thích chất huỳnh quang trên màn hình.
Roentgen tự hỏi: Hay tấm bìa phát sáng ? hoặc một khúc xạ nào đó của tia điện? Hay ống nghiệm phát sáng ? Ông làm lại thí nghiệm đó bằng cách thử dùng giấy đen bịt kín ống nghiệm lại xem sao. Roentgen thốt lên: Lạ thật! Kết quả vẫn như cũ. Ông dự đoán: có thể đây là một tia rất mới. Nó xuyên qua cả giấy đen.

Bà Bertha – người vợ thân yêu của ông thấy chồng có vẻ đăm chiêu hơn mọi ngày. Ngồi ăn cơm bên nhau mà bà không dám hỏi, e ngại dòng suy nghĩ của chồng bị ngắt quãng. Cả đêm hôm đó ông không thể chợp mắt được. Ông muốn lao sang phòng thí nghiệm ngay tức khắc. Ông suy đoán miên man không sao ngủ được. Rồi đột nhiên, ông thốt lên thành lời. Phải rồi! May ra chỉ có giấy ảnh mới kiểm chứng được khả năng xuyên qua giấy đen của thứ tia mới lạ đó.
Trời vừa mới sáng, ông sang phòng thí nghiệm ngay, lấy từ trong ngăn kéo ra tập giấy ảnh mới mua. Ông bắt tay vào thí nghiệm với giấy ảnh. Rồi giao cho Marstaller – nhân viên của phòng mang đi in thành ảnh. Chỉ ít phút sau đã thấy Marstaller quay trở lại, anh tỏ ra ấp úng: “Tôi…, tôi… trót mở tung gói giấy ra làm cho chúng đen lại”. Nhưng Roentgen nhìn kỹ lại và thấy nó không đen đều. Ông quan sát kỹ hơn thì thấy: có in hình chữ nhật và ở giữa là hình tròn tựa như chiếc nhẫn. Nhìn vào trong ngăn kéo, ông thấy có một tấm bìa cứng kích thước bằng đúng hình chữ nhật kia và trên đó đặt chiếc nhẫn của ông. Ông chợt nhớ lại: Hai nhà khoa học Kelvin và Gabriel (người Anh) 15 năm về trước có lần nói đến một số tia lẫn trong tia điện. Phải chăng nó là đây ? Nhưng sao suốt 15 năm qua không ai tìm ra nó ? Ông ngồi nhìn lại tấm hình trên giấy ảnh. Rồi lại đặt lên bàn, tập trung đến cao độ để giải thích hiện tượng này.
Bertha kể lại rằng: Trong suốt thời gian chung sống với nhau, khoảng gần 25 năm bà chưa bao giờ thấy ông ấy vui vẻ, rạng rỡ đến như thế.
Gần đến ngày lễ Giáng Sinh rồi, nhưng ông vẫn quyết định thử nghiệm lại một lần nữa. Lần này, Roentgen đưa thiết bị sang phòng bên cạnh, kéo các rèm cửa lại để làm phòng tối. Gần ống nghiệm có một màn huỳnh quanh. Khi công tắc bật lên, tia lửa điện xuất hiện ngay trong ống và màn huỳnh quang lại phát sáng. Roentgen bịt ống nghiệm bằng ống giấy, rồi chuyển màn hình quay trở lại phòng thí nghiệm cũ. Ngăn cách hẳn một cánh cửa gỗ, nhưng màn huỳnh quang vẫn sáng, tuy có yếu hơn trước đôi chút.
Lần này thì ông bỏ ống giấy ra, nhưng đặt thêm một quyển sách khá dày trước màn hình. Ông thận trọng bật công tắc. Chà ! Kết quả vẫn không thay đổi. Ông mừng rỡ thật sự. Suy tính trong giây lát, một tay ông nâng màn hình lên, tay kia đưa ngay vào tầm của màn huỳnh quang. Thật là sửng sốt! Ông nhìn thấy những đốt xương bàn tay của chính mình, cả đường gân và mạch máu. Thú vị thay là bộ xương ấy đang sống, nó chuyển động theo sự điều khiển của ông. Roentgen lại tiếp tục đưa vào những vật cản khác, bằng nhiều chất liệu, cuối cùng ông rút ra kết luận: “Tia đặc biệt này có khả năng xuyên qua giấy, gỗ, vải, cao su, phần mềm của cơ thể… Nhưng không đi qua được kim loại, nhất là những kim loại có tỷ trọng lớn, không đi qua được một số bộ phận cơ thể, nhất là những bộ phận có chứa nguyên tố nặng như xương. Mặt khác, nó không bị ảnh hưởng bởi từ trường, hay điện trường, nó làm cho không khí trở nên dẫn điện hiện lên phim ảnh…”
Nhà phát minh bỗng cảm thấy cần phải chia sẻ với người vợ thân yêu của mình. Ông đặt bàn tay bà lên trên tấm kính ảnh. ống nghiệm của ông thì để ở dưới gậm bàn. Ông dăn vợ: đừng có động đậy bàn tay đang đặt ở trên bàn. Thế là pô ảnh đầu tiên bằng tia mới chưa kịp đặt tên đã được ông chụp cho chính bàn tay mềm mại của người vợ thân yêu. Tấm ảnh chưa kịp khô, Roentgen đã lấy ra cho vợ xem. Những đốt xương tay của Bertha hiện lên thật rõ nét, cả chiếc nhẫn mà bà đeo trên ngón tay trỏ nữa, chúng đều hiện lên rõ mồn một. Hôm đó là ngày 22/12/1895.
Về sau này, người ta ca ngợi tấm hình “là bản chụp hình xương người đầu tiên trong lịch sử y học”. Từ đây, nó giúp cho con người có thể thấy được cơ quan nội tạng của mình mà trước đó không có cách gì thấy được. Thành công của Roentgen làm mọi người hết sức kinh ngạc.
Gần 7 tuần đã trôi qua, ông miệt mài ở trong phòng thí nghiệm để đánh giá nhận định mô tả lại và rút ra những kết luận tổng quát về tia mới mà ông vừa tìm ra và chưa kịp đặt tên cho nó. Bắt chước các nhà toán học thường hay đặt tên cho ẩn số bằng những chữ cái, ông quyết định đặt tên cho nó là tia X (tubes X). Roentgen cố gắng viết gọn lại trong 6 trang để trình bày tại Hội đồng khoa học Vật lý – Y khoa của trường tổng hợp Wurtzbourg.
Đến khi hoàn thành báo cáo khoa học thì cũng là lúc ông nghe thấy tiếng người bước nhè nhẹ tới phòng làm việc của ông. Bertha mở cánh cửa để cho gió mùa xuân lùa vào nơi chồng làm việc. Bà nói: Anh yêu ! chúc anh một Giáng sinh hạnh phúc !. Rồi chuông từ các Thánh đường trong thành phố Berlin đổ hồi. Công trình khoa học của Roentgen cũng vừa xong, nó như được Chúa chứng giám đúng vào mùa Giáng sinh năm ấy, năm 1895, khi ông tròn 50 tuổi.
Ba ngày sau, Roentgen gửi báo cáo khoa học tới Đại học Tổng hợp Wurtzbourg. Ông cũng nhờ Franz Exner là học trò cũ của mình gửi bài tóm tắt khoa học tới các tòa báo. Chỉ vài ngày sau, các báo ở Frankfurt, ở Paris, ở St.Petecbur đã đưa tin về phát minh của Roentgen: Một thành công làm mọi người kinh ngạc, đó là chụp ảnh bằng tia X. Rồi hàng loạt báo chí của nhiều nước cũng đưa tin và họ còn phóng đại thêm lên nữa, kiểu như: “Có thể đọc được ý nghĩ trong đầu người khác”, “Có thể chớp được cảnh bất ngờ ở đằng sau ngôi nhà”… Các nhà bình luận còn suy đoán nhiều về khả năng ứng dụng của tia X quang trong tương lai…
Ngày 23/1/1896, Roentgen trình bày báo cáo khoa học tại Hội đồng Vật lý – Y khoa trường Đại học Tổng hợp Wurtzbourg trước các nhà khoa học hàng đầu về Vật lý và Y khoa của nước Đức. Báo cáo của ông đã thực sự được đánh giá cao. Để chứng minh, Roentgen đề nghị được chụp ảnh bàn tay giải phẫu tài ba của các bác sĩ Kolliker bằng X quang.
Tháng 2 năm 1896, tại Paris, nhà vật lý Oudin và bác sĩ Barthelemy đã thực nghiệm X quang tại nhà. Dựa vào nguyên lý của Roentgen, họ đã chế tạo máy chiếu X quang đầu tiên trên thế giới. Cũng tại Paris, bác sĩ Antoine Beclere đã chiếu X quang cho người nấu bếp của mình. Ông nhận thấy phổi của bà có nhiều chỗ bị mờ. Hỏi ra mới biết, trước đó bà đã bị ho ra máu. Đó là trường hợp chuẩn đoán bệnh qua X quang đầu tiên trong lịch sử y học thế giới. Antoine nói, dùng tia X quang để chuẩn đoán bệnh lao là bước tiến quan trọng trong cuộc đời nghề nghiệp của ông.
Sau lần đó, bác sĩ chuyên khoa miễn dịch nổi tiếng B.Antoine đã soạn thảo bộ giáo trình: Chuyên khoa X quang chẩn đoán và điều trị bệnh trong nội tạng người. Giáo trình ấy được giảng dạy và tồn tại cho đến ngày nay.
Người ta nhớ lại rằng: Khi Roentgen báo cáo khoa học, các thành viên trong Hội đồng khoa học Đại học Tổng hợp Wurtzbourg đã đề nghị đặt tên cho tia X là “Tia Roentgen”. Nhưng nhà bác học khiêm nhường này đã từ chối. Giảng bài cho sinh viên, ông chỉ nói: “Trong khi làm thí nghiệm với ống nghiệm Crookes – Hittorf người ta tìm thấy một loại tia mới – tia X quang…” Ông không nhắc đến tên mình là người đã phát minh ra công trình vĩ đại đó. Hoàng gia phong tước cho ông và trao tặng Huân chương Hoàng Gia, để công nhận thành công trong khoa học của ông. Thành công ấy bắt nguồn tự sự thông minh ngay từ hồi còn đi học phổ thông, vì ở cấp học này, ông chỉ học trong 18 tháng. Ông cũng chỉ cảm ơn và từ chối niềm vinh quang đó. Ông chỉ nhận một chức duy nhất là Tiến sỹ danh dự của Đại học Tổng hợp Wurtzbourg.
Năm năm sau, năm 1901, ông được trao giải Nobel về Y học, trở thành người đầu tiên trên thế giới được nhận giải Nobel. Người ta càng cảm phục ông hơn vì ông trao tặng toàn bộ số tiền thưởng khá lớn đó cho trường Tổng hợp Wurtzbourg để phát triển khoa học. Cũng phải nói thêm rằng: Kể từ khi trở thành giáo viên tại thành phố Zurich, Roentgen luôn hoạt động trong lĩnh vực Vật lý. Nhưng, những công trình của ông thời đó có tác dụng to lớn cho ngành Y học, cho nên, ông được nhận giải Nobel về Y học là vì thế.
Ngày 10/2/1923, Wihelm Roentgen qua đời. Nhưng niềm vinh quang của ông để lại trong lòng dân thì còn mãi. Tìm ra tia Roentgen đồng nghĩa với việc mang lại niềm hạnh phúc to lớn cho nhiều người bệnh, nhất là bệnh lao, căn bệnh hiểm nghèo nhất thời bấy giờ.
Ngày nay, tia X càng ngày càng có tầm quan trọng đặc biệt. ở Việt Nam, hầu như bệnh viện lớn nhỏ nào cũng có máy chiếu X quang. ước tính có khoảng 2.000 máy ở khu vực bệnh viện nhà nước và tư nhân. Không những vậy, tia X quang còn được áp dụng rộng rãi trong việc kiểm tra hành lý tại sân bay, dò tìm vết nứt khuyết tật trong ống dẫn dầu, khí, trong công nghiệp… Nay, công nghệ thông tin phát triển cùng với máy X quang đã mở ra con đường nghiên cứu cấu trúc nguyên tử rất thuận lợi.
Chỉ 6 tháng sau khi phát hiện ra tia X quang, người ta đã nhận biết được hiệu ứng độc hại của nó vì tia X phát ra một loại bức xạ ion hóa có thể gây ra tình trạng lão hóa sớm, đục thủy tinh thể, dị tật bào thai, gây đần độn ở trẻ em, ung thư da và phổi v.v… Nếu tiếp xúc trực tiếp, thường xuyên với bức xạ này trong phạm vi bán kính 7 mm mà không có yếm chì, ghế ngồi an toàn và kính chì bảo vệ sẽ rất nguy hiểm.
Nguyên lý của máy X quang đã gợi cho giáo sư vật lý người Pháp Henri Becquerel đi sâu nghiên cứu về phóng xạ. Và sau này, ông cùng Marie Cuire (người Pháp gốc Ba Lan) và Joseph John Thomson (giáo sư vật lý người Anh), đã trở thành cha đẻ về phóng xạ của nhân loại.